退化草地生态修复技术试验研究_叶瑞卿

第29卷第2期家畜生态学报Vo l.29No.2 2008年3月Acta Ecologiae A nimalis Dom astici M ar.2008退化草地生态修复技术试验研究＊
叶瑞卿1,黄必志1＊,袁希平1,龙绍武2,陈庆敏2,樊心逵2
(1.云南省肉牛和牧草研究中心,云南昆明　650212;2.宣威市畜牧局,云南宣威　655400)
[摘　要]　采用草地生态学、恢复生态学、农业栽培学、畜牧学等多学科理论,应用宏观与微观
相结合的方法,对退化草地的生态修复重建技术进行了系统研究。

试验研究结果表明:围栏封
育、施肥、松土补播均是退化草地修复的有效措施,封育使草地四度一量分别提高1.97倍、
1.18倍、3.31倍、5.11倍、1.85倍;施肥使草产量提高21.62%～80.00%;补播提高5.40%～
62.16%,退化草地修复后优良植物群落、营养成份明显提高,植物多样性、丰富度、均匀度明显
改善,土壤侵蚀量仅为对照草地的13.46%～33.99%。

[关键词]　退化草地;生态修复;植物多样性;营养成份;水土保持
[中图分类号]　S811.5 [文献标识码]　A [文章编号]　1004-5228(2008)02-0081-12
草地是地球最重要的绿色覆盖物,它在地球物质和能量循环中起着重要作用,同时也对生物进化、国家兴衰、社会经济发展、建立人与自然和谐生态社会等都有着十分重要的作用[1-4]。

草地是由气象、土壤、植物、动物、微生物等因子组成的复杂生态系统,系统的演替方向主要取决于各因子的变化及因子间的相互作用。

在草原生态系统中,气象和土壤因子是决定植物的直接关键因子;植物、动物、微生物三者相互依存,相互制约,反作用于土壤和气候[5,6]。

由于当今世界人口的骤增(从1830年10亿增至2005年的65亿),人这一特殊动物对草原的演替起了决定性的作用,为了解决生存问题,人们被迫大量开垦草地,增加牲畜数量,致使草地不堪重负,普遍出现了产草量下降、可食牧草减少、地表裸露、水土流失加剧、土壤理化状况日趋恶化,进而导致全球气候变暖,沙尘暴频繁发生等惩罚人类的恶性事件[7,8]。

我国人口占全球人口的22%,国土面积仅占地球陆地面积的6.42%,巨大的生存压力使我国的草地退化更为突出。

所以,保护草地,维护人类良好生态环境的工作越来越显得重要和迫切。

云南省位于祖国西南,总面积39.4万Km2,其中山地和丘陵占94%,有草地0.15亿hm2,可利用面积0.12亿hm2,占土地总面积的39.93%,有各种草原植物199科、1404属、4958种,占云南高等植物1.4万种的35.41%,有饲用植物3200多种。

草原面积居南方14省区之首。

天然草地不仅是云南省草食牲畜最主要的饲料供给基地,更是云南省社会经济和谐发展最重要的生态屏障。

近年,随着云南省人口的不断增加,人类频繁的活动使素有“植物王国、动物王国”之称的云南出现了严重的草地退化,生态平衡失调,水土流失也越来越严重,有的地带出现了宽几十米的侵蚀沟,在山区和半山区村庄周围裸露的沙坡、荒坡地面积不断扩大。

根据有关调查统计资料,2000年云南省草原退化面积已占可利用草原面积的93.4%,其中严重退化的占37.7%,一般退化的占40.2%。

全省沙化面积已达8万多hm2,水土流失面积高达14.6万km2,占全省总面积的37%[9,10]。

草地资源的过度消耗,使草地生态功能大大削弱,生态环境日趋恶化,自然灾害频繁发生,因草地退化引发的生态问题越来越成为制约云南省社会经济可持续协调发展的大问题[11,12]。

本研究紧密结合云南省天然草原恢复与
＊[收稿日期]　2007-09-05
[基金项目]　云南省科技计划“人才培引”项目资助(2003RC05)。

[作者简介]　叶瑞卿(1955-),男,云南宣威人,高级畜牧师,主要从事草地畜牧业科研及推广。

　＊　[通讯作者]　黄必志(1961-),男,研究员,博士,主要研究方向:农业生态。

建设的需要,针对目前草地使用中存在的问题,开展瞻前研究,通过试验总结建立适应云南省实际的草地修复技术措施,以期能为云南省长期艰巨的草原恢复建设工作提供理论依据和实践示范[13,14]。

1　材料与方法
1.1　试验区概况
试验区位于宣威市板桥镇,海拔1900～2800m,年均降雨量881m m,日照时数1871h,无霜期243d,年均气温14.1℃,成土母质为玄武岩红壤,表层红壤土厚10～25cm,pH值为5.7。

