草地草地群落演替规律研究新疆昭苏马场春秋场草地退化演替与植物多样性的研究

草地草地群落演替规律研究新疆昭苏马场春秋场草地退化演替与植物多样性的研究

0草原生态群落多样性调查研究【研究意义】由于人为活动或不利自然因素，牧场质量恶化（包括植物和土壤），生产力、经济潜力和服务功能降低，环境变差，生物多样性或复杂程度降低，恢复功能削弱或丧失，被称为牧场退化。恢复和恢复功能也是导致草坪退化的直接原因之一。【前人研究进展】Gibson等认为,放牧可以改变植被变化的基本模式,而长期的春秋放牧更接近于改变其演替方向,放牧可以偏转演替,重牧加速了演替的速度,放牧对草原生态系统生物量结构和生产力的影响受多种因素制约。草畜不平衡是草原畜牧业生产的主要矛盾,防止草场退化,合理利用草地以及科学管理尤为关键。【本研究切入点】特克斯河北岸的河滩阶地春秋草场,是昭苏马场主要的一年两次利用的草场,放牧牲畜有绵羊、牛、马等。昭苏马场春秋草场超载过牧和不科学的草地管理,使得天然草地质量、植物群落结构和多样性发生变化。【拟解决的关键问题】对草地植物群落结构、物种多样性等基本特征进行调查,以群落中植物种的重要值作为指标,并计算相关群落多样性指数。初步探讨天山北坡西部山区“春秋场”型退化草地的演替规律,为春秋场型退化草地的研究提供参考。1材料和方法1.1昭苏草场主要植被类型昭苏马场地处伊犁河谷昭苏盆地腹内,地理坐标E81°03′~81°05′,N40°55′~43°15′,海拔1640~4800m,属温带山区半湿润半干旱冷凉气候类型。年均温度2.7℃,≥10℃积温1416.8℃;无霜期85~100d;年均降水量512mm,降水多集中于5~8月,占全年总降水量的68.70%;积雪期158d,积雪厚度20~60cm。地貌特征为山地和高山峻岭。昭苏马场土地面积7.04×104hm2,其中:草地面积4.53×104hm2,占土地面积的64.38%,可利用草地4.4×104hm2,占草地总面积的97.13%;耕地面积0.53×104hm2,天然草地面积是耕地面积的8.5倍。研究区选在特克斯河北岸河滩阶地春秋草场,植被类型为草甸草原,以草原苔草(Carexliparocarpos)、亚洲百里香(Thymusasiaticus)、羊茅(Festucaovina)、草地早熟禾(Poapratensis)为主要种;伴生种主要以针茅(Stipacapillata)、黄花苜蓿(Medicagofalcate)、黄芪(Astragalussp)、千叶蓍(Achilleamillifolium)、森林草莓(Fragariavesca)、无芒雀麦(Bromusinermis)为主。1.2方法1.2.1地上生物量调查为了研究春秋场的退化演替规律,采用了实地调查取样方法,选取特克斯河北岸河滩阶地春秋草场为取样地点(是过度放牧退化区域,退化由居民点向周围退化,离居民点越近退化越严重),属于典型放牧区域。在春秋草场由南向北按不同放牧退化程度进行取样;每样地随机选0.5×0.5(m2)样方,共50个,记录植物种的盖度、高度、密度、频度和地上生物量,地上生物量按不同种分别齐地面剪割,称其鲜重。以群落中植物种的重要值作为指标,并计算相关群落多样性指数。1.2.2生物多样性指数数据使用SPSS16.0、多样性分类软件进行分析。选择Shannon-Wiener指数测定植物群落多样性,采用Simpson指数测定群落内不同物种所起的作用和所占的地位。重要值(IV%):IV=(相对密度+相对盖度+相对生物量)/3.生物多样性指数(Diversityindex):Shannon-Wienerindex:H1=-∑Piln(Pi).Simpsonindex:D=1-ΣPi2.丰富度指数(Richnessindex):Margalef指数:R=(S-1)/lnN.均匀度指数(Evennessindex):Pielou均匀度指数:E=H/lnS.式中S为样地内物种的总数;Pi为种i的相对重要值,Pi=Ni/N;采用重要值作为多样性指数的测度指标,以避免用个体数量作为多样性测度指标时,由于不同种类植物个体大小差异悬殊而可能带来的较大误差。2结果与分析2.1各退化梯度对不同的样地数据进行聚类分析从而得到了昭苏马场春秋草地不同的退化梯度,即Ⅰ:极度退化(样地1、2);Ⅱ:重度退化(样地3、4、5、6,);Ⅲ:中度退化(样地7、8);Ⅳ:轻度退化(样地9、10);草地退化情况差距存在但较不明显。