禁牧对荒漠草原群落特征的影响

石丽艳

摘要：草地禁牧对草地植被的恢复有明显的作用，草地的生态环境也会因此而得到改善。本文主要对荒漠草原群落主要植物种群重要值和物种多样性对不同试验处理的影响进行了比较研究。研究通过对围栏内外的主要种群进行植株高度、盖度、密度等的对比分析，结果表明：禁牧对荒漠草原群落增加植株高度，提高群落密度，增大群落盖度等均有很好的效果；对β-多样性的分析说明禁牧有利于环境的稳定。

关键词：荒漠草原；禁牧；群落特征

1前言

我国拥有4亿hm2的草地，占世界草地面积的12.5%，为世界第二（仅次于澳大利亚），亚洲第一。我国草地面积占国土面积的41.7%，是我国农田面积的3倍多[1]，其中荒漠性草原占11.47%[2]。但到目前为止，我国天然草地中已有90%以上的草地出现了不同程度的沙化、退化、盐碱化等情况，而且仍以每年200万hm2的速度发展[3]。除自然因素外，造成草地加速退化的主要原因是超载过牧、乱采乱挖、乱开乱垦等人为因素。由于草地的退化，造成草地生态环境恶化，优质牧草减少，劣质牧草、有毒有害牧草增加，草地的利用价值大幅度下降，禁牧就是在这样的情况下产生的。国家农业综合开发办和农业部将禁牧定义为：在一定区域内一年以上不予放牧利用[4]。同时，在早春季节，牧草刚刚萌发返青，此时的草地是一个十分脆弱的生态系统，如果幼苗在这个时期受到啃食的话，草地的光合营养面积迅速减少，严重影响到牧草以后的生长发育。春季禁牧可以免于牲畜在返青期对草场的践踏，使牧草的早期生长受到保护，大大提高了牧草的生长潜力，恢复草地的生产力。赵刚等通过禁牧与自由放牧的对比得出：春季禁牧对草地植被的群落特征具有十分显著的影响[5]。赵哈林也指出，连续5年过牧使草地生物多样性、植被盖度、总密度、平均高度分别较禁牧区低87.9%、82.1%、94.0%[6]。高娃等通过对锡林郭勒天然草原春季休牧效果监测分析得知：禁牧3年比禁牧前多年生牧草种类增加5～8种，盖度增加1.5倍，优势种增加3倍多[7]。刘国荣等对禁牧条件下典型草地植被的变化得到禁牧区比放牧区月平均高度高9.6㎝，月平均盖度高8.5%[8]。

2 研究区的自然状况

2.1研究区概况

研究区葛根塔拉位于内蒙古中部的四子王旗，地处东经112°01'58"，北纬41°46′35"。平均海拔1450m，整个地形东南高西北低，略呈长方形，全境丘陵起伏，平原相间，南部多为山地丘陵，北部有沙丘、盆地分布。地势平坦，是较大的天然牧场，为荒漠草原。

2.2 研究区的气候

葛根塔拉属于典型的中温带大陆性干旱气候兼有山地气候的若干特点，寒暑变化剧烈，昼夜温差大，年平均气温在3℃左右。全年降水稀少，历年平均降水量为310.2㎜，多集中在7 ～ 9月，年蒸发量大于降水量的8～10倍，无霜期为175d。土壤为暗栗钙土，地冻期约180天，深度为2.25m。气候干燥，风沙较多，冬季酷寒，素有十年九旱之称[9]。

2.3 研究区的植被组成

研究区属于荒漠草原，植被草层低矮，一般为10～25㎝，且植被较稀疏，盖度为17%～20%，植物种类组成较少，植物群落由20多种植物组成，主要植物种类组成见表1。

研究区的群落主要是以短花针茅、冷蒿、无芒隐子草为主要植物种群的短花针茅+无芒隐子草+冷蒿荒漠化草原。建群种为短花针茅，它在决定群落环境方面起着主要作用。优势种为无芒隐子草、冷蒿、它们的时空变化会引起群落的变化。主要伴生种有阿尔泰狗娃花、木地肤、蓖齿蒿、狭叶锦鸡儿、克氏针茅、银灰旋花、星毛萎陵菜、高二裂萎陵菜、鹤虱、小叶锦鸡儿、羊草、冰草、条叶车前、碱韭等。

3 研究方法

3.1 研究设计

样地选择在四子王旗葛根塔拉荒漠草原，共设2个处理：即禁牧区（BG）、自由放牧区（CG）。禁牧区为全年禁牧，而自由放牧区为全年全天连续放牧。在禁牧区围栏内随机布设5个1×1㎡ 的固定描述样方，同样在围栏外的自由放牧区也随机布设5个1×1㎡ 的固定描述样方，试验从7月份开始，到9月底结束，试验期间每个样方每个月测定三次。

