研究区位于松嫩平原西部的黑龙江省农业科学院草业研究所试验站(46° 32'17″ N, 125° 28'24″ E), 属温带大陆性季风气候, 年降水量469.7 mm, 全年降水分布不均, 70%以上的降水集中于6月-8月, 春季降水较少; 年平均气温2.9 ℃; ≥ 10 ℃年积温约2 760 ℃· d, 年平均日照时数2 713 h; 年平均无霜期130 d, 冻结期183 d。土壤呈现轻、中、重三级盐碱化, 其土壤含盐量为0.157%~0.318%, 土壤pH变化范围为8.12~10.08。试验区植被组成主要为羊草(Leymus chinensis)、星星草(Puccinellia tenuiflora)、冷蒿(Artemisia frigida)、虎尾草(Chloris virgata)、委陵菜(Potentilla chinensis)、苣荬菜(Sonchus brachyotus)、刺菜(Cirsium setosum)、灰绿藜(Chenopodium glaucum)等。

1.2.1 试验设计 试验地为围栏封育的严重退化天然羊草草地, 于2013年5月10日选择生长均匀, 地势平坦的地块划分小区, 并实施切根。试验设定切根深度和切根间距两个因素, 不切根为对照(CK), 其中切根处理深度分别为5、10和15 cm, 即D₅、D₁₀及D₁₅, 切根间距分别为20和30 cm, 即L₂₀和L₃₀。两因素组合共计6个处理(表1), 每个处理3次重复, 小区面积为3 m× 5 m。小区布设采用随机区组设计。切根采用人工自制切根刀片(刀片长度为25 cm, 宽度分为5、10、15 cm, 厚度0.5 cm), 沿垂直向切入草地进行方格式切根处理。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 切根处理设置 Table 1 Root cutting treatments and their settings 处理 Treatment 深度 Depth/cm 间距 Line spacing/cm L20D5 5 20 L20D10 10 20 L20D15 15 20 L30D5 5 30 L30D10 10 30 L30D15 15 30 CK 0 0

表1 切根处理设置 Table 1 Root cutting treatments and their settings

1.2.2 采样方法及测定指标 分别于2013年6月8日、7月9日、8月6日羊草生长的拔节期、乳熟期、蜡熟期测定羊草群落的密度及株高; 于8月31日果后营养期测定羊草群落的密度、株高、地上生物量等指标。每个时期在除去小区边界10 cm部分内随机选取20株测定羊草高度(自然高度); 小区内选取50 cm× 50 cm样方, 沿对角线方向取3个样方作为重复, 测定样方内羊草及其它植物的株丛数, 并齐地刈割, 测定群落的地上、地下生物量。地上生物量于刈割后称鲜重, 而后在室内用烘箱105 ℃杀青30 min, 之后65 ℃烘干至恒重。

1.2.3 计算及分析方法 选用物种多样性指数和均匀度指数表示群落多样性, 根据松嫩草地的群落特征, 多样性指数采用香农-威纳指数(Shannon-Wiener index)^[16], 均匀度指数采用Pielou指数, 各自计算公式如下:

物种重要值IV=(相对生物量+相对盖度)/2;

相对生物量=某物种生物量/地上总生物量;

相对盖度方=某物种盖度/所有物种的盖度之和;

物种丰富度=一定面积内的物种数;

Shannon-Wiener指数(H'):

H'=- ∑i=1nP_ilnP_i.

Pielou指数:

E=H'/lnS.

式中:P_i为第i个物种的重要值, S为物种数目, N为所有物种的个体数之和, n_i为第i个物种个体数量。

数据采用Excel 2003制作图表, 用SPSS软件分别对株高、密度、地上生物量以及群落特征进行方差分析与差异显著性检验。

2.1.1 羊草高度 切根间距20 cm时, 5和10 cm深两种切根处理在拔节期的羊草高度(自然高度)均显著高于15 cm深切根处理(P< 0.05), 在蜡熟期显著高于15 cm深切根处理和CK, 而5和10 cm深切根处理间差异不显著(P> 0.05)(图1)。从整体上看, 15 cm深切根处理的羊草高度略低于CK, 高度差在8 cm左右。羊草高度增长趋势显示, 拔节期到蜡熟期高度变化趋势类似, 从乳熟期到蜡熟期5和10 cm深切根处理的高度增加量要高于L₂₀D₁₅与CK, 而从蜡熟期到果后营养期, 3种切根深度处理(D₅、D₁₀、D₁₅)及CK的羊草高度增长基本保持稳定(图1)。

切根间距30 cm时, 5 cm切根深度在乳熟期显著高于10 cm深切根与CK, 并且5、10 cm切根深度在蜡熟期的羊草高度显著高于CK(P< 0.05)。从株高变化趋势上看, 同样是拔节期到乳熟期变化最大, 各处理的株高增长速率均较高。从乳熟期到蜡熟期只有5、10 cm保持较高增长趋势, 而蜡熟期到果后营养期各处理株高已基本保持稳定, 切根深度为5与10 cm处理的株高优势也一直保持到最后, 最终收获时株高基本稳定在75~80 cm。

通过对相同切根深度下不同切根间距的比较发现, 仅在乳熟期15 cm切根深度下30 cm间距的株高显著高于20 cm切根间距(P< 0.05), 不同时期其它处理间差异不显著(P> 0.05)(图1)。

