天山北坡典型草地封育圍欄效果及其光譜特征分析

青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)資源豐富,草質(zhì)柔軟、營養(yǎng)豐富,是發(fā)展高原草地畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)。但是,由于長期忽視了對草地資源的科學(xué)管理,對草地資源不合理的開發(fā)利用,草地植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,優(yōu)良牧草因喪失競爭和更新

研究圍欄封育后退化草地群落功能群的變化。在達(dá)日縣典型的中度退化的嵩草草甸上建立試驗樣地,并進(jìn)行了連續(xù)3年的觀測。結(jié)果顯示:隨著封育年限的增加,群落蓋度、多樣性及生物量均在增加,其中禾本科功能群生物量增加最快,莎草科功能群次之,豆科功能群增加緩慢,而雜類草功能群生物量卻逐年減少。

為監(jiān)測寧夏鹽池不同地段荒漠草原圍欄封育的恢復(fù)效果以及毒雜害草對封育改良的影響,在一塊具有相同恢復(fù)措施和年限的圍欄草地內(nèi)分異出4個毒雜害草生長狀況不同的典型采樣小區(qū)。通過樣方調(diào)查統(tǒng)計群落的基本特征,運用pca排序方法、相關(guān)分析和一元線性回歸模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過9年的圍欄封育,草地優(yōu)勢種發(fā)生明顯變化,并且不同地段的優(yōu)勢種群不同,其恢復(fù)進(jìn)程也各不相同;毒雜害草的大量生長降低了植被的總蓋度、物種多度、優(yōu)良牧草的相對生物量以及優(yōu)勢種群的優(yōu)勢度,使種群結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)簡單化趨勢,促進(jìn)了牧草的簇狀生長格局;草地系統(tǒng)的自然恢復(fù)過程不能明顯控制老瓜頭(cynanchumkomarovii)、刺葉柄棘豆(oxytropisaciphylla)等有毒植物的生長和繁殖,應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)娜藶楦蓴_措施。

為了初步探索圍欄封育對甘南高原高寒草甸草原植被群落特征的影響,本試驗通過植被群落特征指標(biāo)的對比研究,發(fā)現(xiàn)經(jīng)圍欄封育后,植被植株的平均高度、草地生物量圍欄內(nèi)均比圍欄外顯著增加,圍欄內(nèi)物種數(shù)也較圍欄外有所增加,圍欄內(nèi)優(yōu)勢種各項植被特征指標(biāo)明顯多于圍欄外,且呈極顯著差異,但毒雜草類在植被株高和產(chǎn)量上圍欄外高于圍欄內(nèi),群落密度差異不顯著。由此可見,圍欄封育對甘南高原高寒草甸草地退化的恢復(fù)和建設(shè)有重要作用。

對青海湖地區(qū)高寒草地圍欄內(nèi)外植被進(jìn)行調(diào)查分析。結(jié)果顯示,圍欄封育措施使高寒草地植被的蓋度、高度、生物量均明顯增加,從不同經(jīng)濟(jì)類群分析,其禾草、莎草等可食牧草比例增加,而不可食牧草比例相對下降。圍欄封育措施對群落組成結(jié)構(gòu)及植物種的重要值產(chǎn)生不同程度的影響,主要表現(xiàn)在生物多樣性增加,一些可食牧草的重要值增加,而不可食牧草的重要值相對下降。

草場圍欄封育改良效果調(diào)查

選擇綏化地區(qū)現(xiàn)存羊草草地為研究對象,比較圍欄內(nèi)外枯落物生物量、地上總生物量的動態(tài)變化。結(jié)果表明,枯落物生物量在圍欄內(nèi)外均呈現(xiàn)高—低—高的季節(jié)動態(tài)變化,且圍欄內(nèi)枯落物生物量積累明顯大于圍欄外。圍欄內(nèi)地上總生物量包括禾草類、雜類草和豆類草生物量均大于圍欄外各組分生物量,且地上總生物量包括禾草類、雜類草和豆類草生物量在圍欄內(nèi)外均呈現(xiàn)明顯單峰型增長曲線,這與該地區(qū)雨熱同季的氣象規(guī)律吻合,表現(xiàn)在圍欄內(nèi)外,地上總生物量的月增長率與月均氣溫和降雨量呈顯著正相關(guān)關(guān)系,其他相關(guān)關(guān)系微弱等特點。

