靳瑰麗， 朱習(xí)雯， 魏秀紅， 孫宗玖， 湯麗斯， 鄒 琳

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 新疆 烏魯木齊830052)

毒害草的滋生繁衍是草地退化的一個(gè)重要標(biāo)志[1]。醉馬草(Achnatheruminebrians)是禾本科芨芨草屬多年生草本植物[2]，因該草體內(nèi)存在的多種生物堿與內(nèi)生真菌共生，從而產(chǎn)生麥角新堿和麥角酰胺等物質(zhì)，使其具有一定毒性[3]；同時(shí)，由于其具有抗旱、耐寒等特性，加上家畜食之有中毒現(xiàn)象，使其在退化草地競爭中占有較強(qiáng)優(yōu)勢，導(dǎo)致面積不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重降低了草原的生產(chǎn)力[4]，使之成為區(qū)域草業(yè)發(fā)展及生態(tài)環(huán)境建設(shè)的主要限制因素之一[5]。因此，對醉馬草進(jìn)行有效防控是該類毒草泛濫區(qū)草地生產(chǎn)及生態(tài)上亟待解決的問題。

目前，對于草地有毒植物的治理主要有物理、化學(xué)和生物3種方法，學(xué)者們對烏頭屬(Aconitum)[6-7]、橐吾屬(Ligularia)[8-9]、棘豆屬(Oxytropis)[10-11]、狼毒屬(Stellera)[12-13]等有毒植物進(jìn)行了系統(tǒng)研究，對醉馬草防控措施研究多集中在上個(gè)世紀(jì)80-90年代，體現(xiàn)在化學(xué)防控[14]與生物補(bǔ)播[15-16]方面，但由于醉馬草發(fā)生區(qū)域多樣化，生命力強(qiáng)，加之當(dāng)時(shí)呈多點(diǎn)小范圍集中爆發(fā)，并未引起人們對其滅除的足夠重視，目前蔓延趨勢有增無減。因此，在其防控方法中還有許多值得探索的問題，物理防控方法中，如何把握刈割的強(qiáng)度和頻率；化學(xué)防控中，草甘膦適用于醉馬草效果最佳[17]，對濃度與噴灑的時(shí)期研究較多[18]，但如何選擇適宜的噴施方法，才能達(dá)到既減輕對環(huán)境的污染，又能提高防控效果還有待研究；生物防控中，引進(jìn)種間競爭[15]成為首選方案，但如何選擇適宜的混播草種，以及混播的比例成為防控成敗的關(guān)鍵。

針對以上問題，本研究有重點(diǎn)地設(shè)計(jì)不同防控方法，探討防控當(dāng)年不同方法對醉馬草種群特征及其草地群落多樣性的影響，從而選出較優(yōu)的、有針對性的防控方法，以及后期對防控方法采取有效輔助措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆烏魯木齊縣薩爾達(dá)坂鄉(xiāng)春秋草場(43°28′13.27″ N、87°15′11.68″ E，海拔1 683 m)，為羊茅(Festucaovina)+雜類草山地草原。由于該地區(qū)草地利用不合理，植物群落已演化成為以醉馬草為優(yōu)勢種的群落。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

從刈割強(qiáng)度入手，設(shè)計(jì)3種物理防控，小區(qū)面積4 m×5 m；從噴施方式及輔料入手，設(shè)計(jì)3種化學(xué)防控，小區(qū)面積4 m×5 m；從草種搭配和混播比例入手，設(shè)計(jì)4種生物防控方法，小區(qū)面積25 m×300 m；以不作處理為對照(CK)，采用隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)處理小區(qū)重復(fù)3次，共33個(gè)小區(qū)。具體處理方法及時(shí)間如表1所示。

表1 防控方法試驗(yàn)處理Table 1 The treatment of different control methods

注(Note)：紅豆草Onobrychisviciaefolia；扁穗冰草Agropyroncristatum；紫羊茅Festucavubra；紫花苜蓿Medicagosativa；無芒雀麥Bromusinermis

