天山山地草原適宜放牧率評(píng)價(jià)體系初探——以新疆新源縣為例

張建立,張仁平,錫文林,安沙舟

（1.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；2.新疆自治區(qū)草原總站,新疆烏魯木齊 830049）

長(zhǎng)期以來,新疆的草地管理策略嚴(yán)重違背了放牧適宜度理論[1]。隨著家畜和草場(chǎng)的承包到戶,“頭數(shù)觀念”驅(qū)動(dòng)牧區(qū)群眾盲目擴(kuò)大畜群數(shù)量,從而進(jìn)一步加深了“草畜矛盾”、加速了放牧草地的草地生態(tài)系統(tǒng)“三化”進(jìn)程。退化草地的經(jīng)濟(jì)載畜量和最佳放牧率降低,草地的經(jīng)濟(jì)收益并未隨放牧家畜數(shù)量的增加而增加,反而隨草地生產(chǎn)力的下降而下降。究其根本原因在于人們更多的關(guān)注草地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能而忽視了其生態(tài)功能,導(dǎo)致過度放牧和草地大面積的退化,然而確定適宜放牧率一直是草原管理的難點(diǎn)[2]。近年來,有很多研究關(guān)于適宜放牧率的文獻(xiàn),主要集中在放牧對(duì)植物生產(chǎn)力、土壤、植物營(yíng)養(yǎng)、家畜生產(chǎn)等的影響,并由此對(duì)適宜放牧率進(jìn)行了評(píng)價(jià),但不同的管理目標(biāo)得出的適宜放牧率差別很大[3-15]。因此,如何使草地畜牧業(yè)和草地生態(tài)服務(wù)功能均衡和協(xié)調(diào)地發(fā)揮最大作用,適宜放牧率是最核心的管理目標(biāo)之一[3-14]。為了能夠全面、客觀、科學(xué)地評(píng)價(jià)最適宜放牧率,以新疆新源縣山地草原為例,采用德爾菲法[16-18]即通過多輪次調(diào)查專家對(duì)問卷所提問題的看法,經(jīng)過反復(fù)征詢、歸納、修改,最后匯總成專家基本一致的看法,選擇植被指數(shù)、土壤指數(shù)、植被營(yíng)養(yǎng)指數(shù)和經(jīng)濟(jì)指數(shù)等作為本研究的指標(biāo),然后對(duì)德爾菲法確定的研究指標(biāo)運(yùn)用層次分析[19-21]進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),確定出當(dāng)?shù)刈钸m宜放牧率,為草地的合理利用提供科學(xué)有效方法的同時(shí),也為制定合理的草地適應(yīng)性管理策略提供理論依據(jù),這對(duì)于促進(jìn)草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)草地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價(jià)值有著一定的指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域研究區(qū)設(shè)立在新源縣則克臺(tái)鎮(zhèn)阿西勒村的春秋冬草地,屬于平原河谷地區(qū),海拔800 m左右,為干旱區(qū)。年均氣溫在3～5℃,無(wú)霜期167 d左右,年降水量100～160 mm,≥0℃的積溫為3 511℃·d,≥10℃的積溫 3 081℃·d。該類草地屬于白羊草（Bothriochloa ischaemum）+雜類草草原,春季植物有短生、類短生植物,夏季優(yōu)勢(shì)植物是白羊草、旱雀麥（Bromus tectorum）和梯牧草（Phleum pratense）,該草地是當(dāng)?shù)氐亩?、春、?季放牧草地,在利用上具有一定的代表性。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)根據(jù)當(dāng)?shù)夭莸匦竽翗I(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀,選擇了放牧強(qiáng)度有明顯差異的21戶作為研究對(duì)象,經(jīng)過初步的數(shù)據(jù)摸底調(diào)查、分析和篩選,最后確定有明顯放牧梯度的10戶牧戶的草地作為研究對(duì)象,10戶主要的放牧牲畜為牛和羊,面積最大達(dá)到30 hm2,面積最小的有6.7 hm2,按照當(dāng)?shù)氐湫偷姆拍聊Ｊ揭约皢挝粫r(shí)間單位面積上放牧的牲畜劃分為極重度放牧（E）、重度放牧區(qū)（H）、中度放牧區(qū)（M）、輕度放牧區(qū)（L）和無(wú)牧（U）5個(gè)放牧梯度,每個(gè)梯度2次重復(fù),對(duì)每個(gè)梯度的植被指標(biāo)、牧草營(yíng)養(yǎng)指數(shù)、土壤指數(shù)和經(jīng)濟(jì)指數(shù)進(jìn)行測(cè)定。春季始牧期從2009年5月1日起,植被指標(biāo)每15 d測(cè)定1次,即5月 1日、5月 15日、6月 1日、6月16日。牧草營(yíng)養(yǎng)指數(shù)和土壤指數(shù)以6月16日測(cè)定的樣本作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

