短期封育对蒿类荒漠草地现存生物量及植物群落多样性的影响

doi:10.11686/cyxb2020018

草业学报 ›› 2020, Vol. 29 ›› Issue (12): 17-26.DOI: 10.11686/cyxb2020018

短期封育对蒿类荒漠草地现存生物量及植物群落多样性的影响

崔雨萱¹(), 孙宗玖¹^,²^,³(), 刘慧霞¹, 董乙强¹^,²^,³

^1.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830052
^2.新疆草地资源与生态自治区重点实验室，新疆乌鲁木齐 830052
^3.西部干旱区草地资源与生态教育部重点实验室，新疆乌鲁木齐 830052

收稿日期:2020-01-17 修回日期:2020-04-02 出版日期:2020-12-28 发布日期:2020-12-28
通讯作者: 孙宗玖
作者简介:Corresponding author. E-mail: nmszj@21cn.com
崔雨萱(1995- )，女，甘肃武威人，在读硕士。E-mail: 1756582113@qq.com
基金资助:
新疆维吾尔自治区自然科学基金(2020D01A60);国家自然科学基金(31760694);国家基础资源调查专项(2017FY100200)

Effects of short-term grazing exclusion on standing biomass and plant community diversity in sagebrush desert

Yu-xuan CUI¹(), Zong-jiu SUN¹^,²^,³(), Hui-xia LIU¹, Yi-qiang DONG¹^,²^,³

^1.College of Pratacultural and Environmental Science，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China
^2.Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology of Xinjiang，Urumqi 830052，China
^3.Key Laboratory of Grassland Resources and Ecology of Western Arid Region，Urumqi 830052，China

Received:2020-01-17 Revised:2020-04-02 Online:2020-12-28 Published:2020-12-28
Contact: Zong-jiu SUN

摘要/Abstract

摘要：

为明确荒漠草地植物群落特征对短期封育的适应情况，采用成对试验设计，研究短期封育对天山北坡不同区域蒿类荒漠草地地上活体生物量、凋落物生物量、地下生物量及其植物群落多样性的影响。结果表明：封育后新源、玛纳斯、呼图壁、奇台等地的蒿类荒漠草地地上活体生物量较放牧区（CK）分别显著增加98.91%、65.99%、246.66%、91.91%，而博乐的变化不显著。封育后半灌木地上活体生物量较CK显著提高65.56%~265.47%，而多年生草本、一年生草本类因所处样地差异而有所不同。封育促进蒿类荒漠草地地下生物量的积累，仅博乐、呼图壁样地较CK显著增加65.16%~151.89%，且主要集中在0~5 cm，但封育对所有样地凋落物生物量的积累影响不显著。封育后博乐样地Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数较CK分别显著增加15.12%、14.88%、11.54%；新源样地Patrick指数、Shannon-Wiener指数、Simpson指数、Pielou指数较CK分别显著降低62.12%、64.54%、58.02%、34.81%；玛纳斯样地的Patrick指数较CK显著降低32.48%，而Pielou指数较CK显著增加21.90%；呼图壁样地的Shannon-Wiener指数、Simpson指数较CK分别显著降低73.21%、68.69%；而奇台样地的群落多样性没有显著影响。总体看，短期封育利于退化蒿类荒漠草地生物量的积累，而对植物群落多样性的影响因地区不同而不同。

关键词: 短期封育, 蒿类荒漠, 生物量, 物种多样性, 植物功能群, 天山北坡

Abstract:

This research explored the adaptation of plant communities in desert grassland to short-term grazing exclusion. Using a paired experimental design， we determined the effects of short-term grazing exclusion on aboveground biomass， litter， underground biomass， and diversity of plant communities in sagebrush desert grassland on northern slopes in different regions of the Tianshan Mountains. Compared with grazed plots， the ungrazed plots in sagebrush desert grassland in Xinyuan， Manas， Hutubi， and Qitai showed significant increases in aboveground living biomass （98.91%， 65.99%， 246.66%， and 91.91%， respectively）， but there was no significant change at the Bole site. After grazing exclusion， the aboveground living biomass of semi-shrubs increased significantly by 65.56% to 265.47%， and the size of the increase in the biomass of perennial herbs and annual herbs differed among different plots. Grazing exclusion promoted the accumulation of underground biomass in sagebrushdesert grassland at the Bole and Hutubi sites （increases of 65.16%-151.89%）， and this was mainly concentrated in the 0-5 cm soil layer. Grazing exclusion did not significantly affect litter accumulation in any of the plots. After grazing exclusion， the Shannon-Wiener index， Simpson’s index， and the Pielou index of the plant community in the Bole plots increased by 15.12%， 14.88%， and 11.54%， respectively； the Patrick index， Shannon-Wiener index， Simpson’s index， and the Pielou index of the plant community in the Xinyuan plots decreased significantly by 62.12%， 64.54%， 58.02%， and 34.81%， respectively； the Patrick index of the plant community in the Manas plots significantly decreased by 32.48% and the Pielou index increased significantly by 21.90%； and the Shannon-Wiener index and Simpson’s index in the Hutubi plots decreased by 73.21% and 68.69%， respectively. Grazing exclusion did not affect the diversity of the plant community in the Qitai plots. Our results show that short-term grazing exclusion promotes the accumulation of biomass in degraded Artemisia desert grasslands， but its impacts on plant community diversity vary from region to region.

Key words: grazing exclusion, sagebrush desert, biomass, plant diversity, plant functional group, the northern slopes of the Tianshan Mountains

崔雨萱, 孙宗玖, 刘慧霞, 董乙强. 短期封育对蒿类荒漠草地现存生物量及植物群落多样性的影响[J]. 草业学报, 2020, 29(12): 17-26.

