不同利用方式下新疆春秋牧場植物群落特征變化趨勢

閆 凱，靳瑰麗，劉 偉，阿德列提，鄧新疆，再努然木·阿不都艾尼

(1.新疆草原總站,新疆 烏魯木齊 830049；2.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)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830052；3.新疆新源縣畜牧局，新疆 新源 835800)

春秋牧場在一年中分春、秋兩季利用，利用時(shí)間長達(dá)半年之久，在畜牧業(yè)生產(chǎn)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)中有著極其重要的作用，但由于其分布格局、利用時(shí)間上的特殊性決定了春秋牧場在利用上存在生態(tài)系統(tǒng)脆弱、極易受損，卻仍然擔(dān)負(fù)著極大放牧壓力的特點(diǎn)，再加上人為破壞及保護(hù)意識(shí)低下，從而加劇了草地的退化且成為退化最為普遍、嚴(yán)重的地段[1-3]。構(gòu)成草地的主體——植物，其生長具有季節(jié)間和年度間的動(dòng)態(tài)性，在自然和人為不斷干預(yù)和影響下，發(fā)生著不同程度的演替[4-5]。利用方式的差異性能夠給草地帶來不同程度的影響，導(dǎo)致植物個(gè)體大小變化，相應(yīng)種群生態(tài)位也發(fā)生改變，因而必然引起群落在總體結(jié)構(gòu)上的重新組織[6]，利用方式合理可以改良草地，有助于土壤碳庫的穩(wěn)定[7]，利用方式不當(dāng)使草地退化。因此，合理的利用方式對草地的健康發(fā)展具有重要的意義。本研究以此為切入點(diǎn)，在對不同利用方式下春秋牧場植物群落結(jié)構(gòu)組成、高度、蓋度、密度、地上生物量進(jìn)行測定分析的基礎(chǔ)上，研究不同利用方式下植物群落特征變化趨勢，為草地合理利用方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 項(xiàng)目實(shí)施地點(diǎn)設(shè)立在新源縣則克臺(tái)鎮(zhèn)阿西勒村春秋牧場，43°32′49″～43°33′58″ N，83°01′23″～83°14′24″ E，海拔856～907 m。屬于平原河谷地區(qū)，為干旱區(qū)。年均氣溫在3～5 ℃，無霜期167 d左右，年降水量100～160 mm，≥0 ℃年積溫為3 511 ℃·d，≥10 ℃年積溫3 081 ℃·d。

該牧場為白羊草(Bothriochloaischaemum)+雜類草草原，春季有短生、類短生植物發(fā)育，夏季一年生草本發(fā)育顯著，秋季木地膚(Kochiascoparia)半灌木長勢良好，在年降水量和利用強(qiáng)度適宜時(shí)，夏季可打草1次。由于放牧強(qiáng)度較大，牧民保護(hù)意識(shí)低下，加之缺乏科學(xué)的管護(hù)措施，該類草地退化普遍。

目前阿西勒村該類草地已承包到戶，于2007年進(jìn)行了圍欄劃分，分屬67戶牧民，獨(dú)立經(jīng)營。通過對牧戶的調(diào)查與分析得知，不同牧戶對該類草地有4種利用方式，由于牧民放牧利用方式及利用強(qiáng)度不同，草地退化程度也存在一定的差異。

1)打草型：不放牧，僅夏季打草1次；2)自由放牧型：春秋季連續(xù)自由放牧；3)分段放牧型：將草地圍欄劃分為兩段，50%春秋季自由放牧，50%秋季自由放牧+夏季打草1次；4)劃區(qū)輪牧型：春秋季四區(qū)輪牧，輪牧間隔6～10 d。

