牦牛糞便對高寒草甸群落多樣性及生產力的影響

德科加　張德罡　蘆光新　等

摘要：研究了4 個不同施牦牛糞便的處理對高寒草甸植物群落多樣性和生產力的短期影響。結果表明，（1）處理S1，S2 和S3的植物群落蓋度顯著高于對照（S0）（P<0.05），各處理的植物群落高度與對照（S0）相比都呈上升趨勢，且S3與S0差異顯著（P<0.05）；（2）處理S1、S2 和S3的Pielou 均勻度指數與S0 相比逐漸下降，且S2與S0有顯著差異（P<0.05）。處理S1、S2 和S3的ShannonWiener物種多樣性指數與S0 相比逐漸下降，且S2與S0差異極顯著（P<0.01）。而Simpson物種多樣性指數的變化則表現為無規律性。（3）施牦牛糞便后植物群落的地上總生物量出現增加趨勢，且S2，S3與S0間達到差異顯著（P<0.05）。

關鍵詞：牦牛糞便；高寒草甸；植物多樣性；草地生產力

中圖分類號：S 812文獻標識碼：A文章編號：10095500（2013）06000905

近年來，我國牧草施肥方面的研究及推廣應用發展較為迅速，有關施肥對牧草產量的影響報道很多[1]，但主要集中在化學肥料的種類的選擇、營養成分的配比等對草地群落結構及牧草產量的影響方面[2-5]。研究報道，氮、磷、鉀以及中微量元素肥料合理施用對牧草的產量、品質及對食草動物的生長發育均會產生明顯的促進作用[6，7]。草地合理施肥是提高牧草的生物量和品質，加速退化草地恢復重建的關鍵技術措施之一，大量的試驗和實踐也證明，施肥是提高草地生產力的主要途徑之一[8]。但在生產實踐中，施用化學肥料勢必會導致成本增加，并且會帶來環境污染問題。針對使用化肥不利于高寒草地的生態環境保護、而草地產生的大量牲畜糞便不能得到有效處理的事實，高寒牧區形成了以牛糞為主要基質的有機肥的加工和利用技術研究。

研究發現，牛糞相對于其他種類的畜禽糞便有一定的“缺點”，這與牛糞自身有機質和碳、磷、鉀的含量較低，碳氮比和水分含量較高有關[9]。牛糞含水量高，通氣不良，還含有較多纖維素、木質素等，并有膠質保護，微生物活動受到抑制，有機質轉化差，養料多呈復合狀態[10]。牛糞礦化比較緩慢，肥效遲緩，屬于“冷性肥”，需要通過相關技術對其進行“改性”，提高肥效。但是，在高寒地區家畜糞便的堆肥處理對溫度等外界環境條件有一定的要求，因此，研究自然狀態的牦牛糞便對草地生產力的作用，對家畜糞便的合理利用和健康管理提供科學的決策依據具有實際的意義。

天然草地放牧家畜的糞尿在草地中歸還以及隨之而來的分解對草地生態系統有重要的影響，研究表明，牛糞的分解影響養分循環、植物初級生產力以及植物群落的物種多樣性[11-15]。隨著放牧強度的增大、家畜糞尿斑的數量和面積增加，放牧家畜在大面積上采食和在小面積上排泄，加劇了養分在天然草原上的再分配，必然會對草地植物群落結構以及牧草地上生物量的變化產生一定的影響。但牦牛糞便對草地群落結構以及牧草產量影響的研究并不多，牲畜糞便對于增加植物的生物量，豐富度以及草本植物的多度具有重要貢獻，糞便對于增加植物產量具有明顯效應，并且肥效持續3個月以上。因此，研究牦牛糞便對草地植物群落結構和生產力的影響，對提高高寒草地土壤養分的有效循環，提高土壤肥力和牧草生產能力，減輕環境污染具有重要意義。

