短花针茅草原群落特征对全年放牧和春季休牧的响应

王 敏，卫智军，孙世贤，刘文亭

(内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古呼和浩特 010019)

短花针茅草原群落特征对全年放牧和春季休牧的响应

王 敏，卫智军，孙世贤，刘文亭

(内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古呼和浩特 010019)

本文以内蒙古高原短花针茅草原为研究对象，研究全年放牧和春季休牧下草地植被在盖度、重要值，植物功能群生物量、多样性等的响应。结果表明，春季休牧下草地主要植物种盖度较高，其中春季零放牧+夏季适度放牧+秋季适度放牧效果最好。春季休牧+夏季适牧+秋季适牧处理下短花针茅的重要值较低，但是无芒隐子草重要值高于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧处理，碱韭重要值低于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧处理，银灰旋花则相反。春季休牧处理下植被群落的地上生物量和Shannon多样性指数显著高于其他放牧处理(P<0.05)，其中春季休牧+夏季适牧+秋季适牧处理最为明显。

短花针茅草原；春季休牧；群落

1 引言

广泛分布在内蒙古高原中西部的荒漠草原(desert steppe)，属亚洲中部草原区向荒漠区过度的且有显著生态独特性的草原生态系统。它是中国北疆的绿色生态屏障，又是极其重要的养羊业基地〔1〕。近年来为了发展地区经济，草原上的家畜数量不断增加,牲畜对草地的踩踏和采食程度越来越大，退化速度大大超越了其再生速度，使得草地植被的生长受到了严重威胁，草地植被的地上现存量大幅减少〔2〕，多样性降低。

草原休牧制度是国家进行草原管理的重要政策，通过休牧，草地植被得到自然更新与恢复，草地生态系统得到恢复，从而恢复草地生态系统的生态功能〔3〕。春季是牧草贮藏营养物质和生长的关键时期，对放牧的时间、强度十分敏感。许多研究表明春季休牧可以有效保护草地生态环境，平衡畜牧业发展和草地生态环境之间的关系〔4-6〕,有利于草地植被的可持续利用。另外有研究指出，在春季休牧条件下，放牧强度对草地群落特征也会产生影响〔7〕。

本试验研究了全年放牧和春季休牧对短花针茅草原植物群落和功能群的影响及作用，研究何种放牧方式适合草地永续利用与可持续发展，为当地草地的合理利用提供科学依据。

2 材料与方法

2.1 研究区域概况

试验地位于锡林郭勒盟苏尼特右旗朱日和镇以西，内蒙古高原荒漠草原亚带南侧呈条状分布的短花针茅草原的东南部，北纬42°16′26″，东经112°47′16″，海拔1100～1150m。地势呈南高北低的阶梯状，土壤为较贫瘠的淡栗钙土，腐殖质层厚5～10cm，有明显的钙积层，分布在10～35cm。试验区的植被在植物区系组成中以亚洲中部荒漠草原种占主导地位。以短花针茅(Stipabreviflora)为建群种，它在决定群落外貌和建造群落环境方面起着主导作用。优势种为碱韭(Alliumpolyrhizum)和无芒隐子草(Cleistogenessongorica)。主要伴生种还有银灰旋花(Convolvulusammannii)、细叶韭(Alliumtenuissimum)、木地肤(Kochiaprostrata)、 糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、阿尔泰狗哇花(Heteropappusaltaicus)、寸草苔(Carexduriuscula)、狭叶锦鸡儿(Caraganastenophylla)等。

2.2试验设计

试验设5个处理，每一试验处理分春、夏、秋3个放牧季试验设5个处理，每个处理设3次重复，共15个试验小区(表1)。五个放牧处理分别为全年重度放牧(S1)、春季禁牧+夏季重牧+秋季重牧(S2)、全年适牧(S3)、春季禁牧+夏季适牧+秋季适牧(S5)及对照处理(CK)。重度放牧和适度放牧区分别放牧苏尼特羊6只和9只，载畜率为0.87 hm-2/羊·a和0.58hm-2/羊·a。

表1 试验设计

2.3试验研究方法

本文选取2012年6月、8月、10月在各个处理小区内进行样方测定，样方大小为1m×1m，重复3次，测定样方内植被的密度、盖度和高度，盖度测定采用目估法,高度测定采用自然高度。采用收获法齐地面刈割，自然风干后测定干重，计算植物地上生物量。

2.3.1 植物功能群的划分

以生活型为依据把功能群划分为4类〔8〕。

1)灌木、半灌木、小半灌木(SH)；

2)多年生禾草(PB)；

3)多年生杂类草(FB)；

4)一、二年生草本植物(AB)。

2.3.2 重要值

物种的重要值即研究某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标。具体计算方法如下：

重要值=(相对高度+相对密度+相对盖度)/3

相对高度=某一植物种的高度/各植物种高度之和×100

相对密度=某一植物种的个体数/全部植物种的个体数×100

相对盖度=某一植物种的盖度/各植物种的分盖度之和×100

2.3.3 α多样性分析

α多样性主要关注局域均匀生境下的物种数目，因此也被称为生境内的多样性(within-habitatdiversity)〔9-10〕。综合各类草地研究成果〔10-14〕，本实验选取Margarlef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Simpson优势度指数和Pielou均匀度指数，公式如下：

