全 文 ：第 17 卷
第 2 期

Vol. 17
No . 2
草
地
学
报
ACTA AGRESTIA SINICA



2009 年
3 月

Mar .

2009
人工柠条灌丛林下草地植物群落特征研究
韩天丰 , 程积民* , 万惠娥
(中国科学院水利部水土保持研究所/西北农林科技大学, 陕西 杨凌
712100)
摘要:以宁夏固原上黄东山封育的人工柠条( Caragana kor shi nsk ii Kom. )灌丛林下草地为研究对象, 并以设置在其
周围的放牧地天然草地作为对照,采用样线法进行群落调查,分析二者群落数量特征和地上生物量变化, 以期为退
化草地植被恢复提供理论依据。结果表明:上黄东山封育后的人工柠条灌丛林下草地群落物种数较放牧地显著增
加,封育区本氏针茅( Stip a bung eana T r in. )的优势地位明显加强,重要值远大于放牧地; 人工灌丛林下草地与放牧
地的相似性系数为0. 585,表明二者的相似程度不高, 人工种植的柠条对群落的结构影响较大,能够改善草地群落
的小生境,为新物种出现提供良好的环境; 物种丰富度指数和多样性指数( Shannon
w inner 指数)均表现为人工灌
丛林下草地显著高于放牧地(P < 0. 05) ,而均匀度指数则相反( P< 0. 01) ; 人工柠条灌丛林下草地地上生物量鲜重
极显著高于放牧地(P < 0. 01)。
关键词:柠条; 本氏针茅;群落特征; 地上生物量
中图分类号: Q145. 21




文献标识码: A




文章编号: 1007
0435( 2009) 02
0245
05
Community Characteristics of an Artif icially Planted
Caragana Korshinskii Kom. Grassland
HAN Tian
feng, CHENG JI
min, WAN Hui
e
( Inst itute of S oi l and Water Conservat ion, Chinese Academy of Sciences and Minis t ry of Water Resources,
Northwest A & F University, Yanglin g, Sh aanxi Provin ce 712100, China)
Abstract: T he g rassland community characterist ics and aboveground biomass w ere analyzed using line
tr ansact method based on the sampling data f rom the enclosed Car agana kor shinskii Kom . g rassland of
Huangdong Mountain vs. non
enclo sed g razing grassland nearby in Guyuan, Ningx ia Hui Autonomous Re

g ion. T he r esults show that the enclosur e resulted in a significant incr ease in species quant ity and the dom

inant status of S tipa bung eana T rin. w ith a higher important value in comparison with the non
enclosed
grazing grassland. The sim ilar ity index betw een the tw o communit ies w as 0. 585 indicat ing that ar tif icial
planted C. korshinski i had ef fects on the community st ructure, improved the microhabitat of g rassland,
and of fered a f itt ing environment fo r recr uit species. T he richness index and the species diversity index
( Shannon
w inner index) of the enclosed C. kor shinskii g rassland w ere both higher than tho se o f the non

enclosed grazing grassland( P< 0. 05) , but the evenness index w as r eversed ( P< 0. 01) . The to tal g reen
aboveg round biomass of the enclosed C. korshinski i grassland w as higher than the non
enclosed g razing
grassland ( P< 0. 01) .
Key words: Caragana korshinski i Kom. ; St ip a bungeana T rin. ; Community characterist ics; Aboveg ro

