錫文林,安沙舟,靳發(fā)蘭,,陶 夢(mèng),,孫宗玖

（1.新疆維吾爾自治區(qū)草原總站,新疆 烏魯木齊 830000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆 烏魯木齊 830052）

①天然草地是人類賴以生存的重要環(huán)境條件和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ),是全國(guó)最大的可更新資源,是形成生物多樣性的重要組成部分,是維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全的綠色屏障。在天然草地中,山地高草草甸類草地是重要組成部分,由于其資源豐富,牧草質(zhì)地柔軟,營(yíng)養(yǎng)豐富且具有“高蛋白、高脂肪、高熱量、低纖維”等特性,所以是發(fā)展草地畜牧業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),同時(shí)為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和畜牧業(yè)的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)[1-2]。但是隨著人口迅速增加,養(yǎng)殖業(yè)擴(kuò)增,鼠蟲害危害,尤其是人們對(duì)草地利用方式的不合理,草甸類草地快速退化,生產(chǎn)力不斷下降,生物多樣性逐漸消失,水土流失現(xiàn)象不斷擴(kuò)大。群落結(jié)構(gòu)和植物多樣性是衡量草地發(fā)展最主要的指標(biāo),在畜牧業(yè)生產(chǎn)中也有很大作用。一方面直接反映植物與環(huán)境的關(guān)系,另一方面,在放牧管理中,可以根據(jù)牧草的產(chǎn)量與高度合理安排放牧與刈割時(shí)間[3-9]。研究主要通過(guò)野外調(diào)查的方法探討放牧、刈割+放牧、刈割3種不同利用方式對(duì)高草草甸植物群落物種組成、植物多樣性變化的影響,為高草草甸生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的保護(hù)和草地資源的管理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況研究區(qū)位于新疆烏魯木齊市天山北坡中段,放牧、刈割+放牧、刈割3個(gè)處理區(qū)分別位于：43°27′48″N,87°09′37″E,海拔 2 186 m；43°28′19″N,87°10′42″E,海拔 2 059 m；43°28′18″N,87°10′39″E,海拔 2 066 m 。以純放牧利用方式的草地由于利用過(guò)度,草層低矮,主要以雜類草為主,禾草為輔。主要的雜類草成分有草原老鸛草Geranium pratense、新疆黨參Codonopsisclematidea、千葉蓍Achilleamillef olium、聚花風(fēng)鈴草Campanula glomerata、黃芪Astragalussp.、白三葉Tri folium repens、高山唐松草Thalictrum alpinum、新疆遠(yuǎn)志Polygala hybrida、天山羽衣草Alchemilla tianschanica、草原糙蘇Phlomis pratensis、火絨草Leontopodium leontopodioides；禾草有偃麥草Elytrigia repens、細(xì)葉早熟禾Poa angusti folia。以刈割+放牧利用的草地草層較高,主要以禾草為主,雜類草為輔。禾草有偃麥草、細(xì)葉早熟禾、無(wú)芒雀麥Bromus inermis、小糠草Agrostis alba；雜類草有草原老鸛草、千葉蓍、聚花風(fēng)鈴草、黃芪、白三葉、蓬子菜Galium verum、天山羽衣草和羊角芹Aegopodium podagraria。以刈割利用的草地草層較高,以雜類草為主,禾草為輔。主要的雜類草有新疆黨參、草原老鸛草、千葉蓍、聚花風(fēng)鈴草、黃芪、白三葉、草原糙蘇和黃花苜蓿Medicago f alcata；禾草有小糠草、細(xì)葉早熟禾、披堿草Elymus dahuricu和無(wú)芒雀麥。

1.2 樣地設(shè)置研究所選樣地均設(shè)在新疆烏魯木齊市南山菊花臺(tái)附近的高草草甸天然草地上,其中,放牧利用的草地以牧民在其內(nèi)長(zhǎng)期放牧為主；刈割+放牧利用的草地在圍欄內(nèi)于2006年5月1日開(kāi)始放牧1月,8月中旬刈割；刈割利用的草地設(shè)在一個(gè)長(zhǎng)期圍欄內(nèi),不放牧,只在8月中旬刈割。