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1植被特征的測定 2015年秋季，即處理當(dāng)年(考慮到播種當(dāng)年生長緩慢，補(bǔ)播處理為翌年數(shù)據(jù))，在不同處理的樣地內(nèi)按蛇行法隨機(jī)選取3個(gè)樣方(1.0 m×1.0 m)，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù),合計(jì)9個(gè)樣方。分種測定樣方內(nèi)所有物種高度、蓋度、密度及地上生物量，其中株高為自然高度，樣方內(nèi)隨機(jī)取10株，取平均值；蓋度采用針刺法；密度為直接計(jì)數(shù)法；地上生物量采用齊地刈割法[19]，稱其鮮重。

1.3.2群落多樣性的計(jì)算 選用Shannon-wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、物種豐富度指數(shù)和Simpson指數(shù)為參數(shù)，以重要值為運(yùn)算單位進(jìn)行計(jì)算[20-21]，具體如下：

重要值(IV)=(相對密度+相對株高+相對蓋度+相對地上生物量)/4；

Shannon-wiener多樣性指數(shù)(H′)：H′=-ΣPilnPi；

Pielou均勻度指數(shù)(Jsw)：Jsw=(-ΣPilnPi)/lnS；

物種豐富度指數(shù)(S)：S=N；

不過，留學(xué)生社交語用能力的平均分普遍不高，都不到及格線(36分)，且三組學(xué)生的成績相差不大，并不存在顯著差異。這說明留學(xué)生的社交語用能力并沒有隨著語言能力的提高而增強(qiáng)。也就是說，盡管語言能力提高了，留學(xué)生在漢語交際中根據(jù)交際對象、交際場合等因素來得體運(yùn)用語言形式的能力卻沒有提高。

式中S、N為群落物種數(shù)目，Pi為物種重要值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差齊性及正態(tài)性檢驗(yàn)后得出數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，再對其進(jìn)行方差分析及顯著性檢驗(yàn)；后用模糊數(shù)學(xué)中的相似優(yōu)先比法，構(gòu)建評價(jià)模型，對防控效果進(jìn)行綜合評價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同防控方法對醉馬草種群特征的影響

由圖1可以看出，與CK相比，W2、W3和H2的高度均顯著降低(P<0.05)；W2、H2和H3的蓋度呈顯著降低(P<0.05)；密度則表現(xiàn)為不顯著變化；各種防控方法對醉馬草地上生物量的抑制作用均達(dá)到顯著水平，其中H3的抑制作用最大，可降低134.71 g·m-2。可見，各種防控方法對醉馬草種群高度、蓋度和地上生物量均呈現(xiàn)不同程度的抑制作用，物理方法和化學(xué)方法對種群密度也表現(xiàn)出一定的抑制作用，而補(bǔ)播后淺耕對株體和種子庫造成擾動，在一定程度上增加了醉馬草的密度?？傮w來看，H2處理對醉馬草各項(xiàng)特征的抑制作用表現(xiàn)較好。

2.2 不同防控方法對可食牧草群落特征的影響

進(jìn)一步分析防控處理后可食牧草群落特征(圖2)?？梢钥闯龈鞣揽胤椒ù龠M(jìn)了群落其他可食牧草的蓋度和密度的增加，但對其高度和地上生物量則表現(xiàn)為抑制作用。W1、W2、W3、H3和S1的株高均顯著低于CK(P<0.05)；除生物防控外，物理和化學(xué)防控對蓋度的促進(jìn)作用顯著(P<0.05)；密度僅H2和S4呈現(xiàn)降低，其余處理均表現(xiàn)出不同程度的增加趨勢；各處理均降低地上生物量，且W3、S1、S3和S4達(dá)到顯著水平(P<0.05)。可見，各防控措施對醉馬草起到了較強(qiáng)的抑制作用，從而使得群落中其他牧草有了繁殖的機(jī)會，增加了群落的密度和蓋度，但因成株在防控過程中受到一定程度的損壞，使得群落高度和地上生物量普遍降低。

圖1 不同防控方法對醉馬草種群特征的影響
Fig.1 Effect of different control methods on population characteristics of Achnatherum inebrians
注：不同小寫字母表示同一指標(biāo)在不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同
Note: Different lowercase letters indicate significant difference between treatments at the 0.05 level, the same as below

圖2 不同防控方法對可食牧草的影響
Fig.2 Effect of different control methods on community characteristics of edible herbage

