封育對山地草甸草地群落特征動態變化的影響

2021-10-09 06:41:14管廷賢劉興義董乙強安沙舟

草食家畜 2021年5期

靳茜，管廷賢，劉興義，董乙強，安沙舟

(1.新疆博爾塔拉蒙古自治州草原工作站，新疆博樂833400；2.新疆博樂市草原工作站，新疆博樂833400；3.新疆農業大學草業與環境科學學院，烏魯木齊830052）

草甸是重要的可更新自然資源，在全球碳循環中起著重要作用。天然草甸土壤有機質豐富，其初級生產力高于草原，多數草甸植物適于作為牧草，其中有些適口性優異，是家畜的上等飼草。同時，山地草甸是重要的旅游資源，近年來，隨著旅游資源的開發和游客游程范圍的延伸，人類活動對山地草甸的負面影響也日趨增大，山地草甸出現一定程度的退化。因此，研究山地草甸草地群落生物量對封育的響應規律及其時間動態變化具有重要意義。圍欄封育作為退化草地植被恢復、重建的重要措施之一，已被廣泛應用于退化草地的治理中，有研究表明，圍欄封育有利于草地土壤理化性質的恢復，但長時間圍封會降低土壤磷素含量，需要通過施肥等管理措施補充以促進草地生態系統保持良性狀態[1]；圍欄封育措施對群落組成結構及植物種的重要值產生不同程度的影響，主要表現在生物多樣性增加，一些可食牧草的重要值增加，而不可食牧草的重要值相對下降[2]；圍欄封育可以顯著提高草地生產力，并且對物種多樣性也有一定的促進作用，是應對退化溫性草甸草原恢復的有效措施，且與自由放牧相比，圍欄封育增加了群落植物種整體生態位重疊值和種間競爭[3]。目前關于封育的研究主要是對同一時間段進行研究草地群落特征的瞬時規律，而對其月際和年際動態變化研究較少，而草地群落特征的時間動態變化更能有效反映退化草地的封育效果，亟需進一步深入研究封育對草地的動態變化規律。基于以上認識，本研究以博樂市退化山地草甸為研究對象，通過連續5年（2015年-2019年）在生長季（5月-9月）對封育區和自由放牧區的草地植物群落生物量、優勢種和主要經濟類群的高度進行動態監測，明確草甸草原群落生物量對封育的響應規律，并明晰其在封育區和放牧區的年際和月際動態變化規律，以期為該類退化草地的生態恢復和科學經營管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于新疆博州賽里木湖西南岸博樂市國家級草原固定監測點（編號xjw089），地理位置N44°33′48.6″，E 80°59′17.8″，海拔2 123 m。地處亞歐大陸腹地，該地屬于溫帶大陸性干旱氣候，日照時間長，晝夜溫差大。該區年降水量400 mm左右，年均氣溫約1.1℃，土壤類型為黑鈣土，土壤質地為壤土，無覆沙和鹽堿斑，輕度水蝕，封育前植被主要以天山羽衣草（Alchemilla tianshanica）為建群種，常見的伴生種有無芒雀麥（Bromns inermis）、草原老鸛草（Geranium pratense）、苔草（Carex sp.）、珠芽蓼（Polygonum viviparum）、野火球（Trifolium lupinaster）、黃芪（Astragalus sp.）等，主要放牧家畜以綿羊為主，是當地重要的夏草場。

1.2 試驗設計

本研究設置2個處理，即圍欄封育和自由放牧。封育區占地面積3.3 hm2，從2012年開始實施封育，禁止家畜采食。禁牧前草地植被高度、產量減少近40%，退化程度為中度退化。圍欄外仍為自由放牧區，放牧強度保持不變，且禁牧前后在植被組成、群落特征及地形地貌上基本相似，地形地貌為山地陰坡坡中部，坡度平緩近似平原，兩個區域之間的間距低于10 m。由于該區域植物分布較均勻，異質性較低，在每個處理內布置3個1×1 m的典型樣方，樣方間距為10 m，每年于6月-9月進行監測，且于每月1日和15日各監測1次，從2015年-2019年連續監測5年（禁牧年限為4～8 a），即圍封的第四年至第八年進行監測。

1.3 野外調查取樣

在研究區進行群落數量調查時，記錄草地內植物優勢種和主要經濟類群。采用直接測量法測定優勢種和主要經濟類群的高度（cm），每種植物選擇5株測定高度后計算平均值，即為優勢種、類群和植被群落的平均高度。采用針刺法測定物種和類群的蓋度（%）。地上生物量采取齊地面刈割法，裝入做好標簽的布袋中帶回實驗室，80℃烘24 h至恒重后稱取干重（g/m2）。

