刈割干扰对羊草草甸草原植物功能群及多样性的影响

【目的】刈割是草原主要利用方式之一,植物功能群和群落物种多样性是判别干扰条件下草地生态系统退化的重要生态学指标。研究不同刈割干扰下羊草草甸草原植物功能群和群落物种多样性的变化,了解刈割干扰下草原功能群与多样性变化过程和机制,为退化割草地生态恢复提供理论依据。【方法】以呼伦贝尔羊草草甸草原时空刈割配置为试验平台,于2014—2018年植物生长最旺盛的季节(即每年8月初),采用样方法对各个小区进行群落植被调查。分析一年一割(G1)、两年一割(G2)、漏割带10 m(G3)、漏割带5 m(G4)和对照(CK)处理下草甸草原群落功能群和物种多样性变化以及刈割时间和不同刈割处理间的交互作用,探讨植物功能群与群落物种多样性的相关关系。【结果】研究发现羊草(Leymus chinensis)在不同刈割制度下均为优势物种,但是随着刈割频次的增加呈现出羊草重要值逐渐降低,退化指示物种星毛委陵菜(Potentilla acaulis)、披针叶黄华(Thermopsis lanceolate)等重要值增加的趋势;两年一割处理下羊草、糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)、长柱沙参(Adenophora stenanthina)、柴胡(Bupleurum scorzonerifolium)和草地早熟禾(Poa ratensis)等植物重要值均高于其他处理。一年一割和常年不刈割处理下草地植物禾本科和豆科植物重要值所占比例减少,以退化植物居多的菊科和莎草科植物所占比例增加,在漏割带为10 m处理草地的豆科植物增加;刈割处理5年后,不同刈割制度下植物群落物种多样性指数均有增加,其中漏割带为10 m处理Shannon-Wiener多样性和Simpson优势度指数增加明显。5个刈割处理均匀度指数变化趋势不同,其中G3和G4处理草地的群落均匀度有增加的趋势,分别增加16%和5.8%,G1、G2和CK草地群落均匀度指数下降,其中G1下降最大(下降了1.8%),其次是CK(下降1.6%),G2草地下降最少。植物群落物种多样性指数变化分析表明经过5年不同刈割处理,漏割带10 m处理的草地植物群落物种多样性提高。群落物种多样性指数与植物功能群禾本科重要值存在极显著负相关关系,与毛茛科和菊科重要值呈现显著正相关关系。【结论】长期高频度刈割会导致草原退化,同样对草原长期不利用也会致使草原发生逆行演替;两年一割和漏割带为10 m的连年刈割均可以缓解群落中禾本科等优势植物比例下降,促进毛茛科植物比例增加;经过5年的不同刈割处理,漏割带为10 m的刈割处理植物群落物种多样性有所提高,即对草原进行适度刈割干扰(两年一割和漏割带10 m)有利于草原的可持续发展。

草甸草原区退耕地的牧草-水分-氮肥耦合机制

【目的】通过在呼伦贝尔建植不同种植模式的人工草地,研究补水、施氮和牧草类型3个因素对人工草地群落生物量、植物营养成分和土壤质量的影响,旨在揭示呼伦贝尔地区退耕地人工草地的水肥耦合机制,筛选建植管理的最优模式。【方法】试验在呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站进行,2016年6月6日试验开始,设置3个因素试验,即牧草类型(Pasture)、施氮水平(Nitrogen)和补水处理(Irrigation)。牧草类型设紫花苜蓿单播(P1)、无芒雀麦单播(P2)、紫花苜蓿无芒雀麦1﹕1混播(P3)3个处理;施氮水平设不施氮(N0)、低氮(N1:75 kgN·hm^-2·a^-1)和高氮(N2:150 kgN·hm^-2·a^-1)3个水平,每年追施氮肥(化学纯尿素)两次分别于成苗(返青)期和分蘖期撒施;补水设不补水(I0)和补水(I1)两个水平,每年6、7、8月补水3次,补水20 mm·m^-2。重复4次,共计72个试验小区,每个试验小区面积7 m×10 m,行距1 m。在2016、2017年测定草地生物量、营养成分(植物粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维)以及土壤养分(土壤全氮、有机碳和pH)。【结果】(1)播种当年(2016年)的产量对(N)、(I)、(P)和(P×I)等试验因素的响应均达到显著水平(P<0.05),2017年两次测定的产量对(N)、(P)、(P×I)、(P×N)、(N×I×P)等试验因素的响应均达到显著水平(P<0.05),并且混播(P3)在不补水(I0)条件下低氮(N1)处理的产量显著高于其余处理组(P<0.05),平均达到17801.19 kg·hm^-2。(2)2016年和2017年的粗蛋白(CP)含量均表现为P1处理>P3处理>P2处理,2016年P1、P2和P3处理在补水条件相同时均表现为CP含量随着氮水平增加而增加,其中P1N2I0显著高于P1N0I0、P1N1I0、P1N1I1(P<0.05),达到最大(19.08%);2017年P3在I0条件下N1水平的粗蛋白(CP)含量(15.12%)显著高于N0(P<0.05)。(3)施氮和补水均倾向于促使土壤有机碳(SOC)含量负增长,全氮(TN)含量正增长,pH值负增长,其中表层土壤SOC增长量苜蓿和无芒雀麦显著高于混播(P<0.05),表层土壤全氮(TN)增长量苜蓿显著高于无芒雀麦和混播(P<0.05)。2016年表层和亚表层的土壤碳氮比(C/N)均高于2017年,表层平均高出17.39%,亚表层平均高出15.18%,表层土壤碳氮比的变化更为明显,其中表层土壤碳氮比2016年P1N0I1处理最高,为8.15,2017年P1N2I0处理最高,为5.67,亚表层土壤碳氮比2016年P1N2I1处理最高,为6.36,2017年P3N2I1处理最高,为5.67。【结论】在呼伦贝尔退耕人工草地在播种第二年,牧草-水分-氮肥的耦合作用对草地生物量具有显著影响,水氮耦合具有一定促进牧草的养分积累的协同效应,其中建植豆-禾混播草地最有利于提高牧草的生物量与营养品质。人工草地的建植会导致C/N降低,土壤品质下降,在不同牧草类型、补水及施氮水平下均会表现出0-20 cm土层SOC含量、pH值的降低以及土壤TN含量的上升,表明土壤出现酸化现象,豆-禾混播土壤pH值降低幅度小于单播,而高氮和补水会明显加剧土壤pH值的降低。

切根、施肥对羊草营养成分的影响

为了提高羊草质量,试验对呼伦贝尔羊草群落进行切根、切根+化肥、切根+有机肥处理,利用凯氏定氮法、索氏提取法及酸碱依次水解法测定羊草中粗脂肪、粗蛋白、粗纤维含量。结果表明:经切根、切根+化肥处理后羊草的粗脂肪和粗蛋白含量升高,粗纤维含量降低,在切根后施有机肥量为105 kg/hm2时,羊草中粗蛋白含量最高,为10.97%;粗脂肪含量亦最大,为3.53%。说明切根+有机肥明显改变了牧草中粗脂肪、粗纤维、粗蛋白的含量。