[农业]围封年限对内蒙古典型草原区退化草原群落恢复的影响.doc

内蒙古大学本科毕业论文（设计） 学校代码 10126 学号 00614039 分 类 号 密级 本科毕业论文（设计）围封对内蒙古典型草原区退化草原群落恢复的影响学院、系 生命科学学院 专业名称 生态学 年 级 07级 学生姓名 李吉 指导教师 马文红 2011 年 6 月 8 日围封对内蒙古典型草原区退化草原群落恢复的影响摘要：针对退化草地恢复与合理利用问题在典型草原区选取围封年限不同而其他条件近似的3个样地进行研究，并在周围选取3个放牧样地做为对照，进行不同围封年限群落结构及植物多样性的比较研究。结果表明, 重度退化草地采用生长季围封措施后, 群落生产力与物种多样性增加，高度、产量与盖度增加，群落结构和各物种的优势地位发生较大改变。综合考虑群落结构、产量及物种多样性，认为适当围封加上合理放牧是恢复退化草地的有效途径。关键词：退化草地，围封，物种多样性，优势度Abstract: The restoration of degraded grassland and Rational Utilization of the typical steppe region in the different selected other conditions enclosed approximate age of 3 study plots, and select the three grazing in the surrounding plots as control, enclosed life of communities with different Structure and Comparison of plant diversity. The results showed that the severely degraded grassland enclosure measures by the growing season, increase in community productivity and species diversity, height, yield and coverage increased, community structure and dominance of each species there is a greater change. Considering the community structure, production and species diversity, that the appropriate enclosure plus a reasonable rehabilitation of degraded grassland grazing is an effective way.Key words: grassland, enclosure, species diversity, dominance目录绪论11、研究方法：21.1、样地选择21.2、取样方法：21.3、数据分析：22、结果与分析42.1、围封下植被的恢复42.2、围封对群落组成的影响52.3围封对物种多样性的影响72.4、围封对与群落地上生产力的影响82.4.1、地上生物量的比较82.4.2、优势种地上生物量的比较82.5、围封对于多样性和生产力关系的影响103、讨论144、结论：15参考文献：16内蒙古大学本科毕业论文（设计） 第18页绪论草地生态系统作为我国乃至世界上最大的陆地生态系统 , 是陆地碳循环及碳截存的一个重要组成1 3部分 ,草地生态系统退化必然会直接影响到其本身碳截存以及整个陆地生态系统的碳循环过程.典型草原是温带内陆半干旱气候条件下形成的草地类型 , 其植物主要为真旱生与广旱生多年生丛生禾草. 该类草原占内蒙古天然草地总面积的1/3 2, 但不合理的人为活动已使该区 50%左右4 6的草原处于不同程度的退化之中 . 对该区草地的退化机制和恢复重建研究得到了广泛重视 , 开展了长监测研究 , 并总结出该区的群落退化与恢复演替模式 , 即羊草(Leymus chinensis) 草原群落在长期强度放牧下会演替为以冷蒿(Artemisi frigida)为优势种的退化草原变型; 冷蒿草原在减轻放牧压力后也可以恢复为以羊草为优势种的原生群落类型7。目前已有20%的典型草原严重退化为冷蒿、星毛萎陵菜(Potentila acaulis)和小禾草草原8。关于受损草地生态系统的恢复, 最常用的方法有围栏封育( 自然恢复)、农业措施(包括松土、轻耙、浅耕翻、补播等)和建立人工草地等, 其中围栏封育是最常用的方法,它是人类有意识调节草地生态系统中草食动物与植物的关系以及管理草地的手段。