奶牛放牧對北方農(nóng)牧交錯帶人工草地植被的影響

石永紅，邵新慶，王運(yùn)琦，韓建國，劉建寧

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，山西太原 030032；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草地研究所，北京 100193)

伴隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，奶牛養(yǎng)殖已經(jīng)成為華北農(nóng)牧交錯區(qū)農(nóng)民增收和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新途徑。然而針對該區(qū)域人工草地奶牛合理放牧管理技術(shù)研究較少，奶牛飼養(yǎng)多以夏秋季在天然草地上自由放牧為主，過度采食和踐踏導(dǎo)致草地利用過度，退化嚴(yán)重，土壤惡化，生產(chǎn)力水平低下。國內(nèi)放牧研究多集中在天然草地上放牧綿羊和肉牛[1]，姚愛興等[2-4]對南方亞熱帶地區(qū)人工草地放牧奶牛研究報(bào)道較多，但由于氣候、草地類型等不同，因此，不能照搬到本區(qū)域。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草地研究所在本區(qū)域人工草地放牧綿羊的研究所取得的管理技術(shù)[5，6]，由于家畜種類和利用目的不同，也不能完全應(yīng)用到奶牛的放牧管理實(shí)踐中。為此，對北方農(nóng)牧交錯帶不同奶牛放牧管理方式對人工草地牧草群落特征的變化展開研究，以期獲得適合于該區(qū)域的最合理的放牧管理方式及技術(shù)，為本區(qū)域草地畜牧業(yè)的健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于中國農(nóng)業(yè)大學(xué)沽源草地生態(tài)野外試驗(yàn)站，地處河北沽源縣北部壩上高原 N 41°46′、E 115°40′，海拔1 400 m。年均氣溫1.4 ℃，≥10 ℃的年積溫 1 513.1℃，無霜期 100 d，年均降水量399 mm，主要集中在7，8和9月。試驗(yàn)草地為可灌溉紫花苜蓿(Medicago sativa)、無芒雀麥(Bromus inermis)、藍(lán)莖冰草(Pascopyrum smithii)和新麥草(Psathyrostachys juncea)混播人工草地。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置輕度劃區(qū)輪牧(LRG，放牧率 2.6頭/hm2)、中度劃區(qū)輪牧(MRG，放牧率3.8頭/hm2)和連續(xù)放牧(MCG，放牧率3.8頭/hm2)3個處理，每處理重復(fù)3次，每個重復(fù)放牧4頭奶牛。輪牧處理均為7小區(qū)，放牧3 d，輪牧周期為21 d。另設(shè)一個不放牧的對照區(qū)(CK)，面積為0.2 hm2。2004年放牧2個周期，2005年放牧4個周期。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 主要植物種群數(shù)量特征的測定 試驗(yàn)期間，在不同處理區(qū)分別布設(shè)10個固定描述樣方，樣方面積為1 m×1 m，分種測定植物密度、高度、投影蓋度、草地總蓋度和牧草現(xiàn)存量。試驗(yàn)期間每個輪牧周期測定1次，測定時(shí)間為每次放牧前1 d。

根據(jù)第2個放牧季結(jié)束時(shí)的種群密度(PD2005末)與第1個放牧季開始的種群密度(PD2004初)的比例來計(jì)算各種牧草種群的持久性(P)[7]，即:

持久性(P)=(PD2005末/PD2004初)×100。

1.3.2 植物種群重要性的計(jì)算 根據(jù)描述樣方內(nèi)測定的各植物種的密度、高度和蓋度數(shù)據(jù)，利用公式計(jì)算牧草種群的重要值[2]，

IV=RDE+RHI+RCO

式中:IV-重要值；RDE-相對密度；RHI-相對高度；RCO-相對蓋度。

1.3.3 群落地下生物量動態(tài)的測定 放牧季前后采用直徑為81 mm 的根鉆分0～10、10～20、20～30 cm 3層取樣，每個重復(fù)取15鉆。每個重復(fù)的樣品按層混和后帶回室內(nèi)放入孔徑0.25 mm的土壤篩中用水沖洗，除去枯死物質(zhì)和石塊，將根系從土壤篩中挑出，在65℃恒溫下烘干72 h至恒重，稱重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將試驗(yàn)所測得的各項(xiàng)指標(biāo)值用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與作圖，采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 放牧對混播草地植物種群以及群落特征的影響

