趙 菲，謝應(yīng)忠，馬紅彬，沈 艷

(寧夏大學(xué)草業(yè)科學(xué)研究所，寧夏 銀川 750021)

草地退化已成為我國生態(tài)環(huán)境惡化的突出問題之一。據(jù)統(tǒng)計，我國天然草地近 1/3 的面積處于不同程度的退化之中[1]，草地生態(tài)恢復(fù)與重建成為生態(tài)環(huán)境恢復(fù)的主要內(nèi)容[2]。在退化草地的恢復(fù)和植被重建過程中，草地圍欄封育以其投資少、見效快的特點，已經(jīng)成為退化草地恢復(fù)的重要措施之一，并被世界各國廣泛采用[3]。在草地生態(tài)系統(tǒng)中，草地群落的物種多樣性關(guān)系著草地生產(chǎn)力的大小，而草地土壤有機質(zhì)含量多少則與草地土壤生產(chǎn)力的大小和健康狀況密切相關(guān)。因此，研究草原恢復(fù)過程中植被物種多樣性及土壤有機質(zhì)的變化特征，是度量草地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)程度的重要措施之一。

典型草原是歐亞草原植被的一個類型，是溫帶內(nèi)陸半干旱氣候條件下形成的草地類型，其植物主要為旱生和廣旱生多年生叢生禾草，有時混生旱生灌木或半灌木。我國典型草原主要分布于35°～55° N，約占全國草地總面積的10.5%，是我國溫帶草原中一種有代表性和典型性的類型。寧夏典型草原主要分布在寧夏南部黃土丘陵區(qū)各縣，海拔多在1 400 m以上，地形起伏大。主要由旱生多年生本氏針茅(長芒草)和大針茅為建群種的群落組成，蓋度為30%～70%，是寧夏主要的生態(tài)屏障和牧業(yè)基地。但是，長期以來的自然和人為因素使寧夏干草原生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。2003年起寧夏實施天然草地禁牧以來，草地生態(tài)恢復(fù)顯著，但是禁牧恢復(fù)后草地的效果尚需正確評估，而物種多樣性和土壤有機質(zhì)是評價恢復(fù)效果的主要內(nèi)容。因此，本研究通過監(jiān)測禁牧封育恢復(fù)中寧夏典型草原植物群落物種多樣性和土壤有機質(zhì)變化，揭示封育對典型草原物種和土壤有機質(zhì)的影響，也為該區(qū)生態(tài)建設(shè)和草地科學(xué)管理提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏固原市云霧山草原自然保護區(qū)及保護區(qū)周邊地區(qū)，位于黃土高原中部的黃土丘陵干旱區(qū)，地理位置為36°13′～36°19′ N，106°24′～106°28′ E，海拔為1 800～2 148 m，面積650 hm2，是我國西北黃土高原以長芒草為優(yōu)勢種的草原植物保留較好的典型地段。年均氣溫4～6 ℃，≥0 ℃的年積溫2 370～2 880 ℃·d，無霜期112～137 d，月均溫以7月最高，為24 ℃，年均降水量400～450 mm，年蒸發(fā)量1 500～1 700 mm，7-9月降水量占全年降水量的65%～75%。地帶性土壤為山地灰褐上和淡黑壚土，土層分布均勻深厚，地下水位深，補水能力差[4]。草原類型為以本氏針茅和大針茅為建群種的干草原，伴生有百里香、糙隱子草、阿爾泰狗娃花、西山委陵菜、星毛委陵菜、冷蒿、鐵桿蒿等植物。

2 研究方法

2.1試驗設(shè)計 采用空間梯度代替時間梯度的方法，在云霧山草原自然保護區(qū)及保護區(qū)周邊地區(qū)選擇放牧草地(未封育)和禁牧封育2、3、5、10、15、20和25年的草地為研究對象。

2.2測定項目與方法

2.2.1草地植物群落特征 以放牧和不同禁牧年限草原植被與土壤有機質(zhì)數(shù)據(jù)為分析材料。于2010年植被生長旺季(8月中下旬)在不同處理樣地調(diào)查統(tǒng)計植被組成，測定各種植物的高度、蓋度、質(zhì)量、密度和頻度。其中，高度測定自然高度，蓋度采用針刺法測定，密度統(tǒng)計樣方內(nèi)各種植物的株數(shù)，頻度采用樣圓法測定。測定的樣方面積為1 m×1 m，3次重復(fù)。

