冬季火燒對青藏高原亞高山草甸草地地上生產力和植物群落的影響

趙　忠，趙　燕，榮良燕，3

(1.甘肅省草原監督管理局，甘肅 蘭州　730000； 2.甘肅省草原技術推廣總站，甘肅 蘭州　730046；3.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州　730070)

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冬季火燒對青藏高原亞高山草甸草地地上生產力和植物群落的影響

趙忠1，趙燕2，榮良燕2，3

(1.甘肅省草原監督管理局，甘肅 蘭州730000； 2.甘肅省草原技術推廣總站，甘肅 蘭州730046；3.甘肅農業大學 草業學院/草業生態系統教育部重點實驗室/甘肅省草業工程實驗室/中-美草地畜牧業可持續發展研究中心，甘肅 蘭州730070)

摘要：以2010年1月21日發生于青藏高原亞高山草甸草地火災的過火草地為對象，通過對比2010年生長季火燒與未火燒草地生產力及植物群落的變化，發現火燒后第1年草地生產力有不同程度提高，以高寒灌叢草甸線葉嵩草+發草+苔草草地增產影響最大(P<0.05)。火燒對植物群落中的種類成分沒有明顯影響，但在各火燒草地牧草經濟類群中，以占優勢的莎草科植物呈現出明顯的增產效果(P<0.05)，說明火燒對根莖型莎草科植物起著刺激生長的作用。群落中禾本科植物產草量均有較大幅度下降(P<0.05)，表明火燒對根莖型禾本科高草的葉層高度有明顯的抑制。火燒對各類草地植物生長期產生不同的影響，牧草返青期提前15～25 d，生長期延長。

關鍵詞：冬季火燒；青藏高原；亞高山草地；生產力和植物群落

火燒是青藏高原草原區冬春枯草季節時有發生的一種自然生態現象，牧區群眾20世紀初還有采用放火燒荒的方法改善草原的習慣。關于火燒對草原植被和土壤的影響，國外做的研究工作，涉及到地上植物量動態到地下物理、化學及微生物調節等一系列生態過程[1-4]。雖然焚燒草地可以促進牧草的返青和生長，也可有效提高草地種群密度和地上生物量，并且焚燒后的草木灰可增加土壤肥力及提高植物的礦物質營養，對控制草原病蟲害及雜草也有一定效果[5-6]。但火燒天然草原，由于外力和環境等不確定因素，易引起草原火災，此外，國家對草原火燒實行嚴格的防控制度，所以這方面的研究在國內相對較少。青藏高原作為世界屋脊，有獨特的地理位置和生態環境，該地火燒發生的次數較低，火對草地的影響案例也無資料，火燒對該地區的植被、土壤及環境的效應沒有報道，2010年1月21日，甘肅省碌曲縣發生草原火災，研究基于這次火災發生后對該地典型草地類型的影響，提出冬季火燒可一定程度改善翌年草地植物生長的土壤環境，通過對比火燒與未火燒草地植物群落的演替，探索冬季火燒對亞高山草甸草地地上生產力及植物群落的影響，旨在為青藏高原地區草地火生態學研究及草原保護改良技術積累基礎數據并提供參考依據。

1材料和方法

1.1研究區概況

研究區位于甘肅省甘南藏族自治州碌曲縣尕海鄉，地理位置E 102°10′，N34°11′，。海拔3 630 m，屬高原性氣候，具有氣候寒冷、日溫差大、四季不清、雨熱同季、日照充足和降水集中的特點。年均溫1.3℃，最熱月(7月)均溫10.8℃，最冷月(1月)均溫-9.7℃，年平均日較差13.7℃，≥0℃的年積溫為1 452℃，無絕對無霜期。年均降水量768 mm，主要集中在7～9月，年均蒸發量1 205.6 mm，年均日照時數2 351 h。牧草生長期140 d。由于冬季氣候干燥、植物枯落物多，放牧干擾，極易發生草原火災，最近一次火災發生在2010年1月21日，是放牧人員點火取暖引起的草原火災，過火面積87 hm2。

研究區土壤為亞高山草甸土，砂壤質，有深厚的腐殖質層。草地類型為高寒灌叢草甸草地和沼澤草甸草地。地上植物群落種類繁多，常見草原植物106種，以莎草科和禾本科植物為優勢，還有毛莨科、菊科、薔薇科、胡頹子科、瑞香科、唇形科、蓼科及龍膽科等[7-8]。