2.1.2 羊草密度 切根间距20 cm时 , 3种切根深度处理下群落中羊草的密度随物候期的变化呈缓慢增长的趋势(图2)。其中, 10 cm深切根处理处理的羊草密

图1

Fig. 1

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图1 垂直切根深度和宽度对羊草自然高度的影响 注:不同小写字母表示同一物候期不同处理间差异显著(P< 0.05), * 表示相同切根深度下不同间距间差异显著(P< 0.05)。L20和L30表示切根间距分别为20和30 cm, D5、D10和D15表示切根深度分别为5、10和15 cm, CK表示无切根处理(对照)。下同。Fig. 1 Effect of vertically root cutting on Leymus chinensis height Note: Different lowercase letters within the same phonological period indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level; * within the same depth indicate significant difference under the different cutting line spaces at the 0.05 level; L20 and L30 indicate line spacing of root cutting are 20 and 30 cm, respectively; D5, D10 and D15 indicate depth of root cutting are 5, 10 and 15 cm, respectively; CK, no root cutting (control); similarly for the following figures and Table 2.

度增加比较明显。拔节期、乳熟期、蜡熟期, 各切根处理与CK无显著差异(P> 0.05)。果后营养期, 5 cm深切根处理显著高于10 cm深切根处理及CK(P< 0.05), 15 cm深切根处理也显著高于CK(P< 0.05)。

切根间距30 cm时, 不同切根深度处理下羊草的密度随物候期的变化也呈缓慢增长趋势, 其中切根深度5 cm处理的密度高于其它处理(图2)。通过不同物候期的比较发现:拔节期5 cm深切根处理的羊草密度显著高于其它处理(P< 0.05); 拔节期到乳熟期, 5 cm深切根处理处理的密度增加量要高于其它处理, 而10、15 cm深切根处理与CK的变化相似, 基本保持在每平方米140株左右。

图2

Fig. 2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图2 不同切根深度处理下羊草密度的变化Fig. 2 Effect of vertically root cutting on Leymus chinensis density

相同切根深度下, 果后营养期L₃₀D₅处理的密度显著高于L₂₀D₅(P< 0.05), L₂₀D₁₅的密度显著高于L₃₀D₁₅(P< 0.05)(图2)。

2.1.3 羊草地上生物量 L₃₀D₅处理的羊草地上生物量(干重)最高, L₃₀D₁₅处理最低(图3)。L₂₀D₅处理的羊草地上生物量显著高于L₂₀D₁₀、L₂₀D₁₅和CK(P< 0.05), L₃₀D₅处理的羊草地上生物量显著高于L₃₀D₁₀、L₃₀D₁₅和CK(P< 0.05), 但L₂₀D₁₀、L₂₀D₁₅、L₃₀D₁₀与L₃₀D₁₅处理之间均无显著差异(P> 0.05)。

除处理L₃₀D₁₀之外各处理的丰富度指数(S)均显著低于CK(P< 0.05)(表2), 说明切根处理可降低羊草群落的丰富度, 提高优势种群羊草在群落中所占的比例。

处理L₂₀D₅、L₂₀D₁₀、L₃₀D₅、L₃₀D₁₀的Shannon-

图3

Fig. 3

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	图3 切根处理条件下羊草地上生物量的变化Fig. 3 Effect of vertically cutting roots on Leymus chinensis aboveground biomass

Wiener指数均显著低于CK(P> 0.05); 处理L₂₀D₁₅、L₃₀D₁₅略低于CK(表2)。15 cm深度的切根处理多样性指数较高, 且在切根间距20和30 cm下的多样性指数与CK相近(P> 0.05)。

均匀度指数表明, 除L₂₀D₁₅外, 不同切根处理均降低了群落的均匀度指数, 其中处理L₃₀D₅显著低于CK(P< 0.05); 同时, L₃₀D₅的优势度指数最高, 显著高于CK。表明切根处理增强了羊草种群在群落中的重要性, 有效降低了种群中其它物种所占的比例。处理L₃₀D₅最有利于羊草种群的生长, 提高了羊草种群在群落中所占的比例。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 切根处理条件下羊草群落生物多样性的比较 Table 2 Comparison of vertically cutting roots on biodiversity of Leymus chinensis community 处理 Treatment 丰富度(S) Species richness 群落多样性指数(H') Shannon-Wiener index 均匀度指数(E) Pielou index 优势度指数(DV) Dominance index CK 12.00± 1.00a 2.25± 0.07a 0.65± 0.01a 0.43± 0.02c L20D5 9.00± 1.00b 1.76± 0.10bc 0.55± 0.01ab 0.65± 0.01a L20D10 10.00± 1.72b 1.67± 0.12bc 0.53± 0.02ab 0.59± 0.04ab L20D15 9.00± 1.73b 2.22± 0.21a 0.65± 0.01a 0.51± 0.02b L30D5 10.00± 1.00b 1.32± 0.01c 0.43± 0.02b 0.71± 0.06a L30D10 11.00± 1.73ab 1.95± 0.02b 0.55± 0.01ab 0.58± 0.01ab L30D15 9.00± 1.00b 2.02± 0.02a 0.61± 0.04a 0.52± 0.04b 注:同列不同小写字母表示不同处理间显著差异(P< 0.05)。 Note: Different lowercase letters within the same column indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level.

表2 切根处理条件下羊草群落生物多样性的比较 Table 2 Comparison of vertically cutting roots on biodiversity of Leymus chinensis community