全 文 ：第 34 卷第 19 期
2014年 10月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.19
Oct.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31101751);贵州省科技厅项目(黔科合 NY字[2012]3011号,黔科合 J字[2011]2325号)
收稿日期:2014鄄01鄄11; 摇 摇 修订日期:2014鄄03鄄23
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: lhonglai@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201401110081
陈超,刘洪来,杨丰,王丽学,郝俊.羊草草地对原地放垡振动间隔松土的响应.生态学报,2014,34(19):5494鄄5502.
Chen C,Liu H L,Yang F,Wang L X,Hao J.Response of Leymus Chinensis grassland to situ鄄vibration scarifying technique.Acta Ecologica Sinica,2014,34
(19):5494鄄5502.
羊草草地对原地放垡振动间隔松土的响应
陈摇 超1,2,刘洪来1,*,杨摇 丰1,王丽学3,郝摇 俊1
(1. 贵州大学动物科学学院,贵阳摇 550025; 2. 中国农业大学动物科学技术学院,北京摇 100193;
3. 天津市畜牧兽医研究所,天津摇 300381)
摘要:以虚实并存耕作理论为指导,运用原地放垡振动间隔松土技术,采用野外观测、实地取样与室内分析相结合的方法研究了
原地放垡振动间隔松土对羊草草地的改良效果。 结果表明,原地放垡振动间隔松土提高了羊草草地植物高度、盖度、生物量和
多样性,增加了优良类牧草所占比例和载畜力;运用原地放垡振动间隔松土技术改良羊草草地使每公顷草地植物生产层平均每
年增加直接经济收益为 1119.0元,动物生产层增加直接经济收益 2142.0 元,前植物生产层潜在(固碳)经济效益为 219.5 元。
通过样地监测和分析可以得出,原地放垡振动间隔松土措施适用于大面积改良羊草草地和其它优质高产的根茎型草地。
关键词:原地放垡; 羊草草地; 植被特征; 植被多样性; 经济效益
Response of Leymus Chinensis grassland to situ鄄vibration scarifying technique
CHEN Chao1,2,LIU Honglai1,*,YANG Feng1,WANG Lixue3,HAO Jun1
1 College of Animal Sciences, Guizhou University, Guiyang 550025, China
2 College of Animal Sciences & Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China
3 Institute of Animal Husbandry & Veterinary Research of Tianjin, Tianjin 300381, China
Abstract: Leymus Chinensis grassland is one of the major types in the Eurasian steppe region, however, Leymus Chinensis
grassland is in heavy degradation, for example, soil compacted, good kinds of grass decreased, etc. which is owing to lack
of good management for long time. So expert of China Agriculture University developed situ鄄vibration scarifying machine
which is based on zone tillage theory, and the machine was applied to reform Leymus Chinensis grassland in 2007. Then, in
year of 2009 and 2012, field observation, sampling and laboratory analysis were used to analyze the effects. The results
showed that application of situ鄄vibration scarifying technique on Leymus Chinensis grassland improved the vegetation height,
coverage, biomass and biodiversity, increased the proportion of good pasture and the animal carrying capacity. The method
increased farmer爷s income, including 1119.0 Yuan hm-2 a-1 in plant production layer, or 2142.0 Yuan hm-2 a-1 in animal
production layer, and 219.5 Yuan hm-2 a-1 in potential economic benefit ( that is carbon sequestration) . Through monitoring
and analysis, it can be drawn that the situ鄄vibration scarifying technique is suitable for improve Leymus Chinensis grassland
or other high鄄quality rhizome grasslands.