und biomass


黄土丘陵区由于长期受到地理环境和气候的影
响,植被稀疏,水土流失严重, 并且长期以来形成的
掠夺式经营管理,如过度放牧,人为过度开垦草地为
农田等,致使草地植被破坏殆尽, 生态系统严重失
调,成为我国生态环境最脆弱的地区之一[ 1]。该区
进行退耕还林还草工程以及植被恢复研究工作对于
黄土高原脆弱生态系统功能的改良以及我国生态屏
障的维护尤为重要。目前, 国内学者已进行了大量
收稿日期: 2008
08
29;修回日期: 2008
11
16
基金项目:国家重点基础研究发展计划 973 项目 ( 2007CB106803) ; 国家科技支撑课题( 2006BAD09B08) ;国家自然科学基金重点项目
( 40730631) ;国家林业局荒漠化监测专项
作者简介:韩天丰( 1983
) ,男,内蒙古赤峰市人,硕士研究生,研究方向为草地生态学; E
mail: su per_ ht f@ 126. com ; * 通讯作者 Auth or
for correspondence, E
mail : gyzcjm@ ms. i sw c. ac. cn
草
地
学
报 第 17卷
研究,如灌木树种的合理布局、利用,天然草地改良
与人工草地发展等;并针对黄土高原半干旱区灌草
植被退化严重的关键问题, 从土壤水分的消耗与贮
量分析得出柠条 ( Caragana korshinski i Kom. ) 与
禾本科草配置是最适宜建立的林草立体配置模式,
并提出了
灌草植被封育、改良、立体配置
等快速恢
复与重建的技术体系 [ 2~ 4] , 为该区的灌草植被快速
恢复提供了重要的科学依据。
在黄土丘陵区生态重建中最常用的灌木为豆科
灌木柠条,该物种为锦鸡儿属( Car agana Fabr. )植
物,广泛分布于黄土高原、河西走廊等地, 具有较强
的防风固沙和保持水土能力, 同时又是优质的灌木
饲料资源,具有较高的生态经济价值,是我国北方农
牧交错带具有较大推广应用价值的灌木树种之一。
目前关于人工林的生物量、生产力、土壤水分特征等
已有大量报道[ 3~ 6] , 但涉及人工林林下草本层植被
特征及植物多样性的研究较少。人工林不仅直接改
变林下草本层的物种组成和生物量,也引起了林下
生物多样性的变化[ 7~ 10]。本文选取宁夏固原上黄
东山封育的人工柠条灌丛林下天然草地为研究对
象,以设置在其周围的未封育放牧地天然草地作为
对照,通过对 2种草地群落的特征调查,比较 2种不
同外界干预对草地群落的影响, 继而评价人工柠条
灌丛下草地的发育状况, 为人工林生态功能恢复评
价和植被建设提供科学依据。
1
材料与方法
1. 1
研究区自然概况
试验地位于宁夏固原河川乡上黄村东山( E106

26
~ 106
30
, N35
59
~ 36
03
) , 是中国科学院水
利部水土保持研究所固原生态试验站建立了 17a 的
柠条灌木林试验基地, 面积 670 hm2 , 属黄土高原半
干旱区, 海拔 1600~ 1850 m , 年均降雨量 413 mm
( 1983~ 2006年) ,年均降水的变异系数为 0. 199, 丰
水年占 25. 0%,平水年占 37. 5%, 干旱年占37. 5% ;
降雨量少, 且时空分布不均, 6~ 9月份占年降雨量
的 65~ 75% ;年均气温 6~ 7
,
10
积温 2100~
3200
;年蒸发量为 1400~ 2065 mm,干燥度 1. 5~
2. 0(数据来源于中科院宁夏固原试验站)。
该区植被属森林草原向典型草原的过渡类型,
草地植被退化严重, 覆盖度不足 50% ,生物量仅为
1200 kg/ hm2。通过柠条灌木林带状配置, 对坡面
径流的节节拦蓄,提高了土壤水分入渗率,缓解了坡
面水土流失[ 5]。
1. 2
实验设计
选取半干旱区宁夏固原 17a生柠条灌丛林下封
育的天然草地为研究对象,以设置在其周围的未封
育放牧地作为对照, 且二者均为研究区域内的永久
性试验样地。
在人工柠条灌丛草地群落的上、中、下坡分别选
择 3条样线,每间隔 10 m 设置 1 m
1 m 的样方,
每条样线分别设置 33 个样方; 同样, 在宁夏云雾山
自然保护区放牧地天然草地群落分布比较均匀的地
带,同人工柠条灌丛草地群落的样地设置,并以未封
育天然草地群落作为对照。
1. 3
测定项目与方法
2007年 8月 10日- 15日进行样方群落数量特
征调查。
1. 3. 1
高度
在各样方内, 每种植物随机选择 3
株,测量其自然高度。
1. 3. 2
盖度
在各样方内目测每种植物的盖度。
1. 3. 3
密度
首先对样方中的植物进行分类, 并记
录同种植物在各样方中出现的个体数。
1. 3. 4
地上生物量
完成上述调查后,对植物进行
分类刈割,烘干称其干重。
1. 4
数据处理
在室内对植物种类进行鉴定, 统计科、属、种及
其组成;各指标选择参考陈廷贵等 [ 11] 的研究结果。
计算公式[ 12]如下:


