放牧利用下的牛羊草灌叢草地特征分析

放牧利用下的牛羊草灌叢草地特征分析

羊草是水稻科的一種多年生野生牧場。我國主要分布于華北南部、西北中南區(qū)北部的山區(qū)坡地和黃土高原,美國及印度的暖溫帶均有分布。美國經(jīng)栽培馴化育成了適應性強、容易建植、產(chǎn)量高、品質(zhì)好、肉牛轉(zhuǎn)化率高、種子產(chǎn)量高的白羊草品種,如Plains和WW-spar等,近而成功建植了優(yōu)良的白羊草人工草地。白羊草灌叢草地為當?shù)厣窖?、綿羊、牛的重要放牧草場。建群種白羊草為具短根狀莖的疏叢型禾草,葉多集中于距地表20cm的范圍內(nèi),適于放牧利用而且耐牧性強;其根系發(fā)達,分蘗力強,能形成大量基生葉叢,覆蓋度大,固土保水力強,對控制水土流失,維持丘陵山地的自然生態(tài)平衡起著重要作用。白羊草草地特別是生境干旱的山西、陜西黃土高原白羊草灌叢草地在當?shù)氐霓r(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用,同時由于不同程度的過度放牧利用,大多丘陵山地呈現(xiàn)出不同程度的退化。通過對自然放牧草地群落中植物種群的頻度、蓋度、高度、密度和生物量等數(shù)量特征調(diào)查,運用系統(tǒng)聚類分析方法對樣地群落進行分類,劃分出不同的放牧利用階段。1材料和方法1.1均地面溫度試驗樣地設(shè)在山西省中部的沁源縣城關(guān)鎮(zhèn)麻巷村草地定位點,海拔1100m,屬溫暖帶大陸性氣候;年均氣溫為8.6℃,1月份平均氣溫為-7.1℃,7月份則為22.2℃,極端高溫37.5℃,平均地面溫度1月份為-6.9℃,極端低溫-30.2℃;初霜日10月8日,終霜日4月17日,無霜期171.7d;年均降水量656.7mm,7、8、9月占全年降水量的60.23%,分別達181.6mm、126.8mm和87.1mm;年均風速為2.0m/s,風向多為西北風;年均日照時數(shù)為2519h。草地土壤為淋溶褐土。植被為喜暖灌草叢類草地,建群種為白羊草,混生有胡枝子屬(Lespedeza)、蒿屬(Artemisia)、野古草(Arundinellahirta)等灌木草叢,如百里香(Thymusmongolicus)等可發(fā)展為優(yōu)勢種。1.2學習方法1.2.1地上群落調(diào)查樣地位于以西北—東南向連續(xù)起伏的6個丘陵山地上,以其頂部、中部和底部各作為1個群落調(diào)查樣地。樣地坡度15°～30°。因其中兩個丘陵較短,分別只設(shè)置兩個樣地,共計16個。1.2.2群落組成的測定2000年8月在各樣地的山脊和兩個山坡沿等高線設(shè)置1m×1m樣方,進行種群的頻度、蓋度、密度、高度和生物量的測定。頻度測定某植物種的出現(xiàn)頻率;密度以樣方內(nèi)各種群的構(gòu)件數(shù)計算;高度以各種群的最高、最低和中等高度植株的平均值計算;地上生物量以各種群齊地面刈剪的風干重計算;同時用點測儀測定蓋度。1.2.3處理數(shù)據(jù)1.2.3.平臺計算優(yōu)勢度對原始數(shù)據(jù)首先用極差法進行標準化,然后采用頻度比(F′)、蓋度比(C′)、密度比(D′)、高度比(H′)和生物量比(W′)計算各種群的優(yōu)勢度(SDR5)。SDR5=(F′+C′+D′+H′+W′)/5運用SAS6.12軟件對16個樣地主要植物種群的優(yōu)勢度值進行系統(tǒng)聚類分析,分劃出放牧利用下的階段。