封育对山地草甸草地群落特征动态变化的影响

2021-10-09管廷贤刘兴义董乙强安沙舟

草食家畜 2021年5期

靳茜，管廷贤，刘兴义，董乙强，安沙舟

(1.新疆博尔塔拉蒙古自治州草原工作站，新疆博乐833400；2.新疆博乐市草原工作站，新疆博乐833400；3.新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐830052）

草甸是重要的可更新自然资源，在全球碳循环中起着重要作用。天然草甸土壤有机质丰富，其初级生产力高于草原，多数草甸植物适于作为牧草，其中有些适口性优异，是家畜的上等饲草。同时，山地草甸是重要的旅游资源，近年来，随着旅游资源的开发和游客游程范围的延伸，人类活动对山地草甸的负面影响也日趋增大，山地草甸出现一定程度的退化。因此，研究山地草甸草地群落生物量对封育的响应规律及其时间动态变化具有重要意义。围栏封育作为退化草地植被恢复、重建的重要措施之一，已被广泛应用于退化草地的治理中，有研究表明，围栏封育有利于草地土壤理化性质的恢复，但长时间围封会降低土壤磷素含量，需要通过施肥等管理措施补充以促进草地生态系统保持良性状态[1]；围栏封育措施对群落组成结构及植物种的重要值产生不同程度的影响，主要表现在生物多样性增加，一些可食牧草的重要值增加，而不可食牧草的重要值相对下降[2]；围栏封育可以显著提高草地生产力，并且对物种多样性也有一定的促进作用，是应对退化温性草甸草原恢复的有效措施，且与自由放牧相比，围栏封育增加了群落植物种整体生态位重叠值和种间竞争[3]。目前关于封育的研究主要是对同一时间段进行研究草地群落特征的瞬时规律，而对其月际和年际动态变化研究较少，而草地群落特征的时间动态变化更能有效反映退化草地的封育效果，亟需进一步深入研究封育对草地的动态变化规律。基于以上认识，本研究以博乐市退化山地草甸为研究对象，通过连续5年（2015年-2019年）在生长季（5月-9月）对封育区和自由放牧区的草地植物群落生物量、优势种和主要经济类群的高度进行动态监测，明确草甸草原群落生物量对封育的响应规律，并明晰其在封育区和放牧区的年际和月际动态变化规律，以期为该类退化草地的生态恢复和科学经营管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于新疆博州赛里木湖西南岸博乐市国家级草原固定监测点（编号xjw089），地理位置N44°33′48.6″，E 80°59′17.8″，海拔2 123 m。地处亚欧大陆腹地，该地属于温带大陆性干旱气候，日照时间长，昼夜温差大。该区年降水量400 mm左右，年均气温约1.1℃，土壤类型为黑钙土，土壤质地为壤土，无覆沙和盐碱斑，轻度水蚀，封育前植被主要以天山羽衣草（Alchemilla tianshanica）为建群种，常见的伴生种有无芒雀麦（Bromns inermis）、草原老鹳草（Geranium pratense）、苔草（Carex sp.）、珠芽蓼（Polygonum viviparum）、野火球（Trifolium lupinaster）、黄芪（Astragalus sp.）等，主要放牧家畜以绵羊为主，是当地重要的夏草场。

1.2 试验设计

本研究设置2个处理，即围栏封育和自由放牧。封育区占地面积3.3 hm2，从2012年开始实施封育，禁止家畜采食。禁牧前草地植被高度、产量减少近40%，退化程度为中度退化。围栏外仍为自由放牧区，放牧强度保持不变，且禁牧前后在植被组成、群落特征及地形地貌上基本相似，地形地貌为山地阴坡坡中部，坡度平缓近似平原，两个区域之间的间距低于10 m。由于该区域植物分布较均匀，异质性较低，在每个处理内布置3个1×1 m的典型样方，样方间距为10 m，每年于6月-9月进行监测，且于每月1日和15日各监测1次，从2015年-2019年连续监测5年（禁牧年限为4～8 a），即围封的第四年至第八年进行监测。

1.3 野外调查取样

在研究区进行群落数量调查时，记录草地内植物优势种和主要经济类群。采用直接测量法测定优势种和主要经济类群的高度（cm），每种植物选择5株测定高度后计算平均值，即为优势种、类群和植被群落的平均高度。采用针刺法测定物种和类群的盖度（%）。地上生物量采取齐地面刈割法，装入做好标签的布袋中带回实验室，80℃烘24 h至恒重后称取干重（g/m2）。