通過對昭蘇馬場春秋草地不同圍欄封育年限草地地上植物量的研究,結(jié)果表明:草地地上植物量隨著圍欄封育年限的延長呈增加趨勢,圍欄封育5和6年草地地上植物量隨季節(jié)的變化呈"s"型增長曲線,未圍欄封育草地地上植物量累積變化呈雙峰曲線;圍欄封育5和6年與圍欄封育1年和未圍欄封育草地的禾草類和豆科草類間差異極顯著(p<0.01),隨著圍欄封育年限的延長,雜類草所占比例下降,而優(yōu)良禾草類比例明顯升高,在群落中占據(jù)優(yōu)勢地位,不同圍欄封育年限草地地上植物量的絕對生長率和相對生長率的季節(jié)變化相似,在植物營養(yǎng)生長初期率都較大,此后都呈下降趨勢。

以青藏高原"黑土灘"為研究對象,采用圍欄封育、圍欄封育+人工補(bǔ)播進(jìn)行"黑土灘"草地的改良,測定了2010~2014年度"黑土灘"草地垂穗披堿草、可食牧草鮮重。結(jié)果表明,多年圍欄封育、人工補(bǔ)播,"黑土灘"樣地內(nèi)的垂穗披堿草、可食牧草和牧草鮮重顯著增加(p<0.05),而不可食牧草并未顯著增加(p≥0.05)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),與圍欄封育相比,人工補(bǔ)播樣地的垂穗披堿草比例、可食牧草比例顯著增加(p<0.05)。其中,2014年度的人工補(bǔ)播樣地內(nèi)的垂穗披堿草和可食牧草比例分別為67%和73%,較2010年度分別顯著增加了2.52倍和2.17倍,而圍欄封育垂穗披堿草和可食牧草比例并未顯著增加(p≥0.05)。以上結(jié)果表明,與圍欄封育相比,短期內(nèi)人工補(bǔ)播是退化天然草地改良更為有效的措施。

植被退化是威脅黑河源流區(qū)生態(tài)安全的重要因素,結(jié)合黑河流域綜合治理工程,圍欄封育措施對黑河源流區(qū)土壤理化性質(zhì)的影響進(jìn)行研究,以期為黑河流域生態(tài)治理提供技術(shù)支持。

通過對垂穗披堿草+雜類草型草場圍欄封育禁牧的效果調(diào)查分析,圍欄可明顯提高垂穗披堿草型草場的產(chǎn)草量和植被高度、蓋度、密度,使草地植被得到恢復(fù),同時可有效的改善草原生態(tài)系統(tǒng),促進(jìn)草群自然更新,隨著圍欄期限的延長,改善效果越加明顯,整個草地生態(tài)系統(tǒng)逐步趨于良性循環(huán)。

圍欄封育構(gòu)建草原“生態(tài)網(wǎng)”

為了研究圍欄封育和未圍欄封育不同年限草地土壤種子庫的變化情況,試驗以鹽池縣退化荒漠草原為研究對象,采用室內(nèi)萌發(fā)的方法對土壤種子庫進(jìn)行了測定。結(jié)果表明:不同圍欄封育年限草地土壤種子庫組成以多年生草本植物為主;在圍欄封育條件下土壤種子庫密度是190~690粒/m2,圍欄封育5年的草地土壤種子庫密度最高,隨著圍欄封育年限的繼續(xù)延長,種子庫的密度有所降低;土壤種子庫與地上植被的相似性系數(shù)較低;不同圍欄封育年限草地地上植被密度與土壤種子庫密度呈正相關(guān)。

