研究区隶属于内蒙古自治区海拉尔市, 是呼伦贝尔草甸草原的核心地带, 位于海拉尔市谢尔塔拉牧场东3 km的呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站。地理位置为49° 19'199″-49° 22'045″ N, 119° 57'007″-119° 59'792″ E, 海拔619~676 m, 属温带半干旱大陆性气候, 年平均降水量370 mm左右, 降水期多集中在7-9月, 年均气温-5~-2 ℃, 年积温在1 700 ℃· d左右, 无霜期约为110 d。草地植被类型为羊草(Leymus chinensis)+杂类草草甸草原, 群落优势种有羊草、寸草苔(Carex duriuscula)等, 伴生种有山野豌豆(Vicia amoena)、裂叶蒿(Artemisia tanacetifolia)、蓬子菜(Galium verum)等。

试验设两个刈割处理(连续刈割和隔年刈割)及1个封育对照, 试验区总面积45 hm², 将试验区围成面积相等的两个刈割区和1个对照封育区, 每个小区面积15 hm², 并将每个小区划分为3个重复。在每个重复区选择据代表性的区域, 每隔10 m做一个1 m× 1 m样方进行取样。刈割试验于2009年开始, 其中连续刈割为每年刈割一次, 隔年刈割为割一年休一年, 刈割时间均在8月份, 进行机械化齐地面刈割。本次数据采集于2015年8月。

1.3.1 野外调查

植被群落数量特征测定:对样方内植被进行调查。记录并测定样方内植物种类、物种高度、盖度、多度。其中, 高度用直尺测量, 盖度采用目测估计法, 多度采用记名计算法^[12]。

地上生物量测定:采用齐地面剪割法将样方内植物分种剪下, 装入塑料样品袋中, 搂取地表枯落物也装入塑料样品袋中, 编号带回实验室, 分别称取鲜重以及枯落物的重量, 然后装入纸袋中在85 ℃恒温下烘干12 h, 分别称其干重。

1.3.2 数据统计 用SAS 9.0统计软件做显著性检验。

植被群落特征、地上生物量等指标计算公式^[12]为:

重要值(IV) =(相对高度+相对密度+相对盖度)/3;

群落α 多样性:

Margarlef丰富度指数(Ma)=(S-1)/lnN;

Simpson优势度指数(D)=1-∑ (P_i)²;

Shannon-Wiener多样性指数(H')=-∑ P_iln(P_i);

P_i=n_i/N;

Pielou均匀度指数(J_p)= H'/ln(S)

式中:S为物种数目; N为所有物种个体数目; P_i为第i个种在全体物种中的重要性比例; n_i为第i个种的个体数量。

在群落高度、盖度、密度等数量特征上, 两种刈割制度利用相较于封育发生了显著变化(表1)。植被群落高度在封育样地最高, 为29.14 cm, 显著高于两种刈割样地(P< 0.05); 隔年刈割样地群落高度大于连续刈割样地, 但二者间差异不显著(P> 0.05)。植株密度表现为, 连续刈割最高为973株· m^-2, 显著高于封育和隔年刈割。但群落盖度表现为封育> 隔年刈割> 连续刈割, 且相互间差异显著(P< 0.05), 尤其是在封育样地, 群落盖度高达90%, 覆盖了大部分裸露地面。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 不同刈割制度群落数量特征方差分析 Table 1 Analysis of quantitative characteristics of the community under different cutting systems 处理 Treatment 群落高度 Community height/cm 群落盖度 Community coverage/% 植株密度 Plant density/plant· m-2 封育Enclosure 29.14± 5.05a 92.32± 3.47a 698± 137b 连续刈割Continuous mowing 20.69± 2.56b 54.00± 3.09c 973± 192a 隔年刈割Biennial mowing 24.26± 2.26b 59.96± 3.79b 612± 108b Note: Different lower case letters with in the same column indicates significant difference among treatmentsat 0.05 level. The same below. 注:同列不同小写字母表示各处理间差异显著(P< 0.05)。下同。