由于其投资少、见效快、操作简单易行,已成为当前退化草地恢复与重建的重要措施之一 9 11。国内外学者针对退化草地围封后植被与土壤特征变化做过一些研究, 得出比较一致的结论是:退化草地在自然恢复过程中植物群落结构改善、生产力增加 12 18,有机质、氮、磷等养分含量增加 19 20 , 表明围封在退化草地的恢复及控制土地沙漠化等方面是有效的。但在我国, 由于牧区经济发展问题, 完全禁牧非常困难, 纵观中国北方草地资源的利用、更新以及草地畜牧业的可持续发展, 完全禁牧也是不合理的。草地管理的任务之一是调整载畜量在适当的水平,一方面保证牧区经济的发展,另一方面维持草地的正常生长,可行方法之一是实行季节性禁牧12。1、研究方法：1.1、样地选择：研究区位于内蒙古锡林河中游典型草原区。本区属半干旱草原气候,年平均气温为-0.4,10的积温1597.9,无霜期约100d,草原植物生长期约150d，年降水量350mm左右,集中于69月,占全年降水量的80%左右,降水量的季节和年际变化非常大。样地选择为锡林浩特典型草原围封条件一致，但年限不同(表1)的三个样地，以及选择附近未围封的三个样地进行对比。表1，样地介绍地理位置海拔利用和管理方式ER1E：11627.467N： 4412.4371078克什针矛草原，围封5年样地，锡林浩特毛登牧场，地势平缓，偶有放牧。GD1E：11627.222N： 4412.5281076ER1样地对面未围封样地，植物低矮，针茅未抽穗，掉落物较少ER2E：11617.747N： 4353.5621213克什针矛草原，围封约10年，刘老师实验样地，从未放牧，地表凋落物多GD2E：11617.575N： 4353.5821215在ER2附近未围封样地，放牧较少，掉落物较少。ER3E：11644.450N：4335.790 1212大针茅围封20年样地，样地种类丰富，掉落物多，灌丛多。GD3E：11617.605N： 4335.8121214在ER3样地周围退化样地，一直放牧，植物低矮，无凋落物1.2、取样方法：在6个样地里每个样地做12个11的样方，并测定记录植物种类、群落盖度、各物种的分盖度、高度和密度后,齐地面刈割,带回实验室，在65下烘干,测定现存量干重。1.3、数据分析：（1）相对生物量Pi = wi / W 100 %. 式中, wi为第i 种植物在群落中的活体重量; W 为该群落所有植物种的活体重量之和。（2）物种优势度( species dominance, SDR) 或功能群优势( function group dominance) 采用相对产量与相对盖度进行计算。SDR= (Yc+ Cc+Dc) / 2式中, Yc为相对产量,Cc为相对盖度，Dc为相对密度。功能群优势度为各功能群内所有物种优势度之和。(3)物种丰富度(species richness)采用Margalef指数(Ma)表示。Ma=(S-1)/lnN式中,S为物种数目,N为群落中所有物种个体总数。(4)物种多样性( species diversity) 采用Shannon- Weaver 指数(H) 表示。H=-PilnPi,Pi=ni/n式中,ni为物种i的重要值,n为群落中所有物种重要值之和。 (5) 通过SPSS软件采用单因素方差分析(ANOVA) 检验2 个样地在各项特征指标上的差异( p 0.05) 。2、结果与分析2.1、围封下植被的恢复表2 、围封与放牧草地地表植被状况样地地上生物量(g/m)立枯/(gm-)盖度（%）ER140.983.0845GD128.870.6540ER2188.3910.4155GD2144.99-50ER3182.5318.4160GD325.35-30ER1：围封5年样地，GD1：ER1对应放牧样地；ER2：围封10年样地，GD2：ER2对应放牧样地；ER3：围封10年样地，GD3：ER3对应放牧样地。从表2可以得出，围封5年的样地的群落地上生物量与对应未围封的样地差异不大（p=0.2，T-test）；围封10年的样地的地上生物量比未围封的样地活体植株差异不大（p=0.08，T-test）；围封20年样地与未围封的样地差异较大（p=0.042，T-test），约为未围封的样地活体植株的7.2倍。对围封样地做对比，围封十年时地上生物量最大。围封5年、10年、20年分别比未围封的样地盖度多12.5%、10%、100%。由于家畜的采食, 践踏以及风蚀作用导致持续放牧草地地表凋落物和立枯量很少，甚至为0。