垂直切根可以改善松嫩草地羊草生长

张佳良，曹 杰，邓 波，陈积山，张月学

(1.吉林农业大学动物科技学院，吉林 长春 130118; 2.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；3.黑龙江省农业科学院草业所，黑龙江 哈尔滨 150086)

垂直切根可以改善松嫩草地羊草生长

张佳良1,2，曹 杰2，邓 波1,2，陈积山3，张月学3

(1.吉林农业大学动物科技学院，吉林 长春 130118; 2.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；3.黑龙江省农业科学院草业所，黑龙江 哈尔滨 150086)

为了改善松嫩平原羊草(Leymuschinensis)草地日益退化及生产力急速降低的问题，本研究依据羊草克隆生长能力强的特点，在羊草草地分别设计了刀片间距为20与30 cm，深度为5、10、15 cm共6种组合的切根处理，并在羊草的生长周期内对其高度、密度以及生物多样性等特征进行分析。结果表明，不同的切根处理均对羊草的生长状况产生了一定影响，切根深度为5和10 cm时均能显著提高羊草的高度和密度，显著降低了群落多样性指数(P<0.05)，其中以5 cm切根深度对羊草的生长最有利。因此得出结论：适宜的切根处理能够改善羊草的生长状况，对羊草草地的管理具有一定价值。

切根；羊草草地；松嫩平原；生长

羊草(Leymuschinensis)又称碱草，为多年生根茎型禾本科牧草，因其营养价值高、适口性好、抗旱、耐盐碱、耐贫瘠等优点倍受人们青睐[1-2]，广泛分布在我国的松嫩平原、西辽河平原及内蒙古呼伦贝尔和锡林郭勒等地[3]。然而，由于人类长时间以来对自然资源的不合理利用以及气候、环境条件的改变[4]，草地退化问题日益加重，目前松嫩地区已成为我国土地盐碱化的重灾区之一[5]，该地区羊草草地退化问题随之也成为研究热点之一。

根据草地资源退化的原因[6]，人们探究了多种改良草地的方法，例如刈割管理[7]、浅耕翻、火烧、施肥、生物改良[8]以及禁牧[9]等一系列措施。切根是依据羊草根茎发生的特点，对羊草草地实施垂直向切根，可促进羊草的无性繁殖[10]，通过根茎断裂的方式增加分株。切根深度为4 cm时能够使呼伦贝尔退化羊草草地植物群落总盖度和群落密度显著提高，切根深度为7 cm时群落高度及现存量同样有所提高，但效果不显著[11]。另外，12 cm深度切根提高了退化草地土壤硝化率与群落多样性[12]。切根宽度方面，奇立敏[13]通过不同切根宽度与不同施肥量的组合研究了其对退化羊草草地的影响。切根不仅能够增强羊草的竞争能力，提高羊草的群落优势度，而且还能起到疏松土壤的作用[14]，松土+施肥耕作一次，半干旱草原区当年鲜草产量比无处理(对照)高142.5%，4年内可保持持续增产，同时还可起到防治草地沙化的作用[15]。

但是目前所见报道均集中在切根深度的有效性上，切根的深度与间距、时间等因素综合效应鲜见报道。本研究依据克隆植物的整合特性，在总结前人工作的基础上，设计了切根深度、间距的不同处理组合，寻求适于松嫩平原羊草草地的最佳切根物理改良方法，以促进松嫩平原羊草草地产量的提高和品质的改善，为当地发展草牧业提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于松嫩平原西部的黑龙江省农业科学院草业研究所试验站(46°32′17″ N，125°28′24″ E)，属温带大陆性季风气候，年降水量469.7 mm，全年降水分布不均，70%以上的降水集中于6月-8月，春季降水较少；年平均气温2.9 ℃；≥10 ℃年积温约2 760 ℃·d，年平均日照时数2 713 h；年平均无霜期130 d，冻结期183 d。土壤呈现轻、中、重三级盐碱化，其土壤含盐量为0.157%～0.318%，土壤pH变化范围为8.12～10.08。试验区植被组成主要为羊草(Leymuschinensis)、星星草(Puccinelliatenuiflora)、冷蒿(Artemisiafrigida)、虎尾草(Chlorisvirgata)、委陵菜(Potentillachinensis)、苣荬菜(Sonchusbrachyotus)、刺菜(Cirsiumsetosum)、灰绿藜(Chenopodiumglaucum)等。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计 试验地为围栏封育的严重退化天然羊草草地，于2013年5月10日选择生长均匀，地势平坦的地块划分小区，并实施切根。试验设定切根深度和切根间距两个因素，不切根为对照(CK)，其中切根处理深度分别为5、10和15 cm，即D5、D10及D15，切根间距分别为20和30 cm，即L20和L30。两因素组合共计6个处理(表1)，每个处理3次重复，小区面积为3 m×5 m。小区布设采用随机区组设计。切根采用人工自制切根刀片(刀片长度为25 cm，宽度分为5、10、15 cm，厚度0.5 cm)，沿垂直向切入草地进行方格式切根处理。