1.2取樣方法 分別對研究區(qū)21戶牧民生產(chǎn)方式及春秋牧場利用現(xiàn)狀進(jìn)行入戶調(diào)查，初步了解牧戶生產(chǎn)經(jīng)營現(xiàn)狀及草地發(fā)展概況。篩選放牧畜種、放牧強(qiáng)度相對一致的牧戶研究不同利用方式對草地帶來的影響，其中打草型2戶，自由放牧型2戶，分段放牧型3戶，劃區(qū)輪牧型2戶，進(jìn)行春、夏、秋季草地群落跟蹤調(diào)查。典型牧戶春秋牧場面積和家畜數(shù)量不等，但放牧強(qiáng)度約16羊單位/(hm2·時(shí)段)，放牧家畜自然頭數(shù)羊∶?！民R為15∶2∶1左右。

于2009年4月中旬、6月中旬、8月下旬，即草地春季放牧前、夏季打草前和秋季放牧前3個(gè)時(shí)段，以各牧戶草地為大樣地，在其典型地段布置5個(gè)1 m×1 m樣方，各季節(jié)測定樣方布置地點(diǎn)不重復(fù)。

1.3測定指標(biāo)及方法 在各樣方內(nèi)，記錄植物種類, 分種測定其高度、蓋度、密度、地上生物量(鮮草)，并在樣地內(nèi)測定頻度，并計(jì)算植物重要值[8]。

式中，RC為草地植物的相對蓋度，RB為草地植物的相對地上鮮草產(chǎn)量，RD為草地植物的相對密度，RF為草地植物的相對頻度。

1.4數(shù)據(jù)處理 測得的數(shù)據(jù)用Excel 2000進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采取One-way ANOVA和LSD對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性分析。

2 結(jié)果

2.1不同利用方式下草地植物群落結(jié)構(gòu)變化 植物群落的物種組成是決定草地植物群落性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能的重要指標(biāo)，而環(huán)境因子對其具有決定性作用，放牧等人為活動(dòng)會(huì)對其產(chǎn)生明顯的影響[9]。

分別選取各樣地重要值排在前3位的植物分析群落組成(表1)。結(jié)果表明，4種利用方式從春季到秋季，植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，物種數(shù)從春季到秋季逐漸減少，春季禾草和短生、類短生植物發(fā)育明顯，夏季以一年生禾草和雜類草為主，而秋季以木地膚、白羊草和苔草等多年生植物為主。但不同利用方式下草地群落物種組成具有一定的差異性。

4月群落物種數(shù)以劃區(qū)輪牧最多，達(dá)30種，劃區(qū)輪牧是其他3種利用方式的1.5倍左右，其他3種利用方式間相差不大(表1)?？梢?，劃區(qū)輪牧可以提高春季草地物種豐富度，更有益于草地多樣性的維持。在群落組成上，自由放牧、分段放牧和劃區(qū)輪牧3種利用方式均為禾草+短生、類短生草本，而打草利用方式為短生、類短生草本+禾草，可見放牧更能刺激翌年禾本科牧草的分蘗，而割草更能促進(jìn)雜類草的生長。

表1 不同利用方式草地植物組成變化

6月群落物種數(shù)仍以劃區(qū)輪牧最多，而分段放牧次之，打草和自由放牧相當(dāng)，可見有計(jì)劃的放牧和劃區(qū)輪牧利于草地植物在生長最旺盛的季節(jié)進(jìn)行物種多樣性的維持。在群落組成上，自由放牧以旱雀麥+節(jié)節(jié)麥+貓尾草為主，禾本科牧草優(yōu)勢地位突出；其他3種利用方式大多為一年生禾草+雜類草，但打草地為旱雀麥+鶴虱+早熟禾，且旱雀麥與鶴虱重要值相差不大；分段放牧草地為旱雀麥+澀芥+胡盧巴，由于早春50%草地不放牧，使短生、類短生植物發(fā)育良好；劃區(qū)輪牧草地為旱雀麥+節(jié)節(jié)麥+鶴虱，禾草優(yōu)勢地位僅次于自由放牧(表1)。進(jìn)一步說明了放牧比打草更能促進(jìn)禾草的生長，而對雜類草有抑制作用。

