不同土地利用方式对典型温性草原群落物种组成和多样性以及生产力的

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摘要:以锡林郭勒典型温性草原区域不同利用、管理方式植物群落作为研究对象,选 取 当 地 较 为 常 见 的 6 种 不 同 利 用管理方式围封禁牧大针茅,围封禁牧羊草,公共放 牧 大 针 茅、私 人 放 牧 大 针 茅、大 针 茅 火 烧 围 封 恢 复 和 开 垦 人 工 饲草的典型草地设置实验样地,采用群落调查、收割 称 重 和 根 钻 取 样 等 方 法 测 定、比 较 上 述 群 落 的 物 种 组 成、物 种 多样性和生产力构成。结果表明放牧降低大针茅群落 的 地 上、地 下 生 物 量,而 长 时 间 的 围 封 显 著 增 加 群 落 的 地 上 地下生产力(P<0.05),但对群落物种组成和物种多 样 性 影 响 不 大 (P>0.05)。 随 着 利 用 程 度 的 减 弱,群 落 C3 植 物生产力和所占比重逐渐上升(P<0.05),C4植物生物量保持稳定(P>0.05),但 比 例 下 降(P<0.05)。 火 烧 显 著 增加群落物种多样性(P<0.05),同时显著降低地下生物量(P<0.05),但 地 上 生 物 量 变 化 不 大,同 时 C4 植 物 生 物 量显著上升。人工开垦极大改变了群落的物种组成,同时显著增加群落地上生 物 量,降 低 群 落 地 下 生 物 量,使 群 落 获 得 了 相 对 天 然 群 落 更 高 的 地 上 生 物 量/地 下 生 物 量 。 关 键 词 :土 地 利 用 变 化 ;群 落 物 种 组 成 ;物 种 多 样 性 ;生 产 力 ;锡 林 郭 勒 中 图 分 类 号 :S812;Q948.15+8 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :1004-5759(2013)01-0001-09
第 22 卷 第 1 期 Vol.22,No.1
草 业 学 报 ACTA PRATACULTURAE SINICA
1-9 2013 年 2 月
不同土地利用方式对典型温性草原群落 物种组成和多样性以及生产力的影响
李愈哲1,2,樊江文1* ,张良侠1,2,翟俊1,2,刘革非1,2,李佳1,2
(1.中 国 科 学 院 地 理 科 学 与 资 源 研 究 所 ,北 京 100101;2.中 国 科 学 院 研 究 生 院 ,北 京 100049)
本研究于2011年8月(全年群落生物量最大)在中国科学院锡林郭勒草原生态系统 国 家 野 外 科 学 观 测 研 究 站进行。研究区域范围 N 43°26′~44°08′,E 116°04′~117°05′,海拔1 200~1 300m,地处白音锡勒草原,内蒙古 高原中部,属中纬度西风带半干旱,干旱季风性 气 候。 年 均 气 温 -0.4℃,1 月 和 7 月 份 平 均 气 温 分 别 为 -23 和 17.9℃,年均降水量350mm,主要集中在6-8月,全年大风干燥天气为主 。 [22] 土壤类型以栗钙土为主 。 [23]

草地是世界最 广 布 的 植 被 类 型 之 一,面 积 约 占 全 球 陆 地 总 面 积 的 1/5[1]。 中 国 的 草 原 面 积 为 3.55×108 hm2,约占国土面积的41.7%,是世界草地总 面 积 的 6% ~8%,居 世 界 第 二 。 [2,3] 了 解 土 地 利 用 变 化 对 草 原 群 落 物种组成,生态系统物种多样性、生产力有助于厘清人类活动对自然群落的改变,对于指导 和 改 善 人 类 对 草 原 的 利用、开发具有重要意义。锡林郭勒草原位于内蒙古自治区中部,地带性植被类型为典 型 温 性 草 原,该 草 原 类 型 约占到内蒙古天然草地总面积的1/3[4]。草原地区是自然环境严苛、生态系 统 稳 定 性 相 对 脆 弱 的 典 型 区 域 之 一, 不合理的人为活动已使该区50%左右的草原处于不同程度的退化之中[5],导 致 生 物 多 样 性 的 严 重 丧 失 和 生 产 力 下 降 。 [6]
