放牧利用下的牛羊草灌丛草地特征分析

放牧利用下的牛羊草灌丛草地特征分析

羊草是水稻科的一种多年生野生牧场。我国主要分布于华北南部、西北中南区北部的山区坡地和黄土高原,美国及印度的暖温带均有分布。美国经栽培驯化育成了适应性强、容易建植、产量高、品质好、肉牛转化率高、种子产量高的白羊草品种,如Plains和WW-spar等,近而成功建植了优良的白羊草人工草地。白羊草灌丛草地为当地山羊、绵羊、牛的重要放牧草场。建群种白羊草为具短根状茎的疏丛型禾草,叶多集中于距地表20cm的范围内,适于放牧利用而且耐牧性强;其根系发达,分蘖力强,能形成大量基生叶丛,覆盖度大,固土保水力强,对控制水土流失,维持丘陵山地的自然生态平衡起着重要作用。白羊草草地特别是生境干旱的山西、陕西黄土高原白羊草灌丛草地在当地的农村养殖业发展中发挥了巨大作用,同时由于不同程度的过度放牧利用,大多丘陵山地呈现出不同程度的退化。通过对自然放牧草地群落中植物种群的频度、盖度、高度、密度和生物量等数量特征调查,运用系统聚类分析方法对样地群落进行分类,划分出不同的放牧利用阶段。1材料和方法1.1均地面温度试验样地设在山西省中部的沁源县城关镇麻巷村草地定位点,海拔1100m,属温暖带大陆性气候;年均气温为8.6℃,1月份平均气温为-7.1℃,7月份则为22.2℃,极端高温37.5℃,平均地面温度1月份为-6.9℃,极端低温-30.2℃;初霜日10月8日,终霜日4月17日,无霜期171.7d;年均降水量656.7mm,7、8、9月占全年降水量的60.23%,分别达181.6mm、126.8mm和87.1mm;年均风速为2.0m/s,风向多为西北风;年均日照时数为2519h。草地土壤为淋溶褐土。植被为喜暖灌草丛类草地,建群种为白羊草,混生有胡枝子属(Lespedeza)、蒿属(Artemisia)、野古草(Arundinellahirta)等灌木草丛,如百里香(Thymusmongolicus)等可发展为优势种。1.2学习方法1.2.1地上群落调查样地位于以西北—东南向连续起伏的6个丘陵山地上,以其顶部、中部和底部各作为1个群落调查样地。样地坡度15°～30°。因其中两个丘陵较短,分别只设置两个样地,共计16个。1.2.2群落组成的测定2000年8月在各样地的山脊和两个山坡沿等高线设置1m×1m样方,进行种群的频度、盖度、密度、高度和生物量的测定。频度测定某植物种的出现频率;密度以样方内各种群的构件数计算;高度以各种群的最高、最低和中等高度植株的平均值计算;地上生物量以各种群齐地面刈剪的风干重计算;同时用点测仪测定盖度。1.2.3处理数据1.2.3.平台计算优势度对原始数据首先用极差法进行标准化,然后采用频度比(F′)、盖度比(C′)、密度比(D′)、高度比(H′)和生物量比(W′)计算各种群的优势度(SDR5)。SDR5=(F′+C′+D′+H′+W′)/5运用SAS6.12软件对16个样地主要植物种群的优势度值进行系统聚类分析,分划出放牧利用下的阶段。1.2.3.密度和相对生物量的计算重要值(IV)以相对频度(RF)、相对盖度(RC)、相对密度(RD)、相对高度(RH)和相对生物量(RW)计算。IV=RF+RC+RD+RH+RW以重要值评定植物种的优势地位,IV≥10%时为亚优势种,IV≥30%为优势种。2结果与分析2.1样地的植物群落结构在所调查的白羊草灌丛草地中,建群种白羊草在任一样地都为主要植物种;随样地的不同,其它主要植物种有百里香、铁杆蒿(A.vestita)、尖叶铁扫帚(L.inschanica)、达乌里胡枝子(L.dahurica)、多花胡枝子(L.floribunda)、亚柄苔(Carexsubpediformis)、翻白委陵菜(Potentilladiscolor)、朝天委陵菜(P.supina)、狐尾藻棘豆(Oxytropismyriophylla)、野古草等。另外随样地群落的不同,常见的植物种还有阿尔泰狗哇花(Heteropappusaltaicus)、点地梅(Androsaceumbella-te)、糙叶黄芪(Astragalusscaberrimus)、茭蒿(A.gi-raldii)等。16个样地的11个主要植物种群的优势度见表1。依此优势度为指标用平方和增量法作为系统聚类分析方法可获聚类树状图(见图1)。综合图1聚类分析的结果和植被的生态特征,可将16个样地所代表的群落划分为5个演替阶段:Ⅰ(c1、c4、c6、c5);Ⅱ(c13、c16);Ⅲ(c3、c12、c7、c15、c9、c10、c14);Ⅳ(c2);Ⅴ(c8、c11)。