不同放牧强度草甸草...doc

不同放牧退化梯度草甸草原植物群落特征及多样性金晓明1，韩国栋2(1、内蒙古呼伦贝尔学院，021008；2、内蒙古农业大学生态环境学院,呼和浩特, 010019)摘要 在呼伦贝尔的贝加尔针茅草甸草原按放牧利用强度及距离居民区的远近，将连续的一片草地地境划分为轻度、中度及重度退化区。通过对群落特征及多样性进行研究，结果表明群落中植物总产量变化为轻退区中退区重退区。在不同退化区中旱生植物的相对产量最高，在群落中占有绝对优势，并随放牧强度的增加而降低。中生及旱生植物的相对产量很低。优势种贝加尔针茅和羊草的优势度之和在轻度、中度及重度退化区分别为49.89%、35.48%、24.44%。在重退区冷蒿与星毛萎陵菜的产量显著增加，即指示群落的荒漠化趋势。多样性指数的变化为重退区中退区轻退区，而优势度指数与其相反。此研究有助于进一步认识贝加尔针茅草原在放牧干扰下的演替规律以及为退化草原的保护和恢复提供理论依据。影响草原生物多样性的人为活动主要包括放牧、刈割、樵采和开垦等,其中家畜放牧是影响最深且作用最广泛的因子1 。群落多样性、均匀度及优势度等指标是反映物种多样性的定量数值,体现了群落的结构类型、组织水平、发展阶段、稳定程度和生境差异,有着极为重要的生态意义3 。1 研究方法2.1 研究区概况试验地位于内蒙古呼伦贝尔市鄂温克旗伊敏河镇，地处北纬483435.6 483441.9，东经1193555.8 1193836.9，海拔762m768m。属寒温带和中温带大陆性季风气候，年平均气温-30，无霜期为80110天，年降水量250300mm。地形为波状起伏的平原，土壤为中厚暗栗钙土。草地类型为贝加尔针茅羊草杂类草草甸草原。贝加尔针茅( Stipa baicalensis ) 为建群种，羊草(Leymus chinensis )为优势种，麻花头（Serratula centauroides）、白头翁（Pulsatilla chinensis）、冷蒿(Artemisia frigida)、羽茅(Achnat herum sibiricum )、菭草（Koeleria cristata）等为常见种或伴生种。2.2 实验方法2.2.1 样地的选择与取样方法在贝加尔针茅羊草杂类草草甸草原的同一草地地境上，按放牧退化梯度选择了连续的一个区域（总面积大概为203公顷），并从西向东（距居民点远到近）依次划分为轻度退化区、中度退化区及重度退化区。本试验在2004年8月份进行。在3个不同退化地段分别设置15个样方（2050），共45个样方，测定植物群落的高度、盖度、多度、频度及地上部分产量（干重）等指标。2.2.2 计算与统计1. 综合优势比=（密度比+重量比+频度比+盖度比）/4100% 重要值=相对密度+相对频度+相对盖度* SDR = C+ F + D + W 4式中 C、F 、D 、W 依次分别表示相对盖度、相对频度、相对密度和相对生物量(干重)。*第i种的优势度=SDRi/i=1s SDR2 多样性指数（1） Shannon-wiener多样性指数: H=- i=1s Pi log2 Pi (Pi=ni/N)Pielou 均匀度指数： E= H /log2 S (2) Simpson 多样性指数: H = 1 - P2iSimpson 均匀度指数: E = 1/（ S P2i）Simpson 优势度指数: D = S i=1 ( ni/N)2（S为物种种数；Pi第i个种在全体物种中的重要性比例，如以个体数量而言，ni为第i个种的个体数量，N为总个体数量），E为均匀度指数, D为优势度指数。3 结果分析3、1 不同退化区群落生态型地上生物量动态从图1（a）可以看出，轻退区、中退区及重退区的植物地上总生物量分别为 1934.67kg/hm2、1423.97 kg/hm2 及 634.92 kg/hm2，即从轻退区到中退区下降了26.40%,从中退区到重退区又下降了55.41%，说明随着放牧强度的增加植物地上生物量降低幅度明显增加。在样地内出现的植物种大多属于中旱生植物，如贝加尔针茅、羊草、麻花头、羽茅、寸草苔、扁蓿豆、多叶隐子草、菊叶萎陵菜、瓣蕊唐松草等，这些中旱生植物的地上生物量在不同退化区占总生物量的 85% 以上，且其随放牧强度的加大而降低，其变化与总生物量的变化一致。