重要值:
I V=
相对高度+ 相对盖度+ 相对密度
3


群落相似性系数:
I s=
2
C
A + B


群落丰富度指数, Marg alef ( 1958)丰富度指数:
R=
S - 1
In( N )


群落均匀度指数, Pielou( 1975)均匀度指数:
E1=
H
In( S)


群落物种多样性指数, Shannon
w iener 多样性
指数( 1949) :
H = -
s= i= 1( P i
InP i)
246
第 2期 韩天丰等:人工柠条灌丛林下草地植物群落特征研究


式中 C 为封育的草地群落与放牧地群落中共
有的物种数, A 为封育的草地群落中的物种数, B 为
放牧地群落中的物种数, S 为每个样方的总物种数,
N 为每个样方中全部物种的总个体数, P i为第 i 个
种在群落中的相对重要值。
使用 Excel 2003及 SPSS 16. 0统计软件进行
试验数据分析。
2
结果与分析
2. 1
封育与未封育区群落植物组成及重要值
植物的种类组成是植物群落最基本、最重要的
特征之一,也是群落形成的基础。由表 1可知,封育
草地与放牧地共出现了 45种植物。其中,封育草地
共有 40种植物出现,分属 14个科,重要值最高的为
禾本科( Gramineae) ,为 81. 28,共有 6种植物出现;
其次为菊科( Compositae) , 重要值为77. 92, 共有 8
种植物出现;再次为蔷薇科( Rosales) ,重要值为57. 37,
共有 5种植物出现; 另还有豆科( Leguminosae)的 3
种植物出现, 重要值为13. 29。余下 18种植物分属
10个科, 各科的重要值均小于 10。由此可见, 在封
育的人工柠条灌丛林下草地, 禾本科植物占据了最
重要的位置,随后分别是菊科、蔷薇科和豆科。
在放牧地上共有 25 种植物出现, 分属 9 个科,
其中重要值最高的为唇形科( Labiatae) , 该科只有
百里香( T hymus mongol icus Ronn. ) 1种植物出现,
重要值为 78. 47; 其次为蔷薇科,与人工柠条灌丛林
下草地相同, 分别为星毛委陵菜( Potenti lla acaul is
L. )、中华委陵菜 ( Potenti l la chinensis Ser. )、多裂
委陵菜 ( Potent il la mult if id a L. )、二裂委陵菜
( Potent i lla bif ur ca L. )和翻白草 ( Potent il la dis