表1 不同刈割制度群落数量特征方差分析 Table 1 Analysis of quantitative characteristics of the community under different cutting systems

在生物量上, 3种处理之间均差异显著(P< 0.05), 其中封育样地生物量最高, 为860.01 g· m^-2, 隔年刈割次之, 为354.24 g· m^-2, 连续刈割最低, 为247.89 g· m^-2(图1)。

图1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图1 不同刈割制度下草地地上生物量比较 注:同一指标不同小写字母表示不同处理间差异显著(P< 0.05)。Fig.1 Comparison of above-ground biomass under different mowing systems Note: Different lowercase letters within same item indicate significant difference among different treatments at 0.05 level.

在枯落物积累上, 仍然是封育(558.95 g· m^-2)显著高于连续刈割和隔年刈割(P< 0.05), 连续刈割最低, 为104.37 g· m^-2; 在现存量上, 同样是封育的生物量显著大于两种刈割方式的, 连续和隔年刈割间差异不显著(P> 0.05)。

结果显示(表2), 在不同处理下, 植物群落α -多样性会产生显著变化, 具体表现为适当刈割会使群落α -多样性增加。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 不同刈割制度下群落α 多样性变化 Table 2 Comparison of community α -diversity under the different mowing system 处理Treatment Margarlef Shannon-Wiener Simpson Pielou 封育Enclosure 1.86± 0.54b 2.25± 0.21b 0.87± 0.02b 0.88± 0.03a 连续刈割Continuous mowing 2.66± 0.67a 2.67± 0.20a 0.90± 0.03a 0.90± 0.03a 隔年刈割Biennial mowing 2.56± 0.29ab 2.59± 0.08a 0.91± 0.01a 0.90± 0.02a

表2 不同刈割制度下群落α 多样性变化 Table 2 Comparison of community α -diversity under the different mowing system

Margarlef丰富度指数表现为连续刈割> 隔年刈割> 封育样地, 连续刈割显著大于封育(P< 0.05); Shannon-Wiener多样性指数, 在连续刈割下高于隔年刈割(P> 0.05), 二者均显著高于封育样地(P< 0.05); Simpson多样性指数在隔年刈割和连续刈割下显著高于封育样地; Pielou均匀度指数也是两种刈割略高于封育样地, 但相互间差异不显著(P> 0.05)。

