青藏高原常见牧草人工草地杂草种类及生物量的初步研究

青藏高原常见牧草人工草地杂草种类及生物量的初步研究

人工牧场的建设可以缓解草地牲畜和草地动物之间的矛盾，为恢复草地退化创造条件，同时保持生态平衡，有效防止水土流失，促进草地社会发展[1.6]。高寒地区的人工草地一般建植于高寒草甸的退化草地及其他次生类型的天然草地上。在此类天然草地上建植人工草地,必然会对所在地段的植物群落造成很大的扰动,破坏原有自然植被所固有的生态稳定性。而相应于这种扰动,人工草地生态系统中存在着吸收扰动并向原有的顶极或偏途顶极植被恢复演替的压力。这种变化具体从生态学角度看,就是杂草入侵、草地退化的过程,该过程将大大降低人工草地群落的稳定性。然而,群落稳定性不仅是维持人工草地生产力的保证,也是衡量人工草地质量优劣的一个重要标准。人工草地要维持持久的群落稳定性,各组分种群间应该稳定共存,有效抵制杂草,在与杂草入侵的竞争中获胜,最终将各种杂草从草地群落中排除出去。目前,高寒地区人工草地多为禾草单播草地,混播草地及其稳定性的研究较为少见,仅董世魁和顾梦鹤等在高寒地区进行了多年生禾草品种混播组合、环境干扰、群落稳定性与调控等方面的研究。本研究选取3种青藏高原牧草建植混播人工草地,对不同播种草地中的杂草生物量及丰富度进行调查分析,以期为人工草地的建植及维持长期的稳定性提供理论依据。1材料和方法1.1合作市市试验地位于兰州大学高寒草甸野外定位研究站(甘南藏族自治州合作市郊),地理坐标为N34°55′,E102°53′,海拔2900m,年平均气温2.0℃,年平均降水量557mm。土壤类型为亚高山草甸土,植被属高寒草甸类型。1.2不同密度组合的种子混播试验试验材料垂穗披碱草(Elymusnutans)、中华羊茅(Festucasinensis)和羊茅(Festucaovina)为青藏高原常见的优良牧草。试验设计有7种播种组合,分别为3种单播(垂穗披碱草、中华羊茅和羊茅),3种二组分混播(垂穗披碱草+中华羊茅、垂穗披碱草+羊茅、中华羊茅+羊茅),1种三组分混播(垂穗披碱草+中华羊茅+羊茅)。4个密度水平,分别为400,800,1600,3200粒·m-2。垂穗披碱草、中华羊茅和羊茅3物种种子的百粒重分别为0.3073,0.0827,0.0432g。根据百粒重称取试验设计的4个密度所需的种子进行试验。混播中各组分比例为50∶50或者33∶33∶33,即均为等比例。不同播种组合与不同密度水平共28个小区,重复4次,小区随机排列,共112个。小区面积为12m2(3m×4m),小区间的缓冲带为0.5m。2003年7月播种,8月底进行样方调查(样方面积50cm×50cm),统计杂草种类和丰富度,由于是幼苗,当年没有测定地上生物量;2004年7月(杂草生长较旺盛)进行样方调查,统计杂草的种类和丰富度,并在9月底收获样方内的杂草生物量。2005年7月统计杂草种类和丰富度,9月收获杂草生物量,方法同2004年。1.3不同混播组合的稳定性分析采用SPSS13.0统计软件对杂草丰富度和杂草生物量进行方差分析,并对不同混播组合间的差异和年际间的差异进行多重比较(LSD多重比较),绘图亦采用该软件。2结果与分析2.1不同种类草地的杂草特性人工草地建植第1年,共出现30种杂草(表1),单因子方差分析表明,7种播种组合之间的杂草种类无显著差异。频度较高的有附地菜(Trigonotispeduncularis)、萼果香薷(Elsholtziapatrini)、白藜(Chenopodiumalbum)、宝盖草(Lamiumamplexicaule)等,甘青蒿(Artemisiatangutica)、车前(Plantagoasiatica),角果茴香(Hypecoumerectum)、大籽蒿(Artemesiasieversiana)、老鹳草(Geraniumwilfordii)、甘青青兰(Dracocephalumtanguticum)及紫菀(Astertataricus)等多年生杂草较为多见,其他的多为偶见种,见表1。人工草地建植第2年,共出现19种杂草(表1),单因子方差分析表明不同组合草地中杂草种类无显著差异。在2年龄草地中,萼果香薷、甘青蒿、车前及臭蒿(Artemisiahedinii)等多年生杂草频度较高。在一年龄草地中频度较高的物种附地菜、宝盖草和角果茴香完全消失,新出现的杂草有琉璃草(Cynoglossumzeylanicum)、鸡娃草(Plumbagellamicrantha)、华西委陵菜(Potentillapotaninii)、钝裂银莲花(Anemoneobtusiloba)、草石蚕(Humatatyermanni)和花苜蓿(Trigonellaruthenica)等多年生杂草和一年生杂草臭蒿,其中,臭蒿在杂草群落中表现出较强的生长优势。人工草地建植第3年,共出现40种杂草(表1)。