全 文 ：第20卷 第4期
Vol.20 No.4
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 7月
Jul. 2012
不同恢复措施对西藏安多高寒退化草地植被的影响
孙 磊1,王向涛1,魏学红1,杨晓梅2,武高林2*
(1.西藏农牧学院动物科学学院,西藏 林芝 860000;2.西北农林科技大学
中国科学院水利部水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西 杨凌 712100)
摘要:为探讨不同恢复措施条件对草地植被特征、地下生物量、地下种子库以及多样性等方面的影响,在西藏安多
典型退化草地进行围栏,并选用细茎冰草(AgpoyrontrachyeaulunL.)、垂穗披碱草(ElymusnutansGriseb)、无芒
雀麦(BromusinermisLayss)和冷地早熟禾(PoacrymophilaKeng)4种牧草,在围栏内进行免耕补播的试验研究。
结果表明:经过免耕补播和围栏封育后,草地植物高度、盖度、产量均有不同程度的提高;植物多样性有少量增加,
植被优势种差异较显著;植物群落地下生物量变化幅度较大,特别是经过围栏和补播的草地,其0~10cm地下生
物量增加明显;此外,土壤种子库测定表明,围栏和补播试验地种子总数明显高于围栏外,增加的种子数主要分布
在0~5cm的土层中。
关键词:高寒退化草地;恢复措施;地上-地下植被特征
中图分类号:Q948.156;S812 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)04-0616-05
EffectsofRestorationMeasuresonVegetationFeaturesofAlpine
DegradedGrasslandofAmdoCountyinTibet
SUNLei1,WANGXiang-tao1,WEIXue-hong1,YANGXiao-mei2,WUGao-lin2*
(1.AnimalScienceTechnologyDepartmentofTibetAgricultureandAnimalHusbandryColege,Linzhi,Tibet860000,China;
2.StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingontheLoessPlateau,InstituteofSoilandWaterConservationof
ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources/NorthwestA&FUniversity,Yangling,ShaanxiProvince712100,China)
Abstract:AgpoyrontrachyeaulunL.,ElymusnutansGriseb,BromusinermisLayssandPoacrymophila
Kengwerereseededinfencedareasusingno-tilage.Vegetationheight,coverageandgrassyieldwere
studiedinordertorevealtheeffectsofdifferentrestorationmeasuresforvegetationcharacters,under-
groundbiomass,seedbankanddiversityofAmdoinatypicaldegradedmeadowinTibet.Resultsshowed
thatvegetationheight,coverageandgrassyieldimprovedafterno-tilagereseededandfenced.Plantdiver-
sitiesincreasedslightlywhilethereweresignificantdifferencesamongdominantspecies.Further,changes
wereseeninundergroundbiomassofplantcommunities.Biomassof0~10cmsoillayerascendeddramat-
icalyafterfencedandreseeded.Additionaly,thenumbersofseedsinbothfencedandreseededplotswere
greateroutsidethefenceanddistributedmainlywithin0~5cmsoillayer.
Keywords:Alpinedegradedgrassland;Restorationmeasures;Vegetationfeatures
草原是地球最主要的生态系统之一,对全球生
态环境和生物多样性保护具有重要作用。我国是草
原大国,拥有各类天然草地近4亿hm2,居世界第2
位,天然草地面积占国土面积的41.7%,是我国面
积最大的绿色生态屏障。近几十年来,由于对生态
环境的掠夺性开发和全球变暖的双重影响,使草地
原有生态系统遭到严重破坏[1],我国90%的天然草
地正在不同程度地退化,中度到重度退化面积近
1.8亿hm2[2],部分地区甚至出现了沙化的趋势,从
根本上制约了社会经济的发展,同时给依赖于天然
草地植被而存在发展的自然生态系统和社会经济系
统的安全埋下了隐患。
