川西北草原鼠荒地治理技术研究

2023-01-29王钰周俗赖秀兰根呷羊批杨思维陈立坤牛培莉李开章钟小山

草原与草坪 2022年5期

王钰，周俗 *，赖秀兰，根呷羊批，杨思维，陈立坤，牛培莉，李开章，钟小山

（1.四川省草原科学研究院，青藏高原高寒草地生态修复技术研究工程中心，四川成都 611743；2.四川农业大学动物科技学院，四川成都 611130；3.西南民族大学青藏高原研究院，四川成都 610041；4.阿坝州林业和草原局，四川马尔康 624000；5.若尔盖县科学技术和农业畜牧局，四川若尔盖 624500；6.甘孜州草原工作站，四川康定 626000）

鼠荒地（Rodent damaged grassland）是超载过牧等原因引起草地植物群落结构发生改变，形成有利于啮齿类动物活动（造丘、掘洞等）的栖息地环境，导致草地退化进一步加剧而形成的。近年来，由于气候变化与人为因素的干扰，草地退化加剧，鼠荒地呈现蔓延和扩大的趋势，严重阻碍草原生态环境的恢复改善和草地畜牧业的可持续发展［1-2］。鼠荒地是川西北退化草原的主要类型之一［3-4］，据统计，四川省鼠荒地主要分布在川西北北部石渠、德格、色达、甘孜、若尔盖、阿坝、红原等县［5-6］。众多研究表明，鼠荒地植被盖度较低、植物种类多以毒杂草为主，并且水土流失现象严重，威胁草地生态安全和草地生产力。因此，研究鼠荒地植被恢复技术尤为重要［7-10］。

目前，人工种草和草地补播等成为恢复鼠荒地植被的有效途径。兰伟等［11］、杨延彪［12］研究表明“控鼠+施肥+整地（深耙）+播种+围栏田间管理”能快速增加鼠荒地植被产量。张起荣［13］对鼠荒地采取“灭鼠、灭鼠＋围栏封育和灭鼠＋围栏封育＋补播”等治理措施，认为不同治理措施均可明显提高植被盖度、高度和产草量，其中“灭鼠＋围栏封育＋补播”效果最好。周俗等［14］研究表明“控鼠+施肥+整地（划破草皮）+播种+围栏封育”措施可大幅提高草原生产力，有效控制治理区鼠害。王兰英等［8］通过试验表明，“控鼠＋围栏封育＋补播（老芒麦）＋禁牧休牧”对提高植被盖度、高度和产草量的效果最好。周富斐等［15］通过对试验研究发现，在轻度和中度鼠害草地分别采取“控鼠封育”和“封育补播”治理措施，植物种类、植物种丰富度、均匀度、辛普森多样性指数和地上生物量均增加。

多年来通过控鼠、禁牧休牧、围栏封育、补播草种和人工建植等治理措施，鼠荒地的治理取得了显著的效果，但是也存在诸如技术不成熟、乡土草种使用不足等问题。在我国，草原鼠荒地分布广、面积大，且不同地区的草原类型、土壤、海拔、降水等情况具有差异，治理模式尚不能做到统一，不同鼠荒地需要进行分类分级配套集成治理技术、因地制宜选择治理模式［14］。目前尚未有针对川西北地区开展大面积鼠荒地植被恢复治理的研究，因此，本研究针对川西北鼠荒地采取取综合治理措施，评价治理效果，以期为科学治理草原鼠荒地提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

研究区位于若尔盖县麦溪乡俄藏村（N 33°59′，E 102°25′），地处川、甘两省交界，离县城约 110 km，天然草地面积约1.1×105hm2，是以畜牧业为主的纯牧业乡，平均海拔3 400 m，年平均气温1.3 ℃，年降水量656.8 mm，灾害性天气主要有干旱、冰雹和大风。土壤类型主要为沼泽土、草甸土，草地土壤层较薄。草地植被以禾本科（Poaceae）、莎草科（Cyperaceae）、毛茛科（Rapositae）、蔷薇科（Rosaceae）和蓼科（Polygo‐naceae）等草本植物为建群种或优势种。啮齿动物以高原鼠兔（Ochotona curzoniae）、高原鼢鼠（Eospalax baileyi）为主，喜马拉雅旱獭（Marmota himalayana）为偶见种［16］。