Key Words: situ鄄vibration scarifying; Leymus Chinensis grassland; vegetation characteristics; plant diversity;
economic benefit
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摇 摇 羊草(Leymus chinensis)草地是欧亚大陆草原区
的主要类型之一,在我国主要分布在东北平原和内
蒙古高原东部,总面积约为 1.22伊107 hm2 [1鄄2]。 由于
羊草的适口性较高、生境阈值广,同时羊草在防风固
沙、保持水土、涵养水源、维持生物多样性等方面起
到的积极作用,使得羊草草地成为适宜我国北方的
主要草地类型之一,为我国畜牧业的发展和生态环
境的保护提供了重要保障[3]。 长期以来,由于人们
对羊草草地的经营不善,尤其是过度利用所导致土
壤板结紧实,优良牧草的种类、数量日渐减少,草地
生产力和载畜力显著下降,加速了草地退化、沙化和
盐碱化过程,严重地威胁中国的食物安全和生态安
全[4鄄6]。 为了使羊草草地生产、生态功能得到可持续
的发挥,应采取适当措施对草地进行科学改良。
草地改良的方法主要有耕耙压播、免耕补播、浅
翻耕、划破草皮和围栏封育等,应用于羊草草地均可
不同程度提高草地植物多样性和生产力[7鄄9]。 但上
述改良措施也在不同程度上存在一定缺陷,如耕耙
压播和浅翻耕会严重破坏草地植被状况,裸露的土
壤在春季大风期间极易成为沙尘暴沙源而影响生态
环境,进而加速草地土壤粗化过程[10鄄11];免耕补播不
适宜在自然环境中以无性繁殖为主、有性生殖为辅
的牧草草种(如羊草);划破草皮因破坏了草地原有
表皮层而导致作业后地表不平整,同时没有进行亚
表层切根,不利于牧草的繁育更新[2];围栏封育恢复
时间较长,对土壤板结紧实的缓解作用较小,且在封
育期间要排除家畜的放牧干扰[11]。
针对目前我国羊草草地土壤板结严重、坚实度
高的特点,中国农业大学工学院课题组结合草原农
艺要求,根据“虚实耕作冶原理,研制出了原地放垡振
动间隔松土机,该设备应用振动式间隔松土原理,采
用前导切割系统,振动式倒梯形松土部件和带齿镇
压装置,实现高坚实度条件下草地土壤的虚实耕作
和原地放垡[12]。 本研究采用成对设计的研究方法,
通过监测试验分析原地放垡振动间隔松土(以下简
称原地放垡)对羊草草地植被数量特征、多样性、载
畜力及经济效益的变化,以期为退化羊草草地及其
他根茎型草地的恢复改良提供参考。
1摇 材料与方法
1.1摇 研究区概况
研究区位于河北沽源草地生态系统国家野外科
学观测研究站(41毅44忆—41毅46忆 N,115毅31忆—115毅48忆
E,海拔 1380—1421 m),地处河北省张家口市;该地
区属于半干旱大陆季风气候,年降水量约 430 mm,
主要集中于 7—9 月;年均温 1益,1 月份平均气温
-18.6益,7 月份平均气温分别为 17. 6 益;无霜期
85—110 d,逸10益积温 1900益 [13鄄14]。 该试验区草地
以羊草为优势种,5月初开始萌发,9 月末枯黄;主要
伴生种有披针叶黄华(Thermoosis lanceolata)、漠蒿
(Artemisia desertorum)及平车前(Plantaga depressa)
等,土壤类型为栗钙土[15]。
1.2摇 试验设计与样品处理
试验样地设置在野外站东南方向,总面积为 100
hm2,南北长 2 000 m,东西宽 500 m,以该区域外的草
地作为对照区。 在 2007年 5 月草地返青之前,采用
9ST鄄460型草地振动式间隔松土机与 TN654 型拖拉
机配套进行草地切根松土作业试验。 单组工作部件
松土宽度 28 cm,采用 4 组工作部件,间隔 60 cm,未
松土部分宽度 32 cm,松土深度为 15—20 cm,作业速
度为慢速 3档,约为 3.5 km / h[14,16]。
草地调查取样分别于 2009 年 8 月和 2012 年 8
月进行。 在处理区和对照区随机选择 5 个 1 m 伊 1
m的样方,记录每个样方内地植物种类,采用草地调
查常规方法测定各物种的高度、盖度、密度和地上生
物量[17]。 采用土钻法在试验区和对照区取 0—20
cm,20—40 cm深的土壤样品,每个土样质量逸1 kg,
共计 40个样本;土样自然风干、挑出植物根茎和石
砾后过 2 mm筛用于有机碳的测定[18];用环刀(体积
100 cm3)取土芯测定土壤容重。
1.3摇 数据分析与处理
研究区植物的重要值和多样性指数采用如下公
式计算[19鄄21]:
重要值(Important value)摇 P i =(RH+RC+RD) / 3
丰富度指数(Margalef index)摇 M=(S-1) / lnN
多样性指数(Simpson index)摇 D= 1-移P i 2
均匀度指数(Pielou index)摇 J=(移P i lnP i) / lnS
Cody指数摇 茁c =[g(H)+l(H)] / 2