通過對鹽池縣不同立地類型圍欄內(nèi)外封育3年的荒漠草原植被數(shù)量特征及多樣性研究,結(jié)果表明:圍欄后,荒漠草原草本植物密度圍欄內(nèi)比圍欄外增加了2～10株/m2、蓋度增加5%～38%。草原圍欄內(nèi)產(chǎn)草量比圍欄外增加了560～2077.7kg/hm2,固定沙地白沙蒿的減少使得圍欄外產(chǎn)草量比圍欄內(nèi)高594.8kg/hm2;圍欄封育后荒漠草地植物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的改變,圍封草地上的退化指示植物逐漸從群落中退出,多年生禾本科植物增加。植物群落shannon-wiener指數(shù)增加,pielou、partrick和simpson指數(shù)都發(fā)生了變化,群落植被的豐富度得以改善,優(yōu)勢植物的優(yōu)勢地位也逐漸明顯,而且植被分布也趨向均勻穩(wěn)定。

通過對新疆昭蘇退化草甸草原春秋放牧場進(jìn)行草地圍欄樣地設(shè)置與植被取樣,群落α、β多樣性指數(shù)分析表明:不同圍欄年限對草地群落α多樣性指數(shù)變化不同,即隨著圍欄年限的延長,群路豐富度指數(shù)呈倒"v"型變化,在圍欄4α達(dá)到最大;優(yōu)勢度指數(shù)呈增大趨勢;多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)均呈減小趨勢;群落β多樣性相似性系數(shù)隨著圍欄年限的延長,相鄰時段群落相似性系數(shù)增大,而與圍欄外草地群落相似性降低。退化草地圍欄修復(fù)進(jìn)程與自然環(huán)境、種內(nèi)種間競爭和修復(fù)時間有重要關(guān)系,因此適度圍欄修復(fù)是草地健康持續(xù)發(fā)展的重要保障。

對青南地區(qū)六個縣天然草地圍欄內(nèi)、外進(jìn)行了測產(chǎn)，結(jié)果表明：圍欄內(nèi)平均產(chǎn)草量為4995．6kg／hm2，圍欄外平均產(chǎn)草量為4076．98kg／hm2，圍欄草地比未圍欄的草地產(chǎn)量平均提高22.53％；在植被結(jié)構(gòu)方面，圍欄內(nèi)植物種類增加，蓋度加大，高度增加，圍欄草地對抵抗雪災(zāi)起到了十分重要的作用。

在黃河源區(qū)-青海省果洛藏族自治州瑪沁縣選取4個不同退化程度的天然草地,以圍欄內(nèi)封育和圍欄外自由放牧草地作比較,采用樣方法調(diào)查草地圍欄內(nèi)外的群落結(jié)構(gòu)特征和草地初級生產(chǎn)力生物量,并通過計算地上與地下生物量比值以及植物群落干鮮比來評價圍欄封育的效果。結(jié)果表明:不同退化程度圍欄內(nèi)外的植被組成存在顯著差異;隨著退化程度的加劇,植物群落的蓋度、高度以及多樣性指數(shù)有下降趨勢,且圍欄內(nèi)的蓋度、高度及多樣性指數(shù)均大于圍欄外的;植物群落高度、蓋度、地上生物量和生物量干鮮比隨著退化程度加劇有減小的趨勢。圍欄封育有利于改善青藏高原退化高寒草地的植物群落結(jié)構(gòu),提高草地植物群落的蓋度和生物量,促進(jìn)其恢復(fù)演替。