2.2.2土壤有機質(zhì)含量的測定 在每一處理樣地內(nèi)以“S”形布點分別取0～5、5～10、10～20、20～30、30～40 cm共計5個土層的土樣，將土樣帶回實驗室風(fēng)干處理后采用重鉻酸鉀氧化還原滴定法測定土壤有機質(zhì)含量[5]。

2.2.3數(shù)據(jù)處理 應(yīng)用Excel 2003、DPS統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、標(biāo)準(zhǔn)化處理、方差分析、相關(guān)分析，采用Excel 2003作圖。

2.3數(shù)據(jù)分析

2.3.1重要值

2.3.2豐富度指數(shù) 物種的豐富度指數(shù)用S[7]表示，即每個樣方中出現(xiàn)的物種數(shù)。

2.3.3均勻性指數(shù) 均勻性指數(shù)用Simpson均勻性指數(shù)Esi[6]表示：

式中，ni是第i個物種的個體數(shù)，S為樣地中出現(xiàn)的物種數(shù)，N為物種的個體總數(shù)。

2.3.4多樣性指數(shù) 多樣性指數(shù)用Menhiniek多樣性指數(shù)Dme[6]表示：

式中，S為樣地中出現(xiàn)的物種數(shù)，N為物種的個體總數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1封育對物種組成及其重要值的影響 重要值反映物種在群落中所起作用和所占地位的重要程度，重要值最大的物種是群落的優(yōu)勢種。它們在群落結(jié)構(gòu)中的作用非常重要，決定群落內(nèi)較大范圍的生境條件。優(yōu)勢種組成差異在一定程度上反映著群落的結(jié)構(gòu)多樣性特征[7]。不同封育年限典型草原的主要物種及其重要值存在差異(表1)。未封育的典型草原的主要植物有9種，分別為豬毛蒿、長芒草、西山委陵菜、百里香、星毛委陵菜、賴草、糙隱子草、阿爾泰狗娃花、冷蒿；封育2年的典型草原的主要植物有7種，分別為扁穗冰草、長芒草、白穎苔草、阿爾泰狗娃花、大針茅、蒙古冰草、扁蓿豆；封育3年的典型草原的主要植物有7種，分別為扁穗冰草、長芒草、白穎苔草、阿爾泰狗娃花、大針茅、蒙古冰草、扁蓿豆；封育5年的典型草原的主要植物有11種，分別為白羊草、百里香、豬毛蒿、扁穗冰草、阿爾泰狗娃花、長芒草、大針茅、賴草、糙隱子草、銀灰旋花、扁蓿豆；封育10年的典型草原的主要植物有11種，分別為大針茅、白穎苔草、長芒草、白羊草、賴草、百里香、扁蓿豆、星毛委陵菜、風(fēng)毛菊、阿爾泰狗娃花、二裂委陵菜；封育15年的典型草原的主要植物有7種，分別為長芒草、大針茅、阿爾泰狗娃花、鐵桿蒿、賴草、扁蓿豆、蓬子菜；封育20年的典型草原的主要植物有7種，分別為長芒草、鐵桿蒿、扁穗冰草、二裂委陵菜、豬毛蒿、冷蒿、瞿麥；封育25年的典型草原的主要植物有9種，分別為長芒草、大針茅、風(fēng)毛菊、蓬子菜、阿爾泰狗娃花、賴草、異葉青蘭、百里香、瞿麥。隨著封育年限的不斷增加，長芒草、大針茅、銀灰旋花、阿爾泰狗娃花、扁蓿豆等飼用價值較高的優(yōu)質(zhì)牧草的重要值總體上在增加，而冷蒿、豬毛蒿、星毛委陵菜、西山委陵菜等草地退化指示植物的重要值呈明顯下降，尤其是棘豆、狼毒、淡味獐芽菜、披針葉黃華等有毒有害草類幾乎沒有了。另外，隨著封育年限的不斷增加，草原植被植物種類有所增加，并有多年生草類代替一年生草類成為草原優(yōu)勢種的趨勢。