1.2 试验方法

1.2.1 样地、样方和治理措施根据2017年对拟实施鼠荒地治理区域的前期调查结果，参考鼠荒地等级划分标准［17-18］，选择坡度小于 7º、面积为 60.0 hm2的极度退化草地为试验样地，在样地内设置5个50.0 m×50.0 m的鼠情调查样方，样方内再沿1条对角线设置3个1.0 m×1.0 m的调查样方。前期调查发现：样地内高原鼠兔的平均洞口数为2 250.0个/hm2，有效洞口数为774.0个/hm2；植被平均地上生物量4263.0 kg/hm2（鲜重），平均盖度（39.2±5.7）%。采用围栏封育、害鼠控制、整地施肥和补播草种等作为综合治理措施。

1.2.2 围栏封育按照2017年国家天然草原退牧还草工程的设计要求安装围栏，作为样地的草场封育和禁牧设施。

1.2.3 灭鼠通过灭鼠控制种群数量。2018年3—4月，用1 500万MLD/mL 的D型肉毒梭菌毒素和小麦配制毒饵灭鼠，配比为1∶100。按洞口投饵，用量为2 kg/hm2，用堵洞开洞法调查灭鼠效果。

1.2.4 整地施肥在试验样地内捡去石块，清除杂物，填平洞穴。对秃斑地施底肥、翻、耙。底肥为15 000 kg/hm2的牛羊粪和4 500 kg/hm2的生物有机肥。

1.2.5 补播草种 22.5 kg/hm2老芒麦+7.5 kg/hm2垂穗披碱草+7.5 kg/hm2中华羊茅+7.5 kg/hm2草地早熟禾组合，在5月中上旬撒播，并覆土1~2 cm。

1.2.6 综合治理效果测定以试验样地高原鼠兔的有效洞口数和试验样地主要植被参数评价综合治理效果。每年8月份重新设置5个50 m×50 m的样方调查有效洞口数，用常规方法调查植被种类组成、盖度、高度、频度和地上植被生物量（鲜重）。每年所选样方不得重叠。

1.4 数据分析

植物重要值计算公式［19］：

式中：LV为种的重要值；RH为植物种群的相对高度；RF为相对频度；RC为相对盖度；

物种多样性指数［20］计算公式：

丰富度指数按下式（2）计算：

Shannon-Wiener指数按下式（3）、（4）计算：

Simpson指数按下式（5）计算：

Pielou指数按下式（6）计算：

式（2）—（6）中：N为样方中所有物种个体数的总和；Ni为i物种的个体数；S为样方中物种数；Pi为i物种的个体数占样方中物种个体数总和的比例。

灭鼠率以灭洞率［21］计算：

用Excel 2019进行基本数据统计处理和图表制作，利用SPSS 25.0软件对数据进行单因素方差分析（One-way ANOVA）。

2 结果与分析

2.1 高原鼠兔相对种群密度变化

试验区经过害鼠控制措施后，总洞口数和有效洞口数随着治理时间的增加呈急剧下降后缓慢上升的趋势（图1）。治理1年后（2018年），总洞口数比治理前减少了62.0%，有效洞口数减少了90.4%，灭洞率为91.0%；治理2年后（2019年），总洞口数比治理前减少了65.3%，有效洞口数减少了90.6%，灭洞率为90.6%；治理3年后（2020年），总洞口数比治理前减少了52.0%，有效洞口数减少了64.7%，灭洞率为67.9%，治理后第3年总洞口数和有效洞口数比第1年和第2年有所增加。此外，治理后3年内的有效洞口率呈增加的趋势。

