刈割制度对围封羊草草地群落特征及生物量的影响

刘美丽,梁秀梅,乌仁其其格

(1.内蒙古师范大学生命科学与技术学院,内蒙古 呼和浩特 010020; 2.呼伦贝尔学院,内蒙古 呼伦贝尔 021008)



刈割制度对围封羊草草地群落特征及生物量的影响

刘美丽1,梁秀梅2,乌仁其其格2

(1.内蒙古师范大学生命科学与技术学院,内蒙古 呼和浩特 010020; 2.呼伦贝尔学院,内蒙古 呼伦贝尔 021008)

以呼伦贝尔草甸草原围封羊草(Leymuschinensis)草地群落为研究对象，对不同刈割制度(连续刈割、隔年刈割)对围封羊草草地的影响进行分析。结果表明，在刈割干扰下，植被群落盖度和地上生物量都会显著降低(P<0.05)。隔年刈割和连续刈割两种制度相比，在植被群落数量特征及生物量上，隔年刈割要优于连续刈割，植被群落的平均高度、盖度等数量特征及地上生物量均表现出随着刈割频次的增加而降低的趋势。植被群落的α-多样性在封育下最低，表现出随刈割频次的增加而变大的趋势。在不同刈割方式下，植被群落组成发生了变化且群落中各物种的重要值变化幅度很大，建群种羊草的重要值在连续刈割下低于隔年刈割，而寸草苔(Carexduriuscula)重要值在连续刈割下最大，且群落中其它伴生种的重要值也随刈割频次增加而降低。

围封羊草草原；植被群落；α-多样性；重要值

刈割是草地的一种主要利用方式[1-2]。相对于放牧，刈割可以选择性地移除部分或全部生物量，因而适度刈割能够缓解枯草积聚对草地造成的影响，同时也能抑制群落优势物种的竞争性生长，为其它竞争能力差的种类提供繁殖机会，从而提高植物多样性与物种丰富度[2-5]。常见的刈割要素包括不同刈割频次、刈割时间和刈割强度[6]。不同刈割方式牧草的生物量及品质影响差异很大。适当的刈割可以提高草地群落生产潜力、牧草品质，并可以在保证草地稳定的前提下，充分发挥草地生态系统的再生性能[7-8]。但过度刈割，不仅直接影响草地地上生物量储量，也会影响草地土壤质量，还会影响牧草的种子繁殖，不利于草原生态系统的维持和更新[9-11]。本研究从草地合理利用的角度出发，以呼伦贝尔草甸草原羊草(Leymuschinensis)群落围封草地作为研究对象，结合野外调查和室内分析方法，对不同刈割制度(连续刈割、隔年刈割)对围封羊草草地的影响进行研究，通过调查并比较分析不同刈割制度下草地植物群落物种α-多样性以及生产力等群落特征的变化规律，探索对围封的羊草草地合理的刈割利用方式，为草地资源的合理利用与有效管理提供实践指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区隶属于内蒙古自治区海拉尔市，是呼伦贝尔草甸草原的核心地带，位于海拉尔市谢尔塔拉牧场东3 km的呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站。地理位置为49°19′199″-49°22′045″ N,119°57′007″-119°59′792″ E，海拔619～676 m，属温带半干旱大陆性气候，年平均降水量370 mm左右，降水期多集中在7-9月，年均气温-5～-2 ℃，年积温在1 700 ℃·d左右，无霜期约为110 d。草地植被类型为羊草(Leymuschinensis)+杂类草草甸草原，群落优势种有羊草、寸草苔(Carexduriuscula)等，伴生种有山野豌豆(Viciaamoena)、裂叶蒿(Artemisiatanacetifolia)、蓬子菜(Galiumverum)等。

1.2 试验设计

试验设两个刈割处理(连续刈割和隔年刈割)及1个封育对照，试验区总面积45 hm2，将试验区围成面积相等的两个刈割区和1个对照封育区，每个小区面积15 hm2，并将每个小区划分为3个重复。在每个重复区选择据代表性的区域，每隔10 m做一个1 m×1 m样方进行取样。刈割试验于2009年开始，其中连续刈割为每年刈割一次，隔年刈割为割一年休一年，刈割时间均在8月份，进行机械化齐地面刈割。本次数据采集于2015年8月。

1.3 试验方法

1.3.1 野外调查

植被群落数量特征测定：对样方内植被进行调查。记录并测定样方内植物种类、物种高度、盖度、多度。其中，高度用直尺测量，盖度采用目测估计法，多度采用记名计算法[12]。

地上生物量测定：采用齐地面剪割法将样方内植物分种剪下，装入塑料样品袋中，搂取地表枯落物也装入塑料样品袋中，编号带回实验室，分别称取鲜重以及枯落物的重量，然后装入纸袋中在85 ℃恒温下烘干12 h，分别称其干重。

1.3.2 数据统计 用SAS 9.0统计软件做显著性检验。

植被群落特征、地上生物量等指标计算公式[12]为：

重要值(IV) =(相对高度+相对密度+相对盖度)/3;

