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放牧对伊犁绢蒿种群有性繁殖特性的影响



全 文 :2054-2058
12/2013
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
30卷12期
Vol.30,No.12
放牧对伊犁绢蒿种群有性
繁殖特性的影响
魏 鹏,安沙舟,孙宗玖,荀其蕾
(新疆农业大学草业与环境科学学院 新疆草地资源与生态重点实验室,新疆 乌鲁木齐830052)
摘要:以蒿类荒漠草地建群种伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)为对象,研究了放牧对伊犁绢蒿的构件数量特
征、形态、生物量及其分配格局的影响。结果表明,与封育相比,放牧条件下伊犁绢蒿个体植株高度下降,丛幅径
减小,地上生物量(茎、叶、花/种子)下降;放牧促进伊犁绢蒿生物量向茎的分配比例增加,减少了向叶、花/种子的
分配,生物量分配趋势为茎>叶>花/种子;伊犁绢蒿种群结实率、单株结实率、花序长、小花数都呈下降趋势。
关键词:放牧;荒漠草地;伊犁绢蒿;繁殖分配
中图分类号:S812.8   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2013)12-2054-05
  植物的生存、繁殖和防御等各种功能均会竞争
有限的资源[1],需要通过自然选择进行资源分配以
适应所处的环境[2]。生物量在一定程度上可以反映
植物获取资源的总量,因此基于生物量分配的植物
进化策略理论受到普遍关注,且多集中在植物用于
有性繁殖的最终资源分配格局上[3]。对于能同时进
行无性和有性繁殖的多年生植物而言,不同组织水
平上的资源分配共同决定着最终生物量生殖分配的
格局。因此,对不同组织水平上植物生殖分配格局
的研究,可以揭示植物资源分配随时间的变化,有利
于全面了解植物在生活史上对环境的适应对策[4]。
伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense)隶属于菊科绢
蒿属半灌木或近小灌木状草本,高25~80cm,分枝
长5~15cm[5],根系发达,具有耐牧、耐旱、耐热、寿
命长、产量高、适应性强,春、秋、冬季适口性好等特
点,主要分布在我国新疆海拔500~1 400m的伊犁
谷地、博乐谷地、塔城谷地、准噶尔盆地的低山丘陵、
山前冲积扇和山前冲积-洪积平原,是新疆荒漠草
地群落的建群种或共建种。目前,有关伊犁绢蒿种
群的研究多集中在其分类特征的鉴定、种子萌发、保
水特性、构建特征、再生性能及生态生物学等方
面[6-15],相对而言,有关放牧条件下伊犁绢蒿生殖特
征的研究较少,仅见宋智芳等[16]对其刈牧条件下生
物量分配规律的研究。因此,本研究对自由放牧与
围栏封育条件下的伊犁绢蒿种群有性繁殖特征进行
测定,着重从生物量分配及种群有性繁殖特征等方
面探讨其对放牧的适应机制,以期为今后新疆蒿类
荒漠草地的合理利用提供一定的基础材料和科学理
论依据。
1 材料与方法
1.1试验区概况 研究区位于新疆博格达山北坡
乌鲁木齐市米东区芦草沟乡,地势起伏不大,地理位
置87°47′-87°46′E,43°53′-43°49′N,海拔840~
1 110m,年平均气温6.4℃,年均降水量236mm,
四季分配不均,冬季寒冷漫长、积雪较多;春季降水
占全年的30%。土壤为黄土覆盖的灰棕色荒漠土,
土层深厚。伊犁绢蒿荒漠草地是该区域的地带性植
被。春季有短生、类短生植物发育,生产上多作春秋
草地利用。由于围栏封育的实施,该草地得到了一
定的保护,草地载畜量相对较少,但其地面有一定程
度裸露,地表土壤侵蚀不明显,整体处于轻度退化状
态。放牧以绵羊为主。
研究样地选择该区域内典型蒿类荒漠草地
(87°46′E,43°53′N,海拔840m),2005年3月进行
围栏保护,面积为2 000m2。研究样地中伊犁绢蒿
为样地建群种,主要伴生种有角果藜(Ceratocarpus
* 收稿日期:2013-08-20  接受日期:2013-09-27
基金项目:国家自然基金项目(31160477,31260574)
作者简介:魏鹏(1989-),男,新疆奇台人,在读硕士生,研究方向为草地资源与生态。E-mail:293519863@qq.com