秋季始牧期在2009年8月26日測(cè)定植被指標(biāo),由于8月26日后牧草全部干枯,之后沒有測(cè)定數(shù)據(jù)。

1.3 取樣及計(jì)算方法物種多樣性指數(shù)選擇α多樣性指數(shù)——多樣性指數(shù)（diversity index）采用Shannon-Wiener指數(shù)（H′）。

式中,S為物種總數(shù),Pi為物種i的相對(duì)重要值,Rc（relative coverage）為草地植物的相對(duì)蓋度,Rb（relative aboveground biomass）為相對(duì)地上生物學(xué)鮮草產(chǎn)量,Rd（relative density）為相對(duì)密度,Rf（relative frequency）為相對(duì)頻度。

牧草粗蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法,中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量采用范氏法,有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-濃硫酸油浴法,堿解氮采用堿解擴(kuò)散吸收法,有效磷采用碳酸氫鈉浸提,鉬銻抗比色法,速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計(jì)法[22]。

1.4 數(shù)據(jù)處理用Microsoft Office Excel 2003對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,并對(duì)試驗(yàn)期間的數(shù)據(jù)作圖,運(yùn)用DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行AHP評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 適宜放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立定量研究往往以定性分析為前提。在選擇指標(biāo)之前,界定了放牧率評(píng)價(jià)的有關(guān)基本概念和相關(guān)的基本領(lǐng)域,分析了放牧率各個(gè)方面內(nèi)在的邏輯結(jié)構(gòu)和關(guān)系等。在此基礎(chǔ)上,通過微觀與宏觀、點(diǎn)與面、定位與半定位結(jié)合,收集已有觀測(cè)資料、國(guó)內(nèi)外有關(guān)放牧率的研究和放牧率評(píng)價(jià)研究的相關(guān)文獻(xiàn)資料,應(yīng)用廣義歸納法和軟系統(tǒng)歸納集成法,分析各指標(biāo),采取寧多勿缺的原則,盡可能多地搜集放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo),調(diào)查新疆從事草原土壤研究、牧草植物營(yíng)養(yǎng)研究、草地生態(tài)學(xué)以及草地畜牧業(yè)生產(chǎn)者等多名專家。專家意見編成卡片后,再分門別類加以整理,使之系統(tǒng)化,形成供進(jìn)一步咨詢、討論的4個(gè)A級(jí)和25個(gè)B級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的放牧率評(píng)價(jià)預(yù)選指標(biāo)集（表1）。

