不同封育年限下伊犁絹蒿荒漠草地動態變化

成湘，夏小偉，安沙舟

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院/新疆草地資源與生態重點實驗室，烏魯木齊 830052；2.新疆自治區草原總站，烏魯木齊 830049)

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不同封育年限下伊犁絹蒿荒漠草地動態變化

成湘1，2，夏小偉1，安沙舟1

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院/新疆草地資源與生態重點實驗室，烏魯木齊 830052；2.新疆自治區草原總站，烏魯木齊 830049)

【目的】以圍欄封育的伊犁絹蒿荒漠草地為對象，探討群落多樣性對封育年限的響應，提出蒿屬荒漠草地合理的封育年限。【方法】選擇未封育(W0)、封育3年(W1)、封育8年(W2)、封育11年(W3)4個梯度，測定與分析5月伊犁絹蒿群落的高度、蓋度、密度及生物量。【結果】隨著封育年限的增加，群落的平均高度呈明顯增高(P<0.05)，群落向高叢化方向發展；封育8年及11年的群落蓋度顯著高于封育3年及未封育群落(P<0.05)；封育3年群落密度明顯高于其他3個處理(P<0.05)，生物量隨封育年限的增加并沒有顯著差異(P>0.05)。群落中競爭力強的種群優勢度得到提高，而競爭力弱的種群優勢度先提高后降低。封育3年群落的多樣性及豐富度顯著高于其他群落，而群落均勻度間沒有明顯差異(P>0.05)。【結論】封育5～8年后進行放牧有利于維持草地多樣性并獲得較大生產力。

伊犁絹蒿；封育；生物量；重要值

0 引 言

【研究意義】伊犁絹蒿(Seriphidiumtransiliense)荒漠草地主要分布于北疆低山及平原區，生產上主要作為春秋場使用，部分地區用作冬場，利用時間長，具有春季產羔育幼、秋季抓膘收獲畜產品等重要功能。該類荒漠草地建群種為超旱生半灌木伊犁絹蒿，由于放牧壓力大、無序利用及利用時間長等，草地發生不同程度退化，部分地區已經演變為一年生為主的草地或徹底被破壞，導致其生產及生態功能下降，嚴重影響畜牧業生產、威脅生態安全。針對該類草地的退化，已實施大面積圍欄封育，但受該區域畜牧業生產的需求，需要同時發揮其生產和生態功能。為此實現該類草地資源可持續發展是亟需解決的問題。在圍欄封育改良草地過程中，需要動態監測該類草地的恢復狀況，建立圍欄封育下草地的合理放牧制度，依據草地植物的生長發育規律及生態、生物學特性進行合理放牧。【前人研究進展】當前，有關絹蒿荒漠草地的研究多集中在探討不同的刈割強度、利用時間及刈割高度對伊犁絹蒿的再生生態及生物學特性[1，2]，不同退化梯度下種群點格局的變化[3]，草地退化過程中草地群落的演變趨勢、經濟性狀的變化及序列的劃分[4-7]及草地恢復過程中植被、土壤和草場質量的變化[8，9]與種子庫輸入特征[10]等方面。【本研究切入點】相對而言在封育解封年限方面研究較少，僅見楊合龍等[7]有過報道。為了合理利用圍欄封育恢復的伊犁絹蒿荒漠草地，確定草地封育的合理年限顯得十分重要。【擬解決的關鍵問題】以伊犁絹蒿荒漠草地為研究對象，通過春季對不同處理草地進行測量，探究不同封育年限伊犁絹蒿群落的數量特征及多樣性的變化，尋找適宜的放牧年限，為荒漠草地的可持續發展提供一定基礎資料及理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于烏魯木齊市米東區蘆草溝鄉，43°50′～43°53′N，87°45′～87°46′E，此區為低山丘陵，起伏不大，海拔920～930 m，屬大陸性中溫帶干旱氣候區，光照充足，蒸發量大，年內、晝夜溫差大，年平均降水量212 mm，降水年內分配不均，主要以冬季降雪為主，年均溫7.3℃，無霜期165 d，全年多西北風。生產上作為春秋場使用，利用時期長。

該區蒿屬荒漠以伊犁絹蒿半灌木為建群種，伴生叉毛蓬(Petrosimoniasibirica)、角果藜(Ceratocarpusarenarius)、葶藶(Drabanemorosa)等一年生植物，春季澀薺(Malcolmiamaritima)、彎果胡盧巴(Trigonellaarcuata)短生植物發育顯著。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗設置未圍欄封育(W0)，圍欄封育3年(W1)，圍欄封育8年(W2)，圍欄封育11年(W3)4個處理，以空間序列代替時間序列，于2015年5月11日進行測量。樣方面積1 m×1 m，重復5次。