收稿日期:2011-12-27;修回日期:2012-03-11
基金项目:教育部人文社会科学研究项目基金(09YJC840032);国家自然科学基金项目(30860061);科技部农业科技成果转化资金项目
(2010GB2F400453);国家社科基金(XZ1121)资助
作者简介:孙磊(1978-),男,江苏徐州人,讲师,学士,主要从事西藏草地生态方面的教学与科研工作,E-mail:xizangsunlei@163.com;*通
信作者 Authorforcorrespondence,E-mail:gaolinwu@gmail.com
第4期 孙磊等:不同恢复措施对西藏安多高寒退化草地植被的影响
据2003年统计,西藏自治区退化草地面积共
250.38万hm2,其中那曲地区退化草地面积最大,
达133.77万hm2,占西藏自治区退化草地总面积的
47.80%[3]。在草地的退化过程中,草地植被覆盖减
少,生产力下降,物种多样性降低[4],土壤养分流失,
草地作为陆地植被保持水土的能力下降[5-6],进而导
致大面积的草地荒漠化。尽管对退化草地生态系统
恢复的研究有许多报道[7-10],但在海拔4700m的安
多县进行草地植被恢复的研究较少。本试验选在西
藏那曲地区安多县帕那草原具有代表性的退化草
地,对围栏封育及免耕补播在植被恢复中的作用进
行了研究,在比较不同方法之间的差异性基础上,更
好的了解高寒草地群落的演替过程,从而制定出较
为合理的植被恢复方案,最终为合理利用提供科学
依据[10]。
1 研究方法
1.1研究区域概况
藏北地区处于青藏高原西北部,自然环境条件
极其严酷,其所在的草地类型是西藏草地类型的主
体,具有比较广泛的代表性[11]。退化草地恢复试验
点设在那曲地区安多县帕那草原,位于E91°40′、N
32°21′,海拔4672m,地势平坦,属高原大陆性气候,
年平均气温-3.0℃,7月平均气温为7.9℃,1月平
均气温为-15.0℃,>0℃的积温仅为846℃,>0℃
的日数仅有152d。即使是一年中温度最高的7月
也常有<0℃的低温出现,因此没有绝对无霜期。年
降雨量为409.0mm,多地形雨,频繁少量,集中在6
-9月,约占年降雨量的87.9%。年蒸发量1809
mm,为降水量的4.3倍。年相对湿度为48%,年大
风(风速≥17m·s-1)天数达139d。最大积雪厚度
达20cm,年平均冰雹日数26.8d,雪暴日数64.4
d。土壤为高山荒漠草原土,腐殖质积累作用微弱,
表层薄而色淡,有机质含量低于8g·kg-1,全氮含
量普遍低于0.7g·kg-1,淋溶作用弱,土壤表层有
CaCO3 积聚趋势,地表出现孔状结皮,反映了漠土
形成过程的雏形特征,通体呈强碱性反应,草地植被
稀疏,草质差、易沙化[12],主要组成物种为矮蒿草
(Kobresiahumilis)、小蒿草(Kobresiapygmaea)、
垂穗披碱草(Elymusnutans)和紫花针茅(Stipa
purpurea)等。
1.2 试验设计
围栏试验:2003年4月采用刺铁丝网在安多县
北部河滩阶地围栏,围栏面积20000m2(200m×
100m)。围栏封育后作为围封样地,围栏外草地作
为对照样地,围栏内草地禁牧[13]。
补播材料及方法:在围栏草地内,于2003年6
月初进行播种,按2m×5m的面积设置样地,用铁
锹划破草皮开沟(沟深3cm,行距20cm)播种细茎
冰草(AgpoyrontrachyeaulunL.)、垂穗披碱草、无
芒雀麦(BromusinermisLayss)和冷地早熟禾(Poa
crymophilaKeng)4种牧草,播种量分别为3,5,8
和1g·m-2,播后覆土镇压保墒,避免被风吹走,同
时设置未补播样地作为围栏封育对照区(仅围栏封
育),每个样地重复3次。围栏外正常放牧作为对照
进行对比试验。
1.3 调查方法
草地群落:采用样方法,在每个样地内用系统取
样法选取5个1m×1m样方,用目测法确定群落
总盖度及每种植物的分盖度,用直尺测量每种植物
10株的高度求平均值。将其地上绿色部分分为禾
本科、豆科、莎草科、杂类草,齐地面刈割并分别存放
于布袋中,带回实验室阴干称量其干重。
地下生物量测定:在地上群落调查的相应位置,
采用土钻法(直径8cm),取地下0~25cm层内根样,
每5cm分层取样,共计3个重复。将样品中的土壤
及沙粒等杂物洗净,把根样阴干至恒重,称其干重。
土壤种子库的测定:在每个试验小区内取样,样
方为0.1m×0.2m,分层取样至25cm,每层5cm,
重复3次,混合装袋带回,去除石砾草根后,采用室
内萌发试验辨别植物种类,按照草地植物经济类群
进行分类并统计数量。
1.4 数据处理
采用Excel2003和SPSS13.0进行数据处理
和统计分析。
2 结果与分析
2.1 植物群落变化
植物群落的物种组成是决定草原群落性质、结
构和功能的重要指标。通过2004年对安多试验地
草地植被种类调查表明(表1),经过围栏和补播草
地植物种类明显增加,其中围栏内对照区比围栏外
植物种类增加22%,围栏内各试验地毒草种类均比
围栏外减少50% 以上。从各试验地优势植物看,除
716
草 地 学 报 第20卷
补播植物外,补播试验地植物种类较围栏外草地没
有明显变化,均为紫花针茅、矮火绒草、矮嵩草,但围
栏内对照区这几种植物明显增加,这说明补播对原
生优势植物有一定的抑制作用。
表1 安多草地围栏内外各试验地植物种类
Table1 VegetationspeciesofexperimentalareasinAmdograssland
序号
No.