3.2 测定方法

3.2.1 植物群落的数量特征

测定数据是按不同的处理对草地主要种群进行定期的观察，分别测定不同时间的自由放牧草地与禁牧草地的主要种群的高度、盖度以及密度。

3.2.2 植物群落的重要值

植物群落重要值采用以下公式进行计算[10]：

重要值=（相对高度+相对密度+相对盖度）/3

其中：

相对高度=某一植物种的高度/各植物种高度之和×100

相对密度=某一植物种的个体数/全部植物种的个体数×100

相对盖度=某一植物种的盖度/各植物种的分盖度之和×100

3.2.3 植物群落物种多样性

本研究采用β-多样性来测定。通常β-多样性表示群落间相似性指数或是同一地理区域内不同生境中生物物种的周转率。不同生境间或某一生境梯度上不同地段间生物组成的相似性越差，β-多样性越高[11-12]。本试验采用4m×4m的巢式样方，样方内含有1/16㎡、1/4㎡、1㎡和4㎡ 的样方各四个，样方合并后又产生1/8㎡、1/2㎡、2㎡、8㎡的样方共四个，16㎡的样方一个，每个样方含各级样方33个。每个样地设3个巢式样方，先统计各级样方内的植物名称，然后再统计整个样方。群落β-多样性采用以下3种指数来计算：

（1）Whittacker指数（βw）

βw=S/（ma-1）

式中，S为所研究系统记录的物种总数，ma为各样方的平均物种数。

（2）Cody指数（βc）

βc=[g（H）+I（H）]/2

式中，g（H）是沿生境梯度H增加的物种数目，I（H）是沿生境梯度H而减小的物种数目，即在上一个梯度中存在而在下一个梯度中没有的物种数目。

（3）经Wolda改进的Morista-Horn指数

CMH=2∑（ani·bni）/（da+db）aN·bN

式中，ani和bni为A（禁牧区）和B（自由放牧区）样地中第i种的个体数目，aN为样地A的物种数，bN为样地B的物种数。

3.3 数据分析

本文数据应用EXCEL和SAS9.0进行统计分析。

4 结果与分析

4.1 主要植物种群的数量特征

4.1.1 主要植物种群高度

两种不同处理的主要种群的高度见表2。从表中可以看出禁牧区的短花针茅的高度始终低于自由放牧区（P<0.05）。无芒隐子草7月份差异显著（P<0.05），

自由放牧区高于禁牧区，8月份两者差异不显著，9月份禁牧区明显高于自由放牧区（P<0.05）。而银灰旋花只在7月份禁牧区高于自由放牧区外，8月和9月差异不显著。试验期内，禁牧区的木地肤的高度明显高于自由放牧区植株的高度，这说明木地肤是家畜较喜食的一种牧草，由于家畜的采食而导致自由放牧区的木地肤高度下降。

4.1.2 主要植物种群盖度

不同试验处理区的主要植物种群的盖度见表3。从表中我们可以看出禁牧区的建群种短花针茅和优势种无芒隐子草的盖度均大于自由放牧区，二者差异性显著（P<0.05），说明禁牧对草地生态环境的恢复和牧草的生长发育有很好的效果。两个处理区中的银灰旋花的差异性不显著（P<0.05）。

4.1.3 主要植物种群密度

两种不同试验处理区的主要植物群落的密度见表4。7月份到9月份禁牧区的

短花针茅的密度明显大于自由放牧区（P<0.05）；同样禁牧区无芒隐子草的密度显著高于自由放牧区（P<0.05）；而银灰旋花是自由放牧区大于禁牧区，但两个处理的差异并不显著。

4.2 主要植物种群的重要值

两种不同处理的主要植物种群的重要值见表5。从表中我们可以看出禁牧区的短花针茅的重要值大于自由放牧区，禁牧区短花针茅在群落结构组成上的优势地位非常明显，同时银灰旋花，木地肤，无芒隐子草在群落中的作用仅次于短花针茅，也是禁牧区的主要植物种群。而在放牧区重要值最大的是无芒隐子草，其次是银灰旋花，说明在自由放牧区这些耐践踏的牧草比较容易生存。

4.3 植物群落β-多样性指数

β-多样性可用于分析不同生境间的梯度变化，对于存在明显的生态梯度的地区更为有效。通过对主要植物群落的β-多样性的测定，可以揭示生境被物种分割的程度或不同地段的生境多样性[11]。

