圍欄封育對荒漠草地群落結構和品質的影響

通過對鹽池縣不同立地類型圍欄內外封育3年的荒漠草原植被數量特征及多樣性研究,結果表明:圍欄后,荒漠草原草本植物密度圍欄內比圍欄外增加了2～10株/m2、蓋度增加5%～38%。草原圍欄內產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草量比圍欄內高594.8kg/hm2;圍欄封育后荒漠草地植物的群落結構發(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指數增加,pielou、partrick和simpson指數都發(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。

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,采用室內萌發(fā)的方法對土壤種子庫進行了測定。結果表明: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。

選擇綏化地區(qū)現存羊草草地為研究對象,比較圍欄內外枯落物生物量、地上總生物量的動態(tài)變化。結果表明,枯落物生物量在圍欄內外均呈現高—低—高的季節(jié)動態(tài)變化,且圍欄內枯落物生物量積累明顯大于圍欄外。圍欄內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外均呈現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,表現在圍欄內外,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關系,其他相關關系微弱等特點。

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。

對青海湖地區(qū)高寒草地圍欄內外植被進行調查分析。結果顯示,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,從不同經濟類群分析,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構及植物種的重要值產生不同程度的影響,主要表現在生物多樣性增加,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。

通過對石羊河下游干旱荒漠區(qū)半固定沙地中白刺群落開展圍欄封育試驗,結果表明:半固定沙地白刺群落圍欄封育3年后,白刺群落中植物種類數與對照區(qū)相比灌木種類增加了2種,草本種類增加了6種;群落總蓋度比對照區(qū)增加了126.7%,且第3年灌木蓋度比草本蓋度增加幅度較大;灌木高生長和冠幅生長分別比對照區(qū)增加了68.7%和62.6%。實施圍欄封育后,有利于白刺群落中植物種類的增加和群落的生長及退化種群的恢復。

【目的】結合地上生物量及蓋度分析光譜曲線來研究圍欄封育的效果及其光譜的特征?！痉椒ā垦芯窟x取了天山北坡荒漠草原草地圍欄內外、山地低草草甸草地圍欄內外4種類型,采用svchr768地物光譜儀測量草地冠層的光譜反射率,生成光譜曲線;利用目測法測定植被的蓋度,利用樣方測定的方法測定植被的地上生物量?！窘Y果】圍欄封育一定時間后,圍欄內的蓋度及地上生物量均遠遠大于圍欄外的;2011和2012年荒漠草原草地圍欄內及2012年山地低草草甸草地圍欄內外的光譜曲線均具有明顯的綠色植物的光譜特征,而荒漠草原草地圍欄外的反射峰和水分吸收谷都不太明顯?！窘Y論】圍欄封育對植被恢復具有一定的效果;不同草地類型的光譜曲線存在很大的差異;相同草地圍欄內外的光譜曲線也不相同。

為了治理不斷惡化的草地生態(tài)環(huán)境,昭蘇縣從2007年開始對退化草地進行圍欄封育。本文以伊犁地區(qū)昭蘇縣的溫性草原類草地為研究對象,通過對比圍欄內外草地生物量、高度、蓋度和植物種類等方面的變化,分析禁牧、休牧對退化草地的恢復作用。

采用樣方法對渾善達克沙地退化草場圍欄和圍欄外樣地的植物群落特征及其地上生物量進行調查分析,以研究圍欄禁牧對渾善達克沙地退化草場的植物群落特征的影響。結果表明:圍欄內以多年生草本為主,圍欄外以一年生草本為主。圍欄禁牧與否在植物種數量上有差異,說明在圍欄禁牧處理的年份中,圍封措施影響植物群落特征。圍封4年欄內比欄外草層高度提高410.2%,群落蓋度提高396.9%,地上生物量提高126.2%;一些飼用價值差的植物大量出現在圍欄外的植物群落中,優(yōu)等飼用植物出現在圍欄內。飼用價值從縱向來看,圍欄內飼用價值優(yōu)良的牧草有所增加,而中等及差的牧草減少,圍欄外恰恰相反。這表明放牧抑制一些飼用價值高的植物種的侵入,促進了一些適口性較差的植物種的再生,從而形成了相對穩(wěn)定的群落類型。

通過對臨時公路干擾下西藏阿里地區(qū)溫性荒漠草原草地的調查研究,從群落特征、多樣性、生產能力和有性更新能力幾個方面分析其對干擾的響應和作用規(guī)律。結果表明,不同程度的干擾群落特征具有明顯的變化,中度干擾下第一優(yōu)勢種(沙生針茅)重要值增加,第二優(yōu)勢種(輪葉棘豆)下降,群落中開始有新的物種入侵(高原芥、灌木亞菊)。重度干擾下第一優(yōu)勢種(沙生針茅)重要值迅速降低而被高原芥取代,群落特征發(fā)生質的變化。中度干擾下群落多樣性程度最高,重度干擾下最低。中度干擾下群落生產能力下降顯著,地面生物量僅為原始群落的50.97％,經濟類群變化不大;重度干擾下群落地面生物量為原始群落的45.14％,同時其經濟類群發(fā)生顯著變化。中度干擾下群落保持了相當的有性繁殖能力,重度干擾則使群落基本喪失了原有的有性繁殖能力。