重要值是综合种群密度、高度、生物量等群落特征, 用数值来反映群落中各植物的地位和作用。不同刈割方式下草地群落中各植物种重要值(IV)有差异(表3)。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 不同刈割制度下群落物种重要值比较 Table 3 Comparison of species important values under different mowing systems 物种名 Species 封育 Enclosure 连续刈割 Continuous mowing 隔年刈割 Biennial mowing 羊草Leymus chinensis 23.968 0 7.574 7 10.360 6 无芒雀麦Bromus inermis 5.267 1 - 22.422 2 糙隐子草Cleistogenes squarrosa 5.942 7 3.813 8 3.970 8 艹洽草Koeleria altaica - 5.550 9 2.049 3 贝加尔针茅Stipa baicalensis 2.914 0 7.166 4 4.149 9 草地早熟禾Poa pratensis - 3.412 9 4.347 7 羽茅Achnatherum sibiricum - 5.861 9 14.145 3 冰草Agropyron cristatum - 7.032 2 - 寸草苔Carex duriuscula 14.144 8 22.785 7 4.189 7 日荫菅Carex pediformis 12.858 4 - - 冷蒿Artemisia frigida 2.904 8 4.3937 - 鸦葱Scorzonera austriaca 2.280 8 1.720 4 - 狭叶青蒿Artemisia dracunculus - - 7.401 0 裂叶蒿Artemisia laciniata 11.906 9 6.022 1 11.175 7 小白菊Leucanfhemella lineari 1.050 6 - 0.984 3 草地麻花头Serratula komarovii 4.013 2 0.774 9 0.575 5 阿尔泰狗哇花Heteropappus altaicus 4.574 7 - 1.218 1 旋覆花Inula britanica - - 2.922 5 蒲公英Taraxacum mongolicum - - 1.223 1 丝叶山苦荬Lxeris cass graminifolia - 4.487 2 3.766 4 碱菀Tripolium vulgare - - 6.480 6 细叶黄鹌菜 Youngia tenuifolia - - 1.580 9 扁蓿豆Melissitus ruthenical - - 5.574 2 山野豌豆Vicia amoena 13.850 2 3.799 7 9.650 5 广布野豌豆Vicia cracca 3.989 6 - 3.314 4 细齿草木樨Melilotus dentatus 6.247 7 - - 斜茎黄芪Astragalus adsurgens - - 4.308 4 披针叶黄华 Thermopsis lanceolata - 1.781 8 2.487 5 长柱沙参Adenophora stenanthina 10.227 6 4.101 8 4.851 3 细叶沙参Adenophora stenophylla 2.598 9 3.675 3 - 柳叶沙参Adenophora coronopifolia 1.945 3 - 2.504 3 展枝唐松草Thalictrum squarrosum 6.349 2 3.452 4 5.938 7 细叶白头翁Pulsatilla turczaninovii 8.567 6 5.589 6 2.755 2 棉团铁线莲Clematis hexapetala 10.912 9 3.009 1 - 星毛委陵菜Potentilla acaulis - 2.132 4 - 二裂委陵菜Potentilla bifurca 3.544 0 - 9.599 1 轮叶委陵菜Potentilla verticillaris - 1.559 4 - 菊叶委陵菜Potentilla tanacetifolia 1.360 2 0.492 9 1.346 0 伏毛山莓草 Sibbaladia adpressa - 0.962 8 - 囊花鸢尾Iris ventricosa 8.280 5 2.104 2 - 紫苞鸢尾Iris ruthenica 1.598 9 - - 物种名 Species 封育 Enclosure 连续刈割 Continuous mowing 隔年刈割 Biennial mowing 达乌里芯芭Cymbaria dahurica 2.850 0 4.535 9 - 柳穿鱼 Linaria vulgaris 3.824 5 - - 野韭Allium ramosum 2.598 9 - - 细叶韭Allium tenuissimum 1.537 9 4.002 2 - 双齿葱Allium bidentatum - 2.794 5 - 细叶百合Lilium pumilum 2.747 7 1.688 6 - 蓬子菜Galium verum 2.929 6 9.543 9 1.333 9 平车前Plantage depressa - - 1.219 7 石竹Dianthus chinensis - 2.831 5 4.747 5 堇菜Viola verecunda - 1.192 6 3.280 2 裂叶堇菜Viola dissecta - - 0.508 7 防风Saposhnikovia divaricata - - 3.497 2 柴胡Bupleurum chinese 2.520 2 3.235 9 1.987 9 东北大戟 Euphordia mandshurica 1.964 4 - - 黄花列当Orobanche pycnostachya 0.624 1 - - 扁蕾Gentianopsis barbata 4.388 2 - - 物种数Number of species 35 33 36 Note:-, without the species. 注:-, 无该物种。

表3 不同刈割制度下群落物种重要值比较 Table 3 Comparison of species important values under different mowing systems

在不同刈割制度下, 各样地植被群落的植物种类发生了变化, 各物种重要值变化幅度也较大。具体表现为, 群落建群种羊草的重要值在连续刈割处理下最低, 同时在连续刈割处理样地中出现了星毛委陵菜、达乌里芯芭等草地退化指示植被, 而且冷蒿、寸草苔、柴胡、蓬子菜、艹洽草等植被重要值比其它两种处理高; 糙隐子草、展枝唐松草、山野豌豆、菊叶委陵菜等在连续刈割处理下重要值下降; 在隔年刈割处理下, 寸草苔、星毛委陵菜等重要值降低甚至无重要值, 而羊草、糙隐子草、无芒雀麦、裂叶蒿和羽茅等植被重要值都比较高。