草地类型主要为山地灌草丛类和山地草甸类。

优势种以禾本科草类为多,如白茅(Im perata cy lindrical L.)、黑穗画眉草(Eragrostis nigra)、细柄草(Caplillipedium parv i f lorum(R.Br)stap f),有豆科饲用灌丛白刺花(Sop lhara v ici folia H ance)等。

草地中杂害草较多,主要有翻百叶(Potentilla discolor)、金丝桃(H y pericum japonicum Thunb.exmurray)等,整个草地呈现明显的退化特征。

1.2　试验设计
试验小区设在代表性较强的山地灌草丛类退化草地中。

综合设置围栏封育、松土、补播、施肥、对照等试验,每个试验小区面积为3m×20m,采用随机区组排列,3次重复。

对照样地(CK)设在围栏外,不加任何管理,按试验前状态利用;围栏封育试验(CK1)不施加任何处理,保持草地自然状态;补播修复试验采取浅耕和划破草皮两种地面处理方法,在浅耕区中从最底端沿长边取2m宽,3m长的小区,以后每隔3m再取同样的小区,共取4条,4条小区分别种不同比例的混播草种,混播草种分别是安巴鸭茅(Dacty lis g lomerata cv.Anba)和海法白三叶(Tri folium repens cv.Hai f a),播种量分别为(安4.5+白4.5)kg/hm2、(安7.5+白7.5)kg/ hm2、(安15+白7.5)kg/hm2、(安15+白15)kg/ hm2,依次记作C+L4.5+G4.5、C+L7.5+G7.5、C+ L15+G7.5;C+L15+G15;而其余地方仍保持原生草地。

划破草皮小区中4条小区分别种不同播种量的单播草种,单播草带补播白三叶,播种量分别15kg/ hm2、12kg/hm2、7.5kg/hm2、4.5kg/hm2分别记作L15、L12、L7.5、L4.5。

施肥试验参照联合国粮农组织在农业上通用的氮磷钾肥高、中、低三水平试验,即氮肥按0、75、225kg/hm2,磷肥按0、120、420kg/ hm2,钾肥按0、75、225kg/hm2施用[15]。

各小区边缘用砖加塑料薄膜隔离,以防止小区之间径流互相混流,每一小区底部设一径流收集池,池内铺设塑料薄膜,内置容积为30L的塑料桶一只,一般降雨产生的径流即可由桶承接,如径流多,桶满后溢到坑内亦可测定,坑上面用1.2m×1.2m的盖子覆盖。

1.3　测定内容及方法
1.3.1　试验前后草地“四度一量”测定[16-18]
(1)盖度:指植物群落总体或各个种的地上部分以垂直投影面积与取样面积之比的百分数。

用样点法测定,取样面积1×1m2,在样方内每隔10cm 测一个点,每个样方测100个点。

重复三次。

(2)频度:指种在群落中分布的均匀程度。

用0.1m2的样圆(直径35.6cm),走遍调查样地,随机抛50次,计算每一个种在该群落中出现的百分数。

(3)高度:在样地中出现的每一个种,随机取10株,测量高度并计算平均值,作为每种植物的高度。

(4)密度:指单位面积中某种植物的平均株数。

用0.5m2样方测定。

(5)地上生物量:于每年10月随机取1m2的样方,齐地面刈割,称其鲜重,取样烘干后称干物质重,计算每hm2产量。

1.3.2　群落中主要植物的重要值(IV)测定[16,17]　种在群落中所起作用和所占地位的重要程度叫重要值(IV)或优势度(SDR)。

各个种的重要值按下式计算:
IV=(C′+F′+D′+W′+H′)/5
C′=C/maxC;F′=F/max F;D′=D/m ax D;
W′=W/maxW;H′=H/max W。

式中:C′、F′、D′、W′、H′-相对盖度、相对频度、相对密度、相对生物量、相对高度。

C、F、D、W、H-盖度、频度、密度、地上生物量、高度。

将重要值大于60%的种认作优势种。

1.3.3　群落多样性指数(Dive rsity index)测定[16,18]　群落的种及其个体数量的多少体现一个群落在种的结构上的复杂程度,把这种复杂程度用数学式来表达称为多样性系数。

因为环境质量的好坏、群落的饲用价值、群落演替的进展性与稳定性常与群落的多样性呈正相关,故在实践中可用其作为评价环境质量和比较资源丰富与否的指标,也可作测定群落演替阶段中演替方向、速度和稳定程度的指标。

H′=-΢(P i lnP i)
H′为多样性指数,P i=N i/N,N为样地中所有种的重要值的总和,N i为样地中第i个种的重要值。

1.3.4　群落均匀度指数测定[16,18]　指群落中种及其个体按比例分布的均匀程度,其公式为:
82畜生态学报第29卷
J=H′/1nS
J为均匀度指数,H′为多样性指数,S为群落中的物种数。