2.2 德爾菲法改進(jìn)咨詢指標(biāo)體系采用德爾菲法通過控制反饋建立可靠的征求專家意見系統(tǒng)。邀請(qǐng)專家填寫“放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)重要程度咨詢表”和“放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重咨詢表”。將收回的“放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)重要程度咨詢表”和“放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重咨詢表”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,計(jì)算專家意見的重要程度、變異度以及反映專家意見協(xié)調(diào)程度的和諧系數(shù),以此對(duì)指標(biāo)進(jìn)行篩選。指標(biāo)篩選的原則是:首先根據(jù)專家對(duì)指標(biāo)重要程度的表態(tài),確定指標(biāo)是否被保留,將多于60%的專家贊成的指標(biāo)預(yù)保留。其次參照變異系數(shù)和指標(biāo)權(quán)重確定指標(biāo)是否被保留,將變異系數(shù)小于0.4、權(quán)重較大的指標(biāo)作為保留的對(duì)象。綜合重要程度、變異系數(shù)和權(quán)重值將放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)集進(jìn)行歸納并按照專家意見協(xié)調(diào)程度的和諧系數(shù)判斷專家意見是否統(tǒng)一,如有較大差異則需進(jìn)一步咨詢,若意見統(tǒng)一,則可確定最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,咨詢可以停止。

表1 適宜放牧率預(yù)選指標(biāo)集

2.3 第1輪放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立將放牧率評(píng)價(jià)預(yù)選指標(biāo)集制成“放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)重要程度咨詢表”和“放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重咨詢表”,發(fā)出16份咨詢表,收回10份。對(duì)收回的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,計(jì)算專家意見的重要程度、變異度以及反映專家意見協(xié)調(diào)程度的和諧系數(shù)（圖1）,綜合重要程度、變異系數(shù)和權(quán)重值將放牧率評(píng)價(jià)預(yù)選指標(biāo)集進(jìn)行歸并最終確定由11個(gè)B級(jí)指標(biāo)構(gòu)成第1輪放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)集（表2）。同時(shí)得出專家意見和諧系數(shù)（rw）為0.054?？梢?專家意見和諧系數(shù)值較小,對(duì)和諧系數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的X2檢驗(yàn):X2=n（m-1）rw（其中,n指專家人數(shù),m為指標(biāo)數(shù)）；得X2=45.14＜X2（24）0.05?？梢?專家意見有顯著性差異,需做進(jìn)一步咨詢。

圖1 第1輪專家評(píng)價(jià)的放牧率預(yù)選評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異度和重要程度分布

表2 第1輪放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)集

2.4 第2輪放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立將統(tǒng)計(jì)處理結(jié)果發(fā)給每個(gè)專家作為進(jìn)一步咨詢的參考。發(fā)出咨詢表7份,收回7份。計(jì)算專家意見的重要程度、變異程度以及反映專家意見協(xié)調(diào)程度的和諧系數(shù)（圖2）；對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行篩選,由于各專家對(duì)第1輪各指標(biāo)的重要程度和權(quán)重值的評(píng)價(jià)均較高,因此未對(duì)第1輪指標(biāo)進(jìn)行刪除。計(jì)算出第1輪評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的專家意見和諧系數(shù)為0.818,可見,專家意見和諧系數(shù)值較高。對(duì)和諧系數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的X2檢驗(yàn):X2=57.26＞X2（10）0.05?？梢?專家意見較一致。因此,由4個(gè)A級(jí)指標(biāo)、11個(gè)B級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的第2輪評(píng)價(jià)指標(biāo)體系成為最終的新源縣山地草原放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（圖3）。

圖2 第2輪專家評(píng)價(jià)的放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異度和重要程度分布

2.5 山地草原適宜放牧率的綜合評(píng)價(jià)根據(jù)試驗(yàn)部分所得數(shù)據(jù),對(duì)其進(jìn)行歸一化處理后運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)方法,進(jìn)行對(duì)總目標(biāo)的評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)過程中的權(quán)重分配采用德爾菲法得出的結(jié)果。本試驗(yàn)根據(jù)最小極差正規(guī)法對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理,使各指標(biāo)數(shù)據(jù)處在同一水平,使處理間的評(píng)價(jià)更具可比性（表3）。

圖3 新源縣山地草原放牧率評(píng)價(jià)指標(biāo)