研 究 采 用 典 型 样 地 取 样 法 ,在 位 置 相 互 接 近 ,非 生 物 环 境 因 子 尽 可 能 相 似 的 原 则 下 ,除 选 取 区 域 自 然 顶 级 ,围 封 大 针 茅 群 落 、围 封 羊 草 群 落 作 为 对 照 外 ,依 据 利 用 、管 理 方 式 的 不 同 分 别 选 择 大 针 茅 群 落 公 共 放 牧 区 域 、大 针 茅 群落私人放牧区域、大针茅群落火烧围封恢复区域以及人工饲草区域,划取建立具有群落 代 表 性 的 典 型 样 地,以 上 共 计 6 种 样 地 类 型 分 别 记 为 :1)围 封 大 针 茅 (FS):围 栏 封 育 大 针 茅 群 落 ,建 群 种 大 针 茅 ,生 物 量 大 ,群 落 组 成 相 对单一;2)围封羊草(FL):围栏封育羊草群落,围 封 初 期 羊 草 为 群 落 主 要 组 成 物 种,但 围 封 后 羊 草 在 群 落 组 成 中 比例逐渐下降,建群种已转变成羽茅;3)公牧大针茅[24](Pub):大 针 茅 草 地 公 共 放 牧 区 域,物 种 组 成 较 单 一,目 测 植被高度、盖度与地上部分生物蓄积量均显著低于毗 邻 区 域 ;4)私 牧 大 针 茅[24](Pri):大 针 茅 草 地 私 有 放 牧 区 域, 相对大针茅草地的公牧区域植被状况稍好,仍然显 著 差 于 多 年 围 封 的 大 针 茅 草 地。5)火 烧 围 封 (FF):经 历 草 原 大 火 后 已 经 围 封 恢 复 6 年 的 草 地 区 域 ,群 落 内 物 种 丰 富 ,但 群 落 分 布 并 不 均 匀 ,群 落 整 体 外 观 呈 现 斑 块 状 ;6)人 工 饲 草 (A):由 天 然 草 地 翻 耕 开 垦 ,主 要 种 植 粟 黍 人 工 饲 草 ,每 年 春 季 播 种 ,夏 末 收 割 作 为 牲 畜 饲 料 使 用 。 1.2.2 群落特征和物种组成 每个群落类型选取一个地形 条 件 一 致,同 时 能 较 好 代 表 群 落 整 体 状 态 的 25 m× 25m 样地,按照对角线取样法在其中设置5个1m×1m 的样方,采用草地群落学调查方法,测定记录样方内所 有物种组成,群落最大高度、平均高度,群落总盖度,并分种测量最大高度、平均 高 度,估 计 各 物 种 分 盖 度。 此 外, 每 个 群 落 类 型 随 机 抛 取 频 度 调 查 样 方 (1 m×1 m)10 个 ,仅 记 录 所 有 抛 框 内 植 物 物 种 出 现 次 数 。 同 时 记 录 群 落 地 形 、地 貌 特 征 和 土 壤 质 地 ,GPS 定 位 样 地 经 纬 度 和 海 拔 。 1.2.3 地上及地下生物量测定 利用收获法测定样方地上生物量,在每个样地的 5 个1 m×1 m 样方重复里齐 地面刈割样方内植物,并分种放入信封,在烘箱中恒温70℃烘干48h至恒重后称重记录 。 [25] 地下 生 物 量 的 测 定 采用土钻法(直径70mm)[26-28],在地上部分刈割完毕的每个样方内,按照对角线取土钻3钻,每钻分3层 各 取 10 cm 土柱(0~10,10~20,20~30cm),同样方同层的3份钻样混合作为一个地下生物量样品放入 自 封 袋,即 每 样 地类型分3层取样,每层地下取样品5个。样品放 入 0.3 mm 的 网 袋,水 洗 分 离 土 壤 和 根 系,随 后 用 0.3 mm 网 筛 分 离 石 砾 等 非 根 杂 质 ,在 70℃ 的 烘 箱 内 烘 干 48h 至 恒 重 并 称 重 。 1.2.4 物 种 多 样 性 测 定 与 计 算 方 法
为更为系统和深入的了解和比较不同土地利用、管理方式下,人类活动对典型温 性 草 地 群 落 物wenku.baidu.com种 组 成、多 样 性和生产力水平及其构成比例的改变和影响,本研究选取锡林郭勒盟白音锡勒牧场为研 究 区,采 用 野 外 调 查、取