1.3.5　丰富度指数(M argalef′s index)测定
Dm=(S-1)1nN
Dm为丰富度指数,S为种数,N为样地中所有种的个体数。

1.3.6　相似性指数(So rensen)测定[16,18]
I=2e/(a+b)
I为相似性指数,e为两个对比群落(样地)中的共有种数,a和b分别为两个群落(样地)中各自所包含的物种数。

表1　退化草地施肥试验测产结果
T able1　T he results of depleted gr assland by applying fertilizer s
肥料Fe rtilizer
施肥量
Fe rtilizers amount
地上生物产量(t/h m2)Biomass
I II III平均A ve rage
尿素U rea
04.03.84.24.0 755.65.85.45.6 2257.26.97.47.2
钙镁磷Ca、M g、P
03.63.73.93.7
1204.64.95. 42 .9
4206.76.36.86.6
硫酸钾K2SO4
03.94.03.23.7 754.34.54.74.5 2255.25.35.75.4
差异显著性Difference N肥:F=157.419,P<0.01,L SD0.01=0.18t;
P肥:F=102.018,P<0.01,LSD0.01=0.20t;
K肥:F=21.70,P<0.01,L SD0.01=0.26t;
表2　草地封育修复前后四度一量测定表T able2　T he statistical re sults o f fencing with fo ur treaments
处理T reaments年份Yea r
自然草地(对照CK)Co mpa risio n围栏封育Fencing
I II III平均Av erag e I II III平均A ver age
密度De nsity (株/m2)2003350480750526.71230234034502340.0 20044306701250783.31345245026802158.3 20055808201342914.01860234521302111.7
盖度Co verag e (%)200325354033.385909088.3 200435455043.395909894.3 200550555051.7100989597.7
高度Heig ht (cm)200312151313.345655555.0 200415201817.750708568.3 200520251520.0909510596.7
频度F requency (%)20038756.745605553.3 20041210810.040656055.0 20051512912.060687567.7
生物量Bio mass (kg/hm2)20032500185020502133.36530732069506933.3 20041800210023402080.05840643087607010.0 20053040284038503243.36350764078507280.0
差异显著性Difference 1.密度:F=20.268,P<0.01,LSD0.01=281.05株;
2.盖度:F=36.305,P<0.01,LSD0.01=6.563%;
3.高度:F=11.608,P<0.01,LSD0.01=13.113cm;
4.频度:F=53.268,P<0.01,LSD0.01=
5.333%;
5.产量:F=40.619,P<0.01,LSD0.01=570.2kg。

83
2期 叶瑞卿等:退化草地生态修复技术试验研究
1.3.7　植物营养成分测定[19]　用营养测定常规分析法测定各试验处理的牧草营养含量。

1.3.8　地表径流量和土壤侵蚀量测定[20,21]　每次降雨后,于当天或第二天用容积法进行测定。

桶内加塑料坑中的泥水之和即为地表径流量。

侵蚀量测定方法为:将每次径流中的水和泥沙搅拌均匀,用量筒取样250mL,转入洗净并烘干的玻璃瓶中,带回实验室用烘干并称重的滤纸过滤,在105℃恒温下烘干、称重,算出每次样品的泥沙含量(g/m L),再折算成坡耕地单位面积的土壤侵蚀量。

1.3.9　土壤肥力测定[22]　土壤有机质含量:用重铬酸钾容量法;土壤全氮含量:高锰酸钾容量法;土壤全磷含量:用氢氧化钠碱熔-钼锑抗比色法;土壤全钾含量:用火焰光度法。

2　结果与分析
2.1　施肥对退化草地修复的效果
施肥修复的测产结果如表1。

从表1可以看出,退化草地施用N、P、K三种肥料对其地上生物量的提高有显著的效果,施氮提高幅度为40.00%～80.00%,施磷提高幅度为32.43%～78.38%,施钾提高幅度为21.62%～45.94%;三种肥料的增产效应依次为N>P>K。

2.2　封育对退化草地修复的效果
对退化草地采用围栏封育修复3年的草地植被密度、盖度、频度、高度和生物产量测定统计结果见表2。

从表2可看出,封育与未封育的效果差异极其显著,封育使退化草地的植被密度、盖度、频度、高度和地上生物产量分别比未封育提高1.97倍、1.18倍、3.31倍、5.11倍、1.85倍。

