長期圍欄封育對中天山草地植物群落特征及多樣性的影響

朱新萍，賈宏濤，蔣平安,趙成義，胡玉昆，曹葉飛，蘇建紅

(1.新疆農業大學草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.中國科學院新疆生態與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011)

新疆是我國重要的牧區之一，天然草地面積5.7×107hm2，其中可利用草地面積達4.8×107hm2，占全國可利用草地的14.5%，僅次于西藏和內蒙古,居全國第3位，占新疆土地面積的34.4%[1]。近幾年，由于河道上游筑壩引(截)水、開荒造田等,地下水位降低,優良草地大量消失,物種減少[2-3]，同時草畜不平衡，致使草地環境惡化和退化加劇。為使退化了的草地植被得以恢復，必須采取相應的措施。其中，圍欄封育就是草地植被恢復與重建的一項重要措施。目前，國內有關圍欄封育措施對不同退化草地影響的研究已有較多的開展。研究內容主要涉及退化草地植被生物量、密度[4-5]、土壤種子庫[6]、物種多樣性[7-8]以及土壤質量[9-11]等，研究結果證明圍欄有利于草地植被的恢復，有利于改善土壤的生物學環境，對增加土壤肥力有積極的作用。然而，受草地退化程度、類型、地理位置等影響，有關圍欄時間長短的研究結果不盡相同。

新疆巴音布魯克草原位于天山中部，面積2.20×106hm2，僅次于呼倫貝爾草原，位居全國第2位，是開都河的源頭，對南疆水資源有著戰略意義，擁有天鵝湖國家級自然保護區，是我國最早的濕地自然保護區之一。巴音布魯克的高寒草原類型是世界草原類型中具有代表性的草原[12]，但是由于過度放牧和人為破壞等原因，約有50%的草地出現退化現象，20%的草地出現不同程度的沙化和鹽堿化[13-14]。早在20世紀80年代就開始對草地進行圍欄封育，近年來國家投入巨資，全面啟動巴音布魯克退牧還草項目，從2005年開始實施1 010萬畝(約合67.3萬hm2)天然草原退牧還草項目，對退化草地實施禁牧、休牧、輪牧。目前，已安裝圍欄4 500多km，圍欄草地近600萬畝(合40萬hm2)，圍欄區內草原植被覆蓋率明顯提高[15]。同時，對于圍欄封育措施對草地恢復效果的相關研究也大力開展，然而如此較長時間的圍欄和相對薄弱的草地管理體系對草地的影響是否有利而無弊呢，這尚需科學試驗作證。因此，巴音布魯克草原是開展新疆退化草地恢復重建的理想研究地之一。本研究以中科院巴音布魯克草原生態站圍欄封育時間長達25年的3種類型草地為研究對象，對其植被物種組成、群落結構特征、物種多樣性等進行研究，旨在為制定科學合理的退化草地管理體系提供參考。

1 材料與方法

1.1研究區域概況 本試驗選取了中科院巴音布魯克草原生態觀測站的3種草地類型的長期圍欄封育樣地(25年)為研究對象，其海拔為2 473～2 584 m(表1)，草地群落分為亞高山草原、亞高山草甸化草原和亞高山草原化草甸，位于中天山山脈南坡中部。年平均氣溫-4.8 ℃，1月最低氣溫可達-48 ℃，年降水量276.2 mm，年蒸發量高達1 247.5 mm，全年積雪日150～180 d，無絕對無霜期，屬典型的高寒氣候，研究區域圍欄建立于1984年。

表1 觀測樣地基本情況

1.2研究方法

1.2.1植被調查 在圍欄內外分別設置大樣地，每個樣地選取5～9個1 m×1 m的樣方，記錄草地植物群落組成，分種測定植物的高度、蓋度、密度、頻度、地上生物量、生態條件及人為干擾情況等。

植物多樣性采用豐富度指數(Richness Index)、多樣性指數(Diversity Index)和均勻度指數(Evenness Index)來反映，具體計算參考文獻[16]。

1.2.2數據處理 采用Excel、SPSS 17.0軟件對數據進行處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1圍封對植物群落生態特征的影響