color Bunge) ,重要值为 51. 97; 再次为菊科,共有 6
种植物出现,重要值为 27. 01; 另还有禾本科的 5种
植物出现, 重要值为 21. 34。余下 8 种植物分属 5
个科,重要值均小于 10。可知, 放牧地天然草地的
优势物种为唇形科的百里香, 重要伴生植物依次分
属蔷薇科、菊科及禾本科。
封育草地的物种数比放牧地天然草地多出 15
种。人工种植柠条后, 为植物创造了适于生长的空
间,以物种之间相互适应, 最大利用环境资源为基
础,改善了群落的内部环境,为新物种出现创造了有
利条件。禾本科植物的优势地位在封育草地上明显
强于放牧地天然草地, 原因可能是禾本科草类为牲
畜喜食,使天然草地常年超载放牧,而百里香作为草
地退化的指示植物保留下来, 并成为退化草地的优
势种,与李凤霞等 [ 13]结果一致, 即在家畜过度啃食
条件下,不耐牧的植物显著减少,导致退化草地由低
适口性耐旱耐牧的植物组成。
2. 2
封育与未封育区群落物种组成相似性分析
在 2种不同外界干扰的草地上, 共有植物 19
种,根据公式可知,人工柠条灌丛林下草地与放牧地
天然草地群落相似系数为0. 585,相似性程度不高,
与贾晓妮[ 14]等的研究结果一致, 说明与未封育的放
牧地相比,封育及人工种植柠条对群落影响较大,改
变了小生境,为新物种出现提供了良好环境,使物种
数增加了 1. 6倍, 增加程度高于仅采取封育措施而
未种植柠条的草地群落( 1. 38倍) ,也说明采用柠条稀
疏带状灌草立体配置对草地群落演替具有较大影响。
2. 3
封育与未封育区群落物种多样性


植物多样性恢复是退化生态系统恢复与重建的
重要内容与标志, 也是生态统重建的第一步[ 15] 。由
表 2可知,封育草地相对于未封育放牧地的物种多
样性发生了明显变化。物种丰富度指数( R)和多样
性指数 ( H ) ( Shannon
w inner 指数)均表现为封育
区> 未封育区,而均匀度指数( E)与之相反。其中,
2样地的 R、H 差异达显著水平( P< 0. 05) , 而 E 差
异则达极显著水平( P< 0. 01)。长期封育改善了群
落的内部环境,促进了新物种增加,使草地群落的物
种丰富度和多样性指数增加;同时,柠条稀疏带状灌
草立体配置对封育草地群落物种多样性提高也有较
大促进作用。柠条作为豆科植物, 其根瘤菌特有的
固氮能力能够改善土壤性质,为植物生长提供更多
的氮素。但是,新物种增加也改变了群落内物种的
分布状况,而且多数新物种增加表现在个体水平,并
非数目增加。初始新物种占据的空间较小,而未封
育放牧地群落的生境条件并无改善, 于是新物种出
现较少,物种数较稳定, 且分布较均匀, 因此其均匀
度指数大于封育草地。
2. 4
封育与未封育区群落数量特征分析
如表 3所示,封育草地与未封育放牧地群落的
数量特征比较:前者的平均高度显著高于后者( P<
0. 05) , 二者盖度差异不明显,而密度、生物量指标差
异均达极显著水平( P< 0. 01)。盖度相对于其它 3
种数量特征差异较小, 可能是因为未封育草地的优
势种为半灌木百里香, 以灌丛形式生长,具有较大盖
度,而封育区以禾本科植物为优势种, 盖度相对较
小,因此 2种草地群落在盖度上差异较小。
247
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报 第 17卷
表 1
封育与未封育区植物组成及其重要值组成变化
Table 1
Changes of plant com position and impo rtant value o f plant communit y in enclosed v s. non
enclosed ar eas
植物种类 Sp ecies