说明围栏封育是云南退化草地修复的有效措施之一。

2.3　补播、松土及综合措施对退化草地修复的效果
不同地面处理和种子搭配修复后草地的覆盖度和形成的生物产量测定结果见表3。

补播是直接向草地输入有价值的、适应草地生境的植物种类,以促使草地生态系统转向良性化的措施。

从表3中可看出,各种补播处理都可使牧草覆盖度和产草量明显提高,但不同地面处理方式和草种搭配有一定的差异,浅翻耕+混播的盖度较对照提高49.70%～61.0%,牧草产量提高87.50%～181.25%;划破草皮+豆科补播的盖度较对照提高48.80%～52.0%,牧草产量提高82.82%～129.69%。

地面处理松土改进了土壤的通透性和雨水的入渗性,为补播草种定植创造了良好条件,补播和松土两种措施对草地修复既有独立效应又有协同作用。

对于草地修复来说,浅翻耕+豆禾混播在盖度和产量上均高于划破草皮+豆科单播。

所以,浅翻耕+混播既可以在短期内覆盖因地面处理所造成的疏松地表,减少雨水的冲刷所造成的地表径流和土壤流失,同时在当年形成较好的地上生物量。

其中,禾豆比为L15+G7.5组合盖度和产量均最优,其次是L15+G15组合。

若采用混播,总播种量应在正常播种量的50%以上。

2.4　各种修复措施的效果评价
2.4.1　修复草地群落数量特征的变化　表4列示了退化草地在修复三年后草地主要植物种群数量特征的变化值。

可以看出,修复后草地群落中主要植物种群的多项数量特征,如相对频度、相对密度、相对盖度、相对地上生物量、相对高度和重要值,与对照区相比均发生了不同程度的变化。

优势种群各相对值均增加,其重要值的增大主要是相对密度和相对高度的增大。

鸭茅、白三叶等草地中新出现的种群,在群落中其各项数量特征相对值较大,而成为群落中的优势种群,取代了对照草地中金丝桃、黄花蒿等的优势地位。

围栏外的优势植物仍是金丝桃、黄花蒿、白茅等,表明未封育草地仍处于退化中。

2.4.2　修复过程中主要种群优势度的变化　优势度是表示某个种在群落中的地位和作用的综合数量指标,优势度的变化体现了该物种群落学作用的变化,修复过程中草地群落主要种群的优势度变化见表5。