通過對臨時公路干擾下西藏阿里地區(qū)溫性荒漠草原草地的調查研究,從群落特征、多樣性、生產能力和有性更新能力幾個方面分析其對干擾的響應和作用規(guī)律.結果表明,不同程度的干擾群落特征具有明顯的變化,中度干擾下第一優(yōu)勢種(沙生針茅)重要值增加,第二優(yōu)勢種(輪葉棘豆)下降,群落中開始有新的物種入侵(高原芥、灌木亞菊).重度干擾下第一優(yōu)勢種(沙生針茅)重要值迅速降低而被高原芥取代,群落特征發(fā)生質的變化.中度干擾下群落多樣性程度最高,重度干擾下最低.中度干擾下群落生產能力下降顯著,地面生物量僅為原始群落的50.97%,經濟類群變化不大;重度干擾下群落地面生物量為原始群落的45.14%,同時其經濟類群發(fā)生顯著變化.中度干擾下群落保持了相當的有性繁殖能力,重度干擾則使群落基本喪失了原有的有性繁殖能力.

于2004～p2005年對不同退化程度圍欄內外無芒隱子草根系、莖基部和葉的非結構性碳水化合物(可溶性糖、淀粉)的含量變化以及與其植被蓋度和生物量的關系進行測定分析。結果顯示:(1)無芒隱子草主要儲藏性非結構性碳水化合物為淀粉,主要貯藏部位為莖基部,屬中等耐牧型牧草;非結構性碳水化合物含量2年均表現為7月最低(3.10%和7.67%),10月最高(12.22%和12.58%),說明無芒隱子草非結構性碳水化合物積累易受季節(jié)因素影響。(2)圍欄封育顯著促進了輕度退化區(qū)無芒隱子草根系和莖基部非結構性碳水化合物含量積累,而對葉部無顯著影響;圍欄封育對重度退化區(qū)無芒隱子草根系淀粉的積累具有促進作用,但對莖基部和葉淀粉無顯著影響。說明圍欄可促進輕度退化區(qū)無芒隱子草非結構性碳水化合物的積累,但對重度退化區(qū)的含量影響甚微。(3)相關分析顯示,在輕度退化樣地無芒隱子草根系和莖基部的非結構性碳水化合物含量與其分蓋度呈顯著正相關;在重度退化樣地放牧區(qū),非結構性碳水化合物含量與其分蓋度和生物量顯著相關,但在圍欄區(qū)卻無顯著相關。結果表明單純利用非結構性碳水化合物含量評價無芒隱子草草地生長狀況具有一定的局限性,要結合草地的初始狀況、利用方式等進行綜合評價。

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,以圍欄內封育和圍欄外自由放牧草地作比較,采用樣方法調查草地圍欄內外的群落結構特征和草地初級生產力生物量,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。結果表明:不同退化程度圍欄內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有下降趨勢,且圍欄內的蓋度、高度及多樣性指數均大于圍欄外的;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構,提高草地植物群落的蓋度和生物量,促進其恢復演替。

選擇綏化地區(qū)現存羊草草地為研究對象,比較了圍欄內外不同植物群落的土壤微生物數量變化趨勢。結果表明:無論圍欄內外,土壤三大類微生物數量以0～15cm高于15～30cm,圍欄內微生物數量顯著大于圍欄外;真菌和細菌無論在圍欄外還是圍欄內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外稍有不同,在圍欄內: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。圍欄內外三類微生物數量表現為放線菌數量最大,真菌次之,細菌較少。

通過對西藏安多典型退化草地圍欄,研究圍欄對植被特征、地下生物量、地下種子庫以及多樣性等方面的影響。結果表明:經過圍欄封育后草地植物高度、蓋度、產量均有不同程度的提高。植物多樣性有所增加,植被優(yōu)勢種差異較為顯著。植物群落地下生物量變化幅度較大,經過圍欄草地0～10cm地下生物量增加明顯。土壤種子庫測定表明,圍欄實驗地種子總數明顯高于圍欄外,且增加的種子數主要分布在0～5cm的土層中。

圍欄封育是一種常見的退化草地恢復措施,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年之后圍欄內外植被與種子雨的差異。結果表明,圍欄封育顯著降低了植被中物種豐富度、shannon-wiener指數以及植株個體密度,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)先占據模型,而在放牧地中符合對數正態(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。

圍欄封育構建草原“生態(tài)網”

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

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的對比研究,發(fā)現經圍欄封育后,植被植株的平均高度、草地生物量圍欄內均比圍欄外顯著增加,圍欄內物種數也較圍欄外有所增加,圍欄內優(yōu)勢種各項植被特征指標明顯多于圍欄外,且呈極顯著差異,但毒雜草類在植被株高和產量上圍欄外高于圍欄內,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和建設有重要作用。

以青藏高原"黑土灘"為研究對象,采用圍欄封育、圍欄封育+人工補播進行"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。結果表明,多年圍欄封育、人工補播,"黑土灘"樣地內的垂穗披堿草、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)。進一步研究發(fā)現,與圍欄封育相比,人工補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年度的人工補播樣地內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)。以上結果表明,與圍欄封育相比,短期內人工補播是退化天然草地改良更為有效的措施。

2009和2010年夏天沿藏北高原高寒草地樣帶調查了高寒草地生態(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,simpson優(yōu)勢度指數和pielou均勻度指數).研究結果顯示: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方式一致.物種豐富度隨降水呈指數型增長關系,多樣性指數則呈現正線性關系.研究結果預示藏北高原地區(qū)生長季降水的變化對于物種豐富度和多樣性管理至關重要,在未來高寒草地保護研究中應予以重視.

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