8月，群落物種數(shù)以打草最少，降低至8種，而分段放牧和劃區(qū)輪牧均為14種，是打草的1.75倍，自由放牧居中，為10種，可見放牧干擾下草地植物秋季物種豐富度較打草高，并且分段放牧對植物物種多樣性維護(hù)的潛在效能能發(fā)揮出來。在群落組成上，雖然苔草、白羊草、木地膚等多年生植物作用凸顯，但各利用方式之間無明顯的規(guī)律性變化，相比之下，自由放牧草地雖然為白羊草+木地膚+狗尾草，但多年生植物的優(yōu)勢地位略遜與其他利用方式(表1)。長期自由放牧?xí)焕诓莸刂参锶郝浣Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2.2不同利用方式下草地植物群落高度變化 草地群落的高度是表示一個(gè)群落的數(shù)量特征，反映群落經(jīng)濟(jì)性狀大小的指標(biāo)。4種利用方式群落高度均表現(xiàn)為6月>8月>4月(圖1)，即春季轉(zhuǎn)場后，草地經(jīng)過近2個(gè)月的再生生長，夏季植物生長旺季草地群落達(dá)到年度內(nèi)的最高值，開始打草。秋季隨著枯黃期的到來，相對于6月，各利用方式下草地植物群落高度下降明顯。不同利用方式對草地群落高度產(chǎn)生一定的影響。

4月，草地群落高度表現(xiàn)為打草>分段放牧>自由放牧>劃區(qū)輪牧，打草型顯著高于其他放牧利用方式(P<0.05)，是其他利用方式2倍多；自由放牧、分段放牧、劃區(qū)輪牧3種放牧利用方式間差異不顯著(P>0.05)。6月，草地群落高度表現(xiàn)為劃區(qū)輪牧>打草>自由放牧>分段放牧，劃區(qū)輪牧草地群落高度高達(dá)47.74 cm，且與分段放牧差異顯著(P<0.05)。8月草地群落高度為劃區(qū)輪牧>分段放牧>自由放牧>打草，劃區(qū)輪牧顯著高于打草型(P<0.05)?？梢?，自由放牧、分段放牧、劃區(qū)輪牧3種放牧利用方式下，踐踏和采食影響了翌年春季草群高度，均低于打草利用方式；然而從高度增長量來看，自由放牧、分段放牧、劃區(qū)輪牧3種放牧利用方式均大于打草方式，并最終高于打草型，其中劃區(qū)輪牧更能增加草地休養(yǎng)生息的機(jī)會(huì)，有利于草群高度的提高，在6月和8月均為最高值。

圖1 不同利用方式草地植物群落高度變化

2.3不同利用方式下草地植物群落蓋度變化 草地植被物種蓋度變化可以反映該草地的類型、植物同化面積的大小、生物量積累的多少[10]。4種利用方式群落蓋度除打草為4月>6月>8月，其余3種放牧方式均為6月>4月>8月(圖2)。打草地春季不放牧，加之短生、類短生植物大量發(fā)生，使得其春季蓋度與夏季相差不大，自由放牧、分段放牧、劃區(qū)輪牧3種放牧方式春季放牧轉(zhuǎn)場后，草地經(jīng)過近2個(gè)月的再生生長，夏季植物生長旺季草地群落達(dá)到年度內(nèi)的最高值，開始打草。秋季隨著枯黃期的到來，相對于6月份，各利用方式下草地植物群落蓋度下降明顯，達(dá)到年內(nèi)最小值。不同利用方式間群落蓋度的變化趨勢與群落高度基本一致。