1.3 植被取樣于2006年8月中旬在每種利用方式樣地內(nèi)隨機(jī)取5個(gè)1 m×1 m的樣方。調(diào)查并記錄每個(gè)樣方內(nèi)的植物種類、各物種在樣方中的頻度、高度和蓋度,將其植物齊地面剪下帶回實(shí)驗(yàn)室,自然風(fēng)干,稱量。

1.4 物種多樣性分析重要值（Important Value,IV）是評(píng)價(jià)植物種群在群落中作用的一項(xiàng)綜合性數(shù)量指標(biāo)[10],其計(jì)算公式為：

IV=（相對(duì)頻度+相對(duì)高度+相對(duì)蓋度+相對(duì)生物量）/4

采用α多樣性指數(shù)分析物種多樣性。其包括兩個(gè)概念：一個(gè)是群落中物種的多少,另一個(gè)指各種之間的相對(duì)豐富度[11]。以植物種優(yōu)勢(shì)度作為參數(shù)來(lái)進(jìn)行多樣性分析。

1）物種豐富度指數(shù)采用物種數(shù)S和Margalef指數(shù)（Ma）：Ma=（S-1）lgN

式中：S為物種數(shù)目；N為所有物種個(gè)體數(shù)之總和。

2）多樣性指數(shù)采用 Simpson指數(shù)（D）和Shannon-Wiener指數(shù)（H′）：

式中：Pi為樣方中第i種的個(gè)體數(shù)占全部物種個(gè)體數(shù)的比例。

3）均勻度指數(shù)（J）：

Pielou均勻度指數(shù)：J p=H′/lnS。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同利用方式對(duì)群落地上生物量的影響從圖1可知刈割+放牧、刈割樣地內(nèi)的地上生物量明顯高于長(zhǎng)年放牧的樣地。放牧樣地由于家畜長(zhǎng)年在此采食,牧草的更新及營(yíng)養(yǎng)都不能及時(shí)補(bǔ)充,而且在牧草的2個(gè)不宜利用時(shí)期（4月牧草剛萌發(fā)不宜利用,在9月牧草停止生長(zhǎng)不宜利用）家畜仍然在利用。刈割+放牧樣地內(nèi)禾草的數(shù)量明顯高于其他2種利用方式。其中刈割+放牧樣地的禾草生物量是刈割地的4.43倍,是放牧的5.48倍。而雜類草的生物量+刈割放牧地比刈割地高1.38倍,刈割地比放牧地高1.56倍。

圖1 不同利用方式的地上生物量

2.2 不同利用方式對(duì)植物高度和蓋度的影響不同利用方式下植物高度變化比較明顯（平均值為9.77～63.4 cm）,長(zhǎng)期放牧的草地不管是禾草還是雜類草的高度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他2種方式。其中刈割+放牧樣地的禾草高度是放牧地的7.49倍,刈割地禾草高度是放牧地的8.41倍。而對(duì)于雜類草的高度,刈割+放牧地是放牧地的4.86倍,刈割地的雜類草高度是放牧地的3.9倍（圖 2）。

圖2 不同利用方式的植物高度

圖1、圖2說(shuō)明刈割+放牧地和刈割地、放牧地之間的禾草產(chǎn)量存在極顯著差異（P＜0.01）,刈割地與放牧地之間禾草產(chǎn)量無(wú)差異。刈割+放牧地與刈割地之間的雜類草產(chǎn)量無(wú)顯著差異,放牧地與其他2種利用方式之間的雜類草產(chǎn)量之間存在顯著差異（P＜0.05）。刈割+放牧地與刈割地之間的禾草高度無(wú)差異性,放牧地與其它2種利用方式之間的禾草和雜類草高度存在顯著差異（P＜0.05）。