表1 切根处理设置

1.2.2 采样方法及测定指标 分别于2013年6月8日、7月9日、8月6日羊草生长的拔节期、乳熟期、蜡熟期测定羊草群落的密度及株高；于8月31日果后营养期测定羊草群落的密度、株高、地上生物量等指标。每个时期在除去小区边界10 cm部分内随机选取20株测定羊草高度(自然高度)；小区内选取50 cm×50 cm样方，沿对角线方向取3个样方作为重复，测定样方内羊草及其它植物的株丛数，并齐地刈割，测定群落的地上、地下生物量。地上生物量于刈割后称鲜重，而后在室内用烘箱105 ℃杀青30 min，之后65 ℃烘干至恒重。

1.2.3 计算及分析方法 选用物种多样性指数和均匀度指数表示群落多样性，根据松嫩草地的群落特征，多样性指数采用香农-威纳指数(Shannon-Wiener index)[16]，均匀度指数采用Pielou指数，各自计算公式如下：

物种重要值IV=(相对生物量+相对盖度)/2；

相对生物量=某物种生物量/地上总生物量；

相对盖度方=某物种盖度/所有物种的盖度之和；

物种丰富度=一定面积内的物种数；

Shannon-Wiener指数(H′)：

Pielou指数:

E=H′/lnS.

式中:Pi为第i个物种的重要值，S为物种数目，N为所有物种的个体数之和，ni为第i个物种个体数量。

1.3 数据分析方法

数据采用Excel2003制作图表，用SPSS软件分别对株高、密度、地上生物量以及群落特征进行方差分析与差异显著性检验。

2 结果

2.1 切根处理对羊草种群特征的影响

2.1.1 羊草高度 切根间距20cm时，5和10cm深两种切根处理在拔节期的羊草高度(自然高度)均显著高于15cm深切根处理(P<0.05)，在蜡熟期显著高于15cm深切根处理和CK，而5和10cm深切根处理间差异不显著(P>0.05)(图1)。从整体上看，15cm深切根处理的羊草高度略低于CK，高度差在8cm左右。羊草高度增长趋势显示，拔节期到蜡熟期高度变化趋势类似，从乳熟期到蜡熟期5和10cm深切根处理的高度增加量要高于L20D15与CK，而从蜡熟期到果后营养期，3种切根深度处理(D5、D10、D15)及CK的羊草高度增长基本保持稳定(图1)。

切根间距30cm时，5cm切根深度在乳熟期显著高于10cm深切根与CK，并且5、10cm切根深度在蜡熟期的羊草高度显著高于CK(P<0.05)。从株高变化趋势上看，同样是拔节期到乳熟期变化最大，各处理的株高增长速率均较高。从乳熟期到蜡熟期只有5、10cm保持较高增长趋势，而蜡熟期到果后营养期各处理株高已基本保持稳定，切根深度为5与10cm处理的株高优势也一直保持到最后，最终收获时株高基本稳定在75～80cm。

通过对相同切根深度下不同切根间距的比较发现，仅在乳熟期15cm切根深度下30cm间距的株高显著高于20cm切根间距(P<0.05)，不同时期其它处理间差异不显著(P>0.05)(图1)。

2.1.2 羊草密度 切根间距20cm时 ，3种切根深度处理下群落中羊草的密度随物候期的变化呈缓慢增长的趋势(图2)。其中，10cm深切根处理处理的羊草密度增加比较明显。拔节期、乳熟期、蜡熟期，各切根处理与CK无显著差异(P>0.05)。果后营养期，5 cm深切根处理显著高于10 cm深切根处理及CK(P<0.05)，15 cm深切根处理也显著高于CK(P<0.05)。