细茎冰草区
Agpoyron
trachyeaulunL.plot
垂穗披碱草区
Elymusnutans
Grisebplot
无芒雀麦区
Bromusinermis
Layssplot
冷地早熟禾区
Poacrymophila
Kengplot
围栏内对照区
Insidefence
CKplot
围栏外
Outsidefence
plot
物种
Species
株/丛数
Individuals
/Clusters
物种
Species
株/丛数
Individuals
/Clusters
物种
Species
株/丛数
Individuals
/Clusters
物种
Species
株/丛数
Individuals
/Clusters
物种
Species
株/丛数
Individuals
/Clusters
物种
Species
株/丛数
Individuals
/Clusters
1
细茎冰草
At
43
垂穗披碱草
En
62
无芒雀麦
Bi
56
冷地早熟禾
Pc
39
矮嵩草
Kh
14
矮嵩草
Kh
8
2
紫花针茅
Sp
16
紫花针茅
Sp
12
紫花针茅
Sp
10
紫花针茅
Sp
12
紫花针茅
Sp
38
紫花针茅
Sp
13
3
梭罗草
Kt
2
梭罗草
Kt
1
梭罗草
Kt
1
梭罗草
Kt
3
梭罗草
Kt
4
冰川棘豆
Og
5
4
矮火绒草
Ln
22
矮火绒草
Ln
13
矮火绒草
Ln
17
矮火绒草
Ln
19
矮火绒草
Ln
30
矮火绒草
Ln
21
5
垫状点地梅
At
1
金露梅
Pf
1
垫状雪灵芝
Ab
1
垫状点地梅
At
1
垫状点地梅
At
1
金露梅
Pf
3
6
矮嵩草
Kh
13
矮嵩草
Kh
16
矮嵩草
Kh
16
矮嵩草
Kh
9
金露梅
Pf
3
二裂委陵菜
Pb
1
7
冰川棘豆
Og
1
二裂委陵菜
Pb
4
二裂委陵菜
Pb
3
小叶棘豆
Om
1
冰川棘豆
Og
2
高山嵩草
Kp
16
8
垫状雪灵芝
Ab
1
班戈毛茛
Rb
3
高山嵩草
Kp
21
二裂委陵菜
Pb
4
二裂委陵菜
Pb
1
小叶棘豆
Om
1
9
二裂委陵菜
Pb
2
高山嵩草
Kp
25
其他
Other
4
高山嵩草
Kp
18
班戈毛茛
Rb
2
其他
Other
3
10
班戈毛茛
Rb
1
其他
Other
5
冰川棘豆
Og
1
其他
Other
1
高山嵩草
Kp
23
11 高山嵩草Kp 7 其他Other 1
12 其他Other 3
At:Agpoyrontrachyeaulun,En:Elymusnutans,Bi:Bromusinermis,Pc:Poacrymophila,Kh:Kobresiahumilis,Sp:Stipapurpurea,Kt:kongyilia
thorodiana,Or:Oxytropisglacialis,Ln:Leontopodiumnanum,At:Ancndrosacetapete,Pf:Potentillafruticosa,Ab:Aronariabryophylia,Pb:Potentillabi-
furca,Om:Oxytropismicrophylla,Rb:Ranunculusbanguoensis,Kp:Kobresiapygmaea
2.2 围栏和免耕补播对草地的影响
经围栏和免耕补播后的各小区从高度、盖度、干
草产量方面,均有不同程度提高(表2),其中细茎冰草
区、垂穗披碱草区、无芒雀麦区、冷地早熟禾区和围栏
内对照区分别比围栏外草地高度平均提高28.3%,
46.2%,47.8%,37.0%,63.0%,盖度平均提高35.2%,
53.8%,41.8%,42.9%,41.8%,干草产量平均提高
17.2%,58.6%,53.4%,39.7%,13.8%。围栏内对照区
草地平均高度最高,可能的原因是其中的紫花针茅数
量多,系原生草种,适应性较好。4种免耕补播区中,垂
穗披碱草和无芒雀麦在草地高度、盖度、干草产量方面
表现较好,说明披碱草属牧草在高原上具有较强的适
应性。然而,经调查发现,补播第2年,随着补播牧草
经过一个冬天的生长,草地平均盖度和干草产量比第
1年要降低。因此安多县极其严酷的生境是造成免
耕补播牧草越冬困难和鲜草产量下降的主要原因,
这与魏学红等的[11]研究结果一致。
2.3 围栏内外地下生物量比较
地下生物量是指存在于地下的植物根茎生物量的
总和,是草原生态系统生产力的重要组成部分[14]。对
试验区地下生物量的研究表明(表3):植物群落的地下
