刈割强度对大针茅草原植物群落特征和土壤理化性质的影响

doi:10.11686/cyxb2022064

摘要/Abstract

摘要：

探究不同刈割强度对大针茅典型草原植物群落特征以及土壤理化性质的影响，可为大针茅草原制定合理科学的刈割制度提供理论依据。本研究以大针茅典型草原为对象，于2020年在内蒙古锡林浩特市毛登牧场刈割实验平台进行野外植被调查和取样。该实验平台于2014年建立，以不刈割为对照（CK），设置轻度（LM）、中度（MM）及重度刈割（HM）3个处理。本研究通过计算物种重要值和多样性指数，测定植物群落地上、地下生物量以及土壤理化性质，探究群落特征与土壤理化性质的关系。结果表明：1）与不刈割相比，不同刈割强度均增加了新物种，且中度刈割的物种数最多；与不刈割相比，不同刈割强度均显著增加了群落的丰富度和Shannon-Wiener指数，且轻度刈割显著增加了优势度和均匀度指数，表明轻度刈割最有利于群落多样性的维持；不同刈割强度对大针茅草原的生产力均无显著影响；2）土壤全碳、全氮和pH均在中度刈割时最高，且显著高于不刈割，表明中度刈割对土壤养分有积极影响；3）硝态氮是影响草地生产力的主要土壤因子，土壤含水量是影响草地群落多样性的主要土壤因子。本研究可为大针茅典型草原群落结构、物种多样性以及生产力等方面的研究提供重要参考。

关键词: 刈割强度, 典型草原, 生产力, 多样性

Abstract:

This study investigated the effects of different mowing intensities on plant community characteristics and soil physicochemical properties of Stipa grandis steppe in order to provide a theoretical and scientific basis for establishing an appropriate mowing system in S. grandis steppe. We conducted a field vegetation survey and sampling in an experimental mowing area at Maodeng Ranch， Xilinhot， Inner Mongolia， China in 2020. The experimental mowing area was established in 2014 with no mowing as control （CK） and three treatments of light （LM）， moderate （MM） and heavy mowing （HM）. In this study， we investigated the relationship between community characteristics and soil physicochemical properties by calculating species importance values and diversity indices， and measuring above- and below-ground biomass of plant communities and soil physicochemical properties. It was found that： 1） Compared with no mowing， new species were increased under the various mowing intensities， and the number of species was highest under MM. Compared with no mowing， the mowing treatments significantly increased community richness and the Shannon-Wiener index， and light mowing also significantly increased the Simpson and Pielou indexes， indicating that light mowing was most beneficial to maintaining community diversity. Variation in mowing intensity had no significant effect on productivity of S. grandis steppe. 2） Soil total carbon， total nitrogen and pH were the highest under MM， and under this treatment were significantly higher than under no mowing， indicating that moderate mowing had positive effects on soil nutrient status. 3） Nitrate nitrogen was the main soil factor affecting grassland productivity， and soil water content was the main soil factor affecting grassland community diversity. This study provides important reference information for the study of community structure， species diversity and productivity of S. grandis steppe.

Key words: mowing intensity, typical steppe, productivity, diversity

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图/表 6

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功能群 Functional group	物种 Species	科 Families	重要值 Important values （%）
功能群 Functional group	物种 Species	科 Families	CK	LM	MM	HM
多年生禾草 Perennial gramineae	大针茅S. grandis	禾本科Poaceae	41.54±5.18a	48.76±3.10a	42.10±5.65a	46.09±5.51a
	糙隐子草C. squarrosa	禾本科Poaceae	12.01±1.86a	13.45±2.21a	11.06±3.06a	9.08±1.81a
	冰草A. cristatum	禾本科Poaceae	2.97±2.97a	0.77±0.77a	1.47±1.47a	0.80±0.80a
	羊草L. chinensis	禾本科Poaceae	18.97±6.99a	8.45±2.27a	14.41±3.57a	12.93±4.86a
多年生杂类草 Perennial forbs	知母A. asphodeloides	百合科Liliaceae	21.11±6.27a	17.17±3.26a	20.83±3.22a	18.72±5.11a
	黄囊苔草C. korshinskyi	莎草科Cyperaceae	0.94±0.94a	—	1.04±0.77a	1.36±0.80a
	细叶葱Allium tenuissimum	百合科Liliaceae	—	—	1.82	0.44
	双齿葱Allium bidentatum	百合科Liliaceae	2.04	3.11	1.79	1.42
	野韭Allium ramosum	百合科Liliaceae	—	1.09	—	0.95
	银灰旋花Convolvulus ammannii	旋花科Convolvulaceae	—	—	0.53	—
	米口袋Gueldenstaedtia verna	豆科Leguminosae	—	—	—	0.31
	并头黄芩Scutellaria scordifolia	豆科Leguminosae	—	1.20	0.65	—
一、二年生草本 Annual or biennial herb	点地梅Androsace umbellata	报春花科Primulaceae	—	—	0.36	—
	地锦Euphorbia humifusa	大戟科Euphorbiaceae	—	—	0.10	—
	虫实Corispermum hyssopifolium	藜科Chenopodiaceae	—	—	—	0.16
	刺穗藜Chenopodium aristatum	藜科Chenopodiaceae	1.14	5.78	4.00	10.27
	猪毛菜Salsola collina	藜科Chenopodiaceae	—	1.86	0.52	0.69
灌木、半灌木 Shrub， subshrub	冷蒿A. frigida	菊科Asteraceae	—	—	1.16	—
灌木、半灌木 Shrub， subshrub	小叶锦鸡儿Caragana microphylla	豆科Leguminosae	—	0.33	0.40	—

