长期围栏封育对三江源区人工草地植被群落的影响

汪海波

(青海省果洛州草原工作站，青海 玛沁 814000)

三江源是中国江河中下游地区以及东南亚国家生态安全和区域可持续发展的重要生态屏障[1]。作为国家重点生态功能区的重要组成部分，过去几十年间三江源在人类活动与全球气候变化的双重影响下，生态系统退化明显[2,3]。2005年和2014年国务院分别规划投资75亿元和161亿元启动了三江源生态环境保护与建设工程一期和二期工程，实施退牧还草、黑土滩治理、湿地保护等生态保护与修复项目。项目实施基本遏制了草地生态系统的退化。如何根据相关恢复措施，客观评价区域生态质量状况及其变化，对国家生态保护成效评估及生态保护政策的制定具有重要意义。

围栏广泛应用于植被重建与草地改良的生态恢复项目中，是草地恢复的主要措施之一[4-6]，具有实施简单、成本低、见效快和可扩展性强的特点。已有的研究表明围栏可以显著增加植被覆盖率、生物量、物种丰富度及多样性等[7-9]。但也有研究报道，围栏会抑制植株再生和幼苗生长，导致植株密度和物种丰富度下降[10]。研究发现短期围栏(4年)能够改善土壤养分，提高植物生产力，但延长围栏年限会有降低植物多样性、延缓养分循环、加速养分失衡的风险。另外，围栏对土壤种子库的影响可能是正面的,也可能是负面的，甚至没有影响。围栏可能有利于土壤微生物的生长[11-13]，也有可能使土壤微生物生长受到抑制[14]。这些研究结果表明，围栏对植被更新和养分循环有影响，但对草地恢复的效果还存在争议，尤其是青藏高原高海拔地区人工草地群落对长期封育的影响研究未见报道。本研究以三江源区围栏封育时间长达10年的人工草地为对象，对其群落结构特征进行测定与分析，为三江源区退化草地植被恢复重建和相关恢复保护工程的实施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于青海省果洛藏族自治州玛沁县大武镇(34°28′ N，100°13′ E)，平均海拔3 700 m，属典型的大陆性高原气候，土壤类型为高山草甸土。年降水量510 mm左右，多集中于6-9月。年平均气温0.28 ℃，最冷月(1月)平均气温-15.9 ℃，最热月(7月)平均气温为13.0 ℃。春季少雨干旱，夏季雨热同期，冬季严寒漫长，全年无绝对无霜期，牧草生长季为160 d左右。近几十年来，严重退化的高寒草甸通过翻耕、耙平、播种和镇压等农艺措施，建植以垂穗披碱草(Elymusnutans)和青海草地早熟禾(Poapratensis‘Qinghai’)为主的人工草地。

1.2 试验设计与调查方法

1.2.1试验设计

本试验设置在面积约为1 hm2的冬季牧场中，选取三块20 m×20 m的样地，2011年建立围栏长期封育，作为围栏封育样地，围栏外作为放牧样地。冬季牧场四周建立围栏，返青期禁牧，放牧样地每年11月中旬到次年4月下旬牦牛放牧使用，草地利用率约50%，中等放牧强度。

1.2.2植被调查方法

2021年8月在植物生长高峰期(8月中旬)，每个试验样点随机调查3个100 cm×100 cm的样方，每个样方间隔至少5 m。分别鉴定记录每个样方出现的植物物种名，采用直尺和网格法测定样方内各个物种的高度和盖度[15]。地上生物量采取齐地面分种刈割后，在烘箱中65 ℃烘干至恒重，随后用分析天平称重并记录。在刈割后的植物样方下，采用土钻法(土钻内径35 mm)在植物样方下按“W”型在0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm土层各取五个土芯，同一土层混合成一个土壤地下生物量样本，装入纱网清洗，去除石粒，实验室65 ℃烘干至恒重。

