浅翻耕对贵州喀斯特山区草地植被群落组成及生产力的影响

杨 丰1， 张 涛2， 张明婧1， 陈 超3

(1.贵州省草地技术试验推广站，贵州 贵阳 550025； 2.贵州省农业科学院畜牧兽医研究所，贵州 贵阳 550005；3.贵州大学动物科学学院，贵州 贵阳 550025)

草地既是一种生产资料，也是畜牧业发展的基础，具有不可替代的生态屏障功能，对维持区域性生态系统的稳定具有重要作用[1]。随着贵州生态畜牧业发展规模不断扩大，饲草料短缺、草畜不平衡等矛盾日益突出，加大天然草地开发利用不仅能够增加饲草料产量和品质、缓解草畜不平衡矛盾，还可以改善生态环境、增加农民收入，为区域生态经济增长做出有力贡献[2，3]。浅翻耕作为改良草地生态系统的1项有效措施，在草地集中、面积宽广的北方研究较多，尤其在以羊草为建群种的草地改良中已得到广泛应用[4～8]，在南方喀斯特山区则鲜见报道。本研究采用成对设计研究方法，通过监测试验分析浅翻耕对贵州喀斯特山区天然草地植被群落组成和生产力的影响，为更好地管理和利用草地提供基础资料和依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况研究区位于贵州省黔西南州晴隆县马场乡(25°41′～25°44′N，115°19′～105°25′E，海拔1 380～1 421 m)。该地区属于亚热带湿润季风气候，年均温度16 ℃，无霜期280 d，年均日照时数1 462 h，年均降水量1 350 mm，土壤类型主要为黄壤。研究区草地以白茅(Imperatacylindrica)为优势种，4月初开始萌发，11月末枯黄；主要伴生种有野谷草(Arundinellaanomala)、针茅(Stipacapillata)等。草地以放牧为主，放牧强度为4.5只/hm2(山羊)。

1.2 试验设计与样品处理试验样地南北长200 m，东西宽100 m。以该区域外相同面积的草地作为对照区。在2013年草地返青之前，采用1GQN-230ZG型旋耕机与轮式拖拉机配套对试验地进行草地浅翻耕作业，翻耕深度为15 cm。草地调查取样分别于2015年8月和2017年8月进行。在处理区和对照区随机选择5个1 m × 1 m的样方，记录每个样方内草地植物种类，采用草地调查常规方法测定各物种的高度、盖度、密度和地上植物量，将地上植物量按经济类群(禾草类、杂草类)分开，称取鲜重后在恒温箱内80 ℃ 24 h烘干至恒重[9，10]。

1.3 数据处理研究区植物的重要值和相关指数采用以下公式计算[10]。

重要值(Important value)：Pi=(RH+RC+RD)×100/3

丰富度指数(Margalef index)：M=(S-1)/lnN

多样性指数(Simpson index)：D=1-∑Pi2

均匀度指数(Pielou index)：J=(∑PilnPi)/lnS

式中：RH为相对高度，RC为相对盖度，RD为相对密度，S为样方内物种的总数，N为样方内植物个体数。

2 结果与分析

2.1 草地植被群落对浅翻耕地的响应采用浅翻耕改良后草地植被群落组成见表1。浅翻耕后第2年和第4年，草地植被科、属、种均比对照样地增加4个科、7个属、9个种。浅翻耕后第2年和第4年，草地植被高度、盖度、密度均显著高于对照样地(P<0.05)，增幅分别为74.18%、31.86%、65.45%和49.47%、16.72%、61.05%。

表1 浅翻耕后草地植被群落组成统计

注：同列(同年)不同字母表示差异显著(P<0.05)，相同字母表示差异不显著(P>0.05)。下同

2.2 草地植被多样性对浅翻耕地的响应植被多样性是群落演替过程中的1个重要指标，可以客观地反映群落演替的过程[11]。由表2可见，浅翻耕后第2年和第4年，草地植被物种丰富度显著高于对照样地(P<0.05)，增幅分别为124.07%和115.06%；草地植被多样性指数也显著高于对照样地(P<0.05)，增幅分别为20.83%、20.63%；均匀度指数没有显著变化(P>0.05)。

表2 浅翻耕后草地植被多样性随时间的变化

2.3 地上植物量组成对浅翻耕地的响应地上植物量是群落结构、环境及人类活动等因素综合作用的结果，反映群落的生长状况及生产力水平，在生态系统中具有重要作用[12]。由表3可见，浅翻耕后第2年和第4年，地上植物量显著高于对照样地(P<0.05)，分别提高54.66%和40.58%。从经济类群看，浅翻耕后第2年和第4年，禾草类牧草占地上植物量比例分别提高10.79、7.41个百分点，禾草类植物量占地上植物量的比例在92%以上，杂草类植物量占地上植物量的比例小于8%。表明通过浅翻耕处理可有效提高草地的地上植物量，增加禾草类植物量占比，有效抑制杂草生长。

表3 浅翻耕后草地地上植物量组成统计

3 结论与讨论

3.1本试验表明，浅翻耕改良措施可以显著增加贵州喀斯特山区草地植被高度、盖度、密度和地上植物量。主要原因是浅翻耕改善了土壤表层水、肥、气、热状态，为草本植物生长发育创造了更好的环境[8，12]。浅翻耕改良措施在破除土壤紧实的基础上提高了土壤含水量，增加了土壤中蓄水能力和土壤温度，促进了土壤中有益微生物生长代谢和有机质的分解，加快牧草从土壤中吸收水分和矿物质养分的速度，从而促进了植物生长发育，使草地植被高度、盖度、密度、植物量增加[5，13]。本试验效果优于张俊刚[2]在内蒙古锡林浩特市采用浅翻耕、切根改良的效果。

3.2植被多样性是草地生态系统中其他生物多样性的基础，其发生正向演替能促进土壤结构、肥力和土壤动物的恢复，进而促进整个草地生态系统的结构和功能恢复[14]。本试验表明，浅翻耕改良后第2年草地植被物种的丰富度和多样性分别显著高于对照样地124.07%和20.83%，第4年分别显著高于对照样地115.06%和20.63%。主要原因是浅翻耕改变了土壤水、肥、气、热等环境，人为干扰土壤种子库造成的[15，16]。本试验对牧草的增产高于管春德[17]在云南省开展的浅翻耕试验结果，可能是试验区气候环境差异的原因。