功能群 Functional group	物种 Species	科 Families	重要值 Important values （%）
功能群 Functional group	物种 Species	科 Families	CK	LM	MM	HM
多年生禾草 Perennial gramineae	大针茅S. grandis	禾本科Poaceae	41.54±5.18a	48.76±3.10a	42.10±5.65a	46.09±5.51a
	糙隐子草C. squarrosa	禾本科Poaceae	12.01±1.86a	13.45±2.21a	11.06±3.06a	9.08±1.81a
	冰草A. cristatum	禾本科Poaceae	2.97±2.97a	0.77±0.77a	1.47±1.47a	0.80±0.80a
	羊草L. chinensis	禾本科Poaceae	18.97±6.99a	8.45±2.27a	14.41±3.57a	12.93±4.86a
多年生杂类草 Perennial forbs	知母A. asphodeloides	百合科Liliaceae	21.11±6.27a	17.17±3.26a	20.83±3.22a	18.72±5.11a
	黄囊苔草C. korshinskyi	莎草科Cyperaceae	0.94±0.94a	—	1.04±0.77a	1.36±0.80a
	细叶葱Allium tenuissimum	百合科Liliaceae	—	—	1.82	0.44
	双齿葱Allium bidentatum	百合科Liliaceae	2.04	3.11	1.79	1.42
	野韭Allium ramosum	百合科Liliaceae	—	1.09	—	0.95
	银灰旋花Convolvulus ammannii	旋花科Convolvulaceae	—	—	0.53	—
	米口袋Gueldenstaedtia verna	豆科Leguminosae	—	—	—	0.31
	并头黄芩Scutellaria scordifolia	豆科Leguminosae	—	1.20	0.65	—
一、二年生草本 Annual or biennial herb	点地梅Androsace umbellata	报春花科Primulaceae	—	—	0.36	—
	地锦Euphorbia humifusa	大戟科Euphorbiaceae	—	—	0.10	—
	虫实Corispermum hyssopifolium	藜科Chenopodiaceae	—	—	—	0.16
	刺穗藜Chenopodium aristatum	藜科Chenopodiaceae	1.14	5.78	4.00	10.27
	猪毛菜Salsola collina	藜科Chenopodiaceae	—	1.86	0.52	0.69
灌木、半灌木 Shrub， subshrub	冷蒿A. frigida	菊科Asteraceae	—	—	1.16	—
灌木、半灌木 Shrub， subshrub	小叶锦鸡儿Caragana microphylla	豆科Leguminosae	—	0.33	0.40	—

土壤理化性质Soil physicochemical factors	CK	LM	MM	HM
铵态氮 Ammonium nitrogen （mg·kg^-1）	0.78±0.08a	0.64±0.07a	0.83±0.09a	0.74±0.04a
硝态氮 Nitrate nitrogen （mg·kg^-1）	3.89±0.27a	4.59±0.27a	3.96±0.21a	4.10±0.23a
全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	0.25±0.02a	0.29±0.03a	0.30±0.03a	0.29±0.03a
有效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	4.14±0.18a	3.96±0.28a	3.99±0.14a	3.75±0.18a
有机碳 Organic carbon （mg·kg^-1）	15.15±0.43ab	14.43±0.85b	16.50±0.42a	15.55±0.31ab
全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	1.78±0.03b	1.79±0.04b	1.93±0.05a	1.77±0.05b
全碳Total carbon （g·kg^-1）	15.33±0.39b	19.32±1.38a	20.28±1.13a	18.85±1.39a
含水量 Moisture content （%）	10.98±0.34a	11.79±0.48a	10.53±0.32a	10.92±0.56a
温度 Soil temperature （℃）	25.76±0.35a	25.41±0.32a	25.57±0.30a	25.38±0.31a
pH	8.04±0.14b	8.21±0.18ab	8.63±0.12a	8.28±0.16ab

土壤理化性质Soil physicochemical factors	CK	LM	MM	HM
铵态氮 Ammonium nitrogen （mg·kg^-1）	0.78±0.08a	0.64±0.07a	0.83±0.09a	0.74±0.04a
硝态氮 Nitrate nitrogen （mg·kg^-1）	3.89±0.27a	4.59±0.27a	3.96±0.21a	4.10±0.23a
全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	0.25±0.02a	0.29±0.03a	0.30±0.03a	0.29±0.03a
有效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	4.14±0.18a	3.96±0.28a	3.99±0.14a	3.75±0.18a
有机碳 Organic carbon （mg·kg^-1）	15.15±0.43ab	14.43±0.85b	16.50±0.42a	15.55±0.31ab
全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	1.78±0.03b	1.79±0.04b	1.93±0.05a	1.77±0.05b
全碳Total carbon （g·kg^-1）	15.33±0.39b	19.32±1.38a	20.28±1.13a	18.85±1.39a
含水量 Moisture content （%）	10.98±0.34a	11.79±0.48a	10.53±0.32a	10.92±0.56a
温度 Soil temperature （℃）	25.76±0.35a	25.41±0.32a	25.57±0.30a	25.38±0.31a
pH	8.04±0.14b	8.21±0.18ab	8.63±0.12a	8.28±0.16ab

土壤理化性质 Soil physicochemical factors	解释率 Explains （%）	P
NO₃^--N	37.7	0.010
TC	19.7	0.118
NH₄⁺-N	7.4	0.506
pH	10.2	0.430
SM	6.8	0.566
TP	5.9	0.606
ST	4.3	0.758
SOC	3.6	0.802
TN	2.3	0.906
AP	2.1	0.940