1.4 數據分析

采用Excel對數據進行預處理，然后用SPSS25.0中的One-way ANOVA對不同處理的月際動態、年

際動態等進行差異性分析，用GraphPad Prism 5繪圖。數據均以均值±標準差的形式表示。

2 結果與分析

2.1 封育區和放牧區草地群落生物量月際動態變化

表1 看出，不同生長季圍欄內外草地群落生物量均具有顯著差異（P<0.05）。與自由放牧區相比，6月-9月封育區草地群落生物量分別顯著增加63.1%，76.9%，104.6%和119.46%。從月際動態上看，封育區和放牧區草地植被群落生物量均呈先增后降的變化趨勢，且在7月份達到最大，分別比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際動態變化

2.2 封育區和放牧區草地群落生物量年際動態變化

表2 看出，2015年-2017年圍欄內外草地群落生物量差異顯著（P<0.05），且與自由放牧區相比，封育后草地群落生物量分別增加568.50%，176.88%和98.13%，增加量呈逐年下降趨勢。但2018年、2019年圍欄內外差異不顯著（P>0.05）。從年際動態上看，封育區草地群落生物量隨著封育年限的增加呈波動性降低的趨勢，而放牧區草地群落生物量隨年份的推移基本呈逐年增加的變化。

表2 封育后草地群落生物量的年際動態變化

2.3 封育后草地植被高度的年際動態變化

由圖1可知，與自由放牧區相比，2015-2019年封育后優勢種羽衣草種群高度顯著增加了33.8%～419.4%（P<0.05）。從年際動態上看，封育區羽衣草種群高度呈波動性下降的趨勢，且2015-2017年顯著高于2018-2019年，而放牧區的羽衣草種群高度隨年份的推移呈先增后降的變化（P<0.05），且在2017年達到最大值。禾草高度在2015-2017年封育區比放牧區顯著增加了94.2%～825.5%（P<0.05），而在2018-2019年禾草高度對禁牧的響應不顯著（P>0.05）。從年際上看，封育區禾草高度隨年份的推移呈波動性下降的變化，而放牧區呈逐漸增加的變化趨勢。雜類草高度2015-2019年封育后顯著增加了30.7%～462.6%（P<0.05）。從年際上看，封育區雜類草高度隨年限的推遲呈波動性下降的變化，而放牧區呈逐漸上升的變化趨勢。群落高度在2015-2018年封育后顯著增加了85.0%～278.8%（P<0.05）。從年際上看，封育區群落高度呈波動降低的趨勢，而放牧區呈先增后降的變化趨勢。

圖1 封育后草地植被高度的年際動態變化規律

2.4 封育后草地植被蓋度年際動態變化

由圖2可知，與自由放牧區相比，2015年羽衣草蓋度封育后顯著增加了20.6%，但2017-2019年封育后顯著降低了49.4%～89.2%（P<0.05），而2016年差異不顯著（P>0.05）。從年際動態上看，封育區羽衣草蓋度呈逐漸下降的變化，而放牧區呈波動性變化。禾草蓋度在2015-2016年對封育響應不顯著，但2017-2019年封育后顯著增加了33.5%～65.9%（P<0.05）。隨年份的推移禾草蓋度在封育區和放牧區均基本呈逐漸增加的趨勢，但封育區增長速率較快。雜類草蓋度在2018年封育后顯著增加，但在2019年封育后呈降低趨勢。從年際上看，雜類草蓋度在封育區呈先增后降的變化，但放牧區呈波動性增降變化。

圖2 封育后草地植被蓋度的年際動態變化規律

3 討論

有研究表明植物群落蓋度和地上生物量隨著圍封年限的增加表現為先顯著增后降的變化趨勢（P<0.05）[4]；同時有大量研究表明隨著圍封時間的延長，群落地上生物量表現出逐漸降低的趨勢[5，7]。另有研究表明隨著禁牧年限的增加伊犁絹蒿種群的高度、蓋度、生物量以及群落的高度、生物量均呈增加趨勢[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趨勢，其主要是因為地表凋落物積累，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。在本研究中禁牧區和放牧區草地群落生物量在整個生長季總體呈先上升后逐漸下降的變化趨勢，這表明大部分的草甸植物的生物量在7月份達到峰值。

優勢種和群落的種類組成是草原植物群落結構的另一重要特征，優勢種的更替是群落演替不同階段的標志[10，11]。有研究表明，禁牧3～6年，圍欄內外植物群落組成沒有發生明顯變化，圍欄封育使圍欄內羊草、貝加爾針茅優勢種的優勢地位明顯增加[12]；另有研究表明圍欄封育改變了退化草原的優勢物種組成[13]。本研究表明隨著封育年限的增加羽衣草蓋度逐年遞減，但禾草蓋度逐年增加，而雜類草呈波動性變化趨勢。造成這種結果的原因主要是因為大多禾草植物均為優良牧草，其在放牧狀態時遭受家畜的過度啃食，而封育后排除了放牧家畜的干擾而進行休養生息，從而使具有較強繁殖能力的根莖型禾草（如無芒雀麥）逐漸擴繁，最終致使禾草蓋度增加。