2.3 不同利用方式對(duì)植物頻度和蓋度的影響從表1可以看出刈割+放牧地禾草與雜類草的蓋度相當(dāng),分別為45%和55%；刈割地和放牧地雜類草蓋度均高于禾草,刈割地為30%和70%,放牧地為15%和85%。放牧地大部分優(yōu)良禾本科牧草被家畜頻繁采食,導(dǎo)致禾草的蓋度下降,雜類草增多。

表1 不同利用方式下群落的頻度與蓋度 %

2.4 不同利用方式對(duì)優(yōu)勢(shì)植物重要值的影響植物種類的重要值是由Curtis和Mcintosh在森林群落分析中提出的,其數(shù)值大小可作為群落中植物種的一個(gè)度量標(biāo)志,重要值可指示群落中每種植物的相對(duì)重要性及植物的最適生境[11]。植物重要值的變化關(guān)系到群落結(jié)構(gòu),重要值越高,植物在群落中所占比重越大,優(yōu)勢(shì)地位越明顯[12]。由表2可以看出,不同利用方式對(duì)植物重要值影響不同,刈割+放牧方式的草地提高了禾草在草群中的比例,降低了雜類草的比例,而刈割和放牧樣地的禾草、雜類草的比例表現(xiàn)不明顯。其中在刈割+放牧地中禾草的重要值比刈割地高1.61倍,比放牧地高2.1倍,而雜類草在刈割+放牧地與放牧地之間的重要值相差不大,為68.399 2和 65.151 7。

從表2和表3中可以看出以刈割+放牧為利用方式的樣方主要以禾草為主；刈割的樣方主要以雜類草為主；而長(zhǎng)期放牧的樣方由于禾草的適口性較好,家畜利用的也較過(guò)度,禾草、雜類草產(chǎn)量均低。

2.5 不同利用方式對(duì)群落多樣性的影響由表4看出,在不同的利用方式下群落豐富度指數(shù)放牧地（4.230 8）高于刈割+放牧地（3.145 0）和刈割地（3.938 6）,說(shuō)明在草原生態(tài)系統(tǒng)中,食草動(dòng)物的采食使一些物種的生物量或蓋度下降,其他物種有了生存的空間,從而提高了草原生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性。另一方面,群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)）刈割地（0.871 7、2.118 9）的高于放牧地（0.870 2、2.114 6）和刈割+放牧地（0.825 8、1.890 0）；群落均勻性指數(shù)（Pielou指數(shù)）刈割地（0.650 3）高于放牧地（0.634 6）和刈割+放牧地（0.594 7）,由于刈割地是無(wú)選擇性刈割,導(dǎo)致物種成分的重要值差距很小,使刈割地的均勻度高于其他2種利用方式。

表2 不同利用方式主要物種的重要值

表3 山地高草草甸草地類型樣方調(diào)查

表4 不同利用方式下樣地的生物多樣性

3 結(jié)論

3.1刈割+放牧、刈割的樣地內(nèi)的地上生物量明顯高于長(zhǎng)年放牧的樣地；刈割+放牧的樣地內(nèi)禾草的數(shù)量明顯高于其他2種利用方式。

3.2不同利用方式下牧草的高度變化比較明顯,長(zhǎng)期放牧的草地不管是禾草還是雜類草的高度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他2種利用方式,刈割利用的草地禾草與雜類草的高度變化不明顯。

3.3不同利用方式對(duì)植物重要值影響不同,刈割+放牧的草地提高了禾草在草群中的比例,降低了雜類草的比例,而刈割和放牧方式的禾草、雜類草的比重表現(xiàn)不明顯。

3.4不同的利用方式對(duì)生物多樣性影響也不同,由于家畜的采食使得群落豐富度指數(shù)（Margalef指數(shù)）提高,群落優(yōu)勢(shì)度指數(shù)（Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)）和群落均勻性指數(shù)（Pielou指數(shù)）降低。

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