1.4 数据分析

采用Excel对数据进行预处理，然后用SPSS25.0中的One-way ANOVA对不同处理的月际动态、年

际动态等进行差异性分析，用GraphPad Prism 5绘图。数据均以均值±标准差的形式表示。

2 结果与分析

2.1 封育区和放牧区草地群落生物量月际动态变化

表1 看出，不同生长季围栏内外草地群落生物量均具有显著差异（P<0.05）。与自由放牧区相比，6月-9月封育区草地群落生物量分别显著增加63.1%，76.9%，104.6%和119.46%。从月际动态上看，封育区和放牧区草地植被群落生物量均呈先增后降的变化趋势，且在7月份达到最大，分别比6月、8月和9月高了12.7%～27.8%和17.2%～58.6%。

表1 封育后草地群落生物量的月际动态变化

2.2 封育区和放牧区草地群落生物量年际动态变化

表2 看出，2015年-2017年围栏内外草地群落生物量差异显著（P<0.05），且与自由放牧区相比，封育后草地群落生物量分别增加568.50%，176.88%和98.13%，增加量呈逐年下降趋势。但2018年、2019年围栏内外差异不显著（P>0.05）。从年际动态上看，封育区草地群落生物量随着封育年限的增加呈波动性降低的趋势，而放牧区草地群落生物量随年份的推移基本呈逐年增加的变化。

表2 封育后草地群落生物量的年际动态变化

2.3 封育后草地植被高度的年际动态变化

由图1可知，与自由放牧区相比，2015-2019年封育后优势种羽衣草种群高度显著增加了33.8%～419.4%（P<0.05）。从年际动态上看，封育区羽衣草种群高度呈波动性下降的趋势，且2015-2017年显著高于2018-2019年，而放牧区的羽衣草种群高度随年份的推移呈先增后降的变化（P<0.05），且在2017年达到最大值。禾草高度在2015-2017年封育区比放牧区显著增加了94.2%～825.5%（P<0.05），而在2018-2019年禾草高度对禁牧的响应不显著（P>0.05）。从年际上看，封育区禾草高度随年份的推移呈波动性下降的变化，而放牧区呈逐渐增加的变化趋势。杂类草高度2015-2019年封育后显著增加了30.7%～462.6%（P<0.05）。从年际上看，封育区杂类草高度随年限的推迟呈波动性下降的变化，而放牧区呈逐渐上升的变化趋势。群落高度在2015-2018年封育后显著增加了85.0%～278.8%（P<0.05）。从年际上看，封育区群落高度呈波动降低的趋势，而放牧区呈先增后降的变化趋势。

图1 封育后草地植被高度的年际动态变化规律

2.4 封育后草地植被盖度年际动态变化

由图2可知，与自由放牧区相比，2015年羽衣草盖度封育后显著增加了20.6%，但2017-2019年封育后显著降低了49.4%～89.2%（P<0.05），而2016年差异不显著（P>0.05）。从年际动态上看，封育区羽衣草盖度呈逐渐下降的变化，而放牧区呈波动性变化。禾草盖度在2015-2016年对封育响应不显著，但2017-2019年封育后显著增加了33.5%～65.9%（P<0.05）。随年份的推移禾草盖度在封育区和放牧区均基本呈逐渐增加的趋势，但封育区增长速率较快。杂类草盖度在2018年封育后显著增加，但在2019年封育后呈降低趋势。从年际上看，杂类草盖度在封育区呈先增后降的变化，但放牧区呈波动性增降变化。

图2 封育后草地植被盖度的年际动态变化规律

3 讨论

有研究表明植物群落盖度和地上生物量随着围封年限的增加表现为先显著增后降的变化趋势（P<0.05）[4]；同时有大量研究表明随着围封时间的延长，群落地上生物量表现出逐渐降低的趋势[5，7]。另有研究表明随着禁牧年限的增加伊犁绢蒿种群的高度、盖度、生物量以及群落的高度、生物量均呈增加趋势[8，9]。本研究表明封育后草甸草地植被生物量基本呈逐年下降的趋势，其主要是因为地表凋落物积累，抑制植物的再生和幼苗的形成，不利于草地植物的繁殖更新。在本研究中禁牧区和放牧区草地群落生物量在整个生长季总体呈先上升后逐渐下降的变化趋势，这表明大部分的草甸植物的生物量在7月份达到峰值。

优势种和群落的种类组成是草原植物群落结构的另一重要特征，优势种的更替是群落演替不同阶段的标志[10，11]。有研究表明，禁牧3～6年，围栏内外植物群落组成没有发生明显变化，围栏封育使围栏内羊草、贝加尔针茅优势种的优势地位明显增加[12]；另有研究表明围栏封育改变了退化草原的优势物种组成[13]。本研究表明随着封育年限的增加羽衣草盖度逐年递减，但禾草盖度逐年增加，而杂类草呈波动性变化趋势。造成这种结果的原因主要是因为大多禾草植物均为优良牧草，其在放牧状态时遭受家畜的过度啃食，而封育后排除了放牧家畜的干扰而进行休养生息，从而使具有较强繁殖能力的根茎型禾草（如无芒雀麦）逐渐扩繁，最终致使禾草盖度增加。