喀斯特地區(qū)多年生豆科禾本科混播草地群落穩(wěn)定性的維持機(jī)制.pdf

1、我國(guó)南方喀斯特地區(qū)生態(tài)脆弱，石漠化問題嚴(yán)重，極大地影響經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家生態(tài)安全。人工草地不但為發(fā)展畜牧業(yè)提供高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼草料，而且稠密的覆蓋能有效防止水土流失，改善土壤結(jié)構(gòu)。因此建植大面積高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)人工草地是緩解與解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)這一矛盾的正確選擇。利用條件下人工草地特別是混播草地的穩(wěn)定持久利用及其維持機(jī)制的研究，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重大課題和迫切要求，其研究結(jié)果對(duì)豐富人工群落穩(wěn)定性理論和指導(dǎo)生態(tài)脆弱地區(qū)生

2、態(tài)恢復(fù)和環(huán)境保護(hù)實(shí)踐有積極的作用和意義。 本研究采用草地農(nóng)學(xué)、草地生態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)等研究方法，以云貴高原連續(xù)利用20年以上的三葉草與多年生禾本科牧草混播草地為研究對(duì)象，通過對(duì)不同組合和/或不同利用方式下混播群落初級(jí)生產(chǎn)力、群落組分、形態(tài)學(xué)特征以及遺傳多樣性的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行比較分析，從系統(tǒng)、群落、種群、個(gè)體和分子水平上研究和討論利用情況下人工混播草地群落的穩(wěn)定持久性及其維持機(jī)制。 對(duì)最常見的三葉草與禾本科牧草的兩組分和多組

3、分混播草地群落的穩(wěn)定持久性進(jìn)行了20年的研究。用考力代綿羊適度輪牧利用，牧前和牧后草地現(xiàn)存量分別為1800～2500 kg DM hm<'-2>(草層高15～18cm)和900～1200 kg DM hm<'-2>(草層高3～5cm)，每年利用5～7次。草地建植前四年施用N、P、K肥，以后只施用P肥作維持肥。 紅三葉與禾本科牧草兩兩混播草地群落地上總生物量長(zhǎng)期穩(wěn)定，各組合間差異不顯著，總蓋度20年后仍高達(dá)97％以上。群落凈產(chǎn)量和

4、持久性是尺度依賴的，長(zhǎng)期凈生產(chǎn)力以紅三葉+鴨茅的最高(353.3 g DM m<'2> year<'-1>)，對(duì)雜草侵入的抵抗力最強(qiáng)，而前10年紅三葉+多年生黑麥草有很高的凈生產(chǎn)力(449.8 g DM m<'-2> year<'-1>)：紅三葉生產(chǎn)力受伴生牧草種的影響。栽培種侵占力最強(qiáng)的是黑穗畫眉和鴨茅，非栽培種侵占力最強(qiáng)的是白三葉，20年后在各個(gè)組合中蓋度都超過20％。 白三葉與禾本科牧草兩組分混播草地20年平均產(chǎn)量以白三葉

5、+紫羊茅的最高(620.1 g DMm<'-2> year<'-1>)，最穩(wěn)定持久，雜草侵入量最小；其次是白三葉+多年生黑麥草和白三葉+草地早熟禾，分別為357.3 g DM m<'-2>year<'-1>和330.7 g DM m<'-2>year<'-1>；最低的是白三葉+無芒雀麥(225.3 g DMm<'-2>year<'-1>)。但在前4年，白三葉+黑麥草的凈產(chǎn)量最高。白三葉在所有組合中具有相近的產(chǎn)量和比例，而禾本科牧草之間差

6、異極顯著，伴生禾草的選擇對(duì)群落產(chǎn)量及其持久性有重要的作用。高產(chǎn)組合的凈產(chǎn)量與年降水量有顯著正相關(guān)，而所有組合的凈產(chǎn)量與大丁0℃年積溫之間無正相關(guān)關(guān)系。 由白三葉、紅三葉、無芒雀麥、紫羊茅分別加上多年生黑麥草(處理號(hào)RWPBR)、鴨茅(RWRBC)、黑穗畫眉草(RWLBR)組成的5組分混播生產(chǎn)力高，混播處理之間差異不顯著。而由紅三葉、白三葉、多年生黑麥草、無芒雀麥、鵝冠草組成的RWPBG組合生產(chǎn)力不穩(wěn)定。凈生產(chǎn)力的動(dòng)態(tài)變化與年降水