图1 垂直切根深度和宽度对羊草自然高度的影响

图2 不同切根深度处理下羊草密度的变化

切根间距30 cm时，不同切根深度处理下羊草的密度随物候期的变化也呈缓慢增长趋势，其中切根深度5 cm处理的密度高于其它处理(图2)。通过不同物候期的比较发现：拔节期5 cm深切根处理的羊草密度显著高于其它处理(P<0.05)；拔节期到乳熟期，5 cm深切根处理处理的密度增加量要高于其它处理，而10、15 cm深切根处理与CK的变化相似，基本保持在每平方米140株左右。

相同切根深度下，果后营养期L30D5处理的密度显著高于L20D5(P<0.05)，L20D15的密度显著高于L30D15(P<0.05)(图2)。

2.1.3 羊草地上生物量 L30D5处理的羊草地上生物量(干重)最高，L30D15处理最低(图3)。L20D5处理的羊草地上生物量显著高于L20D10、L20D15和CK(P<0.05)，L30D5处理的羊草地上生物量显著高于L30D10、L30D15和CK(P<0.05)，但L20D10、L20D15、L30D10与L30D15处理之间均无显著差异(P>0.05)。

2.2 切根处理对羊草群落生物多样性的影响

除处理L30D10之外各处理的丰富度指数(S)均显著低于CK(P<0.05)(表2)，说明切根处理可降低羊草群落的丰富度，提高优势种群羊草在群落中所占的比例。

处理L20D5、L20D10、L30D5、L30D10的Shannon-Wiener指数均显著低于CK(P>0.05)；处理L20D15、L30D15略低于CK(表2)。15 cm深度的切根处理多样性指数较高，且在切根间距20和30 cm下的多样性指数与CK相近(P>0.05)。

图3 切根处理条件下羊草地上生物量的变化

均匀度指数表明，除L20D15外，不同切根处理均降低了群落的均匀度指数，其中处理L30D5显著低于CK(P<0.05)；同时，L30D5的优势度指数最高，显著高于CK。表明切根处理增强了羊草种群在群落中的重要性，有效降低了种群中其它物种所占的比例。处理L30D5最有利于羊草种群的生长，提高了羊草种群在群落中所占的比例。

3 讨论与结论

表2 切根处理条件下羊草群落生物多样性的比较

注：同列不同小写字母表示不同处理间显著差异(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters within the same column indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level.

破土切根的改良方式可以增强草地土壤的通透性，打破土壤的板结层，促进植被的生长[17]，羊草作为根茎型牧草，切根起到了促进其繁殖生长的作用。本研究表明，不同的切根处理均可促进羊草高度的增长，在切根处理初期的一个月内，各处理的生长效果与CK相比无显著差异，其中切根15 cm深度略低于CK。不同处理间，5和10 cm深度切根均可显著提高羊草的高度。不同切根处理对羊草密度的影响不同，切根L30D5最大程度地提高了羊草的密度。原因在于切根处理一定程度上破坏了羊草的原有生长环境，改善了羊草草地的土壤理化性质，促进了羊草的生长；除此之外，结合羊草高度和密度的变化来看，密度的增加可能是由于新分株的产生导致，而产生新分株之后急需能量的补充，此时羊草植株的株高增长能够增强其光合作用，从而有利于分株从母株体内获取能量。生物量方面，5 cm切根深度最能提高羊草种群的生长能力。这与Crowley等[18]提出克隆植物断裂具有促进植物生长繁殖的意义相符，说明合理利用羊草的生长特性，并结合克隆植物独有的适应环境的方式[19]进行草地改良可以作为草地管理的一种有效方式。切根在抑制羊草以外的物种生长的同时，羊草根茎的断裂促进了自身种群的再生能力，避免了根茎的相互缠结，并改善了其生存环境[20-21]，因此，切根能有效地提高羊草在种群中的竞争力，促进羊草的自我繁殖。本研究表明，并非切根深度越深越有利于生物量的增加，5 cm的切根深度在两种切根间距条件下均显著提高了羊草地上生物量，说明该切根深度能更加有效地改善羊草地下生长环境，有利于羊草的生长。