图12.2不同退化草地的植物种类根据样方调查,植物群落优势种组成主要包括亚洲百里香(Thymusasiaticus)、黄花苜蓿(Medicagofalcata)、黄芪(Astragalussp)、羊茅(Festucaovina)、草地早熟禾(Poapratensis)、草原苔草(Carexliparocarpos)为植物群落的主要成分。针茅(Stipacapillata)、千叶蓍(Achilleamillifolium)、森林草莓(Fragariavesca)、无芒雀麦(Bromusinermis)、佛子茅(Calamagrostisepigeios)、小车前(Plantagominuta)、飞蓬(Erigeronacer)、草原糙苏(Phlomispratensis)等植物为群落的次要和伴生种,不同退化草地主要植物的重要值。不同退化梯度内禾本科与豆科植物种的重要值所占比重极度为13%,重度退化占到了17%,中度退化占29%,轻度退化占29%。由于草地的践踏和人为的利用,极度退化可食性牧草比例降低,而中度、轻度退化草地通过适当的放牧,影响相对较小。表12.3不同物种组成的计划聚类分析是根据空间中物种的距离及其在群落中的地位划分所致,通过对群落大量数据的分析,使之在最小的范围内更好的匹配相似的类群,以达到划分的最终结果;DCA采用的却是可同时对样地和物种进行排序;通过对两种排序方法的研究来进一步的说明和补充问题。DCA属于多重变量分析范畴,由MarkHill在1979年开发,用于在物种样方丰富的矩阵数据中找到群落间的关系。极度退化(样方序号1~10);重度,中度退化(样方序号11~40)和轻度退化(样方序号41~50),通过DCA排序分类得出中度与重度退化梯度差异不大,但是缺少维持草地稳定的物种,而轻度退化和极度退化内物种更替较为明显,说明了退化初期和末期均有其优势主导因子,而中度退化属于质变过程,群落的物种种类差别不大,物种竞争力的下降也是导致退化的原因。其中重度与中度退化程度几乎相同。DCA排序较好地表现了物种与退化梯度之间的关系,不同物种组成导致不同程度的退化,排序图重叠的部分代表退化群落的组成趋于一致,处于不稳定过渡期。这与长期的人为放牧有直接的关系;改良植被构成,适当的围栏封育是提高春秋场草地系统稳定性和恢复的可行方法。图22.4群落多样性指数生态系统从一个稳定状态演替到脆弱的不稳定的退化状态过程中,在物种多样性等方面均会发生质的变化,物种多样性是群落发展过程中的一个重要指标,它反映了群落组成和结构的变化。物种多样性指数是把物种丰富度和均匀度结合起来的一个统计量,而这两个组分不同的结合方式或给予的权重不同,就形成了多种物种多样性指数。表2Shannon-Wiener多样性指数是群落空间多样性和异质性程度的度量,能够综合地反映群落物种不确定信息的程度,群落的多样性在轻度放牧时最高其数值为1.547,轻度与中度放牧时相差不大,而极度放牧时最小其数值为1.252,即轻度放牧>中度放牧>重度放牧>极度放牧,退化呈现明显的退化演替规律,轻度退化与中度退化群落整体幅度存在潜力。植物多样种类不断减少。群落的Simpson-D指数变化为轻度退化>中度退化>重度退化>极度退化。均匀度Pielou指数呈现中度退化>轻度退化>重度退化>极度退化;Margalef丰富度指数呈现轻度退化>中度退化>重度退化>极度退化。总体来看极度退化的物种多样性、均匀度指数均是最低,轻度退化两项指数均为最高;说明随着草地退化程度加重,草地群落的物种组成和结构发生了轻微变化,建群种在群落中的作用减小,植物群落盖度、家畜喜食牧草比例下降。研究与轻度退化阶段在轻微扰动,适度的载畜量下,草地的物种多样性最大的研究结果相吻合。表23群落组成结构的改变草地的退化阶段多处在以植被退化为主的阶段,一种植被形式是否被另一种形式所代替是探测过度放牧最可靠和最有效的方法。在不断的退化程度下,物种组成结构的改变导致群落物种多样性的变化,对多样性产生了很大的影响。不同的放牧强度对草地群落结构有不同的破坏,过度的放牧,不仅造成草地层次的混乱,使得优良牧草大幅度的减少,也可以改变相应的土壤理化性质。保护草地多样性,以及相应提高禾本科、莎草科植物竞争性,围栏封育均可以提高草地可持续利用。同时中度退化草地可作为过渡区域或警戒区域以加强草地管理。总之,合理放牧及防止草地进一步退化对维持生态系统有着重要意义。4结论4.1不同退化演替阶段草地群落的变化春秋场草地,植物群落的组成尤其会受到放牧活动的影响,研究中通过排序讨论不同退化演替阶段草地群落的效果明显,草地退化演替存在一定规律性,不同退化群落的组成是植物适应性和群落变化相互作用的结果。随着退化