Bray鄄Curtis指数摇 CN = 2jN / (aN+bN)
式中,RH为相对高度;RC为相对盖度;RD为相对密
度;S为样方内物种的总数;N为样方内植物个体数;
g(H)是沿生境梯度 H增加的物种数目;l(H)是沿生
境梯度 H失去的物种数目,即在上一个梯度中存在
5945摇 19期 摇 摇 摇 陈超摇 等:羊草草地对原地放垡振动间隔松土的响应 摇
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而在下一个梯度中没有的物种数目;aN 为样地 A 的
物种数目;bN 为样地 B 的物种数目; jN 为样地 A
( jNa)和 B( jNb)共有种中个体数目较小者之和,即
jN=移min( jNa+jNb)。
土壤有机碳密度采用如下公式计算[22]:
SOCD= 1 / 10移Di伊BDi伊SOCC i
式中,SOCD为土壤有机碳密度(g / m2);Di为土层间
隔(cm);BDi为第 i层土壤容重(g / cm3);SOCC i为第
i层土壤有机碳质量分数(%)。
根据牧草的的饲用经济特性,将植物生产层中
优等、良等、中等、低劣等牧草利用率分别按 80%、
60%、40%和 20%计算,牧草干鲜比按照 1 颐 5 计
算[23],2009年和 2012年干草价格分别为 0.9 元 / kg
和 1.5元 / kg;动物生产层增加的经济效益按照每只
绵羊每天增重 0.15 kg,全年放牧时间为 120 d,羊肉
价格为 50 元 / kg计算;前植物生产层潜在(固碳)的
经济效益按照 251.40元 / t 计算[24]。 植物生产层、动
物生产层以及前植物生产层所产生的经济效益均采
用 2009 年和 2012 年每公顷草地的经济效益总和与
成本之差的平均值,草地采用原地放垡振动间隔松
土的成本为 300元。
基础数据采用 Microsoft Excel 2007 软件进行整
理,利用单因素方差分析(one鄄way ANOVA)对试验
区和对照区各指标进行差异显著性检验,并利用最
小显著性极差法(LSR)进行多重比较,ANOVA、LSR
均在 SPSS16.0 软件中进行,表中不同字母代表 5%
水平下差异显著性。
2摇 结果与分析
2.1摇 羊草草地植被数量特征对原地放垡的响应
在 2009 年和 2012 年羊草草地的调查中,共出
现 49种植物,隶属于 17 科 40 属(表 1)。 其中菊科
(Compositae)植物 13种,占调查植物种类的 26.5%;
其次为禾本科(Gramineae)和蔷薇科(Rosaceae),分
别为 7种和 6种,各占 14.3%和 12.2%。 在原地放垡
后第 3年(即 2009 年)研究区出现 35 个物种,处理
区和对照区共有种为 13个,机械松土新增加了海乳
草(Glaux maritima)、扁蓿豆(Medicago ruthenica)等
15 个 物 种, 消 失 的 物 种 为 猪 毛 蒿 ( Artemisia
scoparia)、白花马蔺( Iris acteal)等 7 种;研究区原地
放垡后第 6年(即 2012 年)出现 32 个物种,处理区
和对照区共有种为 12个,原地放垡新增物种为平车
前 ( Plantago depressa ), 并 头 黄 芩 ( Scutellaria
scordifolia)等 15种,消失物种为滨藜(Atriplex)、碱蓬
(Suaeda heteroptera)等 5 种。 研究区在 2009 年和
2012 年各样地的共有物种为羊草、披针叶黄华
(Thermoosis lanceolata)等 7 个物种,隶属于 4 科 7
属。 随时间的推移,处理样地中 2012 年在 2009 年
的基础上新增猪毛蒿、 皱叶委陵菜 ( Potentilla
ancistrifolia) 等 12 个物种;同时有狼毒 ( Stellera
chamaejasme)、旋覆花( Inula japonica)等 12 个物种
消失。 羊草草地经过原地放垡处理,草地群落发生
变化,处理样地盖度和生物量比对照样地增加
62郾 3%和 33.8%,密度减少 25.0%。 原地放垡后形成
虚实并存土层,“虚部冶实现蓄水、蓄热功能,成为
“土壤水库、热库冶;虚部孔隙度的增加创造出好气性
环境,使微生物矿化分解活动加强,增加了植被生长
发育提供所需的养分,起到“土壤肥库冶作用;“实
部冶的毛管浸润提熵供水,具有“抽水机冶的作用[25]。
虚实耕作协调了水分贮存与供应,可以抗春旱、防夏
涝、秋墒春用,同时起到提高土壤肥力的作用;因此
处理区的盖度和生物量等数量指标优于对照区。
表 1摇 研究区原地放垡后植被数量特征随时间的变化对比
Table 1摇 Comparison of plant quantitative characteristics between grassland situ鄄vibration scarifying and control area
植物种 Species