另外，在样地内还有中生植物和旱生植物，中生植物有柴胡、白头翁、裂叶蒿、达乌里龙胆等，其地上生物量在不同退化区占总生物量的 8% 以下，且从图1（b）可知，随着放牧强度的增加在中退区先是有所增加，在重退区显著下降；旱生植物有冷蒿、星毛萎陵菜、狭叶柴胡、菭草等，其地上生物量在不同退化区占总生物量的 13% 以下，且从图1（b）可知，随着放牧强度的增加缓慢减少。说明中生植物在一定放牧干扰下能生长得很旺盛，而放牧压力超出一定限度可使土壤结构紧实、水分减少，且不耐践踏等原因，使中生植物生长受到抑制，生物量降低；旱生植物能适应干旱环境，而且由于家畜不喜食或有毒有害的旱生植物在重度退化区占有一定的比例，因此放牧压力对旱生植物生物量的变化不明显。a b图1（a.b） 不同生态型植物类群在不同放牧退化区的地上生物量变化Fig. 1 Variations of above-grounnd biomass of ( )in different grazing intensity 如图2显示，在不同退化区三种生态型植物类群在草群中的比例变化趋势是：中旱生植物从轻退区到中退区明显下降，而从中退区到重退区变化不明显；旱生植物从轻退区到中退区缓慢增加，而从中退区到重退区增加幅度较大；中生植物从轻退区到中退区缓慢增加，而从中退区到重退区下降幅度较大。图2 不同生态型植物类群在不同放牧退化区的地上相对生物量变化Fig.2 Variations of relative above-grounnd biomass of ( ) in different grazing intensity32 不同退化区群落主要种群的数量指标变化如表1所示，在轻退、中退、重退区贝加尔针茅和羊草的优势度之和分别为49.89%、35.48%、24.44%，说明贝加尔针茅和羊草在群落中占有绝对的优势，整个样地群落的性质没有发生改变，且优势程度随放牧压力的增大而削弱。在轻退、中退、重退区贝加尔针茅和羊草的相对产量之和分别为76.47%、51.41%、29.04%，说明在不同退化区贝加尔针茅和羊草的相对产量动态与优势度动态是一致的，即随着放牧强度的增加，家畜喜食的牧草在草群中的比例逐渐减少。除此之外，还有一些家畜喜食的牧草，如羽茅、寸草苔、多叶隐子草的相对产量在中退区最高是因为具有一定的耐牧性和补偿性生长所致，而放牧压力过大，家畜啃食量及畜蹄践踏程度增加是导致其相对产量下降的主要原因。而扁蓄豆等家畜喜食的牧草在重退区产量最高可能是与放牧家畜协同进化的结构。家畜不喜食的牧草随着样地退化程度的加剧逐渐增多是由于家畜选择性采食的结构，如狼毒、变蒿、线叶菊等。冷蒿的相对产量变化为重退区中退区轻退区，星毛萎陵菜相对产量变化为重退区轻退区中退区，近一步说明冷蒿与星毛萎陵菜是草甸草原放牧退化指示植物，而星毛萎陵菜在中退区的相对产量最低，可能是由于取样造成的误差。表1 贝加尔针茅群落主要种群优势度变化Table 1 variations in dominance of major plant population to the grazing gradient 植物名称 Species name轻退区 Light grazing中退区 Moderate grazing重退区 Heavy grazing贝加尔针茅25.48 16.57 14.46 羊草24.31 18.91 9.98 麻花头2.77 3.75 3.67 羽茅4.45 6.96 0.19 寸草苔2.03 3.69 3.81 扁蓿豆1.17 0.96 6.48 瓣蕊唐松草4.23 7.68 2.40 白头翁3.95 5.52 0.24 裂叶蒿2.20 5.52 0.00 多叶隐子草0.09 3.05 2.88 3.3 不同退化区生物群落多样性指数 草原物种丰富度(即其所含的植物物种总数) 是群落多样性的最基本特征。表2所示，轻退、中退和重牧区的物种丰富度、多样性指数和均匀度指数是一致的,即：重退区中退区轻退区。说明重退区的多样性最高，中退区次之，轻退区最低。这主要是由于在轻退区植物群落中贝加尔针茅和羊草对其它植物的强大的种间竞争优势抑制了其它植物的生长；而在重退区因出现了几种家畜不喜食的旱生植物，常年不被采食保留在草群中，所以多样性增加。过去在典型草原不同干扰下的多样性研究中，多样性最高值一般出现在中退区a，而在我们的研究中却出现在重退区，这说明草甸草原的利用强度比典型草原的低，使重退区处于中度干扰阶段。因此这一现象也符合Connell 的中度干扰假说。优势度指数在轻退区最大,而在重退区最小,和群落的多样性指数正相反。群落优势度高说明群落中只存在少数的优势种,所以造成轻退区群落的多样性最低。