汪海波

(青海省果洛州草原工作站，青海 瑪沁 814000)

三江源是中國(guó)江河中下游地區(qū)以及東南亞國(guó)家生態(tài)安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要生態(tài)屏障[1]。作為國(guó)家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)的重要組成部分，過(guò)去幾十年間三江源在人類(lèi)活動(dòng)與全球氣候變化的雙重影響下，生態(tài)系統(tǒng)退化明顯[2,3]。2005年和2014年國(guó)務(wù)院分別規(guī)劃投資75億元和161億元啟動(dòng)了三江源生態(tài)環(huán)境保護(hù)與建設(shè)工程一期和二期工程，實(shí)施退牧還草、黑土灘治理、濕地保護(hù)等生態(tài)保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目。項(xiàng)目實(shí)施基本遏制了草地生態(tài)系統(tǒng)的退化。如何根據(jù)相關(guān)恢復(fù)措施，客觀(guān)評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)質(zhì)量狀況及其變化，對(duì)國(guó)家生態(tài)保護(hù)成效評(píng)估及生態(tài)保護(hù)政策的制定具有重要意義。

圍欄廣泛應(yīng)用于植被重建與草地改良的生態(tài)恢復(fù)項(xiàng)目中，是草地恢復(fù)的主要措施之一[4-6]，具有實(shí)施簡(jiǎn)單、成本低、見(jiàn)效快和可擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。已有的研究表明圍欄可以顯著增加植被覆蓋率、生物量、物種豐富度及多樣性等[7-9]。但也有研究報(bào)道，圍欄會(huì)抑制植株再生和幼苗生長(zhǎng)，導(dǎo)致植株密度和物種豐富度下降[10]。研究發(fā)現(xiàn)短期圍欄(4年)能夠改善土壤養(yǎng)分，提高植物生產(chǎn)力，但延長(zhǎng)圍欄年限會(huì)有降低植物多樣性、延緩養(yǎng)分循環(huán)、加速養(yǎng)分失衡的風(fēng)險(xiǎn)。另外，圍欄對(duì)土壤種子庫(kù)的影響可能是正面的,也可能是負(fù)面的，甚至沒(méi)有影響。圍欄可能有利于土壤微生物的生長(zhǎng)[11-13]，也有可能使土壤微生物生長(zhǎng)受到抑制[14]。這些研究結(jié)果表明，圍欄對(duì)植被更新和養(yǎng)分循環(huán)有影響，但對(duì)草地恢復(fù)的效果還存在爭(zhēng)議，尤其是青藏高原高海拔地區(qū)人工草地群落對(duì)長(zhǎng)期封育的影響研究未見(jiàn)報(bào)道。本研究以三江源區(qū)圍欄封育時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年的人工草地為對(duì)象，對(duì)其群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行測(cè)定與分析，為三江源區(qū)退化草地植被恢復(fù)重建和相關(guān)恢復(fù)保護(hù)工程的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于青海省果洛藏族自治州瑪沁縣大武鎮(zhèn)(34°28′ N，100°13′ E)，平均海拔3 700 m，屬典型的大陸性高原氣候，土壤類(lèi)型為高山草甸土。年降水量510 mm左右，多集中于6-9月。年平均氣溫0.28 ℃，最冷月(1月)平均氣溫-15.9 ℃，最熱月(7月)平均氣溫為13.0 ℃。春季少雨干旱，夏季雨熱同期，冬季嚴(yán)寒漫長(zhǎng)，全年無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，牧草生長(zhǎng)季為160 d左右。近幾十年來(lái)，嚴(yán)重退化的高寒草甸通過(guò)翻耕、耙平、播種和鎮(zhèn)壓等農(nóng)藝措施，建植以垂穗披堿草(Elymusnutans)和青海草地早熟禾(Poapratensis‘Qinghai’)為主的人工草地。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與調(diào)查方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)置在面積約為1 hm2的冬季牧場(chǎng)中，選取三塊20 m×20 m的樣地，2011年建立圍欄長(zhǎng)期封育，作為圍欄封育樣地，圍欄外作為放牧樣地。冬季牧場(chǎng)四周建立圍欄，返青期禁牧，放牧樣地每年11月中旬到次年4月下旬牦牛放牧使用，草地利用率約50%，中等放牧強(qiáng)度。

1.2.2植被調(diào)查方法

2021年8月在植物生長(zhǎng)高峰期(8月中旬)，每個(gè)試驗(yàn)樣點(diǎn)隨機(jī)調(diào)查3個(gè)100 cm×100 cm的樣方，每個(gè)樣方間隔至少5 m。分別鑒定記錄每個(gè)樣方出現(xiàn)的植物物種名，采用直尺和網(wǎng)格法測(cè)定樣方內(nèi)各個(gè)物種的高度和蓋度[15]。地上生物量采取齊地面分種刈割后，在烘箱中65 ℃烘干至恒重，隨后用分析天平稱(chēng)重并記錄。在刈割后的植物樣方下，采用土鉆法(土鉆內(nèi)徑35 mm)在植物樣方下按“W”型在0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土層各取五個(gè)土芯，同一土層混合成一個(gè)土壤地下生物量樣本，裝入紗網(wǎng)清洗，去除石粒，實(shí)驗(yàn)室65 ℃烘干至恒重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用以下公式計(jì)算重要值、物種豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)：