2009年(原地放垡后第 3年)Year of 2009 (3rd year after situ鄄vibration scarifying)
高度 Height /
cm
盖度 Coverage /
%
密度 Density /
(株 / m2)
生物量 Biomass /
(g / m2)
重要值 IV
羊草 Leymus chinensis 43.2 / 22.3 35.6 / 35.0 935 / 1098 339.5 / 249.3 0.66 / 0.72
披针叶黄华 Thermoosis lanceolata 11.8 / 10.5 2.4 / 1.0 24.2 / 9.6 24.6 / 7.4 0.04 / 0.03
漠蒿 Artemisia desertorum 13.0 / 4.0 0.0 / 0.0 0.4 / 0.4 0.0 / 0.0 0.01 / 0.01
苣卖菜 Sonchus brachyotus 11.0 / 7.4 0.0 / 0.8 0.2 / 6.8 0.0 / 3.2 0.01 / 0.01
野艾蒿 Artemisia lavandulaefolia 8.0 / 5.8 0.2 / 0.0 1.8 / 1.2 2.7 / 0.3 0.01 / 0.01
6945 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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续表
植物种 Species
2009年(原地放垡后第 3年)Year of 2009 (3rd year after situ鄄vibration scarifying)
高度 Height /
cm
盖度 Coverage /
%
密度 Density /
(株 / m2)
生物量 Biomass /
(g / m2)
重要值 IV
皱黄芪 Astragalus tataricus 6.3 / 4.5 0.8 / 0.0 2.2 / 0.4 0.9 / 0.3 0.01 / 0.01
蒲公英 Taraxacum mongolicum 6.0 / 4.3 0.0 / 0.4 0.0 / 1.2 0.02.3 0.01 / 0.01
兴安天门冬 Asparagus dauricus 4.0 / 6.7 0.0 / 0.4 0.2 / 3.4 0.0 / 0.5 0.00 / 0.01
平车前 Plantago depressa 4.7 / 3.0 2.6 / 0.0 34.2 / 0.2 9.1 / 0.0 0.03 / 0.00
并头黄芩 Scutellaria scordifolia 4.9 / 7.0 0.4 / 0.0 8.6 / 0.2 1.5 / 0.0 0.01 / 0.01
掌状多裂委陵菜 Potentilla multifida 5.0 / 6.0 0.0 / 0.4 0.4 / 2.4 0.0 / 1.0 0.01 / 0.01
狼毒 Stellera chamaejasme 5.4 / 5.0 0.0 / 0.0 0.8 / 0.6 0.0 / 0.1 0.01 / 0.01
旋覆花 Inula japonica 3.0 / 5.3 0.0 / 0.0 0.4 / 1.0 0.0 / 0.0 0.00 / 0.01
海乳草 Glaux maritima 2.0 / - 0.0 / - 0.0 / - 0.0 / - 0.00 / -
扁蓿豆 Medicago ruthenica 6.3 / - 1.3 / - 13.4 / - 1.4 / - 0.02 / -
迷果芹 Sphallerocarpus gracilis 6.8 / - 0.8 / - 3.2 / - 2.6 / - 0.01 / -
问荆 Equisetum arvense 15.6 / - 1.6 / - 11.4 / - 33.5 / - 0.05 / -
滨藜 Atriplex 3.0 / - 0.0 / - 0.2 / - 0.0 / - 0.00 / -
朝天委陵菜 Potentilla supina 13.0 / - 0.0 / - 0.2 / - 0.0 / - 0.01 / -
蔓茎蝇子草 Silene repens Patr 9.0 / - 0.0 / - 0.2 / - 0.0 / - 0.01 / -
独行菜 Lepidium apetalum 8.0 / - 0.0 / - 0.4 / - 0.0 / - 0.01 / -
三叶委陵菜 Potentilla freyniana 8.0 / - 0.0 / - 0.2 / - 0.0 / - 0.01 / -
西伯利亚蓼 Polygonum sibiricum 7.0 / - 0.0 / - 0.2 / - 0.0 / - 0.01 / -
草地风毛菊 Saussurea japonica 4.0 / - 0.0 / - 0.6 / - 0.0 / - 0.00 / -