1材料和方法

1.1試驗區概況

1.2試驗設計

在研究區選擇植被分布較均一、地勢平坦的原生草地，于2010年12月進行圍欄封育。試驗地共分12個小區，設置4個處理：不施肥為對照（ S0 ）；施牦牛糞便0.11 kgm2（S1）；施牦牛糞便0.33 kgm2 （S2）；施牦牛糞便0.56 kgm2（S3）。每個處理設3個重復，每個小區面積3 m×2 m，隨機區組排列。待土壤解凍后，于2011年5月中旬將風干并碾碎成粗粉的牦牛糞便均勻撒在試驗小區，每個小區用噴壺在距地面1 m的高度噴灑水5 L，以防止牦牛糞便被風吹走。

1.3觀測項目和測定方法

2011年8月中旬當植物地上生物量達到高峰期時，在試驗地不同處理的小區隨機（離開樣區邊緣50 cm以上）取樣，樣方面積0.5 m×0.5 m。記錄每個樣方內的植物種類、株高、蓋度。然后，將樣方內的植物分種齊地面剪下并稱其鮮重，裝進信封，帶回實驗室置于烘箱，105 ℃殺青30 min，75 ℃溫度下烘24 h稱質量，以計算植物地上生物量。

1.3.1物種豐富度的測定

物種豐富度用記名計算法測定[16]。物種豐富度用0.25 m2樣方出現的物種數表示，即物種豐富度指數=出現在0.25 m2樣方的物種數。

1.3.2多樣性指數的測定

采用Simpson多樣性指數、ShannonWeiner多樣性指數和Pielou均勻度指數進行多樣性的測定[17]，計算公式如下：

1.4統計分析

采用Excel和DPS6.55進行制圖、方差分析和顯著性檢驗。

2結果與分析

2.1牦牛糞便對植被蓋度的影響

處理S1、S2、S3植被蓋度分別為97.0%、91.0%和95.33%，對照（S0）的植被蓋度為69.33%（圖1）。處理S1、S2、S3的植被蓋度與對照相比均達顯著差異（P<0.05），但各施肥處理S1、S2、S3差異不顯著（P>0.05）。由此說明，添加牦牛糞便對草地植被蓋度的提高有明顯的促進作用。

2.2牦牛糞便對草叢高度的影響

2.3牦牛糞便對草地植被多樣性的影響

不同處理對Pielou均勻度指數有影響，對照（S0）明顯高于各施肥處理，且對照與處理S2差異顯著（P<0.05）。和對照相比，施肥處理對ShannonWiener物種多樣性指數均有減少作用，處理S2與對照（S0）間達到極顯著差異（P<0.01）。而Simpson物種多樣性指數則表現為處理S1明顯高于對照而處理S2、S3則低于對照，并且處理S1、S2達到極顯著差異（P<0.01）。

2.4牦牛糞便對地上生物量的影響

3討論

草地施肥后其群落高度和蓋度顯著提高，沈景林等[18]研究發現，草地施肥多年后群落植被蓋度分別較對照增加18.7%～71.2%，植被高度也顯著提高。此次究結果顯示，添加牦牛糞便對增加高寒草甸植物群落的蓋度和高度具有顯著的促進作用。添加牛糞后，植物群落蓋度明顯增加。可能的原因是，添加牦牛糞便后，其部分營養成分進入了土壤，被植物有效吸收，植物群落的高度和蓋度都產生了比較積極的響應。

施肥不但增加了植物群落的蓋度與高度，還會引起植物群落多樣性格局的變化。陳亞明等[19]在對高寒草甸植物多樣性的研究表明，隨著施肥梯度的增加，高寒草甸物種豐富度顯著下降。在此次研究中不同施肥處理物種豐富度并未出現明顯變化，出現這種結果可能是因為草地植被演替階段不同導致的。許多研究表明，對植物群落施肥往往會使高寒草甸物種Pielou均勻度指數、ShannonWeiner指數和Simpson指數顯著降低。研究表明，施肥處理后的ShannonWeiner指數和Pielou均勻度指數與對照相比呈下降趨勢。而不同的施肥處理對植物群落Simpson指數變化方向的影響呈現出無規律性。