1.3 数据分析

使用以下公式计算重要值、物种丰富度、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数：

重要值=(RCi+RHi+RABi)/3

物种丰富度=S；

Pi=ni/N；

Pielou均匀度指数=H/lnS；

RC是物种i在群落中的相对盖度；RH是物种i在群落中的相对高度；RAB是物种i在群落中的相对地上生物量；S是物种的数量；n是物种i的个体数；N是群落的总个体数[16,17]。

采用Microsoft Excel 2019整理数据绘图，用SPSS 19.0(SPSS for Windows，Version 19.0,Chicago,USA)各处理间地上生物量、地下生物量和群落多样性指数进行T检验分析。

2 结果与分析

2.1 围栏封育对植被物种组成的影响

所有样地共调查到33种植物，隶属于12科28属，其中放牧样地调查到24种植物，禾本科、蔷薇科和豆科植物重要值较高；封育样地调查到20种植物，禾本科、莎草科和豆科植物重要值较高。放牧样地禾本科植物重要值高于封育样地，莎草科植物重要值低于封育样地。

表1 植被物种组成和重要值

图1 植物群落各科分布比例

2.2 围栏封育对植被生物量的影响

围栏封育样地地上生物量平均为458.12 g·m-2，与放牧样地地上生物量差异不显著。放牧样地地下生物量高于封育样地，差异不显著，各层地下生物量均高于封育样地。人工草地地下生物量主要集中于0～10 cm土层，占比约77%。放牧样地0～10 cm土层地下生物量显著高于封育样地。围栏封育能够提高地上生物量，长期封育与冬季放牧之间无显著差异，同时对地下生物量的分配有一定的抑制作用，尤其对0～10 cm土层根系生长产生较显著影响。

2.3 围栏封育对植物群落多样性的影响

围栏封育的物种丰富度平均为20种，显著低于放牧样地。放牧样地Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数高于封育样地。围栏封育造成了植物群落丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数下降。

表2 植被地上地下生物量变化(g·m-2)

表3 植物群落多样性

3 讨论与结论

研究结果表明，围栏封育增加了地上生物量，但与放牧样地地上生物量差异并不显著，这与刘岩等研究结果一致[11]。导致地上生物量增加最直接的因素是食草动物禁止采食后，减少了因采食引起的植物生物量损失。本研究还发现，放牧样地禾本科植物重要值高于围栏封育禾本科植物重要值，而杂类草重要值则是围栏封育样地高于放牧样地，说明禾本科植物随群落演替占据了优势，杂类草生长受抑制。0～10 cm、10～20 cm和20～30 cm地下生物量依次减少，表明地下生物量随土壤深度增加而下降。与围栏封育后地上生物量增加相反，长期围栏封育后地下生物量降低。推测可能是由于具有主根系统的杂类草物种减少或禾本科植物分配的能量减少所致。因为杂类草为了占据更多的生存空间且具有发达的直根系结构，如瑞香狼毒、铁棒锤、黄帚橐吾等，而围栏后由于种间竞争使杂类草生长受抑制，导致地下生物量降低。

围栏封育对植物群落物种组成影响较小，但会降低物种多样性。围栏封育样地和放牧样地的植物群落物种组成主要是禾本科和豆科，且占比较大。围栏封育对植物物种组成的影响不大，主要是因为放牧未改变植物群落优势种的种类，且共有物种数量多。围栏封育对植物物种丰富度影响不显著，但会对物种Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数产生下降的影响。也有研究表明短期的围栏封育(3年)对植物物种多样性无显著影响，但能提高植物地上生物量[18]。姚喜喜等对围栏封育11年的高寒草甸植被观测，发现长期的围栏封育可以提高植物地上生物量，但对丰富度、Shannon-Wiener多样性指数和牧草营养品质有负面影响[19]。围栏封育对植物群落的影响仍有争论是因为围栏封育的影响与植被类型、环境条件、放牧历史和围栏时间紧密相关，而其结果取决于哪种因素起主导作用还有待进一步的研究。