束花粉报春 Primula fasciculata 2.0 / - 0.2 / - 0.8 / - 0.0 / - 0.00 / -
瓣蕊唐松草 Thalictrum petaloideum 3.0 / - 0.0 / - 0.0 / - 0.0 / - 0.00 / -
阿尔泰狗娃花 Heteropappus altaicus 9.9 / - 0.6 / - 12.6 / - 3.7 / - 0.02 / -
菊叶委陵菜 Potentilla tanacetifolia 16.5 / - 0.0 / - 0.4 / - 0.0 / - 0.02 / -
猪毛蒿 Artemisia scoparia - / 2.8 - / 0.4 - / 1.7 - / 0.7 - / 0.01
白花马蔺 Iris acteal - / 17.9 - / 0.4 - / 3.4 - / 6.9 - / 0.04
针茅 Stipa krylovii - / 9.6 - / 0.4 - / 3.8 - / 2.7 - / 0.02
冰草 Agropyron cristatum - / 19.0 - / 0.0 - / 0.8 - / 0.0 - / 0.03
中华小苦菜 Ixeridium chinense - / 6.0 - / 0.4 - / 2.4 - / 1.0 - / 0.01
草地早熟禾 Poa pratensis - / 17.5 - / 0.0 - / 0.4 - / 0.0 - / 0.03
长叶碱毛茛 Halerpestes ruthenica - / 3.1 - / 0.4 - / 9.2 - / 2.2 - / 0.01
皱叶委陵菜 Potentilla ancistrifolia
长叶紫菀 Aster dolichophyllus
长叶碱毛茛 Halerpestes ruthenica
黄花草木樨 Melilotus suaveolens
额河千里光 Senecio argunensis
大籽蒿 Artemisia sieversiana
鹅观草 Roegneria kamoji
地榆 Sanguisorba officinalis
尖叶唐松草 Thalictrum acutifolium
防风 Saposhnikovia divaricata
乳苣 Mulgedium tataricum
芦苇 Phragmites communis
碱茅 Puccinellia distans
碱蓬 Suaeda heteroptera
7945摇 19期 摇 摇 摇 陈超摇 等:羊草草地对原地放垡振动间隔松土的响应 摇
http: / / www.ecologica.cn
摇 摇 续表
植物种 Species
2012年(原地放垡后第 6年)
Year of 2012 (6th year after situ鄄vibration scarifying)
高度 Height /
cm
盖度 Coverage /
%
密度 Density /
(株 / m2)
生物量 Biomass /
(g / m2)
重要值 IV
羊草 Leymus chinensis 59.0 / 45.5 51.0 / 19.8 673 / 1042 522.3 / 488.3 0.52 / 0.68
披针叶黄华 Thermoosis lanceolata 25.0 / 11.5 2.8 / 0.2 13.3 / 5.3 26.2 / 5.7 0.03 / 0.02
漠蒿 Artemisia desertorum 34.8 / 27.0 2.8 / 1.5 19.7 / 15.3 50.1 / 18.1 0.04 / 0.05
苣卖菜 Sonchus brachyotus 11.0 / 12.4 0.1 / 0.3 1.0 / 5.0 2.6 / 6.0 0.00 / 0.02
野艾蒿 Artemisia lavandulaefolia 45.8 / 24.5 1.0 / 0.3 9.0 / 3.0 17.6 / 7.7 0.03 / 0.03
皱黄芪 Astragalus tataricus 17.3 / 16.0 2.2 / 0.2 2.0 / 0.3 10.2 / 1.1 0.02 / 0.02
蒲公英 Taraxacum mongolicum 28.0 / 9.6 0.2 / 0.8 0.3 / 3.0 1.6 / 7.6 0.01 / 0.02
兴安天门冬 Asparagus dauricus 8.0 / 8.5 0.0 / 0.0 0.3 / 1.0 0.1 / 0.7 0.00 / 0.01
平车前 Plantago depressa 14.9 / - 0.5 / - 2.7 / - 6.4 / - 0.01 / -
并头黄芩 Scutellaria scordifolia 11.1 / - 0.1 / - 30.7 / - 4.7 / - 0.01 / -
掌状多裂委陵菜 Potentilla multifida 32.6 / - 1.3 / - 3.3 / - 6.8 / - 0.02 / -
狼毒 Stellera chamaejasme