1.2.2 測定指標

在4個處理下選取典型的位置布樣，對樣方內的群落及植物的蓋度、株高、密度和地上生物量進行測定。蓋度采用針刺法，50針；株高為自然高度，樣方內隨機選5株測其株高后取均值；密度為直接計數所得植株數；地上生物量采用刈割法(對于半灌木伊犁絹蒿及木地膚只剪取可食部分)，鮮重。

1.2.3 群落多樣性的分析

采用豐富度指數(Patrick)、物種多樣性指數(Shannon-Wiener指數)和均勻度指數(Pielou)三類普遍使用的α多樣性指數[10，11]進行群落物種多樣性的測定。

重要值(IV)=(相對高度+相對蓋度+相對密度+相對生物量)/4；

Patrick豐富度指數(P)：Pσ=S；

Shannon-Wiener多樣性指數(H)：H=-∑PιlnPι；

Pielou均勻度指數(E)：E=H/lnS。

2 結果與分析

2.1 封育對伊犁絹蒿荒漠草地群落的影響

研究表明，在不同封育年限下，4個處理平均高度間具有顯著差異(P<0.05)，隨著封育年限的增加，群落的平均高度呈遞增趨勢，W1、W2、W3分別較W0提高17.17%、36.07%、119.58%。4個處理中，蓋度間W0、W1與W2、W3具有明顯差異(P<0.05)，但W0與W1間、W2與W3間沒有明顯差異，W2、W3差異相對于W0、W1約提高130%。在密度上W1明顯高于其他3個處理。而在生物量上4個處理間并沒有顯著差異。群落的平均高度、蓋度及生物量呈升高趨勢，受植被恢復影響，而群落的密度呈先升高后降低的趨勢，主要受群落中類短命植物的影響。表1

表1 不同封育年限伊犁絹蒿荒漠草地群落特征變化Table 1 Effects of different fencing times on the vegetation characteristics ofS. transiliense desert grassland

注：不同小寫字母表示差異性顯著(P<0.05)。下同

Note: Different lower case letters show significant difference at 0.05 level. The same as below

2.2 封育對伊犁絹蒿相對指標的影響

相對數量指標反映了植被在群落中的狀況，伊犁絹蒿荒漠草地建群種為伊犁絹蒿，研究草地的恢復狀況，直接體現在伊犁絹蒿的恢復狀況。研究表明，伊犁絹蒿相對高度及生物量在W2處明顯(P<0.05)大于其他3個處理，伊犁絹蒿的相對高度在W2處達到最大值，較W0提高12.60%；相對生物量先降低然后在W2再次達到最大相對生物量，其中在W3伊犁絹蒿出現最小相對高度，表明群落植被高度均明顯增加，用于獲得更大的生存空間；相對密度在W0及W1間有顯著差異(P<0.05)，在W1出現最低相對密度，可能由于封育初期競爭較小，物種均得到良好發育；相對蓋度間并沒有顯著差異。表2

表2 不同封育年限伊犁絹蒿相對特征變化Table 2 Effects of different fencing times on the relative characteristics of S. transiliense

2.3 封育對伊犁絹蒿荒漠草地主要物種的影響

研究表明，伊犁絹蒿荒漠草地群落主要植被重要值隨封育年限的增加呈不同的變化趨勢。半灌木中，伊犁絹蒿隨封育年限增加呈先降低后升高再降低的趨勢，可能與群落中其他物種的密度變化有關；木地膚的重要值隨著封育年限的增加，總體呈增加趨勢，可能由于圍欄排除了采食干擾，提高了其進行營養繁殖與生殖繁殖的可能性，故其競爭力大，木地膚一直升高，在W0中并沒有木地膚的存在，在W1中開始出現少量的木地膚，W2、W3較W0及W1重要值有很大提高，在W3達到最大。

一年生草本叉毛蓬與角果藜的重要值隨著封育年限的增加先升高后降低，都在W2處達到最大值，其中叉毛蓬作為W0、W1、W2處理群落的優勢種，而在W3基本從群落中退出。短命草本澀芥，其重要值變化趨勢與伊犁絹蒿基本一致，呈波動狀態，可能由于其生長發育主要受水分控制。圖1