圖2 不同利用方式草地植物群落蓋度變化

4月植物生長初期，草地群落蓋度為打草>分段放牧>自由放牧>劃區(qū)輪牧，打草型草地由于春季不放牧，植物群落蓋度達(dá)到93.70%，顯著高于其他3種利用方式(P<0.05)，其他3種放牧利用方式間差異不顯著(P>0.05)，其中分段放牧由于早春有一半草地不放牧，所以群落平均蓋度略高于自由放牧和劃區(qū)輪牧草地。6月植物生長迅速，草地群落蓋度表現(xiàn)為劃區(qū)輪牧>打草>自由放牧>分段放牧，但差異不顯著(P>0.05)。8月草地群落蓋度為劃區(qū)輪牧>自由放牧>分段放牧>打草，但差異不顯著(P>0.05)?？梢?，打草和分段放牧春季不放牧或少放牧僅提高春季群落蓋度，但劃區(qū)輪牧更能從物種多樣性和再生能力上提高群落蓋度，使其在夏季和秋季具有較高的群落蓋度。

2.4不同利用方式下草地植物群落密度變化 密度是草地植物重要的數(shù)量特征，其多少在一定程度上可反映草地多度的大小。由于從春季到秋季物種數(shù)不斷降低，加之春季早春植物大量爆發(fā)，夏季一年生植物的繁殖，使得4種利用方式草地群落密度基本上表現(xiàn)為4月>6月>8月(圖3)。各種利用方式下，密度變化存在一定的差異。

圖3 不同利用方式草地植物群落密度變化

4月草地群落密度為打草>分段放牧>劃區(qū)輪牧>自由放牧，打草型高達(dá)1 289 株/m2，顯著高于其他放牧利用類型(P<0.05)，而3種利用方式間差異不顯著。春季打草型完全不放牧，短生類短生植物大量爆發(fā)，使得其群落密度最高，而分段放牧地50%春季不放牧，植物群落密度略高于其他2種放牧類型。6月，草地群落密度為劃區(qū)輪牧>自由放牧>打草>分段放牧，但各利用方式間差異不顯著。劃區(qū)輪牧型由于物種數(shù)量相對較多使得群落密度有所提高。8月，草地群落密度為分段放牧>打草>自由放牧>劃區(qū)輪牧，分段放牧顯著高于自由放牧和劃區(qū)輪牧(P<0.05)。受季節(jié)變化、物種變更等多重因素的影響，各利用方式的群落密度在季節(jié)間排列順序變動(dòng)幅度較大，春季打草型最大，夏季劃區(qū)輪牧型最大，而秋季分段放牧型最大，其原因有待于進(jìn)一步研究。

2.5不同利用方式下草地植物群落地上生物量變化 地上生物量是草地初級生產(chǎn)力的直觀體現(xiàn)，不同利用方式會(huì)使其發(fā)生不同程度的變化。各利用方式草地群落地上生物量均為6月>4月>8月(圖4)，夏季達(dá)到最高值，打完草后，由于干旱少雨，牧草再生能力不高，因此秋季生物量較低。

圖4 不同利用方式草地植物群落地上生物量變化

草地群落地上生物量，4月表現(xiàn)為打草>分段放牧>自由放牧>劃區(qū)輪牧，打草型顯著高于自由放牧、分段放牧、劃區(qū)輪牧3種放牧利用型(P<0.05)，3種放牧利用方式之間差異不顯著(P>0.05)；6月表現(xiàn)為劃區(qū)輪牧>自由放牧>打草>分段放牧，劃區(qū)輪牧型生物量提高到1 128 g/m2，顯著高于分段放牧型(P<0.05)；8月表現(xiàn)為劃區(qū)輪牧>自由放牧>分段放牧>打草，各利用方式間差異不顯著(P>0.05)。暖季累計(jì)鮮草產(chǎn)量為劃區(qū)輪牧>打草>自由放牧>分段放牧，分別為1 366.21、1 049.84、737.08和631.20 g/m2，劃區(qū)輪牧促進(jìn)了草地地上生物量的積累。

3 討論與結(jié)論

很多研究表明, 與自由放牧相比, 輪牧更有利于群落地上生物量的恢復(fù)和提高[11],隨著輪牧年限的延長,劃區(qū)輪牧區(qū)的地上生物量顯著高于自由放牧區(qū),因此,輪牧有利于群落生物量的積累[12]。本研究輪牧草地暖季累計(jì)鮮草產(chǎn)量最高，是自由放牧的近2倍。并且本研究表明在物種數(shù)上，劃區(qū)輪牧型在各季節(jié)物種數(shù)均最大，其更有益于草地多樣性的維護(hù)。