通信作者:安沙舟(1956-),男,陕西富平人,教授,博士,研究方向为草地资源与生态。E-mail:xjasz@126.com
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arenarius)、木地肤(Kochia prostrata)、新疆落芒草
(Piptatherum kokanicum)、叉毛蓬(Petrosimonia
sibirica)等,春季有庭荠(Alyssum desertorum)、毛
梗顶冰花(Gagea albertii)、伊犁郁金香(Tulipa il-
iensis)等短生、类短生植物存在。
1.2研究方法
1.2.1野外取样 2010年8月19日、9月10日、10
月12日分别在围栏外及封育区随机选择伊犁绢蒿
单株各25株,在测定其株高(自然高度)、冠幅、枝条
数(包括生殖枝与营养枝)后齐地面刈割,分装于密
封袋中带回室内,进行构件及相关繁殖特征统计。
同时在放牧区及封育区随机选取20个1m×1m
样方,统计样方内伊犁绢蒿总株数及结实株数,计算
其群体结实率。
1.2.2室内测定 主要进行伊犁绢蒿构件的分离及
繁殖特征的测定工作。对带回的伊犁绢蒿单株进行
一级分枝、二级分枝的统计,并在每株上随机测量5
个花序长和5个花序的小穗数及种子数后,将整株
植株的茎、叶、生殖部分(包括花序、种子等)进行分
离,分别装于纸袋中,置于烘箱105℃杀青30min,
然后置于80℃下烘48h;用万分之一的电子天平称
量植株各构件的生物量;计算各构件生物量占植株
总生物量的百分比。其中,
繁殖分配生物量=繁殖部分生物量/个体生物
量×100%;
茎分配生物量 = 茎生物量/个体生物量 ×
100%;
叶分配生物量 = 叶生物量/个体生物量 ×
100%;
种子分配生物量=种子生物量/个体生物量×
100%。
群落伊犁绢蒿结实率=单位面积结实伊犁绢蒿
株数/总伊犁绢蒿数×100%;
伊犁绢蒿体积(m3)=3.14×冠幅×(长轴长×
短轴长)×高×1/4。
1.2.3数据分析 利用Excel软件和SPSS软件进
行数据统计及方差分析。
2 结果与分析
2.1放牧与封育对伊犁绢蒿株丛径大小的影
响 与围栏封育相比,放牧条件下伊犁绢蒿在营养
生长期(8月)、开花期(9月)、结实期(10月)的株丛
长幅、株丛短幅、株高及单株体积均显著降低(P<
0.05)。初步表明放牧对伊犁绢蒿植株具有小型化
影响(表1)。
表1 放牧与封育对伊犁绢蒿株高及株丛径的影响
Table 1 Effects of grazing and enclosure on height and size of plants of S.transiliense
项目Itme 处理Treatment  8月August  9月September  10月October
株丛长幅
Long crown diameter/cm
封育Enclosure  26.56±6.20a 33.04±8.31a 28.64±8.39a
放牧Grazing  20.84±6.06b 19.36±6.39b 26.08±6.87b
株丛短幅
Short crown diameter/cm
封育Enclosure  18.48±6.70a 23.28±7.11a 22.44±6.83a
放牧Grazing  14.40±4.72b 12.72±4.63b 17.36±3.85b
株高
Plant height/cm
封育Enclosure  29.92±5.28a 35.20±5.22a 37.76±5.43a
放牧Grazing  22.44±6.50b 29.12±5.40b 34.72±5.30b
单株体积
Individual volume/m3
封育Enclosure  0.013±0.008a 0.023±0.013a 0.021±0.014a
放牧Grazing  0.006±0.005b 0.006±0.005b 0.013±0.007b
注:同列不同小写字母表示同一项目不同处理差异显著(P<0.05)。下同。
Note:Different lower case letters within the same column mean significant differences at 0.05level.The same below.