2.1.1圍封對植物群落地上生物量的影響 地上生物量是衡量草地生產能力強弱的重要指標之一，也是進行合理載畜量計算的主要依據。3種草地類型圍欄內地上生物量均高于圍欄外(圖1)。圍欄內地上生物量為亞高山草原化草甸>亞高山草甸化草原>亞高山草原，生物量隨著海拔的升高依次升高。原因一方面來自于海拔對土壤水分有影響，另一方面與觀測樣地植物群落構成有關。圍欄外地上生物量為亞高山草原>亞高山草甸化草原>亞高山草原化草甸，經統計分析得出，3種草地類型圍欄內外生物量差異極顯著(P<0.01)，這可能與圍欄外放牧的食草動物采食程度及植物資源種類不同有關。草地圍欄封育后，圍欄內的地上生物量明顯高于圍欄外，單從牲畜輪牧食物資源量的角度看，建立圍欄對于當地畜牧業的發展無疑是有益的[17]。

圖1 不同草地類型地上生物量變化特征

2.1.2圍封對植物高度和蓋度的影響 高度是植物群落主要特征之一，也可作為植物健康生長的一種標識。圍封后植株不受外界擾動，能夠保持正常生長狀態，圍欄對各種草地類型中植物的高度有顯著的影響。圍欄內的植物高度高于圍欄外(圖2)。在不同的草地類型中，所在外界環境對物種生長的影響和外來動物的采食程度等會造成草地植物高度的不同。從草地類型來看，圍欄內植物高度為亞高山草原化草甸>亞高山草甸化草原>亞高山草原。圍欄外植物高度趨勢與圍欄內相反。3種草地類型圍欄內外經方差分析得出，亞高山草原化草甸和亞高山草甸化草原圍欄內外植物高度呈極顯著差異(P<0.01)，從而說明圍欄有助于植物生長，利于植物群落的恢復。

圖2 不同草地類型圍欄內外的植物高度

蓋度可以間接反映植物生長的繁茂程度、綠色植物光合能力的強弱以及群落經濟性狀的大小，它是衡量草地植被的重要指標之一。3種草地生態環境條件以及動物采食強度有顯著差異，導致圍欄外植被蓋度為亞高山草原化草甸>亞高山草甸化草原>亞高山草原。經統計分析，3種草地類型圍欄內外植物蓋度差異極顯著(P<0.01)。從草地類型來看(圖3)，經過長達25年的圍欄封育后，3種類型草地圍欄內的植被蓋度差異不明顯，但都高于圍欄外。說明圍欄后，植株得到了充分生長空間，能完成正常的生育周期，加上圍封有利于植物分蘗、分枝，促使其叢幅增大，在一定意義上也增加了植物蓋度。

圖3 不同草地類型圍欄內外的植物蓋度

2.2圍封對植物群落多樣性的影響 3種草地類型群落豐富度指數(Margalef指數)、多樣性指數(Shannon-Wiener指數)和均勻度指數均表現為隨海拔的增高呈下降趨勢(表2)，即亞高山草原>亞高山草甸化草原>亞高山草原化草甸。圍欄外的群落豐富度指數和優勢度指數均高于圍欄內，這與李慧[18]的研究結果一致，說明長期食草動物采食選擇下，有利于草地生態系統的生物多樣性的增加。圍欄還影響了各草地類型圍欄內外的均勻度指數，長期圍封后，圍欄內動物采食頻率顯著降低，導致優勢種增加，壓迫弱勢物種生長，從而物種均勻度增加，豐富度減少。

表2 圍欄內外植物的生物多樣性指數

3 結論

1)長期圍封對3種類型草地植物群落生態特征具有顯著的影響，草地植被蓋度、平均高度和地上生物量均有了不同程度的提高，有利于提高草地牧草品質。3種類型草地經過長期圍欄后，亞高山草地在各指標上均低于其他兩個類型的草地，其結果受亞高山草地所處海拔低和其植物群落構成種類影響。

2)草地圍封25年后，在3種類型草地中均可得出，圍欄外的群落豐富度指數和優勢度指數均高于圍欄內，而長期圍封后，均勻度指數圍欄內均高于圍欄外。因此草地圍封不應是無限期的。長期圍封，枯草會抑制植物的再生和幼苗的形成，不利于草地的繁殖更新，同時由于圍欄內，動物采食壓力降低，優勢物種始終處于優勢地位，從而使草地物種均勻度增加，植物多樣性減弱。因而圍封年限的確定應從增加植物生物量、提高牧草品質和維護草地正常生態系統平衡與安全的多角度出發，在圍封過程中，適當開展刈割及放牧利用，從而兼顧草地各項功能的作用。

致謝：李赟碩士參加了部分室內分析和野外采樣工作，在此表示感謝。

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