2.2优势种、优良种和群落演替演替阶段2.2.1为便于分析,从分类后处于不同演替阶段的16个样地群落类型中,随机抽取11个样地,依次为(c1、c5)、(c13、c16)、(c3、c7、c10、c14)、(c2)、(c8、c11),其植物种群重要值见表2。由表2、图1可以看出,在5个演替阶段,各样地群落的植被组成、植被数量特征等有各自特点:Ⅰ(c1、c4、c6、c5)以白羊草为建群种,铁杆蒿、百里香、亚柄苔为优势种;尖叶铁扫帚、翻白委陵菜、狐尾藻棘豆、达乌里胡枝子为亚优势种,多花胡枝子的重要值较低,植被盖度大,但植物种类少,受放牧干扰小,生物量高,属轻牧阶段。Ⅱ(c13、c16)以白羊草为建群种,铁杆蒿、亚柄苔为优势种,野古草、达乌里胡枝子、翻白委陵菜和多花胡枝子为亚优势种;尖叶铁扫帚和百里香的重要值明显下降,狐尾藻棘豆重要值有所下降;植被盖度和生物量较前者更高,植物种类多,属适牧阶段。Ⅲ(c3、c12、c7、c15、c9、c10、c14)中白羊草依然占优势地位,但逐步呈下降趋势;百里香的优势地位则逐步提高;铁杆蒿、亚柄苔逐渐从优势种降为亚优势种,特别是亚柄苔下降明显;尖叶铁扫帚则从亚优势种逐步逆行演替最终从群落中消失;翻白委陵菜、狐尾藻棘豆等低位芽生态型的牧草占相当比重,植被盖度出现降低现象,生物量也较前二者低,属中度放牧阶段。Ⅳ(c2)中建群种白羊草的优势地位有所降低,其重要值为106.46%,匍匐生小半灌木百里香占相当比重,其重要值达77.60%,多花胡枝子也为优势种;朝天委陵菜、狐尾藻棘豆、野古草优势度增加,铁杆蒿、亚柄苔优势度降低,植被盖度进一步降低,生物量也下降,为重度放牧阶段。Ⅴ(c8、c11)中建群种白羊草的优势度又有所增加,唯有百里香为次优势种,达乌里胡枝子、翻白委陵菜和野古草为亚优势种,亚柄苔的优势地位开始急剧下降;多花胡枝子和尖叶铁扫帚则从群落中逆行演替而退出,植被盖度更为下降,植物种类更少,为极度放牧阶段。在白羊草灌丛草地的不同利用阶段以百里香、铁杆蒿、亚柄苔种群的重要值变化最大,达乌里胡枝子、多花胡枝子、尖叶铁扫帚的重要值也有明显变化。2.2.2由图2可以看出,百里香种群从轻牧至适牧阶段其重要值逐步下降,而从适牧→中牧→重牧则上升,到极牧阶段又有所下降,表明百里香种群在不同利用阶段及其在同一阶段的不同演替趋势。铁杆蒿种群重要值在轻牧阶段比适牧阶段低,随后从适牧→中牧→重牧→极牧逐步下降;而亚柄苔种群重要值在总体趋势从轻牧→适牧→中牧→重牧→极牧逐步下降。由图3可见,达乌里胡枝子种群在轻牧阶段和适牧阶段其重要值较高,而在重牧和极牧阶段依然能够在群落中保持更高的优势地位。尖叶铁扫帚则随草地放牧利用的加重而从群落消退。多花胡枝子种群在群落中的重要值波动很大,影响其分布的原因一个是放牧利用,另外还主要受植物种群间竞争的制约。达里胡枝子、尖叶铁扫帚和多花胡枝子种群在重牧阶段其重要值明显高弹,这说明除放牧利用影响,三种豆科牧草的分布还可能受地形等因素的影响。由表2可以看出白羊草种在各个样地群落中都占有极为显著的优势地位,在野外的生态调查中也发现,即使在严重干旱时或极度利用的植被中,白羊草依然能够很好地存活。由图4可见白羊草种群在不同的利用阶段其重要值有一定波动,从轻度到适度利用白羊草重要值逐渐提高,在中度利用时白羊草可保持高的优势地位,即便在极度利用阶段白羊草的重要值都很高。而在重度利用阶段白羊草种群重要值最低,对应三种胡枝子和百里香在重度利用阶段重要值提高,说明在重度利用时,可能因家畜对白羊草采食过重而减轻了白羊草种群对胡枝子属植物和百里香的抑制,从而使这些灌木或小半灌木可以更好地生长,积累较多的干物质,从而有较高的重要值。3过牧对草地的影响3.1白羊草灌丛草地用系统聚类分析方法以16个样地群落中11个主要种群的优势度为指标可分划出轻牧、适牧、中牧、重牧和极牧5个阶段,其中重牧和极牧仅有3个样地,适牧包括2个样地,中牧阶段最多为7个样地,轻牧有4个样地。由此可见所调查的草地退化还不十分严重,经过合理的管理措施,草地依然能够保持优良状态,既可为放牧家畜提供充足的饲草,又不致破坏其生态平衡,做到草地资源的可持续利用。如果继续超载过牧,草地将逐步逆行演替。3.2在轻牧、适牧、中牧、重牧和极牧5个利用阶段,样地群落中有各自的植被特征。白羊草在各利用阶段都占有重要的优势地位;百里香在重牧和极牧阶段优势地位较高;铁杆蒿以适牧阶段优势地位最高而重牧和极牧阶段最低;尖叶铁扫帚随放牧的强度增加从群落中消失;达乌里胡枝子在过度放牧利用时依然能够保持优势地位;多花胡枝子则波动很大,在轻牧和极牧阶段优势地位极低甚至消失;亚柄苔总体随植被利用加大而优势地位逐渐降低。自由放牧羊草草地,随放牧强度增加,植物组成、群落类型从单一到复杂再