重要值=(RCi+RHi+RABi)/3

物種豐富度=S；

Pi=ni/N；

Pielou均勻度指數(shù)=H/lnS；

RC是物種i在群落中的相對(duì)蓋度；RH是物種i在群落中的相對(duì)高度；RAB是物種i在群落中的相對(duì)地上生物量；S是物種的數(shù)量；n是物種i的個(gè)體數(shù)；N是群落的總個(gè)體數(shù)[16,17]。

采用Microsoft Excel 2019整理數(shù)據(jù)繪圖，用SPSS 19.0(SPSS for Windows，Version 19.0,Chicago,USA)各處理間地上生物量、地下生物量和群落多樣性指數(shù)進(jìn)行T檢驗(yàn)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 圍欄封育對(duì)植被物種組成的影響

所有樣地共調(diào)查到33種植物，隸屬于12科28屬，其中放牧樣地調(diào)查到24種植物，禾本科、薔薇科和豆科植物重要值較高；封育樣地調(diào)查到20種植物，禾本科、莎草科和豆科植物重要值較高。放牧樣地禾本科植物重要值高于封育樣地，莎草科植物重要值低于封育樣地。

表1 植被物種組成和重要值

圖1 植物群落各科分布比例

2.2 圍欄封育對(duì)植被生物量的影響

圍欄封育樣地地上生物量平均為458.12 g·m-2，與放牧樣地地上生物量差異不顯著。放牧樣地地下生物量高于封育樣地，差異不顯著，各層地下生物量均高于封育樣地。人工草地地下生物量主要集中于0～10 cm土層，占比約77%。放牧樣地0～10 cm土層地下生物量顯著高于封育樣地。圍欄封育能夠提高地上生物量，長(zhǎng)期封育與冬季放牧之間無(wú)顯著差異，同時(shí)對(duì)地下生物量的分配有一定的抑制作用，尤其對(duì)0～10 cm土層根系生長(zhǎng)產(chǎn)生較顯著影響。

2.3 圍欄封育對(duì)植物群落多樣性的影響

圍欄封育的物種豐富度平均為20種，顯著低于放牧樣地。放牧樣地Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)高于封育樣地。圍欄封育造成了植物群落豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)下降。

表2 植被地上地下生物量變化(g·m-2)

表3 植物群落多樣性

3 討論與結(jié)論

研究結(jié)果表明，圍欄封育增加了地上生物量，但與放牧樣地地上生物量差異并不顯著，這與劉巖等研究結(jié)果一致[11]。導(dǎo)致地上生物量增加最直接的因素是食草動(dòng)物禁止采食后，減少了因采食引起的植物生物量損失。本研究還發(fā)現(xiàn)，放牧樣地禾本科植物重要值高于圍欄封育禾本科植物重要值，而雜類(lèi)草重要值則是圍欄封育樣地高于放牧樣地，說(shuō)明禾本科植物隨群落演替占據(jù)了優(yōu)勢(shì)，雜類(lèi)草生長(zhǎng)受抑制。0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm地下生物量依次減少，表明地下生物量隨土壤深度增加而下降。與圍欄封育后地上生物量增加相反，長(zhǎng)期圍欄封育后地下生物量降低。推測(cè)可能是由于具有主根系統(tǒng)的雜類(lèi)草物種減少或禾本科植物分配的能量減少所致。因?yàn)殡s類(lèi)草為了占據(jù)更多的生存空間且具有發(fā)達(dá)的直根系結(jié)構(gòu)，如瑞香狼毒、鐵棒錘、黃帚橐吾等，而圍欄后由于種間競(jìng)爭(zhēng)使雜類(lèi)草生長(zhǎng)受抑制，導(dǎo)致地下生物量降低。

圍欄封育對(duì)植物群落物種組成影響較小，但會(huì)降低物種多樣性。圍欄封育樣地和放牧樣地的植物群落物種組成主要是禾本科和豆科，且占比較大。圍欄封育對(duì)植物物種組成的影響不大，主要是因?yàn)榉拍廖锤淖冎参锶郝鋬?yōu)勢(shì)種的種類(lèi)，且共有物種數(shù)量多。圍欄封育對(duì)植物物種豐富度影響不顯著，但會(huì)對(duì)物種Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)產(chǎn)生下降的影響。也有研究表明短期的圍欄封育(3年)對(duì)植物物種多樣性無(wú)顯著影響，但能提高植物地上生物量[18]。姚喜喜等對(duì)圍欄封育11年的高寒草甸植被觀(guān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期的圍欄封育可以提高植物地上生物量，但對(duì)豐富度、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和牧草營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)有負(fù)面影響[19]。圍欄封育對(duì)植物群落的影響仍有爭(zhēng)論是因?yàn)閲鷻诜庥挠绊懪c植被類(lèi)型、環(huán)境條件、放牧歷史和圍欄時(shí)間緊密相關(guān)，而其結(jié)果取決于哪種因素起主導(dǎo)作用還有待進(jìn)一步的研究。