利用方式对山地草甸植物多样性的影响

侯钰荣，李 超，杨淑君，魏 鹏，李学森，阿斯娅·曼力克

（新疆畜牧科学院草业研究所，乌鲁木齐 830000）

引 言

草地群落是许多植物种聚集在一起形成的集合体[1-3]。利用方式不同，导致这个集合体呈现出不同状态[4]，也间接地影响了草地群落的组成、结构和功能[5]，最终反应在草地群落的植物多样性方面[6-7]。对植物多样性的研究，有助于深入探索草地群落的功能稳定性，同时方便采取维持稳定功能性的措施[8-10]。本文借助刈割、放牧和围封三种利用方式展开对山地草甸群落多样性的研究，为谢家沟试验站的植物保护和群落稳定提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区简况

试验地位于新疆乌鲁木齐市乌鲁木齐县谢家沟，分布着典型的山地草甸草地类型，植物种类丰富，生长茂盛，群落主要由禾本科牧草、各种杂类草组成，多年来一直作为放牧利用；当地牧压大，牧民对草地的保护意识薄弱，草地出现不同程度的退化现象。山区气温低，所以植物生长季节短。土壤为黑色的草甸土，0～30 cm土层松软、根系含量多，草地植被退化程度差异较大。

1.2 试验设计及测定方法

样地的设置采用典型样方法，以乌鲁木齐南山谢家沟试验基地的山地草甸的不同利用方式（割草、放牧、围封）为研究对象，应用GPS定位，按季节顺序在2017年4-9月每月在固定样地内随机选取50 cm×50 cm的样方6个，按植物群落学方法分种记载与监测样方的物种组成、物候期、地上生物量、高度、盖度、密度（20 m×20 m样地）。调查方法如下：

高度：以植物种为依据，每个样方中选取6株，测其自然高度；

密度：以样方中每种植物株数计算；

盖度：以针刺法为依据，每个样方100针；

频度：以样圆法为依据，抛甩20次，记录样圆内出现的所有植物种类及出现次数；

地上生物量：以样方为单位，分种齐地面剪下，分种称鲜重和风干重。

物种丰富度指数采用物种数S和Margalef指数（Ma）；

多样性指数采用Simpson指数（D）和Shannon-Wiener指数（H）；均匀度指数（J）采用Pielou均匀度指数。

1.3 数据分析

利用Excel2010进行相关统计与分析。

2 结果与分析

2.1 三种利用方式草地植物分布情况

由表1可知，三种利用方式的山地草甸群落植物名录有所区别，刈割群落包括25种植物，放牧群落包括23种植物，围封群落包括31种植物。从植物多样性角度看，围封＞刈割＞放牧。

表1 三种利用方式草地植物分布情况

续上表

2.2 不同利用方式草地植物群落高度的动态变化

由图1可知，三种利用方式的山地草甸群落高度的变化趋势基本相似，均为“低-升高-持续升高-降低-持续降低（或持平）”。5月和9月的群落高度相似，在整个生长季内处于最低水平，6月群落高度达到生长季内最高峰。结合三种利用方式来看，刈割对群落高度的影响最大，群落高度在刈割前后起落幅度较大，而放牧和围封的群落高度影响较小，群落高度变化比较平缓。秋季时，仅有围封群落的高度较高，群落平均高度达到29.44 cm。结合利用方式分析，春季植物返青时群落高度相似，随着利用方式的改变，对群落高度的影响显而易见。

图1 不同利用方式草地植物群落高度动态变化

图2 不同利用方式草地植物群落高度动态变化

2.3 不同利用方式草地植物群落盖度的动态变化

由图2可知，不同利用方式群落盖度差距较大。围封利用的群落盖度从6月19日达到100%时，后期均保持在此水平，刈割利用的群落盖度6月19日至7月19日（刈割前）都保持在100%，刈割之后，盖度大幅度下降，而放牧利用的群落盖度变化最大，仅在7月19日盖度达到达到100%，其他时间段均变化较大。

2.4 不同利用方式草地植物群落密度的动态变化

由图3可知，刈割和放牧利用方式群落密度随着生长周期的延续，依次减少，而在6月19日时，刈割群落的密度达到生长期内的峰值，这与围封群落相同；与之相反的是，围封群落的密度一直处于上升趋势，三种利用方式对群落密度的影响很大，从草地利用角度考虑，刈割较放牧更有利于草地生态恢复。

