草地草地群落演替規(guī)律研究新疆昭蘇馬場(chǎng)春秋場(chǎng)草地退化演替與植物多樣性的研究

0草原生態(tài)群落多樣性調(diào)查研究【研究意義】由于人為活動(dòng)或不利自然因素，牧場(chǎng)質(zhì)量惡化（包括植物和土壤），生產(chǎn)力、經(jīng)濟(jì)潛力和服務(wù)功能降低，環(huán)境變差，生物多樣性或復(fù)雜程度降低，恢復(fù)功能削弱或喪失，被稱(chēng)為牧場(chǎng)退化。恢復(fù)和恢復(fù)功能也是導(dǎo)致草坪退化的直接原因之一?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】Gibson等認(rèn)為,放牧可以改變植被變化的基本模式,而長(zhǎng)期的春秋放牧更接近于改變其演替方向,放牧可以偏轉(zhuǎn)演替,重牧加速了演替的速度,放牧對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)生物量結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)力的影響受多種因素制約。草畜不平衡是草原畜牧業(yè)生產(chǎn)的主要矛盾,防止草場(chǎng)退化,合理利用草地以及科學(xué)管理尤為關(guān)鍵?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】特克斯河北岸的河灘階地春秋草場(chǎng),是昭蘇馬場(chǎng)主要的一年兩次利用的草場(chǎng),放牧牲畜有綿羊、牛、馬等。昭蘇馬場(chǎng)春秋草場(chǎng)超載過(guò)牧和不科學(xué)的草地管理,使得天然草地質(zhì)量、植物群落結(jié)構(gòu)和多樣性發(fā)生變化?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】對(duì)草地植物群落結(jié)構(gòu)、物種多樣性等基本特征進(jìn)行調(diào)查,以群落中植物種的重要值作為指標(biāo),并計(jì)算相關(guān)群落多樣性指數(shù)。初步探討天山北坡西部山區(qū)“春秋場(chǎng)”型退化草地的演替規(guī)律,為春秋場(chǎng)型退化草地的研究提供參考。1材料和方法1.1昭蘇草場(chǎng)主要植被類(lèi)型昭蘇馬場(chǎng)地處伊犁河谷昭蘇盆地腹內(nèi),地理坐標(biāo)E81°03′~81°05′,N40°55′~43°15′,海拔1640~4800m,屬溫帶山區(qū)半濕潤(rùn)半干旱冷涼氣候類(lèi)型。年均溫度2.7℃,≥10℃積溫1416.8℃;無(wú)霜期85~100d;年均降水量512mm,降水多集中于5~8月,占全年總降水量的68.70%;積雪期158d,積雪厚度20~60cm。地貌特征為山地和高山峻嶺。昭蘇馬場(chǎng)土地面積7.04×104hm2,其中:草地面積4.53×104hm2,占土地面積的64.38%,可利用草地4.4×104hm2,占草地總面積的97.13%;耕地面積0.53×104hm2,天然草地面積是耕地面積的8.5倍。研究區(qū)選在特克斯河北岸河灘階地春秋草場(chǎng),植被類(lèi)型為草甸草原,以草原苔草(Carexliparocarpos)、亞洲百里香(Thymusasiaticus)、羊茅(Festucaovina)、草地早熟禾(Poapratensis)為主要種;伴生種主要以針茅(Stipacapillata)、黃花苜蓿(Medicagofalcate)、黃芪(Astragalussp)、千葉蓍(Achilleamillifolium)、森林草莓(Fragariavesca)、無(wú)芒雀麥(Bromusinermis)為主。1.2方法1.2.1地上生物量調(diào)查為了研究春秋場(chǎng)的退化演替規(guī)律,采用了實(shí)地調(diào)查取樣方法,選取特克斯河北岸河灘階地春秋草場(chǎng)為取樣地點(diǎn)(是過(guò)度放牧退化區(qū)域,退化由居民點(diǎn)向周?chē)嘶?離居民點(diǎn)越近退化越嚴(yán)重),屬于典型放牧區(qū)域。在春秋草場(chǎng)由南向北按不同放牧退化程度進(jìn)行取樣;每樣地隨機(jī)選0.5×0.5(m2)樣方,共50個(gè),記錄植物種的蓋度、高度、密度、頻度和地上生物量,地上生物量按不同種分別齊地面剪割,稱(chēng)其鮮重。