1.2.3.密度和相對生物量的計算重要值(IV)以相對頻度(RF)、相對蓋度(RC)、相對密度(RD)、相對高度(RH)和相對生物量(RW)計算。IV=RF+RC+RD+RH+RW以重要值評定植物種的優(yōu)勢地位,IV≥10%時為亞優(yōu)勢種,IV≥30%為優(yōu)勢種。2結(jié)果與分析2.1樣地的植物群落結(jié)構(gòu)在所調(diào)查的白羊草灌叢草地中,建群種白羊草在任一樣地都為主要植物種;隨樣地的不同,其它主要植物種有百里香、鐵桿蒿(A.vestita)、尖葉鐵掃帚(L.inschanica)、達烏里胡枝子(L.dahurica)、多花胡枝子(L.floribunda)、亞柄苔(Carexsubpediformis)、翻白委陵菜(Potentilladiscolor)、朝天委陵菜(P.supina)、狐尾藻棘豆(Oxytropismyriophylla)、野古草等。另外隨樣地群落的不同,常見的植物種還有阿爾泰狗哇花(Heteropappusaltaicus)、點地梅(Androsaceumbella-te)、糙葉黃芪(Astragalusscaberrimus)、茭蒿(A.gi-raldii)等。16個樣地的11個主要植物種群的優(yōu)勢度見表1。依此優(yōu)勢度為指標用平方和增量法作為系統(tǒng)聚類分析方法可獲聚類樹狀圖(見圖1)。綜合圖1聚類分析的結(jié)果和植被的生態(tài)特征,可將16個樣地所代表的群落劃分為5個演替階段:Ⅰ(c1、c4、c6、c5);Ⅱ(c13、c16);Ⅲ(c3、c12、c7、c15、c9、c10、c14);Ⅳ(c2);Ⅴ(c8、c11)。2.2優(yōu)勢種、優(yōu)良種和群落演替演替階段2.2.1為便于分析,從分類后處于不同演替階段的16個樣地群落類型中,隨機抽取11個樣地,依次為(c1、c5)、(c13、c16)、(c3、c7、c10、c14)、(c2)、(c8、c11),其植物種群重要值見表2。由表2、圖1可以看出,在5個演替階段,各樣地群落的植被組成、植被數(shù)量特征等有各自特點:Ⅰ(c1、c4、c6、c5)以白羊草為建群種,鐵桿蒿、百里香、亞柄苔為優(yōu)勢種;尖葉鐵掃帚、翻白委陵菜、狐尾藻棘豆、達烏里胡枝子為亞優(yōu)勢種,多花胡枝子的重要值較低,植被蓋度大,但植物種類少,受放牧干擾小,生物量高,屬輕牧階段。Ⅱ(c13、c16)以白羊草為建群種,鐵桿蒿、亞柄苔為優(yōu)勢種,野古草、達烏里胡枝子、翻白委陵菜和多花胡枝子為亞優(yōu)勢種;尖葉鐵掃帚和百里香的重要值明顯下降,狐尾藻棘豆重要值有所下降;植被蓋度和生物量較前者更高,植物種類多,屬適牧階段。Ⅲ(c3、c12、c7、c15、c9、c10、c14)中白羊草依然占優(yōu)勢地位,但逐步呈下降趨勢;百里香的優(yōu)勢地位則逐步提高;鐵桿蒿、亞柄苔逐漸從優(yōu)勢種降為亞優(yōu)勢種,特別是亞柄苔下降明顯;尖葉鐵掃帚則從亞優(yōu)勢種逐步逆行演替最終從群落中消失;翻白委陵菜、狐尾藻棘豆等低位芽生態(tài)型的牧草占相當比重,植被蓋度出現(xiàn)降低現(xiàn)象,生物量也較前二者低,屬中度放牧階段。Ⅳ(c2)中建群種白羊草的優(yōu)勢地位有所降低,其重要值為106.46%,匍匐生小半灌木百里香占相當比重,其重要值達77.60%,多花胡枝子也為優(yōu)勢種;朝天委陵菜、狐尾藻棘豆、野古草優(yōu)勢度增加,鐵桿蒿、亞柄苔優(yōu)勢度降低,植被蓋度進一步降低,生物量也下降,為重度放牧階段。