表1 不同封育年限典型草原植被主要物種及其重要值

3.2封育對物種多樣性的影響 物種多樣性是反映群落結(jié)構(gòu)、功能特征的有效指標(biāo)，是生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的量度[8]。物種豐富度指數(shù)及多樣性指數(shù)均以封育5年最大，封育10年居中，未封育最小；均勻性指數(shù)以封育10年最大，封育5年居中，封育3年最小。典型草原封育后，隨著封育年限的增加物種豐富度和多樣性呈先增加后降低的趨勢，封育10年后，物種豐富度和多樣性較封育5年小。典型草原的物種豐富度指數(shù)、均勻性指數(shù)及多樣性指數(shù)不同封育年限均存在顯著差異(P<0.05)(圖1)。均勻性指數(shù)的變化總體與多樣性指數(shù)呈相反趨勢，這可能是由于封育年限越長，物種向優(yōu)勢群落演替，導(dǎo)致均勻性指數(shù)變小。

3.3封育對土壤有機質(zhì)的影響 土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成部分，土壤的物理、化學(xué)、生物等許多屬性都直接或間接地與有機質(zhì)的存在有關(guān)。同時，土壤有機質(zhì)也是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一，土壤肥力是土壤物理、化學(xué)、生物等性質(zhì)的綜合反映，而土壤有機質(zhì)對土壤肥力的這3個方面均有影響[9]。不同封育年限土壤有機質(zhì)含量存在顯著差異(P<0.05)，封育15年、25年的典型天然草地土壤有機質(zhì)含量較高，封育5年、20年的典型天然草地土壤有機質(zhì)含量居中，未封育的典型天然草地土壤有機質(zhì)含量最低。不同封育年限土壤不同深度有機質(zhì)的含量存在差異，各處理下土壤有機質(zhì)含量隨土層深度的增加呈下降趨勢，而且隨著封育年限的不斷增加，典型天然草地土壤各層有機質(zhì)含量差距有減少的趨勢(圖2)。

圖1 不同封育年限物種多樣性

圖2 不同封育年限典型草原土壤有機質(zhì)含量

3.4不同封育年限物種多樣性和土壤有機質(zhì)含量的相關(guān)分析 不同封育年限植被多樣性及土壤有機質(zhì)含量相關(guān)分析表明，不同封育年限物種豐富度指數(shù)與多樣性指數(shù)和土壤有機質(zhì)含量有負(fù)相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)分別為-0.225 3和-0.363 5)，均勻度指數(shù)與土壤有機質(zhì)含量有正相關(guān)關(guān)系(相關(guān)系數(shù)為0.226 8)，但相關(guān)性均不顯著，這是因為草原植被物種多樣性增大，對土壤有機質(zhì)的利用也就增加，而植被均勻性指數(shù)的變化總體與多樣性呈相反趨勢。

4 結(jié)論

隨著封育年限的增加，典型天然草原植被中雜類草逐漸減少，而禾草類及豆科植物逐漸增多，表明其優(yōu)質(zhì)飼草所占比值有所提高。典型草原封育后，隨著封育年限的增加物種豐富度和多樣性呈先增加后降低的趨勢，封育5年左右物種多樣性指數(shù)最大，均勻性指數(shù)和多樣性指數(shù)變化相反。一般較高的均勻性指數(shù)反映群落內(nèi)物種間競爭較弱，配置趨于均勻，物種多樣性降低。

土壤有機質(zhì)是土壤的重要組成成分之一，在保持土壤質(zhì)量方面起著重要的作用，是影響土壤其他功能的一個關(guān)鍵因子。物種多樣性是所有生命系統(tǒng)的固有特征，是人類賴以生存的基礎(chǔ)，物種多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能作用的研究是生物多樣性研究的核心領(lǐng)域之一[10]。隨著封育年限的不斷增長，不同封育年限物種豐富度指數(shù)與多樣性指數(shù)和土壤有機質(zhì)含量有負(fù)相關(guān)關(guān)系，均勻度指數(shù)和土壤有機質(zhì)含量有正相關(guān)關(guān)系。在沒有放牧等外界干擾的情況下，初期植物多樣性增大，對土壤有機質(zhì)利用也增加，但隨著封育時間增長，物種多樣性減小，對土壤有機質(zhì)等養(yǎng)分的利用也相對減少，土壤有機質(zhì)的含量有了表層向下層積累的趨勢，草原土壤養(yǎng)分含量的升高，給其他種類植物遷移提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，有利于草原植被物種種類數(shù)的增加。

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