2.3 不同防控方法對草地植物類群數(shù)量特征的影響

植物種類的多樣性使得其群落數(shù)量特征變化具有復(fù)雜性。因此，進(jìn)一步將可食牧草劃分為豆科、禾本科、雜類草3類，分別計(jì)算各防控處理對其影響(表2)。不同防控方法對醉馬草進(jìn)行處理后，各類群數(shù)量的變化具有一定波動性，表現(xiàn)為不同程度的促進(jìn)或抑制作用。對豆科類群而言，W2、W3、H2和H3使其高度顯著下降(P<0.05)，W1和S1使其蓋度，S1、S2使其密度，S1使地上生物量顯著增高(P<0.05)；對禾本科而言，W1—W3處理下植物蓋度，W1和W2處理下植物密度顯著增加(P<0.05)，除W1、H1—H3對植物地上生物量無顯著影響外，其余處理均表現(xiàn)出顯著的抑制作用(P<0.05)；對雜類草而言，僅S2對其各個(gè)指標(biāo)呈現(xiàn)出顯著促進(jìn)作用(P<0.05)，其余處理均無顯著變化?？梢姴煌揽胤椒▽Σ煌参镱惾旱母黜?xiàng)指標(biāo)作用程度存在一定的差異性，但規(guī)律性并不明顯。

2.4 不同防控方法對群落多樣性的影響

群落多樣性影響著天然草地植被的恢復(fù)，因此進(jìn)一步從醉馬草群落多樣性入手，分析不同防控方法對群落穩(wěn)定性的影響(圖3)。與CK相比，W1、H1—H3、S2處理顯著增加了群落Shannon-Wiener指數(shù)(P<0.05)；各處理均可提高群落Pielou均勻度指數(shù)，但W2對其影響不顯著，其余處理對其影響均達(dá)到顯著水平(P<0.05)；各處理對群落物種豐富度的影響無明顯規(guī)律；除W2、H1和H2外，其余處理的Simpson指數(shù)均顯著低于CK(P<0.05)?？傮w來看，對醉馬草進(jìn)行不同方法處理后，群落的Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)表現(xiàn)為一定程度的上升趨勢，物種豐富度具有一定波動性，而Simpson指數(shù)呈現(xiàn)出不同程度的下降。

表2 不同防控方法對草地植物類群數(shù)量特征的影響Table 2 Effect of different control methods on quantitative characteristics of different grassland plant group

注：同一類群同列不同小寫字母表示不同防控方法間差異顯著(P<0.05)

Note: Different lower case letters in the same column indicate significant difference at the 0.05 level

圖3 不同防控方法對醉馬草群落多樣性的影響
Fig.3 Effect of different control methods on plant diversity of Achnatherum inebrians community

2.5 不同防控方法效果的綜合評價(jià)

由于醉馬草防控效果不但體現(xiàn)在對醉馬草的抑制作用上，還與群落中其他牧草的受影響程度息息相關(guān)，且不同防控方法對各個(gè)指標(biāo)的影響也具有一定的差異性，因此采用模糊評價(jià)法中的相似優(yōu)先比法對防控效果進(jìn)行綜合評價(jià)。依據(jù)不同處理與理想樣本間各指標(biāo)的相似性[22]，可得出其防控方法的排序結(jié)果，處理所對應(yīng)的相似度越小，則表明該處理與理想值越接近[23]。

表3 防控方法綜合評價(jià)指標(biāo)Table 3 The comprehensive evaluation index by different control methods

表4 防控方法與理想樣本各變量相似程度Table 4 Semblance of indexes of evaluated varieties and standard variety for different control methods

由表5可知，根據(jù)各處理的相似度進(jìn)行綜合排序得出，除S3和S4外，其余方法防控效果均優(yōu)于未處理草地，且整體看來，化學(xué)防控>物理防控>生物防控，可見化學(xué)防控在短期內(nèi)能體現(xiàn)出較好的防控效果。從不同類別的防控方法中，物理、化學(xué)和生物防控效果由強(qiáng)到弱依次為W1>W2>W3、H2>H1>H3和S2>S1>S4>S3，可見，在物理防控方法中，醉馬草刈割強(qiáng)度與防控效果呈正比；在化學(xué)防控中，作為輔料皂粉比柴油更能增加草甘膦效果，而在噴施方法上，點(diǎn)噴比灑噴效果好；在生物防控中，補(bǔ)播翌年防控效果不明顯，物種及混播比例的選擇產(chǎn)生交互作用，使其作用原因復(fù)雜化。防控效果排在前5位的是H2>H1>H3>W1>W2，H2在單項(xiàng)指標(biāo)中并不是表現(xiàn)最好的，但綜合評價(jià)各指標(biāo)效果最好。