除此之外，本研究亦证明了不同的切根处理会改变羊草草地的群落多样性，一般而言生物多样性包括两个方面：一是指一定区域内物种的丰富程度；二是指生态学方面的物种分布的均匀程度[22]，目前常用的生物多样性测度指数为物种丰富度指数、物种多样性指数、均匀度指数等。物种丰富度指数是指测定一定时间或者空间范围内的物种数目[23]。Shannon-Wiener指数是指将物种丰富度与种的多度结合起来的函数，可表征由生物群落等级特征引起的多样性程度[24]。均匀度指数是指把物种均匀度与丰富度结合起来的一个统计量，可表征群落的多样性与最大多样性之间比率[25]。本研究表明，切根处理降低了物种的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数，可提高优势种群羊草的竞争能力和排他能力，提高羊草种群在草地群落中所占的比例，促进羊草的生长，究其原因可能是切根处理破坏了其它植株的根系结构，导致植物体营养供应不足，而羊草因其根茎的存在使得植株间能够进行营养物质的共享，达到了资源共享的效果，从而使其优于其它物种。

综上所述，无论是从羊草高度、密度还是地上生物量或者是群落多样性，切根深度为5 cm时以上各指标均达到了最优结果，因为羊草的根茎主要集中在地面以下5 cm左右，并且此时的深度对于羊草根系其它部分的破坏较小，如果继续增加切根深度可能会对根茎以外的根部产生伤害，阻碍植株对土壤中营养物质的利用，当然此种说法是否正确还有待验证。而关于切根间距，30 cm宽的间距在各指标上略高于20 cm，并不存在显著差异，原因可能是这两个间距本身已经超过了影响羊草生长有最大阈值，如果想要找到最优组合还需要进一步探究，而不同切根组合对羊草生长的影响，例如光合指数、呼吸指数、叶面积以及土壤特征的变化还有待以后更加具体的研究。

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(责任编辑 武艳培)

Root cutting can improve the growth ofLeymuschinensisin Songnen Plain

Zhang Jia-liang1,2, Cao Jie2, Deng Bo1,2, Chen Ji-shan3, Zhang Yue-xue3

(1.College of Animal Science and Technology, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China;2.College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193;3.Institute of Forage and Grassland Science, Heilongjiang Academy of Agricultural Science, Harbin 150086, China)

To addressLeymuschinensisgrassland degradation and dramatic productivity decline in Songnen Plain, we designed experiments with 20 and 30 cm spacing with 5, 10, and 15 cm deep root cuttings based on theL.chinensisclone growth ability characteristics. We analysed the height, density, biological diversity, quantity, and quality characteristics ofL.chinensiscommunity. The result showed that all root cutting treatments had different influences on the growth ofL.chinensis. The root cutting depths of 5 and 10 cm significantly improved the height and density ofL.chinensisand reduced the community diversity index (P<0.05); the 5 cm deep root cutting also showed the best growth improvement ofL.chinensis. From these results, we concluded that suitable root cutting treatments can improve the growth ofL.chinensisand add value to the management ofL.chinensisgrassland.

root cutting;Leymuschinensisgrassland; Songnen Plain; growth

Deng Bo E-mail:dengbo67@cau.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0451

张佳良,曹杰,邓波,陈积山,张月学.垂直切根可以改善松嫩草地羊草生长.草业科学,2017,34(5)：1057-1063.

Zhang J L,Cao J,Deng B,Chen J S,Zhang Y X.Root cutting can improve the growth ofLeymuschinensisin Songnen Plain.Pratacultural Science，2017,34(5)：1057-1063.

2016-08-29 接受日期：2017-02-24

公益性行业(农业)科技专项(201303060)；国家牧草产业技术体系(CARS-35)；“十二五”农村领域国家科技计划课题(2012BA13B07)

张佳良(1991-)，男，河北唐山人，在读硕士生，主要从事草地管理研究。E-mail：845570700@qq.com

邓波(1961-)，男，吉林长春人，副教授，博士，主要从事草地生产与管理研究。E-mail:dengbo67@cau.edu.cn

S816;S543+.904

A

1001-0629(2017)05-1057-07