表3 各指標(biāo)的無(wú)量綱化處理

從表4可以看出,草地植被的生產(chǎn)力和多樣性2個(gè)指標(biāo)并不是在同一個(gè)放牧率下同時(shí)獲得最大值。這里根據(jù)經(jīng)過德爾菲法計(jì)算出草地植被的生產(chǎn)力和多樣性2個(gè)指標(biāo)的權(quán)重來分析草地植被的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)隨放牧率的變化趨勢(shì)。如果只考慮植被指數(shù),當(dāng)載畜率為中度時(shí)為管理者的最佳選擇,其次分別為無(wú)牧、輕度、重度和極重度。當(dāng)考慮所選指標(biāo)的所有數(shù)值時(shí),中度放牧率為最佳選擇,其次分別為重度、輕度、極重度和無(wú)牧。從上面的分析可以看出,如果就某一單獨(dú)指標(biāo)進(jìn)行適宜放牧率的評(píng)價(jià)時(shí),不同的管理目標(biāo)將會(huì)得出不同的適宜放牧率,如按照植被指標(biāo)指數(shù)確定放牧率,則會(huì)得出中度為最適宜放牧率。隨著其他指標(biāo)相繼進(jìn)入,原先在單一指標(biāo)評(píng)價(jià)體系下沒有機(jī)會(huì)成為最優(yōu)放牧率的處理成了最適宜放牧率,說明了該處理在多目標(biāo)情景中有效地兼顧了各方面效益（表4）。

表4 不同放牧率的總目標(biāo)評(píng)價(jià)

3 討論與結(jié)論

由于放牧對(duì)牧草的影響有2種相反的作用,既有降低生長(zhǎng)的機(jī)制,如減少光合面積,同時(shí)也有促進(jìn)生長(zhǎng)的機(jī)制,如改善未被采食部分的光照、養(yǎng)分,通過提高現(xiàn)有和再生葉片的光合能力及加快葉片和莖稈的生長(zhǎng)速度,以恢復(fù)整株的光合能力,增加光合速率和繁殖的適應(yīng)性等,因而牧草再生性能的強(qiáng)弱主要取決于促進(jìn)和抑制之間的凈效應(yīng)[23-25]。如果僅從生物量來考慮,輕度放牧為最適宜放牧率。但綜合考慮生物多樣指數(shù)之后,中度放牧率為最適宜放牧率。

如果從植物營(yíng)養(yǎng)指數(shù)角度考慮,極重度為當(dāng)?shù)刈钸m宜放牧率,在放牧率為極重度條件下,優(yōu)等牧草雖然減少,但是由于牧草被牲畜的反復(fù)利用,牧草的枝條較其他放牧率下的牧草枝條木質(zhì)化程度低,因此該處理的粗蛋白含量較高,中性洗滌纖維和酸性纖維含量較低[26-27]。

極重度放牧的有機(jī)質(zhì)和速效氮高于其他放牧方式的有機(jī)質(zhì)和速效氮。牲畜的過度采食,致使草地植物的地上部分返還到土壤中的有機(jī)質(zhì)和速效氮大量減少；在極重度退化下,由于植物根系變淺,土壤有機(jī)質(zhì)向土壤淺層聚集,植物的根系及其分泌物成為土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮的主要來源。在極度退化樣地地表遍布牲畜糞便,而其腐殖化系數(shù)比較高,因此對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮的貢獻(xiàn)率較高,大量的動(dòng)物糞便成為了土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮的主要來源之一[9,11,28]。同時(shí),在德爾菲法分析時(shí),土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮權(quán)重較大,所以從土壤的角度考慮極重度為最適宜放牧率。

采用德爾菲法和層次分析法（AHP）計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),并參考各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo),評(píng)選出該山地草原的最適宜放牧率為0.32羊單位/hm2,即在放牧率為中度放牧?xí)r,山地草原從草地生態(tài)系統(tǒng)和草地畜牧業(yè)兩方面考慮為最優(yōu)選擇。

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