牦牛粪便对高寒草甸群落多样性及生产力的影响

德科加　张德罡　芦光新　等

摘要：研究了4 个不同施牦牛粪便的处理对高寒草甸植物群落多样性和生产力的短期影响。结果表明，（1）处理S1，S2 和S3的植物群落盖度显著高于对照（S0）（P<0.05），各处理的植物群落高度与对照（S0）相比都呈上升趋势，且S3与S0差异显著（P<0.05）；（2）处理S1、S2 和S3的Pielou 均匀度指数与S0 相比逐渐下降，且S2与S0有显著差异（P<0.05）。处理S1、S2 和S3的ShannonWiener物种多样性指数与S0 相比逐渐下降，且S2与S0差异极显著（P<0.01）。而Simpson物种多样性指数的变化则表现为无规律性。（3）施牦牛粪便后植物群落的地上总生物量出现增加趋势，且S2，S3与S0间达到差异显著（P<0.05）。

关键词：牦牛粪便；高寒草甸；植物多样性；草地生产力

中图分类号：S 812文献标识码：A文章编号：10095500（2013）06000905

近年来，我国牧草施肥方面的研究及推广应用发展较为迅速，有关施肥对牧草产量的影响报道很多[1]，但主要集中在化学肥料的种类的选择、营养成分的配比等对草地群落结构及牧草产量的影响方面[2-5]。研究报道，氮、磷、钾以及中微量元素肥料合理施用对牧草的产量、品质及对食草动物的生长发育均会产生明显的促进作用[6，7]。草地合理施肥是提高牧草的生物量和品质，加速退化草地恢复重建的关键技术措施之一，大量的试验和实践也证明，施肥是提高草地生产力的主要途径之一[8]。但在生产实践中，施用化学肥料势必会导致成本增加，并且会带来环境污染问题。针对使用化肥不利于高寒草地的生态环境保护、而草地产生的大量牲畜粪便不能得到有效处理的事实，高寒牧区形成了以牛粪为主要基质的有机肥的加工和利用技术研究。

研究发现，牛粪相对于其他种类的畜禽粪便有一定的“缺点”，这与牛粪自身有机质和碳、磷、钾的含量较低，碳氮比和水分含量较高有关[9]。牛粪含水量高，通气不良，还含有较多纤维素、木质素等，并有胶质保护，微生物活动受到抑制，有机质转化差，养料多呈复合状态[10]。牛粪矿化比较缓慢，肥效迟缓，属于“冷性肥”，需要通过相关技术对其进行“改性”，提高肥效。但是，在高寒地区家畜粪便的堆肥处理对温度等外界环境条件有一定的要求，因此，研究自然状态的牦牛粪便对草地生产力的作用，对家畜粪便的合理利用和健康管理提供科学的决策依据具有实际的意义。

天然草地放牧家畜的粪尿在草地中归还以及随之而来的分解对草地生态系统有重要的影响，研究表明，牛粪的分解影响养分循环、植物初级生产力以及植物群落的物种多样性[11-15]。随着放牧强度的增大、家畜粪尿斑的数量和面积增加，放牧家畜在大面积上采食和在小面积上排泄，加剧了养分在天然草原上的再分配，必然会对草地植物群落结构以及牧草地上生物量的变化产生一定的影响。但牦牛粪便对草地群落结构以及牧草产量影响的研究并不多，牲畜粪便对于增加植物的生物量，丰富度以及草本植物的多度具有重要贡献，粪便对于增加植物产量具有明显效应，并且肥效持续3个月以上。因此，研究牦牛粪便对草地植物群落结构和生产力的影响，对提高高寒草地土壤养分的有效循环，提高土壤肥力和牧草生产能力，减轻环境污染具有重要意义。

1材料和方法

1.1试验区概况

1.2试验设计

在研究区选择植被分布较均一、地势平坦的原生草地，于2010年12月进行围栏封育。试验地共分12个小区，设置4个处理：不施肥为对照（ S0 ）；施牦牛粪便0.11 kgm2（S1）；施牦牛粪便0.33 kgm2 （S2）；施牦牛粪便0.56 kgm2（S3）。每个处理设3个重复，每个小区面积3 m×2 m，随机区组排列。待土壤解冻后，于2011年5月中旬将风干并碾碎成粗粉的牦牛粪便均匀撒在试验小区，每个小区用喷壶在距地面1 m的高度喷洒水5 L，以防止牦牛粪便被风吹走。