封育区 Enclosure 未封育区 Non
enclosure
本氏针茅 S tipa bung eana T rin. 57. 30 2. 79
大针茅 S tip a gran di s P. Smirn. 3. 62 5. 08
厚穗冰草 A gr op yr on d asystachys ( H ook. ) Scrib n. 2. 79 11. 11
香茅草 H ierochloe od or ata ( L. ) Beau v. 1. 29 1. 07
白颖苔草 Carex rig escens ( Franch . ) V. Krecz 5. 09 2. 04
糙隐子草 Cle istogene s squarr osa ( Trin . ) Keng 12. 81 1. 29
百里香 Th ymus mongol icu s Ronn . 1. 39 78. 47
阿尔泰狗娃花 H eterop app us al t ti cus ( W illd. ) Novopok r. 38. 24 16. 67
星毛委陵菜 Potenti l la acau li s L. 1. 68 19. 44
中华委陵菜 P otent il la chinensis Ser. 0. 81 2. 78
多裂委陵菜 Potenti l la mu lt i f ida L. 2. 11 3. 45
二裂委陵菜 Potenti l la bi f ur ca L. 19. 81 16. 67
铁杆蒿 Ar temisia sacrorum Ledeb. 4. 15 2. 62
冷蒿 A rtemisia f rigida Willd. 20. 88 0. 9
茵陈蒿 Ar temisia cap il lari es T hunb . 0. 32 3. 56
猪毛蒿 Ar temisia scopar is Waldst . et Kitag. 11. 40 2. 87
轮叶马先蒿 Pediculari s v ert i cil lata L. 0. 9 0. 61
秦艽 Gent iana mac roph yl la Pall. 0 2. 5
细叶远志 Polyg ala tenui f dia Willd. 5. 48 0
锥叶柴胡 Bup leur um bicaule H elm. 0 1. 11
鳞叶龙胆 Gent iana squar rosa Ledeb. 0 0. 96
直茎点地梅 And r osace er ecta Maxim. 9. 61 0
大花飞燕草 Delp hinium g rand i f r or um L. 1. 05 0
灯心草糙缀 Ar enaria j unc ea M. Bieb. 0. 53 0
香薷 Elsholz ia p atr ini ( Lepechin) Garck e 0. 07 0
紫花地丁 Viola p hi lip pi ca Cav. 0. 09 0
茜草 Rubia c or di f ol ia L. 0. 71 0
黄鼠草 S cor z oner a albic aul is Bun ge 1. 27 0
野胡麻 S esamum ind icum L. 0. 33 0
火绒草 L eontop od ium le ontop odioid es ( W illd. ) Beauv. 0 0. 39
祁州漏芦 Rhap onti cum uni f lorum ( L. ) DC. 1. 19 0
翻白草 Potenti l la d i scolor Bun ge 32. 96 9. 63
猪殃殃 Gal ium sp ur ium L. 1. 45 0
蒲公英 Tar ax acum mong oli cum Hand. – Mazz. 0. 47 0
直立黄芪 A st rag alus adsur g ens Pall . 3. 75 0
野葱 A ll ium chry santh um Regel 3. 39 0
黄花棘豆 Ox yt ropi s ochrantha T urcz. 5. 89 0
辩蕊唐松草 Thali ct rum p etaloideum L. 0. 83 0. 56
狗尾草 S etar ia v i rid is L. 3. 47 0
狭叶锦鸡儿 Caragana stenop hyl la Pojark . 3. 65 0
细叶马莲 Ir i s en sata T hunb . 1. 28 0
狼毒 Eup horbia f i scher iana S teud. 2. 76 5. 68
野韭菜 AL L ium tuber osum Rot tl . 3. 39 0
异叶败酱 Patrinia h ete roph yl la Bunge 0. 23 0
防风 Saposhnikov ia divari cata ( Tu rcz. ) Schisch k. 0 2. 36
物种总数 Total n umber of species 40 25
3
讨论与结论
3. 1
封育 17a后,封育的人工灌丛林下草地与未封
育的放牧地相似性系数为 0. 585, 相似程度不高。
前者的植物种类在后者的基础上增加了 60%, 物种
数的增加说明群落类型发生了较大变化。在封育草
地上,以禾本科的植物为优势种。禾本科草类富含
碳水化合物和纤维素, 营养价值高, 多数为家畜喜
食,是草原植被中最重要的经济类群 [ 16] , 其增加说
明退化的草地得到了一定程度的恢复; 而在未封育
的草地上,不论优势物种还是伴生种,均为药用价值
大于饲用价值,多数具有特殊气味, 牲畜不喜食, 原
因是在长期放牧压力下,牲畜的选择性采食造成的。
248
第 2期 韩天丰等:人工柠条灌丛林下草地植物群落特征研究
表 2
封育与未封育区群落多样性变化
Table 2
Changes of species diver sity of plant community
in enclosed vs. non
enclo sed areas
样地
Sampling plo t
丰富度指数
Richness index
物种多样性指数
Diversit y index
均匀度指数
Evenness index
R H E
封育 Enclosure 4. 814
0. 228 2. 740
0. 076 0. 398
0. 101
未封育 Non
enclosure 3. 496
0. 231 1. 567
0. 039 2. 541
0. 066
F 16. 387 1. 854 1. 033
P 0. 037 0. 012 0. 001