频度较高的为甘青蒿、车前和老鹳草以及草石蚕等多年生杂草。新出现的杂草主要有粘鼠尾草(Salviaroborowskii)、龙胆(Gentianascabra)、扁蓄(Polygonumaviculare)、问荆(Equisetumarvense)、秦艽(Gentianamacropylla)、赖草(Leymussecalinus)、沙蒿(Artemisiadesertorum)、菥蓂(Thlaspiarvense)、冰草(Agropyroncristatum)、露蕊乌头(Aconitumgymnandrum)、芨芨草(Achnatherumsplendens)等多年生杂草。老鹳草、宝盖草和甘青蒿在2龄草地中消失,在3龄草地中重新出现,应重视此类杂草对草地的影响。另外,甘青蒿、萼果香薷和车前连续3年都存在,表明它们的生存能力较强,对草地的生产力和稳定性影响不容忽视。2.2单播草地中杂草的丰富度和制备在人工草地的3个生长季节中,2004年的杂草丰富度最低,2003年与2005年的杂草丰富度较高(图1),年际间的多重比较表明,2004年与2003年和2005年的杂草丰富度均有显著差异(P<0.05)。这是因为草地建植当年,禾草的侵占力较小,生存力较强的杂草大量入侵;建植第2年,禾草明显占据优势,可以有效抑制杂草的入侵和生长,人工草地上杂草丰富度最低;建植第3年,禾草(主要是垂穗披碱草)的生长优势开始降低,人工草地中的杂草逐渐增加,导致草地中杂草多样性较高。密度单因子方差分析表明,密度对草地的杂草丰富度和杂草生物量没有显著影响。2003年和2004年,3种单播草地中的杂草丰富度均高于4种混播草地中的杂草丰富度(图1),2005年有所变化,人工草地中杂草丰富度依次为:中华羊茅+羊茅混播>中华羊茅单播>羊茅单播>垂穗披碱草单播>垂穗披碱草+中华羊茅混播>垂穗披碱草+中华羊茅+羊茅混播>垂穗披碱草+羊茅混播(图1)。年际间的方差分析表明,2004年和2005年之间杂草的生物量有极显著差异(P<0.01)。2004年,人工草地中杂草生物量依次为:羊茅单播>中华羊茅单播>中华羊茅+羊茅混播>垂穗披碱草+中华羊茅+羊茅混播>垂穗披碱草单播>垂穗披碱草+中华羊茅混播>垂穗披碱草+羊茅混播。2005年,人工草地中杂草生物量依次为:羊茅单播>中华羊茅单播>垂穗披碱草单播>中华羊茅+羊茅混播>垂穗披碱草+中华羊茅穗披碱草+羊茅混播>垂穗披碱草+中华羊茅+羊茅混播(图2)。在2004和2005年,单播草地中的杂草生物量均高于混播草地中,表明单播草地抵抗杂草入侵的能力低于混播草地;有垂穗披碱草的4种混播草地中的杂草生物量在2005年增加,而中华羊茅、羊茅和中华羊茅+羊茅的混播草地中的杂草生物量在2005年降低(图2),由此表明,垂穗披碱草在建植当年,抵抗杂草入侵的能力较强,随着建植时间的增加,其抵抗杂草入侵的能力降低,而中华羊茅和羊茅在建植后期有较强的抵抗杂草入侵的能力。3草地及杂草的生物利用植物生长速度的快慢决定植物对生长空间的竞争能力。生长速度越快,株体越高大,植物占据的空间越多,对生存空间的竞争力也越强[12~18]。在没有任何农业管理措施的多年生禾草人工草地上,杂草和栽培禾草的生长表现主要取决于二者的相对竞争力(主要对环境资源和生存空间的竞争)。这种相对竞争力的大小主要表现在2个方面,即初始占空能力和相对生长率[13,14,15,16,19,20]。高寒地区人工草地建植当年,杂草出苗早,生长快,生存力较强的一年生阔叶杂草,如附地菜、萼果香薷、白藜、宝盖草等入侵草地,在生长竞争中占据了优势地位。中华羊茅和羊茅草地在生长季初期,株体占据的相对空间较少,对生存空间的竞争能力较弱,抵制杂草的能力较差。人工草地建植第2年,栽培禾草返青早,生长快,初始占空能力较强[12,13,14,15,19,20],相对竞争力高于草地杂草,从而在生长竞争中获胜,显然牧草较早返青后,以较强的初始占空能力优先占据地上空间,抑制了杂草出苗。同时,生长季内牧草凭借生长优势加强了对环境资源的竞争,阻碍了杂草的生长发育,从而巩固了其在草地群落中的优势地位。草地建植第3年,牧草的生长优势降低,草地中的杂草多样性增加,杂草生物量增加,严重降低了人工草地的稳定性。可见,在青藏高原高寒地区多年生禾草人工草地的建设和管理中,提高建植当年及后期禾草的初始占空能力,人工除杂,降低杂草的初始占空能力,以草压杂进行人工草地管理是人工草地建植成败的关键。垂穗披碱草在建植当年,可以有效抑制杂草的入侵和生长,但是,随着生长时间的增加,尤其是在第3年,垂穗披碱草对杂草的抑制作用减弱,杂草的丰富度和生物量均增加,人工草地的稳定性受到严重影响。因此,在垂穗披碱草人工草地中,后期的杂草防治工作更为重要。在中华羊茅和羊茅的人工草地中应在建植当年进行杂草防除,出苗期(建植当年)及第2生长季的杂草防治工作必须及时