Yu-xuan CUI, Zong-jiu SUN, Hui-xia LIU, Yi-qiang DONG. Effects of short-term grazing exclusion on standing biomass and plant community diversity in sagebrush desert[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2020, 29(12): 17-26.

图/表 7

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样地 Site	新源县 Xinyuan (XY)	博乐市 Bole (BL)	玛纳斯县 Manasi (MNS)	呼图壁县 Hutubi (HTB)	奇台县 Qitai (QT)
地理位置Geographical position	N 43°22′， E 82°36′	N 44°50′， E 81°39′	N 44°01′， E 86°09′	N 43°58′， E 86°32′	N 43°47′， E 89°25′
年均降水量 Mean annual precipitation (mm)	204	200	172	224	160
年均气温 Mean annual temperature (℃)	7.13	6.10	8.18	6.79	7.17
海拔Elevation (m)	887	1110	1033	978	1227
土壤基质Soil texture	土质Soil	砾石质Gravelly	土质Soil	土质Soil	土质Soil
封育年限Period of grazing exclusion (a)	7	5	4	4	7
群落高度Community height (cm)	19.71	37.21	40.26	37.57	24.09
群落盖度Community coverage (%)	33.88	30.20	51.56	41.60	40.60
群落密度Community density (g·m^-2)	422.60	103.00	183.16	191.20	193.00
优势种Dominant species	伊犁绢蒿 S. transiliense	博洛塔绢蒿+木地肤 S. borotalalense+K. prostrata	伊犁绢蒿+叉毛蓬 S. transiliense+P. sibirica	伊犁绢蒿+叉毛蓬 S. transiliense+P. sibirica	伊犁绢蒿+木地肤+短柱苔草 S. transiliense+K. prostrate+C. turkestanica

样地 Site	新源县 Xinyuan (XY)	博乐市 Bole (BL)	玛纳斯县 Manasi (MNS)	呼图壁县 Hutubi (HTB)	奇台县 Qitai (QT)
地理位置Geographical position	N 43°22′， E 82°36′	N 44°50′， E 81°39′	N 44°01′， E 86°09′	N 43°58′， E 86°32′	N 43°47′， E 89°25′
年均降水量 Mean annual precipitation (mm)	204	200	172	224	160
年均气温 Mean annual temperature (℃)	7.13	6.10	8.18	6.79	7.17
海拔Elevation (m)	887	1110	1033	978	1227
土壤基质Soil texture	土质Soil	砾石质Gravelly	土质Soil	土质Soil	土质Soil
封育年限Period of grazing exclusion (a)	7	5	4	4	7
群落高度Community height (cm)	19.71	37.21	40.26	37.57	24.09
群落盖度Community coverage (%)	33.88	30.20	51.56	41.60	40.60
群落密度Community density (g·m^-2)	422.60	103.00	183.16	191.20	193.00
优势种Dominant species	伊犁绢蒿 S. transiliense	博洛塔绢蒿+木地肤 S. borotalalense+K. prostrata	伊犁绢蒿+叉毛蓬 S. transiliense+P. sibirica	伊犁绢蒿+叉毛蓬 S. transiliense+P. sibirica	伊犁绢蒿+木地肤+短柱苔草 S. transiliense+K. prostrate+C. turkestanica

指标 Index	封育 Grazing exclusion	样地 Plot	封育×样地 Grazing exclusion×plot
地上活体生物量Aboveground biomass (AGB, g·m^-2)	99.31^**	48.24^**	22.55^**
半灌木生物量Semi shrub biomass (SSB, g·m^-2)	119.73^**	51.71^**	21.21^**
多年生草本生物量Perennials herbaceous biomass (PHB, g·m^-2)	4.85^*	5.45^**	4.19^**
一年生草本生物量Annual herbaceous biomass (AHB, g·m^-2)	6.20^*	4.56^**	4.93^**
凋落物生物量Litter biomass (LB, g·m^-2)	1.36	8.35^**	2.86^*
地下生物量Below-ground biomass (BGB, g·m^-2)	5.06^*	16.56^**	2.00
Patrick指数Patrick index (Pa)	92.19^**	35.45^**	20.38^**
Shannon-Wiener指数Shannon-Wiener index (H)	107.50^**	32.36^**	39.68^**
Simpson指数Simpson index (D)	10.22^**	8.39^**	21.32^**
Pielou指数Pielou index (Jsw)	89.57^**	16.59^**	33.36^**

指标 Index	封育 Grazing exclusion	样地 Plot	封育×样地 Grazing exclusion×plot
地上活体生物量Aboveground biomass (AGB, g·m^-2)	99.31^**	48.24^**	22.55^**
半灌木生物量Semi shrub biomass (SSB, g·m^-2)	119.73^**	51.71^**	21.21^**
多年生草本生物量Perennials herbaceous biomass (PHB, g·m^-2)	4.85^*	5.45^**	4.19^**
一年生草本生物量Annual herbaceous biomass (AHB, g·m^-2)	6.20^*	4.56^**	4.93^**
凋落物生物量Litter biomass (LB, g·m^-2)	1.36	8.35^**	2.86^*
地下生物量Below-ground biomass (BGB, g·m^-2)	5.06^*	16.56^**	2.00
Patrick指数Patrick index (Pa)	92.19^**	35.45^**	20.38^**
Shannon-Wiener指数Shannon-Wiener index (H)	107.50^**	32.36^**	39.68^**
Simpson指数Simpson index (D)	10.22^**	8.39^**	21.32^**
Pielou指数Pielou index (Jsw)	89.57^**	16.59^**	33.36^**

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短期封育对蒿类荒漠草地现存生物量及植物群落多样性的影响

Effects of short-term grazing exclusion on standing biomass and plant community diversity in sagebrush desert

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图/表 7

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