2.4 封育對伊犁絹蒿荒漠草地群落多樣性的影響

研究表明，Patrick豐富度指數及Shannon-Wiener多樣性指數在W1較其他3個有明顯差異，并且都呈現先增加后降低再升高的趨勢，結合表1、表2可以發現W2群落物種數及群落多樣性明顯增加(P<0.05)；而Pielou均勻度指數在4個封育梯度間沒有明顯變化，且隨著封育年限的增加呈降低趨勢。Patrick豐富度指數及Shannon-Wiener多樣性指數低-高-低-高變化趨勢可能與群落演替過程中各植被的相對密度有關，而Pielou均勻度指數降低的趨勢則受群落物種數量與植被相對密度共同控制。圖2

圖1 不同封育年限主要植被重要值動態變化Fig.1 Important values of different main plants at different times

圖2 不同封育年限伊犁絹蒿荒漠草地植被多樣性變化Fig.2 Effect of different fencing times on the diversity of S. transiliense desert grassland

2.5 封育年限與生物量、植被重要值回歸分析

封育年限與伊犁絹蒿重要值、叉毛蓬重要值、角果藜重要值的回歸分析表明生物量、角果藜重要值和叉毛蓬重要值隨封育年限的增加呈先升高后降低的趨勢，R2依次為0.964、0.998、0.864。角果藜和叉毛蓬植被重要值達到最大值的年限依次為5.86 a、4.63 a，即在5 a左右群落中一年生植被的重要值均達到最大值，此時群落種間競爭壓力最大，5 a左右群落多樣性最大，隨后在封育8 a時群落多樣性由于種間競爭已降至封育前水平。從群落多樣性角度，在5 a左右群落的多樣性達到最大值，此時群落各層片均得到較好發育，隨后群落開始向伊犁絹蒿為主的單一群落發展。從地上生物量角度，生物量達到最大值的年限為14.72 a，但在8 a左右地上生物量就已經接近最大值。圖3

圖3 生物量、植被重要值與封育時間的回歸模型及相關分析Fig.3 Regression models and correlation analyses between the biomass and important value of plants and fenced time

3 討 論

圍欄封育通過排除干擾使草地植被得以自然修復，使得草地生產功能得以提高[12]。研究表明，隨著封育年限的增加，伊犁絹蒿荒漠草地群落的高度、蓋度及生物量呈增加趨勢，與王戀戀[13]、李強等[14]研究結果一致。群落的高度在11 a達到最大，蓋度與生物量在8 a、11 a基本沒有變化，而群落的密度呈先增加后降低的趨勢，在3 a達到最大。這可能與群落中植被的生長規律及空間、水分條件有關，在封育初期水分條件相對充足，所以一年生植被及短命植被發育，這顯著的提高了群落的密度，而隨著封育年限的增加，植被生長發育受水分及空間的限制，相對于多年生植被，一年生植被競爭力弱，逐漸退出群落。這與靳瑰麗[4]、劉洪來等[6]所描述的伊犁絹蒿荒漠草地退化序列相反，是其逆向演替的過程，符合群落建群種競爭力逐漸增強，競爭力弱的一年生物種逐漸退出群落的論述[15]。

建群種的相對指標反映建群種在群落中優勢地位變化情況。研究中伊犁絹蒿相對高度在封育11 a達到最低值，表明隨著封育年限的增加群落呈現高叢化，相對蓋度、相對密度及相對生物量均在3 a出現最低值，這主要是由于一年生及短命植被的顯著發育所導致，表明短期圍欄封育能顯著提高群落的多樣性。

重要值反映群落中各植被的優勢情況，優勢種重要值的變動表明群落演替方向及物種間競爭狀況。李俊琴[16]對寧夏半干旱草場研究發現，封育降低了群落中原優勢種黑沙蒿(Artemisiaordosica)的重要值，改變了群落的組成結構。研究中發現伊犁絹蒿始終是第一優勢種，可能由于返青期伊犁絹蒿在高度及生物量的優勢有關，隨封育年限的增加呈高-低-高-低的趨勢，可能由于短期封育下，群落中一年生及短命植被發育，密度的顯著增加所導致的，而在11 a降低可能是由于伊犁絹蒿的半灌木化降低了其生物量所致。木地膚隨封育年限的增加，競爭力增強，逐漸呈為群落優勢種。叉毛蓬與角果藜隨封育年限的呈先增加后降低的趨勢，表明隨著封育年限的增加，一年生植被競爭優勢逐漸喪失，被群落中競爭力強的群落所替代，與上述群落數量指標的變化相一致。叉毛蓬與角果藜重要值最大值均在5 a左右，表明5 a左右群落種間競爭最大，且群落各層片均得到良好發育，而群落最大生物量出現在8 a以后，在封育5～8 a草地產量已有明顯改善。結合群落多樣性及草地產量認為在5～8 a時期內進行放牧較為適宜，有利于提高群落多樣性，降低種間競爭壓力，同時獲取較高草地生物量，與楊合龍的研究結果有些差異，主要是由于楊合龍等[7]研究的9月群落的變化情況，沒有短命植被的干擾，而靳瑰麗等[17]對該類退化草地的逐月監測表明4～6月群落間差異更容易反映出來。