以群落中植物種的重要值作為指標(biāo),并計(jì)算相關(guān)群落多樣性指數(shù)。1.2.2生物多樣性指數(shù)數(shù)據(jù)使用SPSS16.0、多樣性分類(lèi)軟件進(jìn)行分析。選擇Shannon-Wiener指數(shù)測(cè)定植物群落多樣性,采用Simpson指數(shù)測(cè)定群落內(nèi)不同物種所起的作用和所占的地位。重要值(IV%):IV=(相對(duì)密度+相對(duì)蓋度+相對(duì)生物量)/3.生物多樣性指數(shù)(Diversityindex):Shannon-Wienerindex:H1=-∑Piln(Pi).Simpsonindex:D=1-ΣPi2.豐富度指數(shù)(Richnessindex):Margalef指數(shù):R=(S-1)/lnN.均勻度指數(shù)(Evennessindex):Pielou均勻度指數(shù):E=H/lnS.式中S為樣地內(nèi)物種的總數(shù);Pi為種i的相對(duì)重要值,Pi=Ni/N;采用重要值作為多樣性指數(shù)的測(cè)度指標(biāo),以避免用個(gè)體數(shù)量作為多樣性測(cè)度指標(biāo)時(shí),由于不同種類(lèi)植物個(gè)體大小差異懸殊而可能帶來(lái)的較大誤差。2結(jié)果與分析2.1各退化梯度對(duì)不同的樣地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析從而得到了昭蘇馬場(chǎng)春秋草地不同的退化梯度,即Ⅰ:極度退化(樣地1、2);Ⅱ:重度退化(樣地3、4、5、6,);Ⅲ:中度退化(樣地7、8);Ⅳ:輕度退化(樣地9、10);草地退化情況差距存在但較不明顯。圖12.2不同退化草地的植物種類(lèi)根據(jù)樣方調(diào)查,植物群落優(yōu)勢(shì)種組成主要包括亞洲百里香(Thymusasiaticus)、黃花苜蓿(Medicagofalcata)、黃芪(Astragalussp)、羊茅(Festucaovina)、草地早熟禾(Poapratensis)、草原苔草(Carexliparocarpos)為植物群落的主要成分。針茅(Stipacapillata)、千葉蓍(Achilleamillifolium)、森林草莓(Fragariavesca)、無(wú)芒雀麥(Bromusinermis)、佛子茅(Calamagrostisepigeios)、小車(chē)前(Plantagominuta)、飛蓬(Erigeronacer)、草原糙蘇(Phlomispratensis)等植物為群落的次要和伴生種,不同退化草地主要植物的重要值。不同退化梯度內(nèi)禾本科與豆科植物種的重要值所占比重極度為13%,重度退化占到了17%,中度退化占29%,輕度退化占29%。由于草地的踐踏和人為的利用,極度退化可食性牧草比例降低,而中度、輕度退化草地通過(guò)適當(dāng)?shù)姆拍?影響相對(duì)較小。表12.3不同物種組成的計(jì)劃聚類(lèi)分析是根據(jù)空間中物種的距離及其在群落中的地位劃分所致,通過(guò)對(duì)群落大量數(shù)據(jù)的分析,使之在最小的范圍內(nèi)更好的匹配相似的類(lèi)群,以達(dá)到劃分的最終結(jié)果;DCA采用的卻是可同時(shí)對(duì)樣地和物種進(jìn)行排序;通過(guò)對(duì)兩種排序方法的研究來(lái)進(jìn)一步的說(shuō)明和補(bǔ)充問(wèn)題。DCA屬于多重變量分析范疇,由MarkHill在1979年開(kāi)發(fā),用于在物種樣方豐富的矩陣數(shù)據(jù)中找到群落間的關(guān)系。極度退化(樣方序號(hào)1~10);重度,中度退化(樣方序號(hào)11~40)和輕度退化(樣方序號(hào)41~50),通過(guò)DCA排序分類(lèi)得出中度與重度退化梯度差異不大,但是缺少維持草地穩(wěn)定的物種,而輕度退化和極度退化內(nèi)物種更替較為明顯,說(shuō)明了退化初期和末期均有其優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)因子,而中度退化屬于質(zhì)變過(guò)程,群落的物種種類(lèi)差別不大,物種競(jìng)爭(zhēng)力的下降也是導(dǎo)致退化的原因。