图3 不同利用方式草地植物群落密度动态变化

图4 不同利用方式草地植物群落地上生物量动态变化

2.5 不同利用方式草地植物群落地上生物量的动态变化

由图4可知，刈割利用的群落地上生物量在生长期内变化幅度较大，6月19日达到最高峰，可达2 380.3 g/m2，这与平常认为的开花期是生物量最大时期不符，原因可能是因为6月19日植物体内水分含量高，粗纤维含量少，鲜重达到最大值；一般的刈割期是8月初（开花期），此时植物粗纤维含量略高，植物的干鲜比重较大，因此，收干草一般选择8月刈割晾晒。围封利用的群落地上生物量自6月19日起至9月28日，发展较平缓，而放牧利用的群落地上生物量一直都处于最低，尤其是8月26日-9月28日（秋季），地上生物量很低，仅为19.8 g/m2。

从三种利用方式来看，围封较其他两种利用方式地上生物量发展较平缓，有利于生态良性循环。

2.6 物种丰富度变化

根据测定和计算（图5），刈割和放牧利用方式的草地植物种类随着生长周期的推移，物种数均在增加，至6-7月时物种数趋于稳定，最高可达20种，而放牧草地在6月-8月植物种类仅为8种，与刈割和放牧相比，差距较远。三种利用方式对山地草甸草地物种丰富度的影响较大。围封草地的物种丰富度指数一直处于较高水平，且变化幅度相对较小，且与放牧利用的草地物种丰富度指数变化略呈相反趋势，刈割利用草地的物种丰富度指数处于放牧和围封之间，受刈割影响，刈割前后物种丰富度指数变化幅度较大。三种利用方式的物种丰富度的最高值出现时间不同：刈割出现在7月19日，放牧出现在5月16日，围封出现在6月19日，可以看出，利用方式不同，对草地物种丰富度最高值出现的时间有一定影响。

图5 不同利用方式草地物种丰富度的变化

图6 不同利用方式草地物种均匀度的变化

2.7 物种均匀度变化

一般来说，适度利用会增加群落均匀度。适当的干扰可以促进植物分蘖或分枝，增加草丛密度，群落均匀度稳定。由图6可知，三种利用方式下的群落均匀度变化呈现不同趋势，围封草地的均匀度呈现先升高，再逐渐降低的趋势，最高峰值出现在6月19日；刈割草地的均匀度与围封草地的均匀度变化趋势相同，也呈现先升高再降低的趋势，不同的是，刈割草地的最高峰值出现在7月19日，出现最高峰值的时间不同，但峰值数值相同，都为0.18，且刈割草地在刈割后，均匀度呈现大幅度下降；放牧草地的群落均匀度变化趋势较为复杂，呈现先降低，再有小幅回升，再下降的趋势，分析原因，可能与放牧干扰关系较大，5月16日草地植物群落返青正常生长，优良牧草被啃食后，草地均匀度开始下降，再加之气温逐渐升高、降雨增多，气候因素给草地输入的能量大于啃食造成的输出能量，草地均匀度又开始慢慢回升，到8月26日，气温下降，降雨减少，再加上家畜的啃食，牧草再生性减退，可食牧草大量减少，群落均匀度再次降低，到9月28日，气候变凉，牧草停止生长，生长周期结束，群落均匀度达到年内最低。

2.8 物种多样性变化

群落物种多样性是Shannon-Wiener和Simpson多样性指数。由图7和图8可知，放牧草地和围封草地的变化趋势截然相反，而刈割草地多样性指数在5月16日时低于放牧和围封草地，而在6月19日时快速升高，与围封草地处于同一水平，之后的发展趋势与围封草地相同。

图7 不同利用方式草地物种多样性(Simpson)的变化

图8 不同利用方式草地物种多样性（Shannon-Wiener）的变化

3 讨论与结论

三种利用方式对草地群落多样性影响均有不同。根据测定和数据分析，现将刈割、放牧、围封三种利用方式对草地的影响总结如下：

（1）春季植物返青时群落高度相似，随着利用方式的改变，对群落高度的影响显而易见。三者的最高峰值均出现在7月19日，但高度悬殊较大，刈割＞围封＞放牧；从草地群落盖度来看，7月19日，三者群落盖度均达到100%，随之，围封的群落盖度一直保持在100%，而放牧和刈割的群落盖度都有大幅下降；从草地群落密度来看，围封方式的密度一直处于上升趋势，至8月26日达到稳定，刈割和放牧方式一直处于下滑状态，但刈割的群落盖度高于放牧的群落盖度；从草地群落地上生物量来看，8月26日之前，刈割处理的地上生物量远高于其他两者，围封方式处于缓慢上升趋势，放牧方式的地上生物量变化不规律，7月19日有个小幅回升，可能原因是草群中不食牧草数量增多，造成地上生物量增大。

（2）从物种丰富度和均匀度来看，围封方式一直处于最高水平，刈割方式其次，放牧方式最低；从多样性来看，围封和刈割方式的发展趋势相似，而与放牧的发展趋势截然相反。