补播禾草对高寒沙化草地生物量的影响

补播禾草对高寒沙化草地生物量的影响

玛曲县位于青藏高原东部边缘，甘肃省西南部，甘、青、川交汇处。全县草场总面积83万多hm2,其草地生态系统的服务价值独特,涵养水源、保持水土的功能对于整个黄河流域的生态安全和可持续发展起着重要的作用。但是,近年来全县近90%的天然草地出现了不同程度的退化和沙化,形势尤为严重。如何在提高草地生产力的基础上遏制草地退化,是目前亟待解决的问题。补播在增加天然草地植被种类成分、提高覆盖度和产量方面效果明显,研究补播禾草对高寒沙化草地各经济类群地上生物量的影响,可为玛曲高寒沙化草地的治理、重建及草地可持续利用提供科学参考。1材料和方法1.1蒸发期和霜期m研究区位于甘肃玛曲县黄河南岸的沙化草地,地处东经102°09′30.3″、北纬34°00′39.0″,海拔约3446m,为玛曲县草原站的沙化监测点。高原大陆性气候,年均温1.2℃,1月均温-10℃,7月为11.7℃。年均降水量620mm,主要集中于5～9月份;年蒸发量1000～1500mm。年日照时数2580h,一年的霜期大于270d,没有绝对无霜期。土壤为亚高山草甸土,植被以莎草科嵩草属(Kobresia)和禾本科针茅属(Stipa)、羊茅属(Festuca)、早熟禾属(Poa)的一些种及菊科风毛菊属(Saussurea)、槖吾属(Ligularia)和瑞香科狼毒属(Stellera)等属的植物为主,并伴以高山唐松草(Thalictrumalpinum)、苺叶委陵菜(Potentillafragarioide)、钝裂银莲花(Anemoneobtusiloba)、细叶亚菊(Ajaniatenuifolia)、火绒草(Leontopodiumhastioides)、花苜蓿(Medicagoruthenica)等。1.2中华羊茅草草混播种py草地于2006年5月用围栏封育。在围栏样地中按单因素随机区组设计试验,小区面积20m2(4m×5m),小区间走道1m。每个处理重复3次。试验设8个处理:(1)不补播(CK);(2)单播垂穗披碱草(Elymusnatans)(3.0g/m2)(P);(3)单播中华羊茅(Festucasinensis)(2.50g/m2)(Z);(4)单播草地早熟禾(Poapratensis)(1.5g/m2)(C);(5)垂穗披碱草(2.1g/m2)和中华羊茅(1.75g/m2)混播(PZ);(6)中华羊茅(1.75g/m2)和草地早熟禾(1.05g/m2)混播(ZC);(7)草地早熟禾(1.05g/m2)和垂穗披碱草(2.1g/m2)混播(CP);(8)中华羊茅(1.0g/m2)、草地早熟禾(0.6g/m2)和垂穗披碱草(1.2g/m2)混播(ZCP)。2006年5月中旬进行补播。将种子撒播到小区,同时进行深耙覆土。1.3市场生物量的测定于2006年8月和2007年8月在不同处理的样地内按蛇行法随机选取3个样方,样方面积0.25m2(0.5m×0.5m),分别进行株高、盖度和生物量的测定。株高测定是在样方内每种植物选取10株测定(少于10株的按实际株数测定),求平均值。各经济类群地上生物量的测定是在不同处理的样地每次随机取重复样方3个,将样方内各种草按经济类别分为莎草类、禾草类、豆科类和毒杂草类。将各类草齐地剪下后分装进纸袋,带回实验室置入烘箱内,105℃杀青30min,然后在80℃温度下烘12h后称干重。1.4统计分析采用Excel和SPSS14.0进行数据分析。2结果与分析2.1不同禾草混播高度从图1可知,补播禾草第一年对高寒沙化草地植物平均高度的影响不显著。补播第二年,植被平均高度明显比第一年增加,同一处理第二年平均高度增加了70.59%～135.18%,增加最多的是三种禾草混播的处理ZCP。各处理间有显著性差异,单播中华羊茅的处理(Z)与两种混播处理CP及ZCP差异显著,其中处理CP和ZCP与CK差异显著,平均高度比CK分别增加24.78%和26.00%。2.2沙化草地与沙化草地盖度补播当年,补播对植被盖度有增加作用,处理P、C、PZ、CP和ZCP比CK盖度明显增加,且均与对照之间差异显著,分别比CK增加了2.00%、2.33%、3.00%、4.00%和3.00%(图2)。