1.2樣地選擇

2010年2月，在發生草原火災的碌曲縣尕海鄉秀哇村3組承包經營的同一區域范圍內草原火燒和未火燒地段交界線兩側分別選擇3個最具代表性的草地群落類型：高寒灌叢草甸垂穗披堿草(Elymusnutans)+細裂毛莨(Ranunculusaffinis)+苔草(Carexsp)草地、高寒灌叢草甸線葉嵩草(Kobresiacapillifolia)+發草(Deschampsiacaespitosa)+苔草草地、高寒沼澤化草甸線葉嵩草+苔草草地作為固定樣地，樣地面積10 m×10 m，共6個樣地，分別設置網圍欄圍封，防止人、畜和嚙齒動物干擾。

1.3觀測方法

從2010年4月15～9月15日，每隔15 d對火燒恢復演替樣方和未火燒對照樣方進行定期觀測。每個樣地分別設置3個記名樣方和3個重復測產樣方，樣方面積1 m×1 m，共36個樣方。對記名樣方，計數其中的植物種類成分、群落結構、多度、蓋度、高度及各個種的生活力與物候相的變化；測量樣方總產草量、各經濟類群的產草量和各優勢種的產草量，草產量均為分類后經室內風干稱重的干草重量。

1.4數據處理與分析

使用Excel 2010統計分析軟件計算平均值和標準差，各處理間的方差分析利用SPSS 19.0統計分析軟件計算，使用T檢驗法進行處理。

2結果與分析

2.1火燒對3種群落草地植物蓋度和高度的影響

2.1.1火燒對高寒灌叢草甸垂穗披堿草+細裂毛莨+苔草草地蓋度和高度的影響對火燒前后草地蓋度、高度進行觀測，結果表明(表1)，火燒后群落的總蓋度有較大幅度提高(P<0.05)，達41.7%，但葉層高度明顯降低(P<0.05)。作為群落建群植物種的根莖型高大禾本科垂穗披堿草，火燒后分蓋度有一定提高，但差異不顯著(P>0.05)，而株叢與葉層變矮(P<0.05)，從29 cm降低到13 cm，表現為近根營養苗短而密生。另外，高大根莖型的垂穗鵝觀草(Roegneriauntans)，分蓋度卻反而下降(P>0.05)，葉層高度也下降明顯(P<0.05)，可能火燒后對后者的更新與生長較為不利。群落中下層占優勢的軸根地面芽小雜類草，細裂毛茛(Ranunculusaffinis)，火燒后分蓋度明顯提高(P<0.05)，但葉層高度下降顯著(P<0.05)。

表1　火燒后高寒灌叢草甸垂穗披堿草+細裂毛莨+苔草草地的蓋度、高度

注：同列不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

2.1.2火燒對高寒灌叢草甸線葉嵩草+發草+苔草草地蓋度、高度的影響草地冬季火燒前后的觀測結果表明，火燒后群落的總蓋度提高了33.3%(P<0.05)，但葉層高度沒有明顯變化(P>0.05)。作為群落建群植物種的根莖型線葉嵩草在火燒后其分蓋度顯著下降(P<0.05)，葉層高度也呈下降趨勢，但差異不顯著(P>0.05)。火燒對群落中的密叢禾本科牧草羊茅(Festucaovina)和細柄茅(Ptilagrostismongholica)分蓋度有較大幅度提高(P<0.05)，但葉層高度兩者都沒有明顯變化(P>0.05)。火燒后群落中的代表灌叢金露梅(Potentillafruticosa)和沙棘(Hippophaethibetana)的生長明顯受到抑制(表2)。

2.1.3火燒對高寒沼澤化草甸線葉嵩草+苔草草地蓋度、高度的影響火燒后高寒沼澤草甸嵩草+苔草草地的總蓋度提高了90%(P<0.05)(表3)，葉層高度從12 cm下降至8.3 cm (P>0.05)。觀測的3種禾本科牧草中線葉嵩草分蓋度增加顯著，達50.0%，密叢禾本科牧草異針茅和根莖型禾本科牧草垂穗鵝觀草分蓋度均較未燒草地低(P<0.05)，焚燒后3種草葉層高度都呈下降趨勢，除垂穗鵝觀草外均差異不顯著(P>0.05)。