2.2放牧与封育对伊犁绢蒿构件的影响 与
围栏封育相比,放牧后伊犁绢蒿茎生物量在8月无明
显变化,9月、10月均显著下降(P<0.05),分别下降
了11.68和5.03g·株-1(图1);叶生物量在8月无
明显变化,9月、10月均显著下降(P<0.05),依次下
降了0.49和0.31g·株-1(图2);繁殖部分(花和种
子)生物量在8月、9月、10月均显著下降(P<0.05),
依次降低了0.22、0.76和0.27g·株-1(图3)。
2.3放牧与封育对伊犁绢蒿构件现存生物量
分配的影响 与封育相比,放牧显著降低了伊犁
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绢蒿花(种子)现存生物量的分配(P<0.05),在营
养生长期(8月)、开花期(9月)和结实期(10月)分
别降低了64.8%、36.5%、53.2%;除茎分配在8月
表现出显著差异外,围栏封育和放牧条件下伊犁绢
蒿现存生物量茎、叶的分配比例差异不显著(P>
0.05)(表2),放牧条件下伊犁绢蒿向茎分配的比例
加大,向叶、花、种子的分配比例减少。说明放牧可
促进伊犁绢蒿的现存生物量向茎部转移,减少了其
图1 放牧与封育对伊犁绢蒿茎的影响
Fig.1 Stem biomass of S.transiliense
under grazing and enclosure conditions
注:不同小写字母表示同一月份不同处理间差异显著(P<
0.05)。下同。
Note:Different lower case letters for the same month mean
significant difference between encbosure and grazing treet-
ment at 0.05level.The same below.
图2 放牧与封育对伊犁绢蒿叶的影响
Fig.2 Leaf biomass of S.transiliense
under grazing and enclosure conditions
图3 放牧与封育对伊犁绢繁殖部分(花和种子)的影响
Fig.3 Sexual propagules biomass of S.transiliense
under grazing and enclosure conditions
表2 放牧与封育对伊犁绢蒿各构件现存生物量分配比例的影响
Table 2 Effects of grazing and enclosure on distribution of the standing biomass of S.transiliense
项目Itme 处理Treatment  8月August  9月September  10月October
花(种子)分配
Distribution of floweres(seeds)
封育Enclosure  3.92±2.78a 5.12±3.06a 2.65±2.74a
放牧Grazing  1.38±1.54b 3.25±2.57b 1.24±1.14b
叶分配Distribution of leaf
封育Enclosure  9.71±5.03a 4.62±2.74a 4.02±2.05a
放牧Grazing  7.65±3.68a 5.42±2.89a 3.45±1.71a
茎分配Distribution of stem
封育Enclosure  86.37±5.59b 90.26±3.82a 93.34±4.71a
放牧Grazing  90.97±4.28a 91.33±4.09a 95.31±2.08a
向叶、花、种子的投资比例。总之,无论是放牧还是
封育,伊犁绢蒿现存生物量对茎配置最多,均大于
85%,而对花(种子)生物量配置最少,均小于6%,
初步说明伊犁绢蒿投入到生殖生长的比例相对较
少。
2.4放牧与封育对伊犁绢蒿结实率的影响 
与封育相比,除8月的单株结实率外,放牧条件下伊
犁绢蒿种群及单株结实率较封育条件下显著降低
(P<0.05),8月、9月、10月种群结实率依次下降了
25.82%、19.12%和35.97%,单株结实率依次下降
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了15.22%、30.20%、29.16%(图4)。
2.5放牧与封育对伊犁绢蒿种子繁殖特征的
影响 与封育相比,除8月的一级分枝外,放牧条
件下伊犁绢蒿一级分枝及二级分枝数、花序长和每
花序种子(花)数均显著下降(P<0.05),表明放牧
明显降低了伊犁绢蒿种子繁殖能力(表3)。
图4 放牧与封育对伊犁绢蒿结实率的影响
Fig.4 Seed setting rate of S.transiliense under grazing and enclosure conditions
表3 放牧与封育对伊犁绢蒿种子繁殖特征的影响
Table 3 Effects of grazing and enclosure on reproductive characteristics of S.transiliense
项目Item 处理Treatment  8月August  9月September  10月October
一级分枝/个·株-1
Number of first shoot per plant
封育Enclosure  8.48±13.97a 7.76±4.22a 7.36±3.20a