選擇綏化地區(qū)現(xiàn)存羊草草地為研究對象,比較了圍欄內(nèi)外不同植物群落的土壤微生物數(shù)量變化趨勢。結(jié)果表明:無論圍欄內(nèi)外,土壤三大類微生物數(shù)量以0～15cm高于15～30cm,圍欄內(nèi)微生物數(shù)量顯著大于圍欄外;真菌和細(xì)菌無論在圍欄外還是圍欄內(nèi)在不同植物群落中的分布規(guī)律相似,真菌的分布為:羊草群落>雜類草群落>堿茅群落,細(xì)菌的分布為:雜類草群落>羊草群落>堿茅群落;放線菌的分布在圍欄內(nèi)外稍有不同,在圍欄內(nèi):羊草群落>雜類草群落>堿茅群落,在圍欄外:雜類草群落>羊草群落>堿茅群落。圍欄內(nèi)外三類微生物數(shù)量表現(xiàn)為放線菌數(shù)量最大,真菌次之,細(xì)菌較少。

圍欄封育是一種常見的退化草地恢復(fù)措施,其改變了草地植物生長繁殖的小環(huán)境。在青藏高原東緣高寒草甸中,采用定點監(jiān)測的方法研究了封育8年之后圍欄內(nèi)外植被與種子雨的差異。結(jié)果表明,圍欄封育顯著降低了植被中物種豐富度、shannon-wiener指數(shù)以及植株個體密度,但顯著提高了種子雨中物種豐富度和種子雨密度,種子雨密度增加主要由禾本科植物種子數(shù)量增加所致;種子雨中物種多度等級分布模式在封育地中符合生態(tài)位優(yōu)先占據(jù)模型,而在放牧地中符合對數(shù)正態(tài)模型。圍欄封育對種子雨的季節(jié)動態(tài)沒有明顯影響,表現(xiàn)為放牧地與封育地的種子雨均為單峰模式。封育地中種子雨與植被相似性略高于放牧地,但封育地與放牧地中種子雨具有極高相似性。

高寒草甸草地類圍欄內(nèi)、外效益測定結(jié)果

對江西溝地區(qū)冬春草地圍欄內(nèi)外牧草地上、地下植物量的測定表明,該地區(qū)山地干草原類、山地草甸化草原類和山地草甸類三種草地類型圍欄外的地上、地下植物量(鮮重)明顯低于圍欄內(nèi)草地(p<0.05),禾本科優(yōu)良牧草較圍欄內(nèi)分別減少4.65—18.69和7.73—28.16個百分點,而雜類草(含毒雜草)分別增加了5.92—10.95和2.61—15.28個百分點;圍欄內(nèi)三種草地類型優(yōu)良牧草產(chǎn)草量和根量明顯增加(p<0.05),圍欄外三種草地類型由于放牧利用過重及管理差,造成優(yōu)良牧草產(chǎn)草量和根量明顯減少,表明圍欄內(nèi)三種草地類型正處于進(jìn)展演替之中,而圍欄外則處于逆行演替之中,并提出了減少圍欄外草地放牧壓力的建議。

2009和2010年夏天沿藏北高原高寒草地樣帶調(diào)查了高寒草地生態(tài)系統(tǒng)(高寒草甸、高寒草原和荒漠草原)在圍欄禁牧和自由放牧管理下的物種豐富度和多樣性(shannon-wiener指數(shù),simpson優(yōu)勢度指數(shù)和pielou均勻度指數(shù)).研究結(jié)果顯示:自2006年起藏北高原圍欄禁牧在植被類型和區(qū)域尺度上沒有顯著改變物種豐富度和多樣性.物種豐富度和多樣性主要受生長季降水驅(qū)動,超過87％的變異可由生長季降水來解釋.物種豐富度和多樣性在自由放牧和圍欄禁牧2類樣地對生長季降水的響應(yīng)方式一致.物種豐富度隨降水呈指數(shù)型增長關(guān)系,多樣性指數(shù)則呈現(xiàn)正線性關(guān)系.研究結(jié)果預(yù)示藏北高原地區(qū)生長季降水的變化對于物種豐富度和多樣性管理至關(guān)重要,在未來高寒草地保護(hù)研究中應(yīng)予以重視.