旋覆花 Inula japonica
海乳草 Glaux maritima 9.5 / 9.8 0.0 / 0.2 0.3 / 1.0 0.2 / 3.2 0.00 / 0.01
扁蓿豆 Medicago ruthenica 26.7 / - 1.2 / - 4.3 / - 7.5 / - 0.02 / -
迷果芹 Sphallerocarpus gracilis 28.5 / - 0.0 / - 0.7 / - 0.5 / - 0.01 / -
问荆 Equisetum arvense 34.4 / - 14.8 / - 20.0 / - 122.0 / - 0.09 / -
滨藜 Atriplex - / 3.0 - / 0.0 - / 2.0 - / 0.2 - / 0.00
朝天委陵菜 Potentilla supina
蔓茎蝇子草 Silene repens Patr
独行菜 Lepidium apetalum
三叶委陵菜 Potentilla freyniana
西伯利亚蓼 Polygonum sibiricum
草地风毛菊 Saussurea japonica
束花粉报春 Primula fasciculata
瓣蕊唐松草 Thalictrum petaloideum
阿尔泰狗娃花 Heteropappus altaicus
菊叶委陵菜 Potentilla tanacetifolia
猪毛蒿 Artemisia scoparia 41.5 / - 0.7 / - 2.7 / - 6.1 / - 0.02 / -
白花马蔺 Iris acteal - / 32.6 - / 0.7 - / 13.7 - / 31.0 - / 0.05
针茅 Stipa krylovii
冰草 Agropyron cristatum
中华小苦菜 Ixeridium chinense
草地早熟禾 Poa pratensis
长叶碱毛茛 Halerpestes ruthenica
皱叶委陵菜 Potentilla ancistrifolia 9.5 / 12.3 0.2 / 0.2 0.3 / 2.3 0.8 / 3.1 0.00 / 0.01
长叶紫菀 Aster dolichophyllus 29.8 / 2.0 0.2 / 0.0 0.5 / 0.3 1.6 / 0.3 0.01 / 0.00
长叶碱毛茛 Halerpestes ruthenica 9.2 / 4.8 0.2 / 0.0 9.3 / 5.0 13.3 / 2.6 0.01 / 0.01
黄花草木樨 Melilotus suaveolens 56.1 / - 1.3 / - 1.7 / - 4.7 / - 0.02 / -
额河千里光 Senecio argunensis 31.0 / - 1.5 / - 7.3 / - 20.9- 0.02 / -
大籽蒿 Artemisia sieversiana 38.3 / - 0.8 / - 3.7 / - 2.4 / - 0.02 / -
鹅观草 Roegneria kamoji 34.8 / - 2.8 / - 19.7 / - 50.1 / - 0.03 / -
地榆 Sanguisorba officinalis 11.0 / - 0.1 / - 0.3 / - 0.1 / - 0.00 / -
尖叶唐松草 Thalictrum acutifolium 32.5 / - 0.5 / - 3.3 / - 3.9 / - 0.01 / -
防风 Saposhnikovia divaricata 16.5 / - 0.5 / - 1.3 / - 4.7 / - 0.01 / -
乳苣 Mulgedium tataricum 13.1 / - 0.2 / - 1.3 / - 1.8 / - 0.01 / -
芦苇 Phragmites communis - / 42.0 - / 0.0 - / 9.3 - / 10.0 - / 0.04
碱茅 Puccinellia distans - / 18.2 - / 0.5 - / 0.7 - / 2.9 - / 0.02
碱蓬 Suaeda heteroptera - / 4.5 - / 0.0 - / 0.7 - / 0.3 - / 0.00
摇 摇 A / B:A代表处理样地,B代表对照样地;表中地上生物量为鲜重;“—冶表示没有发现该物种
8945 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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2.2摇 羊草草地植物多样性对原地放垡地响应
羊草草地经过原地放垡的第 3 年,处理样地物
种丰富度显著高于对照样地(表 2),而均匀度没有
显著变化,从而导致多样性指数显著高于对照样地;
而原地放垡后第 6年,处理样地物种丰富度、均匀度
和多样性指数之间差异不显著。 原地放垡初期植物
多样性的增加可能是由于原地放垡对持久土壤种子