从表5可以看出,白茅在各年中及对照区始终处于优势地位,是群落最主要的优势种,其相对优势度在封育第二年后即达到最大值0.97,在封育第三年后略有下降。

黑穗画眉草在整个封育过程中,也一直在群落中处于优势地位,但其重要值的变化不大。

金雀花是封育后才出现的种群,封育第一年其重要值上升至0.33,位居第三,成为群落优势种,但封育第三年金雀花又从群落中消失。

主要原因是金雀花为植株纤细、匍匐生长的豆科植物,在封育前和对照(未封育)时由于受到强烈的放牧干扰而没有生长的空间条件。

封育后,去除了放牧压力,创造了较为阴湿的环境条件,为金雀花种子萌发及生长创造了有利的环境,金雀花便能利用土壤中的种子库,迅速萌发、生长,成为群落的优势种。

封育第三年由于一些高大的禾草和杂草生长加快,并很快占据上层空间,形成隐蔽环境,由于植物种群间竞争、资源分配、光照等因素的限制,金雀花很快在群落中消失。

84畜生态学报第29卷
表3　不同播种方式和播种比例下盖度和产量测定分析表T able 3　T he cov erag e and yield of the re -sow ing g ra ssland
地面处理T reatments 种子
Seeds mix
盖度Cove rage (%)
地上生物产量Bio mass (t /hm 2)
I II III 平均Av erag e I
II III 平均A ver age 浅耕+混播Ploughing +mix ed resow ing C +L 4.5+G 4.583.082.084.083.03.84.14.24.00C +L 7..5+G 7..5、85.086.090.087.05.45.85.95.60C +L 15+G 7.5
90.095.098.094.35.75.36.26.00C +L 15+G 1591.0
93.092.092.05.65.46.05.67
划破草皮+豆科Lacera tesw ard +resow ing
L 15
86.0
87.083.0
85.3
4.6
5.15.0
4.90
L 1278.086.083.082.14.24.55.64.76L 7.587.083.079.083.03.84.34.44.16L 4.5
88.0
76.0
86.0
83.3
4.0
4.2
3.5
3.90
盖度cover age :F =18.362,P <0.01,L SD 0.01=3.65%;产量pro ductio n :F =38.185,P <0.01,L SD 0.01=0.
21t 表4　退化草地修复后主要植物种群特征的变化
T able 4　Change of quantity characters of main plant popula tion
植物种P lant
相对频度F requency ′相对密度Density ′相对盖度Cove rage ′相对生物量Biomass ′相对高度Heig ht ′重要值
Impo rtant value 修复Restor e 对照Contro l 修复Resto re 对照Contr ol 修复Resto re 对照Co ntrol 修复Resto re 对照Co ntrol 修复Restore 对照Contro l 修复Restor e 对照Contro l
白茅
Imperata cy lind rical 0.800.641.000.480.800.500.800.490.920.240.880.54黑穗画眉草Eragrostis nig ra 0.320.12
0.28
0.10
0.25
0.12
0.31
0.02
0.82
0.10
0.40
0.10
鸭茅Dacty lis glomerata cv .Porte 0.75-0.53-0.60-0.55-0.96-0.69-
白刺花Sop Hor
adav idii Franch 0.02
0.080.040.040.200.320.390.320.400.420.180.23
金丝桃Hy pericum japonicum Thunb .exmurray 0.720.850.160.270.380.830.600.960.781.000.440.78
白三叶Tri f olium
Repens cv .Hai f a 0.65
-0.34-0.24-0.09-0.19-0.30-
芦苇P Hragmites
austrlis Cav Trinex 0.45
0.030.310.060.090.020.160.011.000.420.220.08
蒿草K obresia my osuroides Vill .
Psop Hocarp us .
0.350.660.090.450.250.350.120.410.440.400.250.46
矮杨梅
My rica nana cheva l 0.050.200.010.210.120.230.410.380.800.350.260.28
黄花蒿Artemisia annua L inn .0.200.760.100.430.030.600.090.180.360.640.150.52
细柄草Cap li llipedium
parvi f lorum
0.60
0.180.430.160.310.110.190.010.200.090.340.11
85
2期 叶瑞卿等:退化草地生态修复技术试验研究
表5　主要植物种群优势度变化
T able5　Do minance inde x of differ ent species during test period
植物名Species
封育F encing草带补播Re-so wing 2003200520032005
对照
Contro l
1.白茅Im perata cy lindrical0.840.970.820.850.54
2.黑穗画眉草Eragrostis nigra0.490.510.400.420.09 3鸭茅Dacty lis g lomerata cv.Anba--0.760.83-4金丝桃Hy pericum japonicum T hunb.exmurray0.480.400.280.320.78 5白刺花Sop Hora dav idii Franch.0.110.100.080.080.23 6白三叶Tri folium repens cv.Hai f a--0.510.39-7芦苇PH ragmites austrlisCav.Trine x0.120.260.280.380.08 8白三叶草Tri folium hybridum L.0.120.080.100.120.11 9蒿草Kobresia my osuroides Vil l.Psop Hocarpus.0.140.200.110.160.46 10积雪草Centella asiaticaL.-0.12-0.11-11矮杨梅Myrica nana cheval0.080.110.200.130.28 12.猪殃殃Gali um aparine0.08-0.130.18-13黄花蒿Artemisia annua L inn.0.120.160.090.18-14.金雀花Parochetus communis0.33-0.070.07-15猪毛菜Lespedeza bicolor T urez0.06-0.13--