Margarlef丰富度指数：Ma=(S-1)/Ln(N)

Shannon-Wiener多样性指数：H`=-ΣPiLn(Pi)

Simpson优势度指数：1-ΣPiLn(Pi)

Pielou均匀度指数：Jp=-ΣPiLn(Pi)/Ln(S)

式中，S为种i所在样方的物种总数 N为所有物种个体数目Pi为IV/ΣIV(IV：重要值)

2.3.4 数据处理

采用Excel 2003进行数据统计和制作图表。统计分析采用SAS 9.0软件，对植物和功能群盖度、重要值、群落和功能群生物量和Shannon多样性指数进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，用相关分析检验群落生物量的Pearson相关系数和相关显著性，显著性水平为p < 0.05，极显著水平为p < 0.001。

3 结果与分析

3.1 春季休牧对主要植物盖度的影响

表2显示，6月份针茅盖度在S1和S3处理区显著低于CK，8月份针茅在各个处理区无显著差异，10月份S1处理区针茅显著高于其他各处理区。6月份碱韭S1显著高于S2，S2低于其它处理区，S3、S4和CK处理区差异不显著，8月份碱韭在各处理区无显著差异，10月碱韭S1显著高于S2，S2低于其它处理区，S3、S4和CK处理区差异不显著。6月和8月无芒隐子草在各处理区无显著差异，10月无芒隐子草在S1、S2和S3间无显著差异，S4和CK无显著差异，S1、S2和S3低于S4和CK。银灰旋花在各个月各个处理均无显著差异。

表2 主要植物种盖度

同一列中同一月份不同字母表示相对应的植物盖度间差异显著，P<0.05。

3.2春季休牧对功能群内植物重要值的影响

8月份，多年生禾草功能群中，针茅在S1处理下的重要值高于其他处理和CK，S4处理的重要值低于各处理区和CK。灌木、半灌木功能群中狭叶锦鸡儿在S1、S2和S3处理下的重要值高于CK和S4；木地肤在S3重要值高于CK，其他处理区都较CK有所降低。多年生杂类草功能群中碱韭在S1、S2和S3处理下的重要值较CK有所提高，S4低于CK；银灰旋花在S1、S3和S4处理下的重要值高于CK，S2低于CK。一、二年生草本功能群植物重要值在各处理低于CK(表3)。

表3 功能群内植物重要值及组成的影响

同一行不同字母表示同一功能群不同处理差异显著，P<0.05。

3.3春季休牧对植物群落及功能群生物量的影响

表4显示，6月S1和S3群落生物量高于其他处理区，S1和S3之间无显著差异，S2、S4和CK之间没有显著差异。8月CK显著高于其它处理区，S1和S3之间无显著差异，S2和S4之间没有显著差异。10月S1和S3之间无显著差异，S2、S4和CK之间没有显著差异，S1和S3低于其它处理区。

从功能群方面来看，多年生禾草生物量在10月份S3处理下显著低于其他处理和CK，其他处理之间无显著差异。灌木、半灌木生物量在各个月各处理之间无显著差异。多年生杂类草在10月S1和S2之间无显著差异但低于其它各处理，其他月份各处理间无显著差异。多年生草本S4和CK显著高于S1、S2和S3处理。

表4 植物群落及功能群的生物量(g·m-2)

同一列中同一月份不同字母表示相对应的功能群放牧处理间差异显著，P<0.05。

3.4春季休牧对植物群落及功能群Shannon-Wiener多样性指数

表5显示，6月份，灌木、半灌木和一、二年生草本的Shannon-Wiener多样性指数在各处理之间无显著差异；多年生禾草的Shannon-Wiener多样性指数S2显著低于其他处理，S4和CK显著高于其他处理；多年生杂草的Shannon-Wiener多样性指数S1显著低于其他处理，S4显著高于其他处理；群落Shannon-Wiener多样性指数S4和CK显著高于其他处理，S2和S3显著低于其他处理。8月，灌木、半灌木和多一、二年生草本的Shannon-Wiener多样性指数在各处理之间无显著差异；多年生禾草的Shannon-Wiener多样性指数S3显著低于其他处理，S4显著高于其他处理；多年生杂草的Shannon-Wiener多样性指数S1显著低于其他处理，S4显著高于其他处理；群落Shannon-Wiener多样性指数S1显著低于其他处理，S4显著高于其他处理。10月份，各功能群和群落的Shannon-Wiener多样性指数在各个处理间均无显著差异。

表5 春季休牧功能群Shannon-Wiener多样性指数

同一行不同字母表示同一功能群不同处理差异显著，P<0.05。

3.5春季休牧下群落生物量的Pearson相关性分析

从表6可以看出，Margarlef丰富度指数和Shannon-Wiener多样性指数具有极显著相关性，Margarlef丰富度指数和Simpson多样性指数具有极显著相关性。Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数具有极显著相关性，Shannon -Wiener 多样性指数和Simpson多样性指数具有极显著相关性。Simpson多样性指数和Pielou均匀度指数具有极显著相关性。Pielou均匀度指数与生物量和Margarlef丰富度指数有负相关关系，但彼此之间都不显著。