表5 防控方法待判組合對各已知樣本相似度排序Table 5 Sequence of semblance by different control methods

3 討論

對草原毒害草防控效果的評估不僅體現(xiàn)在對毒害草本身的抑制上，還體現(xiàn)在對群落中其他植物和環(huán)境帶來的影響。因此，本研究同時(shí)關(guān)注了醉馬草、可食牧草、群落多樣性3類指標(biāo)，試圖從多角度綜合說明防控效果。結(jié)果表明，物理、化學(xué)和生物防控方法均能對醉馬草的生長有一定的抑制作用，且各處理對其地上生物量的抑制性最強(qiáng)。同時(shí)給群落中其他可食牧草帶來了不同程度的影響，這對防控效果的穩(wěn)定性起到至關(guān)重要的作用；不同防控方法對可食牧草群落的蓋度和密度表現(xiàn)為一定程度的促進(jìn)作用，對高度和地上生物量則表現(xiàn)為抑制作用。可見，沒有進(jìn)行防控前，雖然醉馬草是一種毒害草，但他對原有生態(tài)系統(tǒng)的植物生長具有一定的庇護(hù)作用，因此其他能存活下來的物種雖然個(gè)體少，但卻具有較大的株型，擁有較高的高度和地上生物量；然而，各防控處理抑制了醉馬草的生長，從而為其他牧草的生長提供了條件，隨著醉馬草在群落中的削減，更多可食牧草得以繁殖，可食牧草群落的蓋度和密度顯著增加，但防控當(dāng)年還沒有得到充分生長，因此高度和地上生物量較防控前降低。物種多樣性是一個(gè)區(qū)域或一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的生物學(xué)特征，是生物多樣性在物種水平上的表現(xiàn)形式[24]，本試驗(yàn)結(jié)果表明，對醉馬草進(jìn)行防控處理后，群落的Shannon-wiener指數(shù)和Pielou指數(shù)均有所增加，物種豐富度具有一定波動性，而Simpson指數(shù)呈現(xiàn)出不同程度的降低；由于Simpson指數(shù)主要指示群落的物種多樣性，Shannon-wiener則指示了群落豐富性和均勻性，前者降低，后者增加，這說明采用不同方法對醉馬草進(jìn)行防控后，侵入退化群落中的雜草變少，但優(yōu)良牧草發(fā)育較好并在群落中分布區(qū)域均勻，從而草地生態(tài)系統(tǒng)趨于相對穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展。因此，防控方法不但給醉馬草本身帶來影響，也使群落中其他植物特征隨之變化。

防控方法的具體施用方法對防控效果起到至關(guān)重要的作用，本研究試圖從物理、化學(xué)、生物3類防控方法的具體實(shí)施細(xì)節(jié)上入手，提高防控效率，減少對環(huán)境的影響，結(jié)果證明是可行的。薩赫都拉·霍曼等人提到用30%草甘膦溶液，13.5 kg·hm-2的施入量，來防治禾本科醉馬草，殺滅率達(dá)90%[25]；而在本研究中，為減少化學(xué)藥物對可食牧草及環(huán)境的影響，將草甘膦的濃度降低到10%，并輔以皂粉、柴油的點(diǎn)噴方法，效果較好，尤其是點(diǎn)噴皂粉(H2)對醉馬草種群高度、蓋度、密度和地上生物量的抑制率分別達(dá)到85.00%，61.28%，77.32%，99.18%，但對可食牧草起到一定的促進(jìn)作用，對其4項(xiàng)指標(biāo)的抑制率分別為0.59%，-380.39%，-146.76%，-1032.56%；因此改良化學(xué)藥物噴灑時(shí)的輔料和施藥方式對防控效果起到至關(guān)重要的作用。刈割是草原管理中常用的生產(chǎn)方式之一，也被當(dāng)作物理方法并廣泛用到草原毒害草治理中。在牧草刈割中，合理刈割能促進(jìn)其再生，提高植株地上部分的生物量和質(zhì)量；但是如果刈割時(shí)間早于植物種子成熟落地的時(shí)間，土壤將得不到種子補(bǔ)償，長期如此可能導(dǎo)致植物喪失繁殖能力[26]；因此，在毒害草刈割中，要研究不同毒害草的耐刈性，掌握恰當(dāng)?shù)呢赘顣r(shí)間和強(qiáng)度，否則反而刺激毒害草的生長；本研究中，3種物理方法都能有效抑制醉馬草生長，對其株體破壞強(qiáng)度越大，抑制效果也越強(qiáng)，因此人工拔除>高頻刈割>低頻刈割。補(bǔ)播一直被認(rèn)為是退化草地治理的可行方法，被普遍應(yīng)用[27]；楊合龍等研究得出機(jī)械條播紅豆草或紫花苜蓿，再實(shí)施圍欄封育，可以抑制山地草甸草原醉馬草的生長發(fā)育，提高草地質(zhì)量[16]；而本研究在草原草地區(qū)實(shí)施的4個(gè)補(bǔ)播防控處理的效果整體不如物理和化學(xué)效果好，這說明生物防控效果具有一定緩慢性；在返青期對醉馬草泛濫區(qū)進(jìn)行補(bǔ)播，翌年秋季進(jìn)行監(jiān)測，時(shí)間較短，補(bǔ)播種還未與醉馬草產(chǎn)生較大的競爭作用，導(dǎo)致其防控效果不明顯，但也不失為一種值得推薦的生態(tài)防控方法。