16.细柄草Cap lillipedium parv i f lorum R.Br stap f0.090.270.100.190.11
17.火棘Py racantha f ortuneana0.220.120.120.030.30
18.锈叶杜鹃Rhododendron siderop Hy llum0.100.200.090.220.30
19.西南萎陵菜Potentil la f uly ens Wal l0.100.120.080.13-
20.山合欢Albeizia kalkora Roxb.Prain-0.110.020.130.11
21.戟叶酸模Rume x hastatus D.Don0.140.140.100.12-
22.狗牙根Cynodon dacty lon L.0.220.240.200.04-
23.紫云英Astraglus sinicus-0.100.130.07-
24.毛车前Plantago vir ginica L.0.030.110.090.180.03
25.旋叶香青Anap Halis contorta0.150.210.110.160.14
表6　不同措施下群落物种的变化
T able6　Change of species biodiver sity under diffe rent treatments
处理T reatment
丰富度指数
M arg alefˊs index
多样性系数
Diver sity index
均匀性系数
Pielou's index
对照Contro l13aA3.59aA1.28a A
封育Fencing18bA3.82abA1.33a A
补播Resow ing22cB4.02bA1.37a A
F F=23.783F=1.251F=1.25
P=0.01P=0.029P=0.351
表7　不同月份植物群落的物种相似性系数矩阵
T able7　M atrix of specie s similarity co efficient betw een differe nt mo nths of differe nt communities%
处理T reatment
5M ay.8A ug.9Sep.
对照
Contr ol
封育
Fencing
补播
Re so wing
对照
Co ntrol
封育
Fe ncing
补播
Resowing
对照
Contro l
封育
F encing
补播
Resow ing
对照Co ntrol111
封育Fencing0.8810.50310.6171
86畜生态学报第29卷
表8　不同措施对各年份地上生物量的影响(DM kg/hm2)
T able8　Influence o f diffe rent treatments on products of diffe rent y ears
年度Year
处理
T reatments
补播Reso wing原有Inhere
豆科
L egumineae
%禾本科
Gr amineae
%豆科
Leg umineae
%禾本科
G ramineae
%
其它草类
Other
species
%生物量
T o tal
biomss
2003
封育0c00a0220a81294a32731ab602263b 划破草皮豆科436.7b260a0277a91135b30887a353061a 浅翻耕混播382.4a14840.4b25282a8935.0c24685c293131.3a
方差分析
F=123.08
P=0.00
F=68.47
P=0.00
F=1.139
P=0.381
F=17.46
P=0.003
F=4.87
P=0.055
F=18.26
P=0.003
2004
封育0c00b0161b41549a73841b232940a 划破草皮豆科227.8b130b0173a31532a431185a393265a 浅翻耕混播368.5a11731.5a25227a51644a281392a313270a
方差分析
F=76.312
P=0.001
F=998.74
P=0.000
F=0.587
P=0.585
F=3.271,
P=0.109
F=7.997
P=0.02
F=0.437
P=0.665
2005
封育0b00b0108a21429b52831a462684.6a 划破草皮豆科294.1a110b0154a21294b491031a382822a 浅翻耕混播309.1a12939.8a29187a3746.3a261137a333070a
方差分析
F=50.86
P=0.001
F=204.51
P=0.001
F=2.348
P=0.177
F=42.20,
P=0.001
F=2.877
P=0.133
F=1.791
P=0.246
表9　不同修复处理草地牧草营养成份
T able9　Compariso n o f the nutrient co ntents%
草地类别G rass ty pe粗蛋白CP粗脂肪EE粗纤维CF粗灰份AS H无氮浸出物NF E磷P钙Ca
对照Co ntrol4.408a1.16a37b5.29a57.43a0.31a0.52a 封育Fencing6.025a2.5b35b5.16a55.42a0.43a0.63a 补播Reso wing9.916b2.2b24a8.19b63.84b0.47ab0.60a 人工A rtificial14.05c1.7a20a9.04b64.2b0.90b0.62a
F=24.2 P=0.00
F=7.087
P=0.005
F=21.83
P=0.000
F=4.48
P=0.02
F=32.5
P=0.03
F=2.49
P=0.11
F=0.248
P=0.861表10　不同处理氮、磷、钾、PH值和有机质的比较
T able10　Comparison of the or ganic matter,N,P,K and pH in the soils of differe nt treatments g/kg
处理
T reatment
对照
Comparision
围栏封育
Fencing
划+豆科
L acer atesw ard+re so wing
耕+混播
Ploughing+mixed re so wing
N1.4Aa1.74ABb1.93Bb1.95Bb P11.25Aa13.62bc13.74bc13.87c K4.28Aab4.58Bab5.09Bbc5.48C c 有机质O rg anic matter31.49Aa55.38Bb61.32Bb62.61Bb pH值pH value5.225.275.255.21
在封育初期,一些物种开始侵入,主要是一年生植物和杂草,如猪殃殃等,随后有的种群消失,如猪毛菜,有的种群优势度逐年下降。