2.2、围封对群落组成的影响根据表3得出，围封5年样地的优势种克氏针茅优势度为43，糙隐子草的优势度为36.7，苔草8.1。而与之对应的放牧样地优势种为灰绿藜22，糙隐子草21.7、克什针茅19.4苔草17.3。可以看到围封5年样地中糙隐子草、克什针茅优势度明显增加。围封10年样地中优势种为克什针茅71.9，羊草14.8、糙隐子草6.7。而与之对应的放牧样地优势种为克什针茅，优势度为65.3，糙隐子草16.5。可以看出围封10年样地比放牧样地克什针茅、羊草优势度有所增加。围封20年的样地中优势种为冰草20.3，羊草16，大针茅15.1，而与之对应的放牧样地建群种为苔草，优势度为27.7，优势种为画眉草23.9，灰绿藜8.8，冰草8.1。可以看出围封20年样地冰草、羊草、大针茅优势度明显比放牧样地增高。 围封5年、10年、20年做对比的话可以看出围封10年的针茅的优势度比5年、20年的高，其次是围封5年的。而隐子草围封5年时候优势度最高，然后10年 ，20年的时候最低达到了4.5，物种数20年的最高，然后是10年的。表3、样地物种优势度对比植物种类Species优势度DominanceER1GD1ER2GD2ER3GD3多年生禾草Perennial grasses81.547.295.990.856.323.9羊草L. chinensis1.43.814.88.3165.6克氏针茅S.krylovii36.719.471.965.3冰草Agropyron cristatum0.42.320.38.1糙隐子草C. squar rosa4321.76.716.54.24.5洽草K.cristata0.6大针茅2.50.715.25.7多年生杂类草Perennial forbs9.8323.46.523.829.8苔草 Carex tristachya8.117.32.46.26.427.7扁蓿豆 M.ruthenica0.10.20.8野韭Allium ramosum L.0.10.10.3细叶葱A.tenui ssimum0.10.2防风S.divaricata0.10.10.1阿尔泰狗娃花H .altaicus114.2二裂委陵菜P.bifurca4.8菊叶委陵菜P.tanaceti folia0.40.20.1星毛委陵菜P.acaulis0.1双齿葱Allium bidentatum0.20.80.10.5乳百花黄芪Leguminosae0.2顿叶瓦松Cotton leaf Poisson10羽茅 Achnatherum sibiricum (Linn.) Keng0.5展枝唐松草Thalictrum ramus development1.7变蒿Artemisia commutata0.2灌木、半灌木Shrubs and semishrubs0.212.16.3冷蒿Artemisia frigida0.220.2小叶锦鸡儿 Caragana microphylia Lam0.65.7木地肤Kochiaprostrata(L.)Schrad.9.50.4一、二年生植物Annuals and biennials8.735.10.22.47.536.7猪毛菜Salsola collina2.56.30.31.5地肤Kochia scoparia1.6轴藜 Axyris amaranthoides L.5.42.1狗尾草S. faberii Herrm0.4灰绿藜Chenopodium glaucum Linn.4.12220.48.8刺穗藜Chenopodium aristatum Linn1.950.1画眉草Eragrostis pilosa (L.) Beauv0.21.623.9黄蒿 ArtemisiascopariaWaldst.EtKit.0.20.12.3围封对物种多样性的影响从图1可以看出，围封5年时，物种多样性比放牧样地1显著降低（p=0.043, T-test），围封10年样地物种多样性比放牧样地2显著增加(p=0.034, T-test)，围封20年物种多样性比放牧样地3有显著提高(p=0.038, T-test)而图2可以看出，20年围封的草地群落物种多样性水平显著高于围封5年和10年(p=0.016)。