Ⅴ(c8、c11)中建群種白羊草的優(yōu)勢度又有所增加,唯有百里香為次優(yōu)勢種,達烏里胡枝子、翻白委陵菜和野古草為亞優(yōu)勢種,亞柄苔的優(yōu)勢地位開始急劇下降;多花胡枝子和尖葉鐵掃帚則從群落中逆行演替而退出,植被蓋度更為下降,植物種類更少,為極度放牧階段。在白羊草灌叢草地的不同利用階段以百里香、鐵桿蒿、亞柄苔種群的重要值變化最大,達烏里胡枝子、多花胡枝子、尖葉鐵掃帚的重要值也有明顯變化。2.2.2由圖2可以看出,百里香種群從輕牧至適牧階段其重要值逐步下降,而從適牧→中牧→重牧則上升,到極牧階段又有所下降,表明百里香種群在不同利用階段及其在同一階段的不同演替趨勢。鐵桿蒿種群重要值在輕牧階段比適牧階段低,隨后從適牧→中牧→重牧→極牧逐步下降;而亞柄苔種群重要值在總體趨勢從輕牧→適牧→中牧→重牧→極牧逐步下降。由圖3可見,達烏里胡枝子種群在輕牧階段和適牧階段其重要值較高,而在重牧和極牧階段依然能夠在群落中保持更高的優(yōu)勢地位。尖葉鐵掃帚則隨草地放牧利用的加重而從群落消退。多花胡枝子種群在群落中的重要值波動很大,影響其分布的原因一個是放牧利用,另外還主要受植物種群間競爭的制約。達里胡枝子、尖葉鐵掃帚和多花胡枝子種群在重牧階段其重要值明顯高彈,這說明除放牧利用影響,三種豆科牧草的分布還可能受地形等因素的影響。由表2可以看出白羊草種在各個樣地群落中都占有極為顯著的優(yōu)勢地位,在野外的生態(tài)調(diào)查中也發(fā)現(xiàn),即使在嚴重干旱時或極度利用的植被中,白羊草依然能夠很好地存活。由圖4可見白羊草種群在不同的利用階段其重要值有一定波動,從輕度到適度利用白羊草重要值逐漸提高,在中度利用時白羊草可保持高的優(yōu)勢地位,即便在極度利用階段白羊草的重要值都很高。而在重度利用階段白羊草種群重要值最低,對應三種胡枝子和百里香在重度利用階段重要值提高,說明在重度利用時,可能因家畜對白羊草采食過重而減輕了白羊草種群對胡枝子屬植物和百里香的抑制,從而使這些灌木或小半灌木可以更好地生長,積累較多的干物質(zhì),從而有較高的重要值。3過牧對草地的影響3.1白羊草灌叢草地用系統(tǒng)聚類分析方法以16個樣地群落中11個主要種群的優(yōu)勢度為指標可分劃出輕牧、適牧、中牧、重牧和極牧5個階段,其中重牧和極牧僅有3個樣地,適牧包括2個樣地,中牧階段最多為7個樣地,輕牧有4個樣地。由此可見所調(diào)查的草地退化還不十分嚴重,經(jīng)過合理的管理措施,草地依然能夠保持優(yōu)良狀態(tài),既可為放牧家畜提供充足的飼草,又不致破壞其生態(tài)平衡,做到草地資源的可持續(xù)利用。如果繼續(xù)超載過牧,草地將逐步逆行演替。3.2在輕牧、適牧、中牧、重牧和極牧5個利用階段,樣地群落中有各自的植被特征。白羊草在各利用階段都占有重要的優(yōu)勢地位;百里香在重牧和極牧階段優(yōu)勢地位較高;鐵桿蒿以適牧階段優(yōu)勢地位最高而重牧和極牧階段最低;尖葉鐵掃帚隨放牧的強度增加從群落中消失;達烏里胡枝子在過度放牧利用時依然能夠保持優(yōu)勢地位;多花胡枝子則波動很大,在輕牧和極牧階段優(yōu)勢地位極低甚至消失;亞柄苔總體隨植被利用加大而優(yōu)勢地位逐漸降低。自由放牧羊草草地,隨放牧強度增加,植物組成、群落類型從單一到復雜再