生物量呈现出“T”形分布的特点,即各层生物量从上到
下逐层递减,且集中在0~10cm的土层中。通过短期
围栏或免耕补播,藏北高寒退化草地0~10cm范围内
的地下生物量显著增加,细茎冰草区、垂穗披碱草区、
无芒雀麦区、冷地早熟禾区、围栏内对照区分别是围栏
外草地的1.39倍、1.60倍、1.45倍、1.23倍和1.49倍;
6个试验地0~10cm的地下生物量分别占其地下总生
物量的74.72%,77.39%,75.59%,73.89%,66.12%
和66.38%,与已有的研究结果差别不大[15]。地下生物
量的增加对提高该区植物抗逆性等有重要作用,由图1
可知,各处理地下生物量均有显著增加,其中以垂穗披碱
草试验区的地下生物量为最大,达到461.28g·m-2,其
次为围栏内对照区,生物量为430.16g·m-2。
816
第4期 孙磊等:不同恢复措施对西藏安多高寒退化草地植被的影响
表2 不同试验区草地高度、盖度及产量特征
Table2 Height,coveragedegreeandhayyieldofgrasslandindifferentexperimentalareas M+SD
补播小区
Overseedingplot
时间
Time
高度
Height/cm
盖度
Coverage/%
干草产量
Haygrassyield/g·m-2
细茎冰草区
AgpoyrontrachyeaulunL.plot
2003.8 12.6±1.230 70±7.527 152±10.328
2004.8 11.0±1.067 53±9.626 120±22.860
垂穗披碱草区
ElymusnutansGrisebplot
2003.8 14.3±2.448 80±4.690 208±39.324
2004.8 12.6±0.931 60±4.320 160±10.832
无芒雀麦区
BromusinermisLayssplot
2003.8 14.1±1.098 76±4.082 196±22.388
2004.8 13.1±1.581 53±6.271 160±14.604
冷地早熟禾区
PoacrymophilaKengplot
2003.8 12.6±0.577 74±2.944 164±8.000
2004.8 12.6±1.110 56±5.715 160±15.660
围栏内对照区
InsideCKplot
2003.8 9.0±1.283 43±5.477 120±14.964
2004.8 21.0±2.654 56±5.477 136±23.776
围栏外对照区
OutsideCKplot
2003.8 8.2±1.009 43±5.715 104±7.300
2004.8 10.2±1.547 48±5.715 128±11.772
表3 各试验区不同土层地下生物量
Table3 Belowgroundbiomassofdifferentsoildepthintestedareas M+SD/g·m-2
根系分层
Root
depth/cm
细茎冰草区
Agpoyron
trachyeaulunL.plot
垂穗披碱草区
Elymusnutans
Grisebplot
无芒雀麦区
Bromusinermis
Layssplot
冷地早熟禾区
Poacrymophila
Kengplot
围栏外
Outside
fenceplot
围栏内
Inside
fenceplot
20~25 35.9±10.081b 35.35±7.655c 40.60±5.912bc 34.30±7.898c 46.25±6.129c 37.01±10.941b
15~20 29.45±6.810b 28.18±8.598c 32.71±9.854c 33.59±15.990c 28.74±7.711bc 49.51±2.265c
10~15 36.22±4.642b 40.75±15.151c 28.34±9.625c 25.08±9.030c 22.69±9.975b 58.11±11.951c
5~10 63.76±3.198b 66.47±14.751b 63.68±9.658b 60.74±4.027b 52.38±13.436b 61.61±7.204b
0~5 236.49±55.313a 290.54±21.870a 251.14±36.861a 202.18±18.262a 138.27±10.965a 223.92±18.831a
注:不同的字母代表不同深度间差异显著(P<0.05)
