補播禾草對高寒沙化草地生物量的影響

補播禾草對高寒沙化草地生物量的影響

瑪曲縣位于青藏高原東部邊緣，甘肅省西南部，甘、青、川交匯處。全縣草場總面積83萬多hm2,其草地生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值獨特,涵養(yǎng)水源、保持水土的功能對于整個黃河流域的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用。但是,近年來全縣近90%的天然草地出現(xiàn)了不同程度的退化和沙化,形勢尤為嚴(yán)重。如何在提高草地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)上遏制草地退化,是目前亟待解決的問題。補播在增加天然草地植被種類成分、提高覆蓋度和產(chǎn)量方面效果明顯,研究補播禾草對高寒沙化草地各經(jīng)濟類群地上生物量的影響,可為瑪曲高寒沙化草地的治理、重建及草地可持續(xù)利用提供科學(xué)參考。1材料和方法1.1蒸發(fā)期和霜期m研究區(qū)位于甘肅瑪曲縣黃河南岸的沙化草地,地處東經(jīng)102°09′30.3″、北緯34°00′39.0″,海拔約3446m,為瑪曲縣草原站的沙化監(jiān)測點。高原大陸性氣候,年均溫1.2℃,1月均溫-10℃,7月為11.7℃。年均降水量620mm,主要集中于5～9月份;年蒸發(fā)量1000～1500mm。年日照時數(shù)2580h,一年的霜期大于270d,沒有絕對無霜期。土壤為亞高山草甸土,植被以莎草科嵩草屬(Kobresia)和禾本科針茅屬(Stipa)、羊茅屬(Festuca)、早熟禾屬(Poa)的一些種及菊科風(fēng)毛菊屬(Saussurea)、槖吾屬(Ligularia)和瑞香科狼毒屬(Stellera)等屬的植物為主,并伴以高山唐松草(Thalictrumalpinum)、苺葉委陵菜(Potentillafragarioide)、鈍裂銀蓮花(Anemoneobtusiloba)、細(xì)葉亞菊(Ajaniatenuifolia)、火絨草(Leontopodiumhastioides)、花苜蓿(Medicagoruthenica)等。1.2中華羊茅草草混播種py草地于2006年5月用圍欄封育。在圍欄樣地中按單因素隨機區(qū)組設(shè)計試驗,小區(qū)面積20m2(4m×5m),小區(qū)間走道1m。每個處理重復(fù)3次。試驗設(shè)8個處理:(1)不補播(CK);(2)單播垂穗披堿草(Elymusnatans)(3.0g/m2)(P);(3)單播中華羊茅(Festucasinensis)(2.50g/m2)(Z);(4)單播草地早熟禾(Poapratensis)(1.5g/m2)(C);(5)垂穗披堿草(2.1g/m2)和中華羊茅(1.75g/m2)混播(PZ);(6)中華羊茅(1.75g/m2)和草地早熟禾(1.05g/m2)混播(ZC);(7)草地早熟禾(1.05g/m2)和垂穗披堿草(2.1g/m2)混播(CP);(8)中華羊茅(1.0g/m2)、草地早熟禾(0.6g/m2)和垂穗披堿草(1.2g/m2)混播(ZCP)。2006年5月中旬進(jìn)行補播。將種子撒播到小區(qū),同時進(jìn)行深耙覆土。1.3市場生物量的測定于2006年8月和2007年8月在不同處理的樣地內(nèi)按蛇行法隨機選取3個樣方,樣方面積0.25m2(0.5m×0.5m),分別進(jìn)行株高、蓋度和生物量的測定。株高測定是在樣方內(nèi)每種植物選取10株測定(少于10株的按實際株數(shù)測定),求平均值。各經(jīng)濟類群地上生物量的測定是在不同處理的樣地每次隨機取重復(fù)樣方3個,將樣方內(nèi)各種草按經(jīng)濟類別分為莎草類、禾草類、豆科類和毒雜草類。將各類草齊地剪下后分裝進(jìn)紙袋,帶回實驗室置入烘箱內(nèi),105℃殺青30min,然后在80℃溫度下烘12h后稱干重。1.4統(tǒng)計分析采用Excel和SPSS14.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。2結(jié)果與分析2.1不同禾草混播高度從圖1可知,補播禾草第一年對高寒沙化草地植物平均高度的影響不顯著。補播第二年,植被平均高度明顯比第一年增加,同一處理第二年平均高度增加了70.59%～135.18%,增加最多的是三種禾草混播的處理ZCP。各處理間有顯著性差異,單播中華羊茅的處理(Z)與兩種混播處理CP及ZCP差異顯著,其中處理CP和ZCP與CK差異顯著,平均高度比CK分別增加24.78%和26.00%。