其中重度與中度退化程度幾乎相同。DCA排序較好地表現(xiàn)了物種與退化梯度之間的關(guān)系,不同物種組成導(dǎo)致不同程度的退化,排序圖重疊的部分代表退化群落的組成趨于一致,處于不穩(wěn)定過(guò)渡期。這與長(zhǎng)期的人為放牧有直接的關(guān)系;改良植被構(gòu)成,適當(dāng)?shù)膰鷻诜庥翘岣叽呵飯?chǎng)草地系統(tǒng)穩(wěn)定性和恢復(fù)的可行方法。圖22.4群落多樣性指數(shù)生態(tài)系統(tǒng)從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)演替到脆弱的不穩(wěn)定的退化狀態(tài)過(guò)程中,在物種多樣性等方面均會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化,物種多樣性是群落發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要指標(biāo),它反映了群落組成和結(jié)構(gòu)的變化。物種多樣性指數(shù)是把物種豐富度和均勻度結(jié)合起來(lái)的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量,而這兩個(gè)組分不同的結(jié)合方式或給予的權(quán)重不同,就形成了多種物種多樣性指數(shù)。表2Shannon-Wiener多樣性指數(shù)是群落空間多樣性和異質(zhì)性程度的度量,能夠綜合地反映群落物種不確定信息的程度,群落的多樣性在輕度放牧?xí)r最高其數(shù)值為1.547,輕度與中度放牧?xí)r相差不大,而極度放牧?xí)r最小其數(shù)值為1.252,即輕度放牧>中度放牧>重度放牧>極度放牧,退化呈現(xiàn)明顯的退化演替規(guī)律,輕度退化與中度退化群落整體幅度存在潛力。植物多樣種類(lèi)不斷減少。群落的Simpson-D指數(shù)變化為輕度退化>中度退化>重度退化>極度退化。均勻度Pielou指數(shù)呈現(xiàn)中度退化>輕度退化>重度退化>極度退化;Margalef豐富度指數(shù)呈現(xiàn)輕度退化>中度退化>重度退化>極度退化。總體來(lái)看極度退化的物種多樣性、均勻度指數(shù)均是最低,輕度退化兩項(xiàng)指數(shù)均為最高;說(shuō)明隨著草地退化程度加重,草地群落的物種組成和結(jié)構(gòu)發(fā)生了輕微變化,建群種在群落中的作用減小,植物群落蓋度、家畜喜食牧草比例下降。研究與輕度退化階段在輕微擾動(dòng),適度的載畜量下,草地的物種多樣性最大的研究結(jié)果相吻合。表23群落組成結(jié)構(gòu)的改變草地的退化階段多處在以植被退化為主的階段,一種植被形式是否被另一種形式所代替是探測(cè)過(guò)度放牧最可靠和最有效的方法。在不斷的退化程度下,物種組成結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致群落物種多樣性的變化,對(duì)多樣性產(chǎn)生了很大的影響。不同的放牧強(qiáng)度對(duì)草地群落結(jié)構(gòu)有不同的破壞,過(guò)度的放牧,不僅造成草地層次的混亂,使得優(yōu)良牧草大幅度的減少,也可以改變相應(yīng)的土壤理化性質(zhì)。保護(hù)草地多樣性,以及相應(yīng)提高禾本科、莎草科植物競(jìng)爭(zhēng)性,圍欄封育均可以提高草地可持續(xù)利用。同時(shí)中度退化草地可作為過(guò)渡區(qū)域或警戒區(qū)域以加強(qiáng)草地管理?？傊?合理放牧及防止草地進(jìn)一步退化對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)有著重要意義。4結(jié)論4.1不同退化演替階段草地群落的變化春秋場(chǎng)草地,植物群落的組成尤其會(huì)受到放牧活動(dòng)的影響,研究中通過(guò)排序討論不同退化演替階段草地群落的效果明顯,草地退化演替存在一定規(guī)律性,不同退化群落的組成是植物適應(yīng)性和群落變化相互作用的結(jié)果。隨著退化