库形成干扰而引起其萌发所致的[26]。 原地放垡对
草地生境的改变有利于羊草等优势种的生长,并使
其在生态系统中所占有更宽的生态位;而猪毛蒿等
物种在处理样地中的生态位宽度缩小并逐渐消失
(种群竞争)。 Cody指数和 Byra鄄Curtis指数均属于 茁
多样性,其中 Cody指数只考虑某物种在群落中的存
在于否,而不关注其数目;Byra鄄Curtis 指数除考虑物
种的存在与否以外还关注每一个物种的数量或相对
多度,从而可以更好的测算稀疏种的作用[20]。 本研
究中,2009年和 2012年研究区的 Cody指数为 18.50
和 17.00,Byra鄄Curtis 指数为 39.53 和 32.00;表明随
着原地放垡处理时间的推移,处理样地和对照样地
物种沿环境梯度的替代速率逐渐减小。
表 2摇 研究区原地放垡后草地植被多样性随时间的变化对比
Table 2摇 Comparison of grassland productivity between grassland situ鄄vibration scarifying and control area
多样性指数
Diversity index
2009年(原地放垡后第 3年)
Year of 2009 (3rd year after
situ鄄vibration scarifying)
处理样地
Treatment area
对照样地
Control area
2012年(原地放垡后第 6年)
Year of 2012 (6th year after
situ鄄vibration scarifying)
处理样地
Treatment area
对照样地
Control area
Margalef指数 Margalef index 1.87依0.29a 1.20依0.36b 2.24依0.48a 1.32依0.67a
Simpson指数 Simpson index 0.51依0.03a 0.44依0.04b 0.67依0.15a 0.46依0.10a
Pielou指数 Pielou index 0.50依0.02a 0.49依0.04a 0.65依0.12a 0.67依0.33a
Byra鄄Curtis指数 Byra鄄Curtis index 39.53 32.00
Cody指数 Cody index 18.50 17.00
摇 摇 同行不同小写字母代表 5%水平下差异显著
2.3摇 羊草草地饲用价值和经济效益分析
羊草草地经过原地放垡处理的第 3 年和第 6
年,优、良、中类牧草的盖度、生物量、可利用产量和
载畜量均呈现不同程度的增加(表 3),低劣类牧草
在处理样地第 3年基本消失,第 6 年呈现增加趋势。
处理样地载畜量 2009 年和 2012 年分别比对照样地
高 1.7和 3.3 个羊单位。 经过对原地放垡作业的羊
草草地连续 6a的调查试验得出,每改良 1 hm2羊草
草地,平均每年植物生产层增加直接经济收益为
1119.0元,动物生产层增加直接经济收益 2142.0元,
前植物生产层潜在(固碳)经济效益为 219.5元。
表 3摇 研究区原地放垡后草地生产性能随时间的变化对比
Table 3摇 Comparison of grassland productivity between grassland situ鄄vibration scarifying and control area
牧草等级
Forage rating
2009年(原地放垡后第 3年)
Year of 2009 (3rd year after situ鄄vibration scarifying)
盖度
Coverage /
%
生物量
Biomass /
(g / m2)
可利用产量
Available
yield /
(g / m2)
载畜量
Herbivore
capacity /
(羊单位/ hm2)
2012年(原地放垡后第 6年)
Year of 2012 (6th year after situ鄄vibration scarifying)
盖度
Coverage /
%
生物量
Biomass /
(g / m2)
可利用产量
Available
yield /
(g / m2)
载畜量
Herbivore
capacity /
(羊单位 / hm2)
优等牧草 Excellent Forage 38.5 / 36.6 344.4 / 257.8 275.5 / 206.2 4.6 / 3.4 56.5 / 21.8 554.3 / 519.1 443.4 / 415.3 7.4 / 6.9
良等牧草 Good Forage 4.2 / 0.4 42.6 / 1.0 25.6 / 0.6 0.4 / 0.0 20.4 / 0 189.3 / 0.3 113.6 / 0.18 1.9 / 0.0
中等牧草 Medium Forage 3.6 / 1.8 32.5 / 15.3 13.0 / 6.1 0.2 / 0.1 7.7 / 2.7 118.1 / 65.3 47.2 / 1.6 0.8 / 0.0