2.1.1 群落中植物種群重要值 從4種牧草的重要值分析(表1)，紫花苜蓿和無芒雀麥較大，輪牧制紫花苜蓿和無芒雀麥LRG大于MRG，而藍(lán)莖冰草和新麥草則MRG大于LRG；兩種放牧制度各牧草MRG大于MCG。0.01)

表1 試驗(yàn)期間不同放牧處理主要植物種群重要值Table 1 Importance value of component species under different grazing treatment %

2.1.2 草地牧草現(xiàn)存量與植被成份 草地牧草現(xiàn)存量隨放牧強(qiáng)度的增加而降低(圖1a)。隨放牧期的推進(jìn)，對牧草現(xiàn)存量積累的負(fù)面影響越來越大，到末期最為明顯。2004年年均牧草現(xiàn)存量LRG，MRG和MCG分別為5 027，4 709和 4 681 kg/hm2DM ，2005年則分別為3 814，3 531和3 399 kg/hm2DM 。輪牧制下輕牧的牧草現(xiàn)存量大于中牧，年均 LRG比MRG高7.28%；同一放牧強(qiáng)度下輪牧制大于連續(xù)放牧，年均MRG比MCG高1.99%，這表明輕牧對牧草的生長有利。

從各種群分析，牧草現(xiàn)存量中無芒雀麥占優(yōu)勢，占群落總現(xiàn)存量的55%，而紫花苜蓿、藍(lán)莖冰草、新麥草及雜類草所占比例較小，分別為27%、6%、11%和1%。LRG的紫花苜蓿和無芒雀麥的比例高于MRG和MCG處理，但藍(lán)莖冰草和新麥草的比例則以MCG較高。雜類草在各處理中比例均很小，且LRG處理略高于MCG處理(表2)。

2.1.3 植物種群密度和持久性 種群密度無芒雀麥所占比例最大，占草地總密度的44%，紫花苜蓿、藍(lán)莖冰草和新麥草所占比例較小，分別為21.19%，9.38%和24.57%。經(jīng)過2個放牧季放牧后的紫花苜蓿的種群密度增加，而無芒雀麥、藍(lán)莖冰草和新麥草的種群密度則下降，3種禾本科牧草間種群密度無芒雀麥大于新麥草，藍(lán)莖冰草最低。同一放牧強(qiáng)度下紫花苜蓿和無芒雀麥的種群持久性MRG高于MCG，而藍(lán)莖冰草和新麥草的種群持久性則以MCG較高。輪牧處理中4種牧草種群的持久性紫花苜蓿和無芒雀麥LRG大于MRG，而藍(lán)莖冰草和新麥草的種群持久性則是MRG大于LRG。這表明新麥草和藍(lán)莖冰草的耐牧性高于無芒雀麥和紫花苜蓿(表2、圖2)。除紫花苜蓿種群持久性輕牧顯著高于中度輪牧外(P＜0.05)，其他3種牧草處理間差異均不顯著。

2.1.4 草地總蓋度與分蓋度 試驗(yàn)期最后一次輪牧前草地群落總蓋度輪牧制下輕度輪牧大于中度輪牧，兩種放牧制間輪牧略高于連續(xù)放牧(圖1b)。經(jīng)方差分析，LRG與MCG間草地總蓋度差異顯著(P＜0.05)，但與試驗(yàn)初期相比，放牧末期3個處理的草地總蓋度均有所增加，增幅LRG高于MRG和MCG，分別為31.47%、24.92%和24.26%。

圖1 試驗(yàn)期間不同放牧處理的牧草現(xiàn)存量(a)和草地總蓋度(b)動態(tài)變化Fig.1 Mean forage standing yield(a)and sward cover(b)by sampling date for different grazing treatments in 2004 and 2005