图1，不同样地植物群落的地上生物量比较图2围封样地多样性对比2.4、围封对与群落地上生产力的影响2.4.1、地上生物量的比较从图3看出围封后地上生物量比对应的围封样地都有所增加，围封5年的地上生物量为40.98，围封10年样地地上生物量为188.39，围封20年地上生物量为182.53；可以看出围封10年地上生物量最多图3、地上生物量的比较2.4.2、优势种地上生物量的比较表4，优势种地上生物量的比较优势种地上生物量（g /）ER1克氏针茅，糙隐子草，苔草36.51GD1灰绿藜,糙隐子草,克什针茅,苔草22.11ER2克什针茅，羊草,糙隐子草181.07GD2克什针茅,糙隐子草,羊草138.26ER3冰草，羊草,大针茅99.19GD3苔草，画眉草，灰绿藜，冰草15.86由表4可以看出围封样地比放牧样地的优势种的地上生物量多，而随着围封时间的增加，优势种的地上生物量先增加后减少。图4、优势种占地上总生物量的百分比优势种在不同草地群落中所占比例为62.6%95.4%，在围封样地的比例为54.3%96.1%；围封5年样地优势种占地上总生物量的89.1%，对应放牧样地优势种占地上总生物量的76.6%，围封5年后优势种比例有所上升；围封10年时优势种生物量占地上总生物量的96.1%，对应放牧样地为95.4%，围封10年后优势种的比例上升；围封20年优势种的生物量占总生物量的54.3%，对应放牧样地为62.6%，围封20年后优势种比例下降。 2.5、围封对于多样性和生产力关系的影响图4、多样性与地上生物量之间的关系围封5年时多样性与地上生物量之间的关系围封5年对应放牧样地多样性与地上生物量之间的关系围封10十年多样性与地上生物量之间的关系围封10年对应放牧样地多样性与地上生物量之间的关系围封20年样地多样性与地上生物量之间的关系围封20年对应放牧样地多样性与地上生物量之间的关系图4为多样性与地上生物量之间的关系图，由ER1和GD1对比得知围封5年对生物量增加，丰富度增加，围封对生物量影响更大些；由ER2和GD2对比得知，围封10年对样地的影响为丰富度降低，生物量升高；由ER3和GD3对比得知，围封20年对样地的影响为丰富度没有显著性差异（p=0.06，SPSS双侧相关性检测）,生物量有显著性增加（p=0.0387，SPSS双侧相关性检测）。3、讨论放牧、割草、围封等是内蒙古草原生态系统最主要的人为干扰形式。这些人类活动影响了草地生态系统的群落结构、植物多样性及群落生产力27。其中，围栏封育是退化草地恢复最常用的方法, 也是草地管理的有效手段之一。然而关于围封对于草地生态系统结构和功能的影响的研究目前还不完整，特别是评价围封年限对草地生态结构和功能的影响，本论文研究了不同围封年限的草地管理措施对于群落结构、多样性以及群落生产力等方面的影响，刚刚开始围封的时候，多样性比放牧样地所降低，多年生禾草生物量增加，生产力增加，杂草减少，随着围封时间推移，多样性逐渐降低，多年生禾草量增加，杂草减少，在十年到20年之间多样性达到最低值并开始增加，多年生禾草达到最大值并开始下降，杂草量开始增加。可能原因是因为刚开始围封的时候放牧等人为干扰减少了，多年生禾草因为少了放牧的影响而得到回复，多年生杂草因为多年生禾草的回复，由于群内竞争的原因，养料、生存空间的减少所以减少；随着围封年限的增加，多年生禾草逐渐增加，在大概10到20年之间达到最大值，而多年生杂草在这时达到最小值；随后由于多年生禾草的环境容载量达到最大值，开始随着围封时间的增加而减少，而多年生杂草开始适应环境，生物量开始回升。 对植物多样性影响的研究较多, 但不同的研究者得出不同的结论。周国英等 22 , Oliva 等 23 研究表明围封可以增加物种多样性, 刘刚等 24 和周华坤等 25 研究表明围封会减少物种多样性, Meissner 和Facelli 26 研究表明围封对植物多样性没有显著影响。产生研究结果不同的原因较多, 包括群落类型、研究区域地理位置、环境条件等。就本研究结果来看, 围栏封育显著影响了群落物种的多样性, 但多样性指数、丰富度指数和均匀性指数并未随封育时间的延长而表现为简单的线性增加, 说明围封年限也是造成研究结论不一致的原因。4、结论：4.1、重度退化草地采用生长季围封的管理方式后, 植物种类增加, 群落结构及各物种的优势地位发生较大改变。高度、产量与盖度增加。4.2、围封后样地中多年生禾草优势度增加，多年生杂草和一二年生植物减少。随着年份增加，多年生禾草优势度先增加后减少。多年生杂草优势度先减少后增加。4.3、物种多样性在围封5年时候比放牧样地降低，围封10年比对应的放牧样地多样性增加，围封20年多样性比 对应放牧样地增加。而随围封时间的增加，物种多样性先减少后增加。4.4、围封5年时候对生产力和丰富度都为不显著正影响；围封10年对丰富度为负影响，生产力为正影响；围封20年对丰富度和生产力都为显著正影响。参考文献：1、Conant RT , Paustian K. 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