注: P < 0. 05表示差异显著, P< 0. 01表示差异极显著;下同
Note: P < 0. 05 or P< 0. 01 represents the s ignifi cant diff erence
or ext reme signif icant dif f erence; same as below
表 3
封育与未封育区群落数量特征
Table 3
Quantitative traits of the communit y in
enclosed v s. non
enclo sed areas
样地
Sampling plot
平均高度
Plant height
cm
盖度
Coverage
%
密度
Densit y
no. o f plant
生物量
Aboveground biomass
kg hm- 2
封育 8. 88
9. 43 29. 48
3. 45 52. 77
13. 28 236. 69
99. 92
Enclosure
未封育 4. 75
0. 93 28. 62
11. 43 21. 31
6. 08 64. 67
14. 11
Non
enclosure
F 6. 611 0. 180 162. 25 101. 699
P 0. 012 0. 673 0 0
3. 2
封育草地的物种丰富度、多样性指数均大于未
封育草地,而均匀度指数的变化相反,这些指数研究
从不同方面反映了群落信息变化。周志宇等 [ 17] 研
究阿拉善荒漠草地恢复演替过程中物种多样性与生
产力的变化,结论与本文相似,即引起围封的人工灌
丛林下草地群落物种多样性增加的主导因子是物种
丰富度的增加。李树苹[ 18] 的研究表明柠条生命力
强,抗干旱,耐贫瘠, 根系发达,多分枝且株丛密度较
大,具有强大的抗风蚀作用; 另外, 安韶山等[ 19] 通过
对黄土丘陵区柠条改良土壤作用的研究认为, 人工
种植柠条后,土壤中有机质、速效氮和速效钾的含量
显著提高,脲酶和磷酸酶的活性也有不同程度地增
加, 18年生林地的 0~ 20 cm 粘粒含量土层较 8 年
生林地高出 62. 34 g/ kg。从而说明通过封育与人
工种植柠条相结合,能够极大地改善草地群落的小
生境,为新物种出现提供良好环境。
3. 3
封育后地上生物量也发生了变化,地上总生物
量为封育草地> 未封育草地, 后者仅为前者的
27. 32%。封育后,不仅外界对于群落的干扰减小,
而且柠条种植增加了土壤有机质和全氮含量, 起到
了培肥地力的作用 [ 20] , 有利于植物生长,使群落生
物量具有较大程度的提高。封育区的平均高度是未
封育区的 1. 87倍,平均盖度为 1. 03倍,平均密度为
2. 48 倍, 平均生物量为 3. 66倍, 该结果与周志宇
等[ 2 0]关于生产力提高有利于植被保持较高的盖度、
高度和密度的观点一致。
3. 4
封育的人工柠条灌丛林下草地的平均均匀度
指数( E )为 0. 398,与一般稳定群落的均匀度指数差
距较大[ 17] ,说明该群落的植被状况虽有一定程度的
恢复,但仍未达到演替的稳定阶段,此时群落中种间
竞争激烈,群落结构脆弱, 抗外界干扰能力极有限。
因此,要巩固其恢复效果并保证恢复演替顺利进行,
应尽量减少外界因素的影响。对于退化严重的放牧
地,需及时采取相应的措施进行保护,以免其生境继
续恶化,最终对周围植被群落的生存和发展造成不
利影响。
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