紫花苜蓿和無芒雀麥的蓋度以輕度輪牧較高。連續(xù)放牧藍(lán)莖冰草和新麥草蓋度增大，而輪牧紫花苜蓿和無芒雀麥蓋度增大。輪牧草地中奶牛采食后的留茬高度較高，這對紫花苜蓿和無芒雀麥這些直立生長草種的再生長有利，而連續(xù)放牧下奶牛采食至較低的草層高度，有助于藍(lán)莖冰草和新麥草的再生。同2004年相比，2005年紫花苜蓿和無芒雀麥在所有處理中的蓋度都顯著增加(P＜0.05)，增幅LRG＞MRG＞MCG，分別為41.89%和8.72%、28.45%和8.56%、39.57%和8.15%；而藍(lán)莖冰草蓋度在各處理中略有下降，新麥草略有增加，但2個放牧季內(nèi)放牧制度與放牧強(qiáng)度對藍(lán)莖冰草和新麥草蓋度的影響均不明顯(表2)。

2.2 放牧對根系生物量動態(tài)及其分布的影響

多數(shù)根系分布于土壤表層10 cm，0～10 cm和10～20 cm土層的LRG，MRG和MCG根系生物量分別為1 079.43和346.35 g/m2、1 051.56和 344.92 g/m2以及1 042.04 g/m2和286.34 g/m2，3個放牧處理0～10 cm根系生物量分別占到0～30 cm總根系生物量的69.80%、69.62%和72.88%。0～30 cm土層中放牧處理間根系生物量差異不顯著(P＞0.05)。

表2 試驗(yàn)期間不同放牧處理主要植物種群植被特征Table 2 Botanical characteristics of component of the two systems in 2004 and 2005

圖2 不同放牧處理的各種牧草種群持久性比較Fig.2 Sown species persistence of three grazing treatments

圖3 不同放牧處理及深度草地根量動態(tài)變化Fig.3 Mean Root DM by soil depth and year for each treatment in 2004 and 2005

與試驗(yàn)初相比，放牧結(jié)束后，0～30 cm土層總根系重量LRG，MRG和MCG分別增加了2.43，2.35和2.50倍，但3個放牧處理間增幅差異不顯著(P＞0.05)。增幅主要是由于0～20 cm土層中根系重量的增加，20～30 cm土層變化不大。除2005年放牧后10～20 cm土層LRG和MCG間根系重量差異顯著外(P＜0.05)，其他時(shí)期各處理根系重量差異均不顯著。放牧強(qiáng)度對根系重量有一定的影響，隨著放牧強(qiáng)度的增加根系重量下降。中等強(qiáng)度的放牧對根系重量的不利影響隨著放牧季的延長越來越明顯，并且在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)最為明顯。最后1次取樣期0～30 cm土層MCG和MRG處理的根系重量明顯低于 LRG處理，分別為1 994，2 180和 2 446 g/m2。

3 討論與結(jié)論

3.1 奶牛放牧對紫花苜蓿/禾草草地植被特征的影響

影響豆科和禾本科牧草混播人工草地穩(wěn)定性的因素有很多，許多學(xué)者都發(fā)現(xiàn)放牧能改變草地中牧草的比例[2，9-15]。本研究連續(xù)放牧和輪牧的牧草現(xiàn)存量相近，試驗(yàn)2年內(nèi)放牧制度及強(qiáng)度對其影響均不顯著。這與前人[9]在紫花苜蓿混播草地上研究所得出的結(jié)論一致，50%紫花苜蓿與50%禾草草地上連續(xù)放牧與6小區(qū)輪牧以及11小區(qū)輪牧的牧草現(xiàn)存量無顯著性差異。盡管本研究中放牧處理對草地牧草現(xiàn)存量的影響不明顯，但需說明的是，由于本試驗(yàn)期較短，僅持續(xù)了2年，只有經(jīng)過較長時(shí)間的試驗(yàn)，不同處理放牧奶牛對草地牧草現(xiàn)存量的不利影響也可能會呈現(xiàn)出來。

3.2 奶牛放牧對草地根系生物量動態(tài)及分布影響

試驗(yàn)處于半干旱的農(nóng)牧交錯帶，由于土壤水分和養(yǎng)分十分有限，因此，牧草根系的生長尤為重要。本研究所有處理中大多數(shù)根系都分布在表層0～20 cm土層，這與其他學(xué)者在放牧草地上研究的結(jié)果一致[5，8，15]。這一方面由于奶牛采食后牧草根冠資源的重新分配，采食強(qiáng)度和頻度的加大降低了根系的重量，另一方面奶牛的踐踏使土壤物理性狀發(fā)生改變，限制了根系生長的空間所致。

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