重退区的优势度指数最小,多样性最高，说明重退区群落优势种的适应能力在严酷的放牧压力下明显降低,即群落对放牧等干扰因子的扰动作用很敏感。表2 轻牧、中牧和重牧区的物种丰富度、群落的多样性指数、均匀度指数和优势度指数Table 2 Species richness , diversity indices , evenness indices and dominance indices under light , medium, and heavy grazing指标 index轻退区 Light中退区 Medium重退区 Heavy物种丰富度293233Shannon-Wiener 多样性指数0.934 1.123 1.241 Pielou 均匀度指数0.639 0.746 0.817 Simpson 多样性指数0.767 0.864 0.919 Simpson 均匀度指数0.148 0.230 0.376 Simpson 优势度指数0.233 0.136 0.081 4 结论4.1 不同退化区植物地上总产量从轻退区到重退区逐渐降低。在草群中以中旱生植物占绝对优势，且其总产量和相对产量从轻退区到重退区逐渐降低，并与草群总产量的降低幅度基本保持一致，说明不同退化区植物地上总产量主要取决于中旱生植物的产量。中生植物和旱生植物产量在草群中所占比例很小，旱生植物产量从轻退区到重退区逐渐降低，但其相对产量逐渐增高；中生植物产量和相对产量在中退区最高，在重退区最低。即中旱生、中生及旱生植物的产量都对放牧压力较敏感，而中生植物在中退区出现产量高峰是由于具有适应一定的干扰和补偿性生长的能力。4.2 贝加尔针茅和羊草在群落中占有绝对的优势，在轻退、中退、重退区贝加尔针茅和羊草的优势度之和分别为49.89%、35.48%、24.44%，即群落中的优势种随放牧压力的增强而减少。放牧退化指示植物冷蒿和星毛萎陵菜的比例在重退区显著增加，说明重退区已出现荒漠化趋势。4.3 群落物种丰富度、多样性及均匀度在不同退化区的变化均一致，为：重退区中退区轻退区，说明放牧干扰增加物种多样性。而群落优势度与多样性正相反，为：轻退区中退区重退区。这是由于贝加尔针茅和羊草两种优势植物在草群中的优势越大，越能有效地抑制其它植物的生长。优势度降低也意味着草群中家畜喜食的牧草减少，而家畜不喜食的牧草增多。参考文献 1 Whittaker R H. Evolution of diversity in plant communities. Ecology , 1969 , 50 : 417428. 3 彭少麟,周后诚,陈天杏,等. 广东森林群落的组成结构数量特征. 植物生态学与地植物学学报, 1989 , 13 (1) : 1017.a 刘振国、李镇清.退化草原冷蒿群落13 年不同放牧强度后的植物多样性. 生态学报,2006,02.附表 样地不同退化区植物地上产量（kg/hm2）与相对产量(%)植物名称 Species name轻退区 Light grazing中退区 Moderate grazing重退区 Heavy grazing产量 Above-graound biomass相对产量 Raletive above-graound biomass 产量 Above-graound biomass相对产量 Raletive above-graound biomass 产量 Above-graound biomass相对产量 Raletive above-graound biomass 贝加尔针茅97547.57 354.9326.17 126.419.75 羊草541.628.90 301.9325.24 63.139.29 狭叶柴胡14.80.86 191.19 16.62.61 麻花头52.873.54 68.84.32 30.134.56 冷蒿36.332.08 29.132.29 20.875.05 羽茅432.58 97.736.40 1.20.23 菭草44.072.54 47.333.22 19.533.97 寸草苔2.530.14 211.29 5.931.14 白头翁512.98 48.273.60 1.330.26 扁蓿豆13.930.83 8.870.70 48.535.76 裂叶蒿26.41.35 43.132.61 00细叶鸢尾3.130.24 0000柳叶风毛菊2.130.16 97.474.99 00菊叶萎陵菜14.40.5813.41.13 9.071.88 沙参3.930.24 00