从表5中可看出,一年生植物均为该区弃耕地恢复过程中的消退种,它们或者只存在于演替的初期,或者随着演替的进行其重要值降低。

多年生杂类草以菊科植物为主。

这些物种大多数在草地的恢复过程中是以增强种而存在的。

由此可见随着修复年限的增加,植物群落中的一、二年生的植物逐渐被多年生的植物种类所取代,主要是多年生禾本科、豆科植物取代一年生禾本科植物。

鸭茅、白三叶是补播草种,在补播当年其重要值分别是0.76,0.51,位居第二和第三,均为群落优势种,但白三叶优势度呈逐年下降趋势,在第三年其重要值是0.30,位居第五,这是由于白三叶是喜光植物,但原有植物中一些半灌木和禾本科已形成隐蔽环境,致使白三叶叶子小而少,开花少,产量和产籽量均下降。

这也是试验中单播三叶草长势不如混播
87
2期 叶瑞卿等:退化草地生态修复技术试验研究
的原因之一。

与封育相比,补播后牧草种类增加,许多多年生牧草重要值明显上升,如芦苇在第三年其优势度达到0.38,在群落中居第四位,成为群落的主要优势种。

说明补播使土层疏松,导致多种植物旺盛生长,其生长势超过多年生补播牧草,同时草带种植限制了高大的禾草和半灌木的生长,给一些草类生长创造了良好的条件。

由表5可以看出,通过条带式补播,使植物群落发生了明显的变化,改良草地由原来的以白茅一金丝桃等植物为主的群落变成了由鸭茅-白茅-白三叶组成的群落类型。

2.4.3　植物群落多样性的变化　群落的多样性影响着生态系统的结构与功能,当一个生态系统的物种多样性发生变化时,生态系统的功能也将发生变化。

植物群落的丰富度指数、多样性指数和均匀度指数见表6所示。

与对照相比,封育和补播均使丰富度指数(S) S hanno n-Weaver(H)呈显著差异(P<0.05),对均匀性系数影响较小,差异不显著(P>0.05)。

其原因是,在围栏后一定的时限内,随着一年生杂类草的入侵,植物群落物种丰富度也随之增加,但物种丰富度只是简明表达了植物群落物种多样性的一个侧面,不能反映群落物种相对多度,信息指数能反映群落物种数及其个体数和分布均匀程度的综合指标,在对退化白茅草地实施修复的过程中,封育信息指数与对照间差异不显著,但并不能表明封育后群落的物种结构与对照相似,只能表明两种措施草地中物种的多度和分布格局没有差异。

封育草地中优势植物为白茅和画眉草,两种植物均为密丛型禾草,具有发达的根系,由于土壤紧密和其致密的根系造成其它植物难以入侵。

这些原因,导致封育后草地的多样性指数要略小于补播草带。

补播草带的多样性系数与对照有差异,但与封育没有显著差异,表明群落中物种及个体按比例分布的均匀程度与封育相似。

其原因为,在进行草带补播后,随着多年生禾草和豆科以及杂类草的入侵,植物群落物种丰富度的增加,导致植物群落物种多样性的增加。

但是物种多样性不仅与物种的丰富度有关,与物种在群落中分布的均匀程度也有很大关系。

均匀性系数与对照没有差异,这是由于对照草地处于强度放牧状态,群落中物种数量虽少,但相对分布均匀,导致其均匀性系数较高。

物种多样性是指物种种类和数量的丰富程度,是一个群落内种群结构和内能复杂性的度量,可用来评价和比较资源丰富程度及群落的稳定性。

物种多样性是生态系统稳定的基础,生物多样性导致生态系统功能的优化,增加生态系统功能过程的稳定性。

物种数量与群落恢复力呈正相关,生物多样性高的草地群落更具有抗旱能力和恢复力(Tilman, Do w ning1994)[23,24],能增强生态系统对放牧干扰的抵抗能力。

本试验研究结果表明,补播和封育都可以有效提高退化暖性草丛草地的物种多样性指数,因此说补播和封育都是该类草地植被修复的有效措施。

2.4.4　物种构成相似性　相似性指数(Sorensen)是度量群落种类组成相似性的数量指标。

相似性指数的季节变化基本上体现了群落内不同物种萌发期的差异。

不同群落或某环境梯度上不同点之间的共有种越多,其相似性越大。

除了5月份对照群落与其他群落的相似性指数略高以外,在植物生长旺盛的8、9月份,对照与围栏内群落的相似性指数都较低,这些都说明对照群落与其他群落在物种组成上存在很大的不同。

其原因是由于群落组成物种的萌发期总体上来讲相对较晚,在5月份调查时,还有相当一部分物种没有萌发,导致了5月份的植物群落物种构成与生长旺季的植物群落物种构成存在较大的差别,而8月份几乎所有的群落成员均出现,封育与补播群落在物种组成上变化不大,对照草地由于放牧等人为活动使得物种构成相似性指数明显偏低。

在9月下旬进行调查时,围栏内草地上的一些一年生杂草如猪毛菜、积雪草等已经枯死,故而对照与植物群落物种构成相似性指数略有上升。

补播草地与封育草地总体上的物种相似性都比较高,说明补播与封育修复都能提高草地群落结构相似性。

2.4.5　不同修复措施对草地地上生物量的影响　生物量是反应群落生产力的重要指标,是生态系统在功能方面的具体表现。

在生态系统的恢复过程中,生产力的恢复是系统功能恢复的一个重要指标。

地上生物量是第一性生产力的体现,在恢复过程中生态系统生产力的恢复先于结构和功能的恢复。

不同修复处理条件下草地地上生物量及豆科、禾本科、杂类草各组分生物量和方差分析结果见表8。

恢复第一年各处理之间在总地上生物量、本地
88畜生态学报第29卷
豆科量均未出现显著性差异(P>0.05),但在补播豆科、禾本科、本地禾本科及杂类草产量上差异显著(P<0.05)。

一是由于总盖度中补播牧草的比例上升,杂草比例下降,与封育相比,浅翻耕混播和划破草皮补播豆科处理均显著提高了补播豆科牧草的地上生物量,浅翻耕混播能够显著提高补播禾本科牧草的地上生物量(P<0.05)。