图1 试验区域的鼠洞指标Fig.1 The hode indexes of plateau pika in experimental area

2.2 治理前后植物种类组成变化

试验区域未进行治理前植物种类共计20种，其中阿坝蒿（Artemisia abaensis）、翻白委陵菜（Potentilla discolor）、黄芪（Astragalus propinquus）和小嵩草（Ko⁃bresia humilis）4种为优势种，有4种优良牧草。治理1年后（2018年）植物种类为32种，比治理前增加了60.0%，治理2年后（2018年）植物种类为28种，比治理前增加了40.0%，治理3年后（2019年）植物种类为27种，比治理前增加了35.0%，治理2年后和3年后的植物种类比治理1年后的植物种类分别降低了12.5%和9.4%，但种类组成相对稳定（F=1.118，df=2，P>0.05）。治理后优势种变为了禾本科的中华羊茅、垂穗披碱草、草地早熟禾和老芒麦，优良牧草增加到8种（表1）。

表1 试验区植物种类Table 1 Plant species in experimental area

2.3 治理前后植物物种多样性变化

综合治理一年后，丰富度指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数和Pielou指数比治理前分别增加了60.0%、26.0%、11.6%和8.9%，治理2年后，各指数比治理前分别增加了40.0%、27.6%、13.3%和14.7%，治理3年后，各指数比治理前分别增加了35.0%、27.9%、13.6%和16.3%。除此之外，试验区物种丰富度指数在治理2年后和3年后比治理一年后有所降低，但无显著差异（图2）。

图2 试验区域群落物种多样性Fig.2 Plant species diversity in experimental area

2.4 治理前后植被高度、盖度、地上生物量变化

综合治理前，试验区植被平均高度为8.3 cm，治理1年后植被平均高度达到了44.6 cm，比治理前增加了437.3%，治理2年后的植被平均高度为44.9 cm，比治理前增加了441.0%，治理3年后植被平均高度为45.0 cm，比治理前增加了442.2%，治理后三年间植被高度差异较小，植被高度趋于稳定（图3‐A）。

试验区未治理前植被盖度为39.2%，治理1年后为99.4%，比治理前增加了60.2%，增幅为153.6%，治理2年后为98.8%，比治理前增加了59.6%，增幅为152.0%，治理3年后94.4%，比治理前增加了55.2%，增幅为140.8%，治理后的3年内平均盖度为97.5%，盖度的变化较小（图3‐B）。

图3 试验区域植被高度和盖度Fig.3 Plant plant coverage and plant height in experimental area

未治理前，平均地上植被生物量为4 263.0 kg/hm2，治理1年后（2018年），平均地上植被总生物量为15 862.5 kg/hm2，比治理前增加了272.2%，治理2年后（2019年），平均地上植被总生物量为15 007.5 kg/hm2，比治理前增加了252.0%，治理3年后（2020年），平均地上植被总生物量为12 547.5 kg/hm2，比治理前增加了194.3%，治理后3年间，总地上植被生物量有降低的趋势，但3年间变化不显著（图4）。

治理前杂类草地上生物量最高，达到3 820.5 kg/hm2，占地上植被总生物量89.6%，莎草科地上生物量占5.7%，禾本科地上生物量仅占4.7%。采用综合措施治理后，2018、2019和2020年禾本科地上生物量占总地上生物量比例分别为72.2%、70.0%和67.3%，而杂类草地上生物量占总地上生物量比例分别为24.3%、20.0%和24.0%。治理前和治理后，同一年不同功能群平均地上生物量之间差异均显著（图4）。

图4 试验区域植被地上生物量（鲜重）随时间变化情况Figure 4 Aboveground biomass of functional group in ex⁃ perimental area