物種多樣性反應了草地的生產穩定狀況，已有大量關于封育草地群落多樣性的研究，結果不一，孫濤等[18]研究認為封育對于山地灌叢草地群落多樣性、豐富度及均勻度具有改善作用；寶音陶格濤等[19]對錫林郭勒退化羊草(Leymuschinensis)草地研究表明植被群落的多樣性及均勻度總體保持穩定；李璠等[20]對于青海湖流域高寒草甸、高寒草原及溫性草原群落多樣性及穩定性進行研究，發現不同草地類型在封育干擾下呈不同的變化趨勢。研究中群落豐富度與群落多樣性均呈低-高-低-高的趨勢，其中3 a群落多樣性顯著升高可能與一年生及短命植被顯著發育有關。而群落的均勻度則呈微弱降低，基本不隨封育年限的增加而變化。

4 結 論

從群落數量指標上看，隨著封育年限的增加群落的平均高度呈明顯增高(P<0.05)，群落向高叢化方向發展；封育8及11 a的群落在蓋度上顯著高于封育3 a及對照群落(P<0.05)；在密度上封育3 a明顯高于其他3個群落(P<0.05)，而在生物量隨封育年限的增加并沒有顯著差異。從伊犁絹蒿相對指標及植被重要值上看，競爭力強的種群優勢度得到提高，而競爭力弱的種群的優勢度先提高后降低。從群落多樣性看，群落的多樣性及豐富度呈先增高后降低再升高的趨勢。結合群落多樣性與群落生物量認為，在5～8 a時期內進行合理利用，有利于保持群落多樣性并收獲較高生物量。

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Fund project:Supported by the national natural science foundation of China (31360571).

Dynamic Changes of Seriphidium transiliensein Desert Grassland under Different Durations of Closure

CHENG Xiang1,2, XIA Xiao-wei1, AN Sha-zhou1

(1.College of Pratacultural and Environmental Sciences, Xinjiang Agricultural University / Key LaboratoryofGrasslandResourcesandEcologyofXinjiang,Urumqi830052,China; 2.GeneralGrasslandStationofXinjiang,Urumqi830049,China)

【Objective】 To study the impacts of different durations of grassland closure on community diversity ofSeriphidiumtransiliensein desert grassland in order to explore appropriate duration for grassland closure for restoration.【Method】Field experiments with four closure durations respectively of 0 year (W0), three years (W1), eight years (W2) and eleven years (W3) were measured on average height, coverage, density and biomass of the community ofS.transiliense.【Result】With the increase of closure duration, the average height of the community was significantly increased (P<0.05), the community tended to develop into high bushes; the coverage of community with 8 and 11 years of closure was significantly higher than those of the community with 3 years of closure and the control (P<0.05). The density of the community with 3 years of closure was significantly higher than those of the other three durations (P<0.05), while the biomass had no significant differences among the four communities (P>0.05). The dominances of high competitive species were improved and those of less competitive species were reduced. Community diversity and richness with 3 years of closure was significantly higher than those of the other communities, and there were no significant differences among community evenness (P>0.05).【Conclusion】Grassland closed for restoration for 5-8 years was favorable to maintain the diversity of grassland and gain a greater productivity.

Seriphidiumtransiliense; closure for restoration; biomass; importance value

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.08.020

2016-04-19

國家自然科學基金項目(31360571)

成湘(1975-)，女，湖南婁底人，碩士研究生，研究方向為草地資源與生態，(E-mail)xjcxiang@126.com

安沙舟(1956-)，陜西富平人，教授，博士，博士生導師，研究方向為草地資源與生態，(E-mai)xjasz@126.com

S812

A

1001-4330(2016)08-1507-07