群落α多样性：

Margarlef丰富度指数(Ma)=(S-1)/lnN；

Simpson优势度指数(D)=1-∑(Pi)2;

Shannon-Wiener多样性指数(H′)=-∑Piln(Pi)；

Pi=ni/N；

Pielou均匀度指数(Jp)=H′/ln(S)

式中：S为物种数目；N为所有物种个体数目；Pi为第i个种在全体物种中的重要性比例；ni为第i个种的个体数量。

2 结果与分析

2.1 植被群落数量特征和地上生物量比较

在群落高度、盖度、密度等数量特征上，两种刈割制度利用相较于封育发生了显著变化(表1)。植被群落高度在封育样地最高，为29.14 cm，显著高于两种刈割样地(P<0.05)；隔年刈割样地群落高度大于连续刈割样地，但二者间差异不显著(P>0.05)。植株密度表现为，连续刈割最高为973株·m-2，显著高于封育和隔年刈割。但群落盖度表现为封育>隔年刈割>连续刈割，且相互间差异显著(P<0.05)，尤其是在封育样地，群落盖度高达90%，覆盖了大部分裸露地面。

表1 不同刈割制度群落数量特征方差分析Table 1 Analysis of quantitative characteristics of the community under different cutting systems

注：同列不同小写字母表示各处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Note: Different lower case letters with in the same column indicates significant difference among treatmentsat 0.05 level. The same below.

在生物量上，3种处理之间均差异显著(P<0.05)，其中封育样地生物量最高,为860.01 g·m-2，隔年刈割次之，为354.24 g·m-2，连续刈割最低，为247.89 g·m-2(图1)。

图1 不同刈割制度下草地地上生物量比较Fig.1 Comparison of above-ground biomass under different mowing systems

注：同一指标不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters within same item indicate significant difference among different treatments at 0.05 level.

在枯落物积累上，仍然是封育(558.95 g·m-2)显著高于连续刈割和隔年刈割(P<0.05)，连续刈割最低,为104.37 g·m-2；在现存量上，同样是封育的生物量显著大于两种刈割方式的，连续和隔年刈割间差异不显著(P>0.05)。

2.2 群落α-多样性比较

结果显示(表2)，在不同处理下，植物群落α-多样性会产生显著变化，具体表现为适当刈割会使群落α-多样性增加。

Margarlef丰富度指数表现为连续刈割>隔年刈割>封育样地，连续刈割显著大于封育(P<0.05)；Shannon-Wiener多样性指数，在连续刈割下高于隔年刈割(P>0.05)，二者均显著高于封育样地(P<0.05)；Simpson多样性指数在隔年刈割和连续刈割下显著高于封育样地；Pielou均匀度指数也是两种刈割略高于封育样地，但相互间差异不显著(P>0.05)。

2.3 不同刈割处理下群落物种重要值变化分析

重要值是综合种群密度、高度、生物量等群落特征，用数值来反映群落中各植物的地位和作用。不同刈割方式下草地群落中各植物种重要值(IV)有差异(表3)。

表2 不同刈割制度下群落α多样性变化Table 2 Comparison of community α-diversity under the different mowing system

表3 不同刈割制度下群落物种重要值比较Table 3 Comparison of species important values under different mowing systems

续表3

物种名 Species 封育Enclosure连续刈割Continuousmowing隔年刈割Biennialmowing达乌里芯芭Cymbariadahurica2.85004.5359-柳穿鱼Linariavulgaris3.8245--野韭Alliumramosum2.5989--细叶韭Alliumtenuissimum1.53794.0022-双齿葱Alliumbidentatum-2.7945-细叶百合Liliumpumilum2.74771.6886-蓬子菜Galiumverum2.92969.54391.3339平车前Plantagedepressa--1.2197石竹Dianthuschinensis-2.83154.7475堇菜Violaverecunda-1.19263.2802裂叶堇菜Violadissecta--0.5087防风Saposhnikoviadivaricata--3.4972柴胡Bupleurumchinese2.52023.23591.9879东北大戟Euphordiamandshurica1.9644--黄花列当Orobanchepycnostachya0.6241--扁蕾Gentianopsisbarbata4.3882--物种数Numberofspecies353336

注：-，无该物种。

Note:-, without the species.