4.3.1 植物群落内β-多样性

Whittacker指数βw能够直观地反映βw-多样性与物种丰富度之间的关系，群落内物种替代程度与取样面积的大小有关，计算结果（表6）表明，βw随样方面积的增加而减少，因为在面积较小的样方内，微环境相对一致，单位样方内平均物种数较少，样方间物种替代速率较高。随着样方面积的增加，物种周转速率也随之降低，当样方面积>1㎡时，βw随取样面积的变化差异不再显著，趋于稳定，βw是群落物种丰富度与样方平均物种数的比值，它独立于α- 多样性。因此，α-多样性较高的群落，不一定β-多样性就较高。在取样面积相同时，禁牧区的βw略高于自由放牧区。

Cody指数（βc）通过对新增加和失去的物种数目进行比较，从而得到有关物种替代的信息。由于该指数以增加与减少的物种的数目来反映群落多样性沿环境梯度的变化格局[13]，计算结果（表7）表明，各处理内部Cody指数变化均依赖于样方的大小。最初，Cody指数随样方面积的增大而增加，当样方面积增大到一定程度时，Cody指数趋于稳定。在面积相同的情况下，禁牧区的Cody指数大于自由放牧区。可见，禁牧有利于环境的稳定。

4.3.2植物群落间β-多样性

群落的差异性不仅体现在群落组成成分的变化上，还体现在不同群落间共有种的作用上，群落间共有种的作用不同，同样也会导致群落结构和功能的差异性，本试验采用Morista-Horn指数计算了禁牧处理和自由放牧处理的相似系数，通过计算（表8）得到，自由放牧区和禁牧区的相似系数较小，这说明了禁牧区和自由放牧区在群落结构和功能上有很大的不同。

5 讨论

植物种群的数量特征包括高度、盖度、密度和重量等指标，这些指标可以反映草地的使用价值及草地的质量，同时还可以反映草地的动态规律，因此它可以作为定性分析群落特征的指标。通过对本次试验的两组处理的分析可以看出：禁牧区的群落数量特征明显优于放牧区，禁牧区内的植物群落的稳定性要强于放牧区，并且各项指标都有提高。事实上，禁牧的效果一开始并不明显，它是随着时间的推移逐渐表现出来的。

β-多样性可以用于测定两个不同生境间的物种的多样性，通过对Whittacker指数、Cody指数、Morista-Horn指数三种指数的测定可以得出：禁牧区的β-多样性值高于自由放牧区，禁牧区在群落组成上优于自由放牧区，且禁牧区与自由放牧区在群落结构和功能上差异性很大。

6 结论

1、禁牧可以提高植株的高度、盖度、密度等植物群落的数量特征，表明禁牧可以提高草地的质量。

2、禁牧与自由放牧两种不同处理不仅影响了主要植物种群重要值的大小，还影响了主要植物种群重要值的排序。

3、经Hittacker指数分析，相同面积时，禁牧区βw的值略高于自由放牧区。对Cody指数的分析，禁牧有利与环境的稳定。经Morista-Horn指数的分析，禁牧区略高于自由放牧区，二者相似系数较小。

4、禁牧不仅可以提高草地的生态效益，还可以增加草地的经济效益。因此禁牧可以作为一项恢复草原植被的制度来推广。

参考文献：

[1]王明玖，张英俊.退耕还草科学与技术[M].化学工业出版社，2004

[2]侯向阳.中国草地生态环境建设战略研究[M].中国农业出版社，2005

[3]王德利，杨利民.草地生态与管理利用[M].化学工业出版社，2004

[4]李青丰.草地畜牧业以及草地草原生态保护的调研及建议（1）禁牧舍饲、季节性休牧和划区轮牧[J].内蒙古草业.2005，17（1）：26～32

[5]赵钢，曹子龙，李青丰.春季禁牧对内蒙古草原植被的影响[J].草地学报，2003，11（2）

[6]赵哈林，张铜会，赵学勇，周瑞莲.放牧对沙质草地生态系统组分的影响[J].应用生态学报2004，15（3）

[7]高娃，王世新，李纯刚，刘忠良.锡林郭勒盟天然草原春季休牧效果监测分析[J].内蒙古草业，2006，18（3）

[8]刘国荣，松树奇，刘国良，崔凯.禁牧与放牧管理下典型草地植被变化[J].内蒙古草业，2006，18（1）

[9]内蒙古自治区旗县情大全编纂委员会.内蒙古自治区旗县情大全[M].1992

[10]李博，杨持，林鹏.生态学[M].高等教育出版社，2002

[11]马克明，叶万辉等.北京东灵山地区植物群落多样性研究Ⅹ.不同尺度下群落样带的B多样性及分形分析[J].生态学报.1997，17（6）：626～634

[12]Ma K P.The measurement of community diversity.In：Qian Y Q，Ma K Peds.Principle sand Methodologies of Biodiversity Studies[J].Beijing：China Science &Technology Press，1994：141～165

[13]Wilson B J.Plant community structure ang its relation to the vertical complexity of communities：dominance diver-sity and spatial rank consistency.OCKOS，1994，70（1）：91～98