放牧Grazing  7.28±4.90a 4.20±2.06b 6.72±2.93b
二级分枝/个·株-1
Number of second shoot per plant
封育Enclosure  25.92±28.90a 42.40±29.84a 36.28±14.60a
放牧Grazing  23.96±20.10b 14.88±7.48b 26.08±8.58b
花序长度
Inflorescence length/cm
封育Enclosure  6.99±3.21a 8.34±1.60a 8.83±3.41a
放牧Grazing  4.26±2.08b 6.69±2.52b 5.29±2.20b
花或种子数/个·花序-1
Number of flower(seeds)per inflores-
cence
封育Enclosure  55.26±41.60a 53.91±11.10a 34.14±23.00a
放牧Grazing  25.71±34.60b 33.67±17.60b 18.49±11.20b
3 讨论与结论
放牧使伊犁绢蒿植株外观呈小型化,株高和株
丛径及单株体积均呈下降趋势,单株生物量及各构
件茎、叶及花(种子)生物量(P<0.05);从生物量的
比例看,放牧对茎和叶的比例无显著影响(P>
0.05),但对花(种子)的分配比例影响显著(P<
0.05)。说明伊犁绢蒿在放牧压力下可以通过其形
态性状及生物量分配的改变来适应变劣的环境。这
与宋智芳等[16]对放牧条件下伊犁绢蒿的生物量分
配特点的研究结论相一致。
放牧对伊犁绢蒿单株结实率和种群结实率的影
响显著(P<0.05),这与放牧导致贝加尔针茅(Sti-
pa baicalensis)草原群落植物总体结实率出现明显
下降[17]的观点一致;从植物种繁特征看,放牧条件
下伊犁绢蒿的一级分枝、二级分枝、花序长、每花序
种子数显著下降,说明放牧不利于伊犁绢蒿种子的
形成。
总体表明,放牧不利于伊犁绢蒿种群的更新,降
低了其蒿类荒漠草地品质。
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Sexual productive characteristic of Seriphidium transiliense
community under grazing conditions
WEI Peng,AN Sha-zhou,SUN Zong-jiu,XUN Qi-lei
(Colege of Pratacultural and Environmental Sciences Xinjiang Agricultural University,
Key Laboratory of Grassl and Resources and Ecology of Xinjiang,Urumqi 830052,China)
Abstract:A study was conducted to investigate the influence of grazing on representative plant Seriphidi-
umt ransiliense in Xinjiang desert grassland.The number of components of S.transiliense and other char-
acteristics such as morphology,biomass and their distribution pattern under grazing condition were ana-
lyzed.The results showed that individual plant height,bundle of diameter and the ground biomass[inclu-
ding stem,leaf,and flower(seeds)]of S.transiliense decreased under grazing condition compared with
the enclosed condition.The distribution ration of stem biomass increased and the distribution ration of leaf
and flower(seeds)biomass decreased under grazing condition.The ratio of stem biomass was higher,
which induced to lower ratio of flower seeds biomass.The seed setting rate,seed rate per plant,spike
length,number of florets of S.transiliense decreased with condition.
Key words:grazing;desert rangeland;Seriphidium transiliense;reproductive alocation
Corresponding author:AN Sha-zhou E-mail:xjasz@126.com
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