表2　火燒后高寒灌叢草甸線葉嵩草+發草+苔草草地蓋度、高度

表3　火燒后高寒沼澤草甸嵩草+苔草草地蓋度、高度

2.2火燒對3種群落草地地上生物量的影響

火燒對垂穗披堿草+細裂毛莨+苔草草地總產草量的提高沒有顯著影響(P>0.05)。占優勢的莎草科植物有一定的增產效果(P>0.05)，干草產量較火燒發生前增加25.7%。禾本科植物干草產量有所下降(P<0.05)，雜類草產量無變化。火燒顯著提高了線葉嵩草+發草+苔草草地干草總產量(P<0.05)，達19.0%。其中，以莎草科植物增產效果最顯著(P<0.05)，禾本科植物產量下降(P>0.05)，雜類草產量變化不明顯，而毒害草產量增長明顯(P<0.05)。火燒對高寒沼澤草甸嵩草+苔草草地總產草量的提高有影響，但差異不顯著(P>0.05)。占優勢的莎草科植物呈現出顯著的增產效果(P<0.05)。禾本科植物產量下降明顯(P<0.05)，雜類草產量無顯著變化(表4)。

火燒后第1年，3種群落中的種類成分沒有出現顯著變化，但牧草返青期分別提前21，25和15 d。

表4　火燒后3種群落的草地地上生物量

3討論

冬季火燒對3類不同草地研究發現，第1年草地總產量有不同程度提高，但以高寒灌叢草甸線葉嵩草+發草+苔草草地增產影響最大(P<0.05)，其它2類草地增產效果不明顯(P>0.05)，這與周道瑋，李政海等的研究相似[9-11]。在各火燒草地經濟類群中，以占優勢的莎草科植物呈現出明顯的增產效果，尤以高寒灌叢草甸線葉嵩草+發草+苔草草地和高寒沼澤化草甸嵩草+苔草草地增產效果顯著(P<0.05)，說明火燒對根莖型莎草科植物起著刺激生長的作用。群落中禾本科植物產草量3個草地均有較大幅度下降(P<0.05)，雜類草產量變化不明顯(P>0.05)，而高寒灌叢草甸線葉嵩草+發草+苔草草地毒害草產量增長明顯(P<0.05)。由此可見，火燒后草地產量的提高，伴隨著草地質量的變劣[12]。

火燒對植物群落中的種類成分沒有產生明顯影響，但對不同生活型牧草的生長產生了不同的影響，對根莖型莎草科的苔屬植物，起著明顯的促進生長的作用[9]；對嵩草屬植物，則視分布地段土壤的水分條件而異[13-15]，對高寒灌叢草甸草地起不良反應，金露梅和砂棘的生長受到抑制[16]，對高寒沼澤化草甸草地反而能起到促進生長的良好反應；對根莖型禾本科高草的高生長，火燒后受到明顯的抑制[17]，而密叢型禾草則因種而有不同，對異針茅起不良影響，對羊茅和細柄茅起良好作用。這與李子勇等[18]對羊草草地進行燒荒的研究相似。

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Effect of fire disaster on production and vegetation community of sub-alpine meadow in Qinghai-Tibet Plateau

ZHAO Zhong1,ZHAO Yan2,RONG Liang-yan2,3

(1.GansuProvincialGrasslandSupervisionStation,Lanzhou730046,China； 2.GansuProvincialExtensionSationofGrasslandTechniques； 3.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

Abstract：This study was conducted on the sub-alpine meadow with fire disaster on 21st January,2010 in Qinghai-Tibetan Plateau.Measured the meadow production and vegetation community on burnt and unburnt grassland,We found that the meadow production increased in the first years after burning,in prarticular on the meadow with Kobresia capillifolia + Deschampsia caespitosa + Carex sp (P<0.05).The fire had no influence in the plant community composition,however,the yeild of sedge (Cyperaceae ) as the dominant species signficantly increased (P<0.05),which meaned that burning stimulated the growth of rhizome sedge.The yield of grass (Poaceae) decreased significantly after burning(P<0.05),indicating that burning retarded the grass' growth in length.Burning also affected the meadow plants during its growing season.The re-greening date was 15-25 days ahead of time in the early spring.

Key words：burning;Qinghai-Tibetan Plateau;Sub-alpine grassland;production and plant community

中圖分類號：S 812

文獻標識碼：A

文章編號：1009-5500(2016)02-0082-05

作者簡介：趙忠(1961-)，男，甘肅高臺人，研究員，從事草原生態保護和管理工作。

收稿日期：2015-11-17； 修回日期：2016-03-31

E-mail：zhaozhong03@163.com