3 讨论

刈割对草地的影响首先是从改变植物群落的种类组成开始的，适度刈割能够降低群落优势种植物的盖度，为杂类草的繁殖创造了机会，提高了植物多样性。而过度刈割除了对地表现有群落结构组成造成直接影响之外，还能够通过改变群落环境、土壤理化性质而影响和改变群落结构。研究表明，刈割能够显著提高群落植物多样性和均匀度，主要是因刈割能够减弱群落中优势物种的优势度，为群落下层植物提供生长空间[13]。但随着刈割强度的增加，草地植被群落组成发生明显变化，导致群落的结构受影响增大，且草地表层土壤含水量降低，盐渍度增加，甚至在植被群落中出现一些盐碱植物[13-14]。

研究者发现，由于不同牧草再生性能之间存在着差异性，一些再生性强的牧草在频繁刈割下能提高产量，而有些牧草再生性能较差，频繁的刈割则会降低其在群落中的优势度，并减少产量[14]。随着刈割频次过高，会直接造成牧草光合器官的大量损失，这不仅减少羊草等群落优势植物的地上生物量，还会影响植被光合产物向根部的运输和分配，也会因再生消耗大量地下部分贮藏的营养物质,进而影响牧草的生长。只有适当的刈割频次，才能提高牧草的营养价值和根系营养物质的含量[15]。

本研究表明，在刈割利用下，群落高度、盖度、地上生物量都显著降低，尤其是连续刈割，这主要是由于在封育样地长时间不利用，无外界干扰，植被表现为天然生长状态，且有枯落物大量堆积，故而在生物量、高度及盖度上封育要显著高于两种刈割方式。但在群落密度上，连续刈割高于封育和隔年刈割，这主要是因为在连续刈割下，群落建群种羊草的优势降低，寸草苔在群落中重要值增大并大量出现。但由于寸草苔植株矮小，茎叶纤细，因而在连续刈割下群落个体数量虽多，但在生物量及盖度上却较小。同时，本研究结果还表明，不同频次刈割对群落中个物种的优势地位也产生了影响，在连续刈割下，建群种羊草的优势地位让位于寸草苔，且群落构成趋于简单化。出现这样的结果主要是由于在对照区与隔年刈割区，没有刈割或刈割干扰较小，羊草及其它禾本科植物的个体数目较多，相对密度大，在群落中占据优势地位；在连续刈割利用下，由于刈割干扰强度的增加，植株较高的羊草等禾本科植物、菊科植物及其它科的杂类草刈割，植株矮小化且个体数目也减少，为群落中其它物种提供了机会，如寸草苔占据了更多草地资源，成为优势物种，个体数目大量增加的同时草地植物群落的α物种多性也行显著增加。

此外，有研究表明刈割强度、刈割时间等都会影响草地群落结构及草地生产力[16-23]。在本研究中刈割时间一定，刈割强度均为齐地面刈割，只对刈割频次进行控制，在以后的研究中可以进一步对各刈割要素进行研究比较。

4 结论

在两种刈割制度下，草地植物群落数量特征和地上生物量都发生了明显变化，在连续刈割下群落多度显著提高，但在群落平均高度、高度及生物量上要低于隔年刈割。

在植被群落物种组成上，连续刈割下群落物种数目减少，而隔年刈割下群落物种数增加。在不同刈割制度下，群落主要物种的重要值变化幅度很大。群落建群种羊草的重要值在封育对照下要远高于两种刈割利用，隔年刈割要高于连续刈割。

群落物种α多样性在两种刈割利用下也发生了显著变化，表现为在连续刈割和隔年刈割下较高，封育对照最低；而两种刈割处理间差异不显著。

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(责任编辑 苟燕妮)

The effects of different mowing system on plant community characteristics and biomass in fencedLeymuschinensisgrassland

Liu Mei-li, Liang Xiu-mei, Wurenqiqige

(1.College of Life Science and Technology, InnerMongolia Normal University, Hohhot010020, China;2.Hulunbuir College, Hulunbuir 021008, China)

The influence of different mowing system (continuous mowing and biennial mowing) on fencedLeymuschinensisgrassland in Hulunbeier were studied. The results showed that community coverage and aboveground biomass significantly decreased under mowing treatment. The biennial mowing was better than continuous mowing in quantitative characteristics of community and biomass. The community average height, coverage and the aboveground biomass of community decreased with the increase of mowing frequency whereas the plant community α-diversity index increased with the increase of mowing frequency which was the lowest in fenced grassland without mowing. The composition of plant community and the important value of each species in the community changed a lot under different mowing system. The important value ofL.chinensisunder continuous mowing was lower than that under biennial mowing, however, the important value ofCarexduriusculawas the highest under continuous mowing. The important value of other associated species decreased with mowing frequency.

fencedLeymuschinensisgrassland; plant community; α-diversity; important value

Wurenqiqige E-mail:hexige05@qq.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0063

2016-01-28 接受日期：2016-03-14

刘美丽(1991-)，女，内蒙古凉城人，在读硕士生，研究方向为植物学。E-mail:lml_2010_lele@163.com

乌仁其其格(1963-)，女(蒙古族)，内蒙古通辽人，教授，博士，研究方向为草业科学。E-mail:hexige05@qq.com

S812;S543+.901;Q945.79

A

1001-0629(2016)11-2319-07*

刘美丽,梁秀梅,乌仁其其格.刈割制度对围封羊草草地群落特征及生物量的影响.草业科学,2016,33(11)：2319-2325.

Liu M L,Liang X M,Wurenqiqige.The effects of different mowing system on plant community characteristics and biomass in fencedLeymuschinensisgrassland.Pratacultural Science，2016,33(11)：2319-2325.