研究報道，施用有機肥料對改善植物群落構成，提高植物群落地上生物量都有一定的促進作用。相關研究表明[20]，施用有機肥和化肥，可提高嚴重退化草地的土壤肥力，增加速效養分和植被多樣性，還可顯著增加牧草產量。對高寒地區草地生物量的增加效果尤為明顯，季節動態呈單峰曲線。添加牦牛糞便，增加了植物群落地上生物量。可能是添加到草地的牦牛糞便被分解后，對土壤營養成分起到一定的改良作用。

試驗結果分析可知，添加牛糞引起各種植物的高度、蓋度和地上生物量發生了變化，但這種變化并沒有表現出規律性增長趨勢。究其原因，是由于牦牛糞便在高寒條件下分解速率較慢所致，其中所含養分在較短時間內未能充分分解進入土壤，進而影響了植物對養分的有效吸收利用。

參考文獻：

[1]李小坤，魯劍巍，陳防.牧草施肥研究進展[J].草業學報，2008，17（2）：136-142.

[2]德科加，周青平，徐成體，等.施肥對青海省山地草原類草場地上生物量的影響[J].中國土壤與肥料，2010（ 3）：38-40.

[3]邱波，羅燕江，杜國禎.施肥梯度對甘南高寒草旬植被特征的影響[J].草業學報，2004，13（6）：65-68.

[4]陳亞明，李自珍，杜國禎.施肥對高寒草甸植物多樣性和經濟類群的影響[J].西北植物學報，2004，24（3）：424-429.

[5]趙娜，賈力，劉洪來，等.氮肥的環境風險及管理研究進展[J].草原與草坪，2011，31（1）：89-93.

[6]馬青山.施肥對高寒草甸草地群落及產量的影響[J].草原與草坪，2011，31（3）：94-98.

[7]德科加.青藏高原高寒草甸草地NPK施肥組合研究[J].草原與草坪，2010，30（4）：22-25.

[8]Fen sham R J，H o lm ar J E，Cox M J.Plant species responses along a grazing disturbance gradien tin Australian grassland [J].Journal of Vegetation Science，1999，10 （1）：77-86.

[9]李書田，劉榮樂，陜紅.我國主要畜禽糞便養分含量及變化分析[J].農業環境科學學報，2009，28（1）：179-184.

[10]任平，徐升運，阮祥穩，等.酶對牛糞堆肥物質轉化的影響[J].安徽農業學報，2010，38（10）：5503-5505.

[11]Mac Diarmid B N，Watkin B R.The cattle dung patch： Effect of a cattle dung patch on the chemical status of the soil，and ammonia nitrogen losses from the patch[J].J Br Grass Soc，1972，28：43-48.

[12]Calafiori M H，Alves B S.Influencia de femeas do Dichotomius anaglypticus（Mannerheim，1829）na fertilizacao do solo e no desenvolvimento do milho（Zea mays L）[J].Ecossistema，1981（6）：32-40.

[13]Omaliko C P E.Dung decomposition and its effects on the soil component of a tropical grassland ecosystem[J].Trop Ecol，1984，25：214-220.

[14]Bornemissza G F，Williams.A new type of brood care observed in the dung bettle Oniticellus cinctus（Scarabaeidae）[J].Pedobiologia，1970（9）：223-225.

[15]Masahiko Hirata，Nobumi Hasegawa，Maki Nomura，et al.Deposition and decomposition of cattle dung in forest grazing in southern Kyushu，Japan[J].Ecol Res，2008，11284-008-0488.

[16]覃光蓮，杜國禎.高寒草甸植物群落中物種多樣性與群落變異性的關系及其機制初探[J].生態學雜志，2005，24（11）：1303-1307.

[17]邱波，羅燕江，杜國禎.施肥梯度對甘南高寒草旬植被特征的影響[J].草業學報，2004，13（6）：65-68.

[18]沈景林，譚剛，喬海龍，等.草地改良對高寒退化草地植被影響的研究[J].中國草地，2000，22（5）：49-54.

[19]陳亞明，李自珍，杜國禎.施肥對高寒草甸植物多樣性和經濟類群的影響[J].西北植物學報，2004，24（3）：424-429.

[20]孫斌.三種改良措施對對高寒退化草地植被的影響[J].甘肅農業大學學報，2005，40（6）：797-801.