表6 群落生物量的Pearson相关性分析

*P <0.05;** P <0.01。

4 讨论与结论

春季休牧能够减小家畜在选择性采食中对植物群落盖度的干扰〔15〕，有效提高草地植被盖度的稳定性〔16〕。本研究中，春季休牧处理区的主要植物盖度在植被生长的过程中与连续放牧区有着明显差异，采取春季休牧处理区中的主要植被盖度都有较高值，且在月份变化中保持稳定。表明春季休牧能改善草地植被的生长情况，提高草地的生产与恢复能力。而全年重牧区植被盖度较大，则是由于家畜为了满足自身营养和能量需求，采取了连续的较为均匀的采食和践踏行为，使得草地植物植株倒伏状况严重、丛生禾草的株丛破碎化程度加大〔17〕。

春季休牧影响着家畜的选择性采食行为，也使得植被的重要值发生变化。研究中春季休牧+夏季适牧+秋季适牧处理下短花针茅的重要值较低，但是无芒隐子草重要值高于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧处理，碱韭重要值低于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧处理，银灰旋花则相反。当可利用牧草充足时，家畜的选择性采食表现得最强；如果草地可利用牧草不足时，家畜可能只有轻微的选择性采食，使得植被的重要值随之发生变化〔7〕。

春季休牧处理中植被群落的生物量在春季、夏季和秋季均与对照区没有明显差异，但是显著高于全年放牧区，其中春季休牧+夏季适牧+秋季适牧处理的生物量又高于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧处理。有研究表明，春季休牧促进了牧草返青初期的生长发育和分蘖芽的形成,有利于其尽快恢复贮藏性营养物质的积累,并为牧草在生长季中后期的生长发育奠定了坚实的物质基础，使得春季休牧区与连续放牧区的产量差异随着生长季的延续逐步加大〔5〕。从功能群角度来看，春季休牧处理下6月份多年生禾草、多年生杂类草和一、二年生草本生物量较其他处理高；8月份春季休牧处理区生物量与其他处理差异不明显，但较上一月份变化不大，比较稳定；10月份时春季休牧处理区的多年生禾草生物量高于其它处理。表明春季休牧较好的保证了草地的良好组成，使优良牧草所占比重稳定，有利于草地休养生息和良性演替〔15〕。

研究中，春季休牧区的植被群落及功能群多样性指数在各个月份均高于其它处理区，说明春季休牧措施有利于草地群落种类组成的良性发展和优良牧草物种竞争力的提高。其中春季休牧+夏季适牧+秋季适牧处理的生物量又高于春季休牧+夏季重牧+秋季重牧处理。说明适当的放牧强度使弱势物种得以出现，提高了群落内物种的多样性，这与赵哈林所得结果〔18〕相一致。

综上所述，春季休牧比全年放牧对草地植被盖度、物种组成、生产力、多样性的影响显著；其中春季休牧+夏季适牧+秋季适牧的调控方式较为合理。

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TheCommunityCharacteristicsofStipaBrevifloraGrisb.DesertResponsetoAnnualGrazingandSpringBreakPastoralF

WANGMin,WEIZhi-jun,SUNShi-xian,LIUWen-ting

(CollegeofEcologyandEnvironmentalScience,AgriculturalUniversityofInnerMongolia,Huhhot,InnerMongoliaAutonomousRegion010019)

The article, takingStipabrevifloraGrisb.desert of Inner Mongolia as the research object, studies the effect of annual grazing and spring break-pastoral on grassland vegetation about coverage, the important value, the biomass of plant functional group, the diversity and so on. The result shows that the main plants in the grassland have higher coverage under the condition of spring break-pastoral. Break-pastoral in spring+moderate grazing in summer+moderate grazing in autumn has the best effects. Under the deal with break-pastoral in spring+moderate grazing in summer+moderate grazing in autumn, the important value ofStipabrevifloraGrisb. is lower. But the important value ofCleistogenessongoricaRoshev. and Convolvulus ammannii is higher than break-pastoral in spring+heavy grazing in summer+ heavy grazing in autumn, and the important value of AlliumpolyrhizumTurcz.is lower at the same time. Under the deal with spring break-pastoral, the aboveground biomass of plant community and Shannon diversity index is significantly higher than other grazing treatment(P<0.05), break-pastoral in spring+moderate grazing in summer+moderate grazing in autumn is the most obvious.

Stipa breviflora Grisb.desert; Spring break-pastoral; Community

S812.8

A

2095—5952(2014)03—0051—06

2014-03-24

农业部公益性行业(农业)科研专项经费项目(201003019)

王 敏(1987-)，女，内蒙古包头人，硕士研究生，主要从事草地资源管理与生态方面研究。

卫智军，nmndwzj@163.com