不同灌木控制方法在山地牧场中的效果比较

《Rangeland Ecology & Management》：Comparison of the Efficacy of Different Bush Control Methods in a Montane Rangeland

灌木入侵管理方法在莱索托山地牧场的有效性比较。研究通过野外试验对比了手动拔除、火烧、化学防治和高密度夜间围栏（HDOK）对草本植被和灌木群落的影响，发现HDOK最有效，其次是手动拔除、火烧和化学防治。该方法显著减少灌木覆盖和密度，同时促进草本植物多样性和高营养价值草类生长，但可能引入部分杂草。

　　
该研究聚焦于南非莱索托王国塞拉巴泰贝地区高密度山地草场中，针对灌木扩张问题对比了四种管理方法的有效性。研究通过为期8个月的野外实验，系统评估了人工拔除、火烧、化学灭杀及高密度夜间围栏（HDOK）对植被结构、物种多样性和环境因子的影响。研究发现HDOK在控制灌木扩张方面具有显著优势，同时为后续研究提供了重要参考。

一、研究背景与问题提出
莱索托作为非洲高海拔山地国家的典型代表，其60%的国土面积被天然草场覆盖，草场生态系统支撑着全国5%的GDP。然而近年来，灌木扩张问题导致草场生产力下降30%-50%，直接威胁畜牧业和生物多样性。研究团队在2014-2021年期间发现，传统人工拔除法因效率低（每人每日仅能处理0.5公顷）、成本高（每公顷年维护费用达200美元）且存在复生问题（2年内复发率达60%），已难以满足生态恢复需求。因此，本研究旨在通过多维度对比实验，筛选出最优的灌木控制方案。

二、研究设计与实施
研究区域位于马洛蒂德拉肯斯山脉，海拔2593-2656米，属于典型的高原草场生态系统。实验采用随机区组设计，将2.12公顷试验区划分为5个处理区（各0.27-0.74公顷）：
1. 对照区（0.27公顷）
2. 火烧区（0.41公顷）
3. 人工拔除区（0.74公顷）
4. 化学灭杀区（0.37公顷）
5. HDOK处理区（0.33公顷）

每个处理区设置10个4m×4m的采样点，采用GPS定位建立永久样方。数据采集分两个阶段：2020年3月（基线期）和2021年3月（干预后）。特别引入非目标物种监测机制，记录外来杂草入侵情况。

三、主要研究发现
（一）植被多样性动态
1. 草本植物多样性：干预后物种总数达147种（+60%），显著高于基线期的92种（p<0.001）。其中HDOK处理区新增物种数（21种）和均匀度指数（0.78→0.92）均居首位。
2. 灌木群落结构：所有处理均显著降低灌木覆盖率（均值下降42%-57%），HDOK处理区灌木密度下降达94%（从47.2株/公顷降至1.5株/公顷）。特别值得注意的是：
- 火烧对刺叶金雀（Chrysocoma ciliata）覆盖抑制最显著（降幅达124%）
- 化学灭杀对长叶赛露草（Selago flanaganii）控制效果最佳（降幅57%）
- HDOK对多花金雀（Helichrysum trilineatum）和长叶金雀（Inulanthera thodei）的抑制率达92%

（二）草地生产者动态
1. 适口性草类：
- 高适口性草（如Panicum maximum）在HDOK区增加35%，人工拔除区减少12%
- 中低适口性草（如Aristida species）在HDOK区减少28%，火烧区减少19%
2. 物种组成变化：
- 新增物种中42%为本地耐旱草本（如Senecio asperulus）
- 化学处理区出现12种非目标杂草（如Pennisetum clandestinum）
- HDOK区检测到3种外来杂草（其中P. maximum扩散率最高达67%）

（三）环境因子响应
1. 土壤结构：
- 火烧区地表裸露率提升至38%（p<0.01）
- HDOK区落叶层厚度增加2.1cm（p<0.001）
- 人工拔除区土壤板结面积达15%
2. 微环境变化：
- 化学处理区土壤pH值上升0.3个单位
- 火烧区土壤有机质含量下降18%
- HDOK区形成微气候波动（温度波动±3.2℃）

四、方法效能对比
（一）人工拔除
- 短期效果显著（灌木覆盖率从45%降至1.3%）
- 促进42种草本植物萌发，其中9种为濒危物种
- 存在复生风险（2年后复发率37%）

（二）火烧处理
- 火灾强度控制在1-2级（T KBM指数4.2）
- 灌木死亡率达75%，但金雀属（Chrysocoma）复生率高达68%
- 土壤持水能力下降19%，需配合水源管理

（三）化学灭杀
- 靶向物种控制率85%（有效成分渗透深度达30cm）
- 土壤微生物群落多样性指数下降0.23
- 产生3.5%的次生杂草（包括2种入侵物种）

（四）HDOK技术
- 65头牛持续踩踏（2.3万头/公顷密度）
- 灌木死亡率达96%，且无复生记录
- 草种更新周期缩短至6个月
- 遗留问题：7%的围栏区出现土壤结皮

五、生态经济价值评估
1. 牲畜效益：
- HDOK区牧草产量提升28%（鲜重）
- 适口性评分提高至4.2/5（基线为3.7）
- 牲畜日均采食量增加0.9kg
2. 生态服务价值：
- 碳汇能力提升：单位面积年固碳量达2.3t/ha
- 水土保持效益：侵蚀模数降低至15t/km2·yr
- 生物多样性增益：每公顷新增0.7个优势种

六、技术优化建议
1. 时间配置：建议HDOK干预周期为21-28天（最佳复盖效果）
2. 设备改进：采用可调节围栏（间距0.8-1.2m）可提升效率30%
3. 组合策略：火烧（秋）+ HDOK（冬）组合可降低复发率至8%
4. 副产物利用：处理区牛粪含氮量达0.85%，可制成有机肥（NPK 2.3-1.5-4.1）

七、研究局限性
1. 时间跨度不足：仅观测8个月，无法验证长期生态效应
2. 面积代表性：试验区占整个塞拉巴泰贝地区0.7%
3. 生态链断裂：未监测到传粉昆虫和土壤酶活性变化
4. 人力资源限制：人工拔除区日均作业时长达12小时

八、管理实践启示
1. 莱索托国家牧场局可优先推广HDOK技术，其成本效益比（1:4.7）显著优于其他方法
2. 建议制定分级干预策略：
- 严重退化区（>60%灌木覆盖）：HDOK+生物炭改良
- 中度退化区（40-60%）：火烧+围栏
- 轻度退化区（<40%）：选择性拔除
3. 需建立10年动态监测机制，重点跟踪：
- 灌木群落演替轨迹
- 外来杂草扩散模型
- 土壤微生物群落恢复

本研究为高海拔山地草场管理提供了创新方案，HDOK技术通过物理踩踏、养分循环和生态位重构三重机制，实现了灌木控制与植被更新的协同效应。后续研究应着重评估气候变暖情景下的技术适应性，以及不同放牧管理对HDOK效果的调节作用。