① 收稿日期:2012-06-27;改回日期:2012-10-10 基 金 项 目 :国 家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 项 目 (2010CB950902)和 国 家 自 然 科 学 基 金 (31070427)资 助 。 作 者 简 介 :李 愈 哲 (1989-),男 ,江 西 兴 国 人 ,硕 士 。E-mail:yuzheli_2006@126.com * 通 讯 作 者 。E-mail:fanjw@igsnrr.ac.cn
当地地带性气候顶 级 植 被 为 典 型 温 性 草 原,如 大 针 茅 群 落 (Form.Stipagrandis)、克 氏 针 茅 群 落 (Form. Stipa sareptana var.krylovii)等。自然群落主要建群 植 物 为 大 针 茅、克 氏 针 茅、羊 草(Leymus chinensis)、糙 隐 子草(Cleistogenes squarrosa)、冷 蒿 (Artemisia frigida)等,常 见 优 势 种 还 包 括 小 叶 锦 鸡 儿 (Caragana micro- phylla)、冰草(Agropyron cristatum)、米 氏 冰 草 (Agropyron michnoi)、羽 茅 (Achnatherum sibiricum )、芨 芨 草 (Achnatherum splendens)等 。 1.2 研 究 方 法 1.2.1 样 地 选 取 研 究 区 域 内 主 要 植 被 类 型 为 天 然 大 针 茅 草 地 ,局 地 存 在 部 分 天 然 羊 草 草 地 。 草 地 主 要 利 用 方 式为私人放牧场,少量区域为公共放牧 场,另 有 部 分 草 原 开 垦 为 人 工 种 植 的 粟 (Setaria italica var.germanica) -黍(Panicum miliaceum)人工饲草。研究站于 1979 年 开 始 对 部 分 大 针 茅 群 落 和 羊 草 群 落 开 展 围 封 禁 牧 的 研 究,进行了围栏封育处理。此外,2005年,大针 茅 群 落 部 分 区 域 经 历 草 原 火 灾,该 过 火 区 域 植 被 进 行 了 围 封 恢 复 处理。

ACTA PRATACULTURAE SINICA(2013)
Vol.22,No.1
样测定等群落学调查方法,对6种不同利用、管理方式草地群落类型进行观测描述和比较 分 析,以 期 为 人 类 活 动 对草原自然群落的影响和改变有更深入的理解,为了解草地利用管理方式差异造成的覆被变 化 所 产 生 的 生 态 意 义提供参考。 1 材 料 与 方 法 1.1 研 究 区 域 概 况
人类活动改变着原有草地生态系统的分布、结构和功 能[7,8],草 地 利 用 和 管 理 方 式 的 转 变 常 直 接 影 响 地 表 的 植被覆盖状况和群落的组成 。 [9] 草地利用管理方式变化造成的地表植被的改变往往具体表现为群落物种结 构 组 成、生物多样性水平和生产力水平变化等群落改变 。 [10] 已往以土地利用变化为驱 动 和 变 量 的 已 有 研 究 主 要 关 注 于土壤 、生 [11,12] 态系统碳源汇功能[13],这些方面已有较为 深 入 的 探 讨 和 报 道,但 对 利 用、管 理 方 式 改 变 对 群 落 结 构和生产力构成的报道相对较少。同时从植被生态角度对具体人类活动对植物群落的物 种 组 成、多 样 性 和 生 产 力的影响和改变方面的研究,往往各自关注单一驱动因素或单一驱动梯度所 造 成 的 群 落 覆 盖 改 变 ,如 降 水[14]、火 烧[15-17]、放牧 、围 [6,18] 封[19]、刈割 和 [20,21] 开垦 。 [13] 这些针对性较强的研究虽然对各不同驱动因素的作用机理和 生 态后果有深入的解析、认识,但却不能充分厘清和比较相近区域内同一自然群落本底在不 同 人 类 利 用、管 理 活 动 作 用 下 生 产 力 和 物 种 组 成 、多 样 性 发 生 的 变 化 和 差 异 。
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