这是由于翻耕和划破草皮对草地土壤表层具有一定的破碎作用,为补播牧草创造了较好的萌发和生长条件,浅翻耕混播对于补播禾本科和豆科牧草效果较好。

封育第二年各处理之间在本地豆科牧草和禾本科及总地上生物量产量上没有显著差异(P>0.05)。

与封育相比,浅翻耕混播、划破草皮豆科处理均显著提高了补播豆科牧草地上生物量,但各处理之间没有显著差异(P>0.05);说明在退化草地中补播豆科牧草,对土壤表层的处理措施只在补播初期有效,对第二年的地上生物量没有显著影响,主要原因是补播牧草品种中三叶草分枝数量较多,抵消了各处理前期幼苗定植量的差异。

与封育相比,浅翻耕混播、划破草皮混播显著提高了补播禾本科牧草地上生物量(P<0.05)。

围栏封育第三年,各处理之间总地上生物量差异不显著。

退化草地在封育过程中总地上生物量呈增长趋势,但在第三年却略低于第二年,出现这种结果的主要原因是,围栏封育初期放牧压力解除后,群落中的原有植物迅速生长,亦即群落的结构未发生根本性变化,禾本科牧草比例由封育前的32%上升至封育三年后的52%;杂类草比例则由封育前的60%下降至三年后的46%;而豆科牧草则由封育初的6%下降至三年后的2%。

说明由于南方优越的水热条件,封育时间太长不利于牧草繁殖更新,反而会抑制其再生,使植物密度减小,生物量下降,优良牧草减少。

所以云南退化草地封育时间不应超过2年。

浅翻耕混播、划破草皮补豆科的地上生物量均高于封育,补播豆科在补播当年长势良好,但以后则逐年下降。

原因一是由于草群中增加了新的植物种,二是由于补播过程中机具对原有植被和土壤的破坏,使高大植物暂时受到抑制,为矮小植物的旺盛生长创造了生长空间,补播植物生物量也表现出由低到高。

随着时间进程,原有植被中的物种特别是高大物种旺盛生长,对矮小植物产生了强烈的抑制作用,补播植物生物量也表现出逐渐降低。

最后呈现稳定在一定水平或略有降低的变化规律。

说明云南退化草地的恢复属进展演替,其恢复的内部机制复杂,且存在着一种强劲的自然恢复力。

所以,云南退化草地的修复应采取保护与重建并重的对策,注意利用退化生态系统中的残留种来建立稳定的生态系统。

退化草地经过各种人工措施改良后其产草量都有明显增加。

几种措施相对而言,浅耕翻补播从根本上改变了土壤结构,增产效果显著,潜力大,草地质量也好,但投入较大,成本较高。

围栏封育修复速度较快,成本低,但不能从根本上改变土壤结构,增产潜力有限。

2.4.6　退化草地修复后的植物营养成份　草地营养物质的含量是草地质量高低的一个重要指标,牧草的化学成份是决定牧草营养价值的重要因素,是评价牧草品质的有效指标之一。

草地修复过程中由于人为向草地投入物质和能量(施肥或改善牧草生长的外部环境),所以草地营养物质的量会明显改善。

2005年6、7、8、9月分别对封育、补播改良草带、全人工草地及围栏外对照草地割取其混合样品,风干后取样测定其营养成分,分析结果见表9。

牧草的营养成分受环境、自身生育阶段的影响。

从表9中可以看出,对照草地、封育草地与补播草地、人工草地群落之间CP含量差异极显著(P< 0.05),通过补播的草地CP含量分别比围栏外和封育草地提高了50%、23%,略低于人工草地。

对照草地与封育草地之间没有显著差异,这是因为两种草地植被均为原有自然植物种类。

就营养价值而论,粗蛋白质含量是影响牧草饲用价值的重要因素,一般来说粗蛋白含量高,粗纤维素含量低的牧草,其饲用价值也就高。

牧草CP含量主要与植物种类、生育期有关。

各群落CP含量均是随物候期降低,并且禾本科牧草的CP含量降低的更快(图5)。

脂肪是热能的主要原料,粗灰份包含了牧草中的矿物质。

粗纤维虽然对任何家畜都是必不可少的,但其含量与养分消化率呈负相关。

因此,粗纤维愈多,牧草消化率愈低,品质愈低,营养价值也低。

分析表明,通过草带补播后整个群落营养价值提高,接近于人工草地。

从图1中看出,除对照草地外,各群落粗蛋白含量在7月中旬达到极值。

这是因为由于当时大部分牧草处于初花期。

从8月份后,牧草从营养期转入生殖期,CP含量随之减少。

研究结果表明,对草地进行补播修复后,添加了优质牧草,使草地整体营养价值提高。

所以,补播是提高云南草地质量,促进畜牧业发展的有效措施之一。

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2期 叶瑞卿等:退化草地生态修复技术试验研究。