Note:Differentlowercasemeanssignificantdifferenceamonglayers(P<0.05)
图1 各试验区0~25cm地下生物量
Fig.1 Belowgroundbiomasswithin0~25cmsoildepthamongdifferentexperimentalareas
2.4 不同试验地土壤种子库变化情况
土壤种子库是植被天然更新的物质基础[16],土
壤种子库中的种子能够直接参与地上植被的更新和
演替,研究土壤种子库的组成、动态以及它在植被恢
复和演替中的作用,将有助于对高寒草地尤其是退
化草地的管理,有助于在草地恢复和重建方面采取
正确有效的恢复治理措施[17]。
对研究区域土壤种子库的研究结果表明(表
916
草 地 学 报 第20卷
4),短期改良草地对5cm以下的土壤种子库影响不
大,经过处理的试验地土壤种子库的增加主要集中
在0~5cm土层内,且主要以禾本科为主。以垂穗
披碱草区为例,该区种子数最多,是围栏外的1.64
倍,但0~5cm 的禾本科种子占增加种子数量的
40%以上。
表4 围栏内外土壤种子库分布情况
Table4 Distributionofsoilseedinsideandoutsidefence
处 理
Treatments
土壤深度
Soildepth
/cm
豆科类
Leguminous
/grain·m-2
莎草科类
Cyperaceae
/grain·m-2
禾本科类
Gramineae
/grain·m-2
杂类草
Sedges
/grain·m-2
合计
Total
/grain·m-2
细茎冰草区
AgpoyrontrachyeaulunL.plot
0~5 102.1 129.4 363.1 67.0 661.6
5~10 120.4 143.8 4.2 36.1 304.5
10~15 64.3 36.0 - 28.0 128.3
垂穗披碱草区
ElymusnutansGrisebplot
0~5 115.4 104.8 542.2 57.6 820.0
5~10 131.2 122.7 6.5 42.1 302.5
10~15 91.0 44.3 - 26.5 161.8
无芒雀麦区
BromusinermisLayssplot
0~5 92.4 133.3 473.6 35.0 734.3
5~10 124.1 111.4 - 34.5 270.0
10~15 56.7 26.5 - 53.1 136.3
冷地早熟禾区
PoacrymophilaKengplot
0~5 94.3 152.6 213.2 148.8 608.9
5~10 136.9 58.7 - 64.5 260.1
10~15 100.2 12.0 - 41.2 153.4
围栏内对照
InsideCKplot
0~5 266.7 183.3 27.6 66.7 533.3
5~10 116.7 66.7 - 33.3 216.7
10~15 83.3 133.3 - 50.0 266.7
围栏外对照
OutsideCKplot
0~5 183.3 16.7 16.7 166.7 383.3
5~10 183.3 - - 50.0 233.3
10~15 133.3 - - 33.3 166.7
3 讨论与结论
3.1 围栏后可显著提高高寒退化草地的生物多样
性、植被盖度、土壤种子库种子数、地下生物量和地
上生物量,这与扎西文毛等[18]的研究结果一致,对
保护和恢复高寒草地具有明显作用。
3.2 免耕补播后可显著提高草地有益草类地上生
物量,植物覆盖度明显增加,提高了草地生产能力,
改善了草地的质量,使草地向良性方向发展。其中
以垂穗披碱草效果最好,其次为无芒雀麦。天然草
地进行免耕补播措施简单易行,见效快,牧草免耕补
播技术能够使草地的植被种类成分、草地的覆盖度
和植物地上及地下生物量都有明显的提高。
3.3 通过禁牧封育改良退化草地,能使严重退化的
草地得以休养生息,使其能够进行自然恢复。就整
体而言,围栏内免耕补播恢复效果比单纯围栏要好。
3.4 通过对土壤种子库测定表明,围栏和补播试验
地种子总数明显高于围栏外,增加的种子数主要分
布在0~5cm的土层中,增加的种子主要以禾本科
为主,且增加幅度占增加种子数的40% 以上。
参考文献
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(责任编辑 刘云霞)
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