但处理Z盖度比CK下降了1.33%,这与沙化草地不均匀有关。补播第二年,盖度明显提高,除补播垂穗披碱草的处理外,其他均与CK间差异显著,比CK增加了2.33%～7.00%。三种禾草混播使盖度增加7%。2.3不同补播前后禾草类地上生物量的变化补播可以增加禾草类的地上生物量(图3)。在补播当年各经济类群地上生物量变化情况是:莎草类地上生物量各单播处理与CK相比显著降低,分别比对照的地上生物量减少了40.74%(P)、45.15%(Z)和38.14%(C),各混播处理低于CK6.80%～9.80%,其中处理CP高于CK20.69%,但都与对照差异不显著;禾草类各处理的地上生物量均高于CK并且都与CK差异显著,分别比CK的生物量增加68.02%(P)、173.98%(Z)、121.15%(C)、140.69%(PZ)、148.20%(ZC)、93.15%(CP)和196.87%(ZCP);豆科类各处理的地上生物量都高于CK,除了处理Z和C外均与CK差异显著,处理P、PZ、ZC、CP和ZCP分别比CK高了207.03%、271.60%、357.10%、87.03%和179.09%;对于杂类草,仅有混播三种禾草的处理(ZCP)与CK间差异显著,且高于CK20.94%,除了处理CP和ZCP杂类草生物量高于CK,其他均低于CK。从各经济类群生物量变化的情况看,豆科类的增加比例最大,但禾草类的地上生物量增加最多,远大于其他类群生物量的增长,说明补播后生物量的增长主要是禾草生物量的增加所致。补播第二年,各经济类群地上生物量都增加,禾草的优势地位非常明显(图4)。处理C、PZ和ZC的莎草类地上生物量与CK间差异显著,分别高出对照105.85%、139.56%和114.01%。禾草类和豆科类仅三种禾草混播处理(ZCP)与CK差异显著,分别高出对照34.56%和96.37%。杂草类仅PZ处理与CK差异显著,高出CK91.79%。总的来看,第二年,所有补播处理各经济类群生物量都有所增加,禾草类的地上生物量增加最多,占到总生物量的50%左右。与第一年相比,补播第二年各类草群生物量大多呈增加趋势,但也有几个处理出现生物量下降。生物量下降的是CK的莎草类和杂草类,处理ZC的豆科类,处理CP和ZCP的莎草类。补播禾草后引起其他类群生物量的下降是因为禾草的增多使得其他类群生长受到抑制,但这不能用以解释对照莎草类和杂草类生物量的下降,这可能是沙化草地植被分布不均匀所致。3补播对草地生物量的影响对玛曲高寒退化草地的研究表明,补播对物种丰富度影响不明显,但使草群密度明显增大,补播后Pielou均匀度指数、Simpson指数、Shannon-Weiner指数均减小。本研究表明,在高寒沙化草地补播禾草后对草群平均高度影响不大,但增加了草地单位面积的植物个体数,从而增加了植被盖度,这对覆盖度较低的沙化草地能起到防风固沙的作用。刘振恒等认为,根据群落生态学原理,配置优化结构的人工或半人工群落,是玛曲高寒退化草地恢复与重建的重要措施之一。该研究显示,补播后地上生物量显著增加,禾草生物量在总生物量中的比例明显增高,第二年这种现象更为明显,禾草可占到总生物量的50%以上,而其他类群比例均有下降趋势,说明补播的草地群落产量构成以禾本科植物为主,草地的经济价值也得以提高。补播后高寒草地第二年地上生物量的增加,除了补播的作用外还与这个时期环境条件(降水量)及牧草生长时间有关。因为多年生禾草补播当年均处于营养生长,幼苗生长较弱,不能完成生育期和形成较大的生物量。补播后生物量的增长主要在植物旺盛生长的七八月份,这个时期植物生物量的增长占到全年植物生物量的50%左右。第二年各处理的生物量明显高于上年的生物量。补播作为改良天然草场的有效措施,对增加草地优质牧草比例、草层植被种类成分及草地覆盖度具有积极作用。对沙化草地的研究表明,补播在9年后依然可提高草地地上生物量。该研究表明,补播一至二年内对高寒沙化草地地上生物量的增加显著,是沙化草地恢复初期植被恢复的有效措施。4补播禾草对玛曲常绿草群的影响4.1中华羊茅、草地早熟禾和垂穗披碱草混播是玛曲高寒沙化草地较好的补播处理。其中,中华羊茅的播量为1.0g/m2,草地