1.3观测项目和测定方法

2011年8月中旬当植物地上生物量达到高峰期时，在试验地不同处理的小区随机（离开样区边缘50 cm以上）取样，样方面积0.5 m×0.5 m。记录每个样方内的植物种类、株高、盖度。然后，将样方内的植物分种齐地面剪下并称其鲜重，装进信封，带回实验室置于烘箱，105 ℃杀青30 min，75 ℃温度下烘24 h称质量，以计算植物地上生物量。

1.3.1物种丰富度的测定

物种丰富度用记名计算法测定[16]。物种丰富度用0.25 m2样方出现的物种数表示，即物种丰富度指数=出现在0.25 m2样方的物种数。

1.3.2多样性指数的测定

采用Simpson多样性指数、ShannonWeiner多样性指数和Pielou均匀度指数进行多样性的测定[17]，计算公式如下：

1.4统计分析

采用Excel和DPS6.55进行制图、方差分析和显著性检验。

2结果与分析

2.1牦牛粪便对植被盖度的影响

处理S1、S2、S3植被盖度分别为97.0%、91.0%和95.33%，对照（S0）的植被盖度为69.33%（图1）。处理S1、S2、S3的植被盖度与对照相比均达显著差异（P<0.05），但各施肥处理S1、S2、S3差异不显著（P>0.05）。由此说明，添加牦牛粪便对草地植被盖度的提高有明显的促进作用。

2.2牦牛粪便对草丛高度的影响

2.3牦牛粪便对草地植被多样性的影响

不同处理对Pielou均匀度指数有影响，对照（S0）明显高于各施肥处理，且对照与处理S2差异显著（P<0.05）。和对照相比，施肥处理对ShannonWiener物种多样性指数均有减少作用，处理S2与对照（S0）间达到极显著差异（P<0.01）。而Simpson物种多样性指数则表现为处理S1明显高于对照而处理S2、S3则低于对照，并且处理S1、S2达到极显著差异（P<0.01）。

2.4牦牛粪便对地上生物量的影响

3讨论

草地施肥后其群落高度和盖度显著提高，沈景林等[18]研究发现，草地施肥多年后群落植被盖度分别较对照增加18.7%～71.2%，植被高度也显著提高。此次究结果显示，添加牦牛粪便对增加高寒草甸植物群落的盖度和高度具有显著的促进作用。添加牛粪后，植物群落盖度明显增加。可能的原因是，添加牦牛粪便后，其部分营养成分进入了土壤，被植物有效吸收，植物群落的高度和盖度都产生了比较积极的响应。

施肥不但增加了植物群落的盖度与高度，还会引起植物群落多样性格局的变化。陈亚明等[19]在对高寒草甸植物多样性的研究表明，随着施肥梯度的增加，高寒草甸物种丰富度显著下降。在此次研究中不同施肥处理物种丰富度并未出现明显变化，出现这种结果可能是因为草地植被演替阶段不同导致的。许多研究表明，对植物群落施肥往往会使高寒草甸物种Pielou均匀度指数、ShannonWeiner指数和Simpson指数显著降低。研究表明，施肥处理后的ShannonWeiner指数和Pielou均匀度指数与对照相比呈下降趋势。而不同的施肥处理对植物群落Simpson指数变化方向的影响呈现出无规律性。

研究报道，施用有机肥料对改善植物群落构成，提高植物群落地上生物量都有一定的促进作用。相关研究表明[20]，施用有机肥和化肥，可提高严重退化草地的土壤肥力，增加速效养分和植被多样性，还可显著增加牧草产量。对高寒地区草地生物量的增加效果尤为明显，季节动态呈单峰曲线。添加牦牛粪便，增加了植物群落地上生物量。可能是添加到草地的牦牛粪便被分解后，对土壤营养成分起到一定的改良作用。

试验结果分析可知，添加牛粪引起各种植物的高度、盖度和地上生物量发生了变化，但这种变化并没有表现出规律性增长趋势。究其原因，是由于牦牛粪便在高寒条件下分解速率较慢所致，其中所含养分在较短时间内未能充分分解进入土壤，进而影响了植物对养分的有效吸收利用。

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