植物群落各項(xiàng)指標(biāo)對防控方法響應(yīng)程度不同，因此對毒害草的治理效果，不能僅體現(xiàn)在哪類植物上、也不能僅體現(xiàn)在哪些指標(biāo)上，這就要求對防控效果進(jìn)行綜合評價(jià)。本研究借助模糊數(shù)學(xué)中的相似優(yōu)先比法，綜合評價(jià)不同防控方法的作用效果。相似優(yōu)先比法是模糊性度量的一種形式，對多指標(biāo)多樣本綜合評價(jià)較為便捷。通過綜合評價(jià)得出，除S3和S4外，其余方法防控效果均優(yōu)于未處理草地，防控效果排在前5位的是H2>H1>H3>W1>W2?？梢?，對于烈性雜草泛濫區(qū)，化學(xué)防控方法短期見效顯著，但要注意噴施方法，點(diǎn)噴可以有針對性地滅殺醉馬草，并且在一定程度上保護(hù)了優(yōu)良牧草的生長；醉馬草具有超強(qiáng)的再生能力，物理防控需要增強(qiáng)對其株體破壞強(qiáng)度，這將有助于防控效果的提高；生物防控方法雖然短期見效慢，但是獲得穩(wěn)定恢復(fù)效果的可行辦法。殺菌劑是防治植物病害的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法，目前利用其進(jìn)行毒草防治研究并不多見；李娜娜等通過研究70%甲基托布津?qū)?nèi)生真菌醉馬草種子萌發(fā)和幼苗生長影響，以及檢測幼苗帶菌率，得出稀釋100倍該殺菌劑對醉馬草體內(nèi)內(nèi)生菌具有100%的滅殺效果[28]；因此如何將殺菌劑應(yīng)用到醉馬草防控上，是一個(gè)值得考慮的方向。

4 結(jié)論

對醉馬草進(jìn)行防控處理后，當(dāng)年即收到良好效果。不同防控方法均降低了醉馬草種群高度、蓋度、密度和地上生物量；對豆科、禾本科和雜類草類群的數(shù)量特征的影響無明顯規(guī)律性；促進(jìn)了可食牧草的繁殖；增加了群落的物種均勻性，但降低了物種多樣性。

綜合評價(jià)防控效果，在醉馬草發(fā)生區(qū)，10%濃度草甘膦+皂粉(點(diǎn)噴)(H2)為最佳防控方法。同時(shí)，建議醉馬草發(fā)生零星成叢區(qū)，使用人工拔除(W1)對其進(jìn)行防控；蔓延成片區(qū)，可采用高頻刈割方法(W2)；若想建立有益植物群落，則可補(bǔ)播紫花苜蓿+無芒雀麥+紫羊茅(1∶1.5∶1)(S2)，迫使醉馬草種群退化，從而達(dá)到生態(tài)修復(fù)、長久控制醉馬草的目標(biāo)。