低劣牧草 Inferior Forage 0.2 / 1.2 0.0 / 3.8 0.0 / 0.76 0.0 / 0.0 2.4 / 0.2 27.5 / 4.1 5.5 / 0.8 0.1 / 0.0
小计 Total 46.5 / 40.0 419.5 / 277.9 314.1 / 213.5 5.2 / 3.5 87.0 / 24.7 889.2 / 588.8 609.7 / 417.9 10.2 / 6.9
摇 摇 A / B:A代表处理样地,B代表对照样地
9945摇 19期 摇 摇 摇 陈超摇 等:羊草草地对原地放垡振动间隔松土的响应 摇
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3摇 讨论
羊草草地土壤板结限制其生产和生态功能的发
挥。 本试验表明,原地放垡措施可以增加羊草草地
的盖度和生物量,其主要原因是原地放垡措施在破
除土壤紧实的同时提高了土壤含水量和土壤肥
力[15],增加了土壤热容量、减少了土壤散热性,从而
提高地温 0.5—1益,原地放垡措施充分协调了耕层
土壤中水、肥、气、热状态,达到用地与养地结合,为
作物生长发育创造良好的土壤环境。 原地放垡措施
对土壤水分的影响程度与闫志坚等在中国北方半干
旱退化草地进行的浅翻耕处理对水分的影响基本一
致,而对土壤肥力的影响优于浅翻耕处理和条带式
改良处理[27鄄28]。 原地放垡振动间隔松土处理后与对
照样地相比其含水率增加 24.15%,土壤有机质质量
分数增加 31.72%,全氮质量分数增加 23. 08%[14]。
土壤水热条件和肥力状况的优化促进了植被的生长
发育,引起植被盖度和生物量的增加;该效果优于王
丽娟在内蒙古采用禁牧措施和安耕在腾格里沙漠南
缘的围封结果[29鄄30],与武广伟等在河北沽源的松土
试验和保平在内蒙古锡林郭勒的免耕试验效果
相当[31鄄32]。
生物多样性是草地生态系统可持续发展和草地
健康的核心,是人类赖以生存的基础[33]。 本试验表
明,原地放垡第 3 年群落的生物多样性显著高于对
照样地,而第 6 年则差异不显著。 该结果与王国梁
等在安塞县纸坊沟流域和孙磊等在西藏安多开展的
围封试验结果基本一致[34鄄35];虽然原地放垡初期和
围栏措施都可以不同程度地提高草地生物多样性,
但是其影响机理却存在一定差异。 原地放垡后多样
性增加主要是由于人为干扰土壤种子库造成的,而
封育则是排除外界干扰,通过自组织使小环境发生
改变而导致其它物种逐渐侵入;另外多样性增加的
速度和保持的时间也不一样,原地放垡多样性会在
干扰后短期内迅速增加,之后随着时间的增加物种
多样性会逐渐降低,围栏封育多样性增加所需时间
较长,之后一般会趋于相对稳定状态。
草地改良是指在不破坏或很少破坏草地原生植
被的条件下,用草地学、农学、生态学的基本原理和
方法,通过各种措施优化天然草群成分,提高草地植
被盖度和生产力[36]。 本试验表明,经过原地放垡第
3年和第 6 年,第一性生产力量比对照样地增加
50郾 9%和 52.7%,第二性生产力分别提高 1.7 个羊单
位 / hm2和 3.3 个羊单位 / hm2;该结果优于安耕等在
甘肃省的围栏封育、左万庆等在吉林省的围栏封育、
宝音贺希格等在内蒙古的免耕补播和沈景林等在青
海省划破草皮试验的改良效果[7,35鄄38];浅翻耕、深翻
耕、松土补播等措施改良羊草草地会使其受到一定
程度的破坏,作业后第 1年羊草草地植被生长缓慢,
草地上留有 25%—30%的裸露土壤,容易为沙尘暴
提供沙源;在羊草草地实施切根松土过程中,切根松
土部件易将草根拉出或缠绕草根,在土壤含水量低
于 10%以下作业时土壤翻垡率明显增加,土壤破坏
率达 40%以上[2]。 原地放垡对牧草的增产低于管春
德在云南省开展的浅翻耕试验结果,这可能是由于
实验区地点气候条件相差较大的原因所导致的[39]。
与浅翻耕、深翻耕、松土补播和围栏放牧相比,原地
放垡所有过程只是虚部动土且具有实部做“骨架冶,
具有高效、低耗、动土量小、后效时间长、不易回实等
优点[40鄄41]。 采用原地放垡改良的最佳时间应选择在
秋季牧草休眠之后、春季牧草返青之前进行,这样既
可以避免由于改良造成的部分裸露土壤被风蚀,又
可以有效利用冰雪解冻的水分,改良后的受益时间
可达 8a。
4摇 结论
(1)原地放垡振动间隔松土措施使羊草样地植
被盖度提高约 60%,使羊草草地生物量增加约 30%,
可利用牧草产量增加约 45%;处理样地 琢 多样性得
到不同程度提高,茁多样性随时间的增加逐渐减小。
(2)原地放垡振动间隔松土措施提高了羊草草
地载畜力,连续 6a的调查试验得出,每改良 1 hm2羊
草草地,平均每年植物生产层增加直接经济收益为
1119.0元,动物生产层增加直接经济收益 2142.0元,
前植物生产层潜在(固碳)经济效益为 219.5 元。 由
此可见,原地放垡振动间隔松土措施适用于大面积
改良优质、高产的羊草草地和其它根茎型草地。
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