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_王琪.pdf

第 32 卷第 2 期Vol.32，No.226-342023 年 2 月草业学报ACTA PRATACULTURAE SINICA王琪，郑佳华，赵萌莉，等.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.草业学报，2023，32（2）：2634.WANG Qi，ZHENG Jia-hua，ZHAO Meng-li，et al.Effects of mowing intensity on community characteristics and soil physicochemical properties ofStipa grandis steppe，Inner Mongolia，China.Acta Prataculturae Sinica，2023，32（2）：2634.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王琪1，郑佳华1，赵萌莉1，张军2*（1.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古农业大学理学院，内蒙古 呼和浩特 010010）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Effects of mowing intensity on community characteristics and soil physicochemicalproperties of Stipa grandis steppe，Inner Mongolia，ChinaWANG Qi1，ZHENG Jia-hua1，ZHAO Meng-li1，ZHANG Jun2*1.College of Grassland Resources and Environment，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010010，China；2.College ofScience，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010010，ChinaAbstract：This study investigated the effects of different mowing intensities on plant community characteristics andsoil physicochemical properties of Stipa grandis steppe in order to provide a theoretical and scientific basis forestablishing an appropriate mowing system in S.grandis steppe.We conducted a field vegetation survey andsampling in an experimental mowing area at Maodeng Ranch，Xilinhot，Inner Mongolia，China in 2020.Theexperimental 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 betweencommunity characteristics and soil physicochemical properties by calculating species importance values and diversityindices，and measuring above-and below-ground biomass of plant communities and soil physicochemical properties.DOI：10.11686/cyxb2022064http：/收稿日期：2022-02-14；改回日期：2022-04-05基金项目：国家自然科学基金（32160332）和内蒙古自然基金（2020ZD03）资助。作者简介：王琪（1997-），女，内蒙古乌兰察布人，在读硕士。E-mail： 通信作者 Corresponding author.E-mail：第 32 卷第 2 期草业学报 2023 年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 significantlyincreased community richness and the Shannon-Wiener index，and light mowing also significantly increased theSimpson 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 nomowing，indicating that moderate mowing had positive effects on soil nutrient status.3）Nitrate nitrogen was themain soil factor affecting grassland productivity，and soil water content was the main soil factor affecting grasslandcommunity 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大针茅（Stipa grandis）草原是内蒙古典型草原的重要组成部分，在中国北方畜牧业生产和生态安全中发挥着重要作用1。然而，由于人类活动以及气候变化导致草地不同程度的退化并严重威胁草地生态系统的生产和生态功能的发挥2。近年来，我国为降低北方草地放牧压力、恢复退化草地颁布了多项政策，包括“退牧还草”和“生态补偿”3。这些政策的大规模应用，使我国北方草地的管理措施从传统放牧转变为秋季割草4。在大针茅草原，秋季刈割已经成为其主要利用方式。因此，了解草地生态系统对刈割行为的响应，从而找到最佳刈割强度，对于维持草地生产力和健康发展具有重要意义。刈割通过去除植物的地上生物量，从而影响草地植被、土壤表层凋落物和土壤理化性质5。补偿生长是植物对刈割的一种响应方式，刈割后植物可能表现出相等、补偿不足或过度补偿生长，这取决于刈割强度，即刈割后植物的留茬高度6。有研究表明，刈割强度是影响草地生产力和土壤养分的重要因素6，适度刈割会促进植物过度补偿生长，提高草地生产力，而过高和过低的刈割强度均不利于草地地上生物量的积累7。同时，刈割会通过去除植物的地上组织和相关的营养物质，改变植物的 N、P 含量和化学计量学格局8。一项对中国北方温带草原的研究表明，刈割在物种和群落水平上提高了植物氮含量和氮磷比9，而另一项对内蒙古典型草原的研究表明，刈割对优势种叶片 N 和 P 含量没有显著影响10。此外，刈割通过去除植物地上生物量，减少了植物凋落物的沉积，导致生态系统营养元素的输出大于输入11。研究表明，长期刈割会破坏土壤养分的动态平衡，降低土壤有机质和养分含量，这反过来又会导致植物产量在长期内下降12。然而，也有研究表明，短期刈割可以增加植物的养分含量，改变养分的相对分布，提高植物的养分吸收，从而提高植物产量13。由于各学者对于刈割对草地影响的结论不尽相同，因而刈割对草地的影响仍存在许多争议。大针茅草原是我国北方分布最广泛的草原类型之一，在过去的几十年里，越来越多地被用作割草地。目前，刈割作为草地利用的主要措施，不同强度的刈割对草地的影响还不得而知。因此，本研究以大针茅草原为研究对象，以不刈割的天然草地为对照，设置轻度（留茬 8 cm）、中度（留茬 5 cm）和重度刈割（留茬 2 cm）处理，探究不同刈割强度对大针茅草原生态系统的影响。研究结果可为探索草地生态系统可持续刈割制度提供科学依据。1材料与方法1.1研究区概况本试验在内蒙古锡林浩特市的毛登牧场（116.03-116.50 E，44.80-44.82 N）进行，该地区位于中纬度西风带，昼夜温差大，温度变化剧烈，属于温带半干旱大陆性气候。年降水量为 141379 mm，大部分降水集中在6-9 月；年蒸发量 20002700 mm；年平均气温 2.31。土壤相对肥沃，有机质含量 2%3%，主要是深色栗钙土和典型栗钙土。以大针茅为建群种，优势种有羊草（Leymus chinensis）、知母（Anemarrhena asphodeloides）、糙27Vol.32，No.2ACTA PRATACULTURAE SINICA（2023）隐子草（Cleistogenes squarrosa），常见种还有黄囊苔草（Carex korshinskyi）、冰草（Agropyron cristatum）以及冷蒿（Artemisia frigida）等12。1.2试验设计及取样长期刈割试验样地于 2014年在毛登牧场“42666.67 hm2生态保护区”建立，在一片 20 m60 m 的平坦开