2.2沙化草地與沙化草地蓋度補播當(dāng)年,補播對植被蓋度有增加作用,處理P、C、PZ、CP和ZCP比CK蓋度明顯增加,且均與對照之間差異顯著,分別比CK增加了2.00%、2.33%、3.00%、4.00%和3.00%(圖2)。但處理Z蓋度比CK下降了1.33%,這與沙化草地不均勻有關(guān)。補播第二年,蓋度明顯提高,除補播垂穗披堿草的處理外,其他均與CK間差異顯著,比CK增加了2.33%～7.00%。三種禾草混播使蓋度增加7%。2.3不同補播前后禾草類地上生物量的變化補播可以增加禾草類的地上生物量(圖3)。在補播當(dāng)年各經(jīng)濟類群地上生物量變化情況是:莎草類地上生物量各單播處理與CK相比顯著降低,分別比對照的地上生物量減少了40.74%(P)、45.15%(Z)和38.14%(C),各混播處理低于CK6.80%～9.80%,其中處理CP高于CK20.69%,但都與對照差異不顯著;禾草類各處理的地上生物量均高于CK并且都與CK差異顯著,分別比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);豆科類各處理的地上生物量都高于CK,除了處理Z和C外均與CK差異顯著,處理P、PZ、ZC、CP和ZCP分別比CK高了207.03%、271.60%、357.10%、87.03%和179.09%;對于雜類草,僅有混播三種禾草的處理(ZCP)與CK間差異顯著,且高于CK20.94%,除了處理CP和ZCP雜類草生物量高于CK,其他均低于CK。從各經(jīng)濟類群生物量變化的情況看,豆科類的增加比例最大,但禾草類的地上生物量增加最多,遠(yuǎn)大于其他類群生物量的增長,說明補播后生物量的增長主要是禾草生物量的增加所致。補播第二年,各經(jīng)濟類群地上生物量都增加,禾草的優(yōu)勢地位非常明顯(圖4)。處理C、PZ和ZC的莎草類地上生物量與CK間差異顯著,分別高出對照105.85%、139.56%和114.01%。禾草類和豆科類僅三種禾草混播處理(ZCP)與CK差異顯著,分別高出對照34.56%和96.37%。雜草類僅PZ處理與CK差異顯著,高出CK91.79%?？偟膩砜?第二年,所有補播處理各經(jīng)濟類群生物量都有所增加,禾草類的地上生物量增加最多,占到總生物量的50%左右。與第一年相比,補播第二年各類草群生物量大多呈增加趨勢,但也有幾個處理出現(xiàn)生物量下降。生物量下降的是CK的莎草類和雜草類,處理ZC的豆科類,處理CP和ZCP的莎草類。補播禾草后引起其他類群生物量的下降是因為禾草的增多使得其他類群生長受到抑制,但這不能用以解釋對照莎草類和雜草類生物量的下降,這可能是沙化草地植被分布不均勻所致。3補播對草地生物量的影響對瑪曲高寒退化草地的研究表明,補播對物種豐富度影響不明顯,但使草群密度明顯增大,補播后Pielou均勻度指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon-Weiner指數(shù)均減小。本研究表明,在高寒沙化草地補播禾草后對草群平均高度影響不大,但增加了草地單位面積的植物個體數(shù),從而增加了植被蓋度,這對覆蓋度較低的沙化草地能起到防風(fēng)固沙的作用。劉振恒等認(rèn)為,根據(jù)群落生態(tài)學(xué)原理,配置優(yōu)化結(jié)構(gòu)的人工或半人工群落,是瑪曲高寒退化草地恢復(fù)與重建的重要措施之一。該研究顯示,補播后地上生物量顯著增加,禾草生物量在總生物量中的比例明顯增高,第二年這種現(xiàn)象更為明顯,禾草可占到總生物量的50%以上,而其他類群比例均有下降趨勢,說明補播的草地群落產(chǎn)量構(gòu)成以禾本科植物為主,草地的經(jīng)濟價值也得以提高。補播后高寒草地第二年地上生物量的增加,除了補播的作用外還與這個時期環(huán)境條件(降水量)及牧草生長時間有關(guān)。因為多年生禾草補播當(dāng)年均處于營養(yǎng)生長,幼苗生長較弱,不能完成生育期和形成較大的生物量。補播后生物量的增長主要在植物旺盛生長的七八月份,這個時期植物生物量的增長占到全年植物生物量的50%左右。第二年各處理的生物量明顯高于上年的生物量。補播作為改良天然草場的有效措施,對增加草地優(yōu)質(zhì)牧草比例、草層植被種類成分及草地覆蓋度具有積極作用。對沙化草地的研究表明,補播在9年后依然可提高草地地上生物量。該研究表明,補播一至二年內(nèi)對高寒沙化草地地上生物量的增加顯著,是沙化草地恢復(fù)初期植被恢復(fù)的有效措施。4補播禾草對瑪曲常綠草群的影響4.1中華羊茅、草地早熟禾和垂穗披堿草混播是瑪曲高寒沙化草地較好的補播處理。其中,中華羊茅的播量為1.0g/m2,草地