本研究群落各項(xiàng)數(shù)量特征為春季打草型顯著高于其他放牧利用類型，而從夏季開始，打草型逐漸低于其他利用方式，到秋季成為4種利用方式中的最低者，取而代之的是劃區(qū)輪牧在夏季和秋季各項(xiàng)數(shù)量特征升值最高；并且在群落組成上，3種放牧類型更能刺激翌年禾本科牧草的分蘗，而打草型則促進(jìn)雜類草的生長。在半干旱熱帶稀樹草原和半天然草地中的研究結(jié)果表明，割草處理的草地由于連續(xù)割草會(huì)帶走地上生物量且不返還動(dòng)物排泄物,如果割草量過多就會(huì)導(dǎo)致土壤養(yǎng)分流失[13-14]；對天然羊草(Leymuschinensis)草原的研究結(jié)果表明，割草能引起土壤貧瘠化和密度增大，刈割的時(shí)間越長，對種子生產(chǎn)的影響就越嚴(yán)重，長期連年刈割的小區(qū)穗序發(fā)育不良，結(jié)實(shí)的籽粒瘦秕[15]。因此長期打草不放牧，使草地的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益逐漸喪失。

分段放牧是當(dāng)?shù)刂行∩a(chǎn)規(guī)模牧戶使用的一種放牧方式。薛睿等[16]以羊?yàn)閱挝辉O(shè)計(jì)載畜率水平對內(nèi)蒙古典型草原群落研究表明，放牧和割草輪換的混合利用方式下，群落地上凈初級生產(chǎn)力顯著高于傳統(tǒng)放牧和傳統(tǒng)割草方式，可以減緩放牧帶來的持續(xù)性壓力，對草地具有一定的保護(hù)作用,特別是在過度放牧的情況下,混合利用方式尤佳。因此，本研究中分段放牧以自然生產(chǎn)狀態(tài)羊∶?！民R為15∶2∶1放牧畜種，放牧強(qiáng)度約16羊單位/(hm2·時(shí)段)為基礎(chǔ)，雖然草地群落各項(xiàng)數(shù)量特征并不占絕對優(yōu)勢，但在維護(hù)草地群落物種上比自由放牧和打草型較高，因此對于中小生產(chǎn)規(guī)模牧戶適當(dāng)調(diào)節(jié)畜群結(jié)構(gòu)和放牧壓力，分段放牧不失為一種經(jīng)濟(jì)的放牧管理方式，而且50%早春不放牧草地需要在兩塊地之間輪換，可提高群落生產(chǎn)和生態(tài)性能。

綜合對比各利用方式下白羊草+雜類草草原植物群落動(dòng)態(tài)變化趨勢，劃區(qū)輪牧無論在維護(hù)草地群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還是在提高群落數(shù)量特征和生產(chǎn)性能上均具有明顯的優(yōu)勢；打草不放牧不利于草地的更新和繁衍；長期自由放牧則不利于草地可持續(xù)發(fā)展；而分段放牧兼顧了輪牧和打草的利用方法，合理調(diào)節(jié)放牧畜群和放牧壓力，將會(huì)在提高草地生產(chǎn)生態(tài)效益上具有潛在的優(yōu)勢。

放牧是一種高度復(fù)雜的干擾方式，是天然草地的普遍利用方式，對植物群落既有積極作用，也有消極作用，其作用效果受多種因素的影響，具有滯后性[17-19]。本研究是在維持不同利用方式3年的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以應(yīng)詳細(xì)調(diào)查與記錄草地本底數(shù)據(jù)，進(jìn)行多年長期動(dòng)態(tài)監(jiān)測，進(jìn)一步豐富研究結(jié)果。

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