3 讨论

3.1 高原鼠兔密度对鼠荒地植被恢复治理的影响

高原鼠兔主要以禾本科植物为食，由于人为因素等干扰使得高原鼠兔密度激增，造成其生境中禾本科植物减少甚至消失。禾本科植物对围栏封育、施肥等治理措施响应迅速，并形成优势种群［22］，为高原鼠兔提供了优质的食物资源，最终导致其种群数量难以控制，使鼠荒地植被治理效果欠佳［15］。

本研究中选择的试验区域高原鼠兔洞口密度达到了774个/hm2，已形成鼠荒地，逆向演替明显，这与庞晓攀等［23］研究结果“当高原鼠兔有效洞口密度高于224 个/hm2时，优势种植被的优势度显著降低，形成了逆向演替规律”相一致。严红宇等［24］通过研究发现随高原鼠兔密度增加，其栖息地内植物总盖度、平均高度和总地上生物量呈降低趋势，同时也改变了植物功能群组成。贾婷婷等［25］研究发现高寒草甸群落组分、物种重要值随高原鼠兔有效洞穴密度增加均发生一定程度的变化，样方内杂类草植物种数逐渐增多。德吉央宗等［26］研究发现高原鼠兔建群率与植被覆盖度之间呈负相关，与灭绝率之间呈正相关，表明植被覆盖度越低，高原鼠兔种群密度越高。张永超等［27］研究结果有效鼠洞密度与草层高度存在着显著的负相关性。本研究中高原鼠兔相对种群密度与植物组成、地上生物量、植被高度和植被总盖度呈负相关，这与以

上研究结果相一致。由此可见，控制高原鼠兔的种群密度后对鼠荒地植被生长与恢复具有正向积极的作用。目前常用的生物药剂有 C、D 型肉毒梭菌毒素等［28］，本试验中选择施用D型肉毒梭菌毒素对高原鼠兔种群密度进行控制，在治理第1年和第2年高原鼠兔的密度明显下降，但在第3年其种群出现增加的情况，这可能表明仅一次的药物防治对高原鼠兔种群密度进行控制的持续性效果不佳，除此之外，高原鼠兔种群密度的增加可能是因其迁移和繁殖造成的结果。

3.2 治理措施对群落物种多样性，植被高度、盖度及地上生物量的影响

物种多样性是评价群落中物种组成和群落稳定性的重要指标，植物地上生物量是描述植物群落基本数量特征之一。高原鼠兔密度变化会影响天然草地植物群落的生物量、物种组成和重要值［15］，李苗等［29］研究表明控制害鼠密度使重度退化草地中的植被盖度、植物地上生物量显著增加。本研究结果显示，先采用控制鼠害措施使高原鼠兔有效洞口密度减小后，高原鼠兔对草地的挖掘和啃食减少，为鼠荒地植被恢复创造了有利的条件。整地施肥和围栏封育能够有效提高牧草生产力［22］，本研究中施加牛粪、羊粪和生物有机肥能够促进禾草、莎草生长，这与以上研究结果相一致，但杂类草的生长趋势与其研究结果不一致，原因可能是本研究中组合补播草种的影响，压缩了杂类草的生长空间。本研究中植物群落的物种丰富度，Shannon‐Wiener物种多样性指数、Simpson优势度和Pielou均匀度指数均增加，禾本科和多年生莎草科植物地上生物量比重增加，杂类草比重下降，植物群落的结构趋于稳定，这与纪磊等［30］通过禁牧对退化草地植物群落的恢复研究结果相一致。草种补播对于快速恢复鼠荒地植被具有促进作用，本研究中使用老芒麦+垂穗披碱草+中华羊茅+草地早熟禾的草种组合进行补播，使得试验区的植被高度、盖度、生物量等指标显著提高，这与张永超等［27］、张起荣等［13］、周俗等［14］以及王兰英等［8］的研究相一致，不同的是本研究所使用的草种组合是首次应用于鼠荒地植被恢复治理。综上所述，通过该综合治理措施，有效地提高了试验区植被的高度、盖度和地上生物量，增加了物种丰富度和多样性指，改变了植物群落结构，降低了高原鼠兔种群密度。