7、量的動(dòng)態(tài)變化之間沒有顯著的對(duì)應(yīng)關(guān)系。各混播群落中物種的生產(chǎn)力和穩(wěn)定性差異明顯，生產(chǎn)力與穩(wěn)定持久性最好的是紫羊茅和白三葉，其次是多年生黑麥草和鴨茅；而在草地建植初期表現(xiàn)最好的是多年生黑麥草和紅三葉。群落各組分最穩(wěn)定的組合是RWLBR，其次是RWPBR和RWRBC組合，栽培種總比例一直維持較高水平，雜草侵入量很??；時(shí)間變異性最大的是RWPBG組合。 物種多樣性與凈生產(chǎn)力呈正相關(guān)，而群落組分對(duì)群落的時(shí)間變異性起決定性的作用。群落初級(jí)生

8、產(chǎn)力對(duì)降水量的響應(yīng)受群落組分的影響，不同組分的群落在不同草地發(fā)育階段對(duì)降水的響應(yīng)也不同。大于0℃年積溫對(duì)生產(chǎn)力年際動(dòng)態(tài)沒有顯著影響?；觳ソM分的增加，增加了群落總生產(chǎn)力，但降低了單個(gè)物種的生產(chǎn)力。 去除試驗(yàn)表明，去除伴生禾本科牧草后，白三葉生物量增加，禾本科牧草對(duì)白三葉有競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度隨季節(jié)而不同，生長(zhǎng)季節(jié)開始時(shí)小，后期增大。在兩組分混播草地中，去除白三葉后的第二年，禾本科牧草產(chǎn)量下降，禾本科牧草由于依賴白三葉的固N(yùn)作用而形成

9、的偏利關(guān)系大于白三葉對(duì)禾草的競(jìng)爭(zhēng)影響。在多組分組合中，去除包括白三葉在內(nèi)的其他物種后，單個(gè)禾草的產(chǎn)量增加，說明多組分混播草地競(jìng)爭(zhēng)激烈，掩蓋了白三葉的供N效應(yīng)。在只施用P肥作為維持肥的放牧混播草地系統(tǒng)中，禾本科牧草的競(jìng)爭(zhēng)作用由于對(duì)N的需求依賴于白三葉的固氮作用而減小，實(shí)現(xiàn)了白三葉比例的長(zhǎng)期維持和混播組分的動(dòng)態(tài)平衡。 利用方式對(duì)白三葉蓋度沒有顯著影響，而混播組合與利用方式的交互作用影響顯著。白三葉在宿營(yíng)處理和刈割為主利用下的與鴨茅混

10、播中的比例最低，而在刈割利用和宿營(yíng)處理的多年生黑麥草組合中的蓋度最高。混播組合對(duì)禾本科組分蓋度影響不顯著，但利用方式和交互作用有顯著的作用，長(zhǎng)期放牧綿羊的混播草地多年生黑麥草很少。混播組合對(duì)雜草密度、蓋度和多樣性指數(shù)的影響不明顯，而利用方式和交互作用顯著地影響雜草蓋度和多樣性指數(shù)。放牧草地中的雜草密度高于刈割草地的，其中放牧利用的白三葉/多年生黑麥草草地最高。放牧牛的草地雜草密度較少，而放牧綿羊的草地雜草較多。白三葉、禾本科牧草以及雜草

11、的密度都顯著地受混播組合、利用方式及其交互作用的影響，說明密度是一個(gè)敏感的指標(biāo)。 群落的蓋度、密度、生物量等特性以及土壤全 N、有機(jī)質(zhì)、有效 N、速效 P、速效 K 等土壤理化指標(biāo)依適度利用草地-退化土地-水土流失地的梯度而下降，而土壤容重增加。適度放牧的人工草地和天然草地的蓋度高達(dá)90％以上，地上與地下生物量也顯著地高于其他處理。密度以人工草地的最高，水土流失地的最低。人工草地與天然草地的土壤理化特性明顯地優(yōu)于退化土地和水土流

12、失地的。草地不但蓋度和地上生物量高，有效地減少地表徑流，而且豐富的根莖有效地保護(hù)了土壤，大大降低了水土流失量。土壤養(yǎng)分與群落功能指標(biāo)有顯著的正相關(guān)關(guān)系，土壤有機(jī)質(zhì)、全N、有效N與群落的蓋度和產(chǎn)量之間極顯著相關(guān)。 白三葉的形態(tài)學(xué)特征隨年限的不同有差異，單株葉數(shù)、生長(zhǎng)點(diǎn)數(shù)、中葉長(zhǎng)、中葉長(zhǎng)寬比以及種群內(nèi)個(gè)體之間變異性隨著年限的增加而增加，而葉層高度、中葉寬則下降。三個(gè)不同年齡草地的平均單株葉重、根重、地上生物量、地上DM與地下DM的比