新源縣山地草原植被特征及植物營養(yǎng)對放牧強度的響應

閆 凱，張仁平，李德祥，錫文林，張建立

(1.新疆自治區(qū)草原總站，新疆 烏魯木齊 830049；2.新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎車 844700)

長期以來，新疆的草地管理策略嚴重違背了放牧適宜度理論[1]。隨著家畜和草地的承包到戶，“頭數(shù)觀念”驅動牧區(qū)群眾盲目擴大畜群數(shù)量，從而進一步加深了“草畜矛盾”，加速了放牧草地的草地生態(tài)系統(tǒng)“沙化、堿化、退化”進程。退化草地的經濟載畜量和最佳放牧強度降低，草地的經濟收益并未隨放牧家畜數(shù)量的增加而增加，反而隨草地生產力的下降而下降。究其根本原因在于人們更多的關注草地的農業(yè)生產功能而忽視了其生態(tài)功能，導致過度放牧和草地大面積的退化，然而確定適宜放牧強度一直是草原管理的難點[2]。近年來，有很多關于適宜放牧強度的研究，主要集中在放牧對植物生產力、土壤、植物營養(yǎng)、家畜生產等的影響，并由此對適宜放牧強度進行了評價，但不同的管理目標得出的適宜放牧強度差別很大[3-15]。因此，如何使草地畜牧業(yè)和草地生態(tài)服務功能均衡和協(xié)調地發(fā)揮最大作用，適宜放牧強度是最核心的管理目標之一[16-21]。本研究分析了新疆新源縣山地草原白羊草(Bothriochloaischcemum)+雜類草不同放牧強度下草地植被特征和草地植物營養(yǎng)的變化規(guī)律，旨在探索不同放牧強度對植被特征、牧草營養(yǎng)狀況的影響機制，為合理利用草原提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 研究區(qū)設立在新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州新源縣則克臺鎮(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，屬干旱區(qū)。年均氣溫在3～5 ℃，無霜期167 d左右，年降水量100～160 mm，≥0 ℃積溫3 511 ℃·d，≥10 ℃積溫3 081 ℃·d。該類草地屬于白羊草+雜類草草原，春季植物有短生、類短生植物，夏季優(yōu)勢植物是白羊草、旱雀麥(Bromustectorum)和梯牧草(Phleumpratense)，該草地是當?shù)氐拇?、秋季放牧草地，在利用上具有一定代表性?/p>

1.2試驗設計 根據(jù)當?shù)夭莸匦竽翗I(yè)生產現(xiàn)狀，選擇了放牧強度有明顯差異的21戶，經過初步的數(shù)據(jù)摸底調查、分析和篩選，最后確定有明顯放牧梯度的10牧戶的草地作為研究對象，10牧戶主要的放牧牲畜為牛和羊，面積最大達到30 hm2，面積最小的有6.7 hm2，按照當?shù)氐湫偷姆拍聊Ｊ揭约皢挝粫r間單位面積上放牧的牲畜劃分為極重度放牧(E)、重度放牧(H)、中度放牧(M)、輕度放牧(L)和無牧(U)5個放牧梯度，放牧率分別為0.51、0.43、0.32、0.26和0羊單位/hm2。每個梯度2次重復，對每個梯度的草地植被特征(高度、密度、蓋度、頻度、地上生物量)、牧草營養(yǎng)指數(shù)(粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維)進行測定。該草地為春秋放牧場，春季放牧時間一般為5月初到6月中旬，秋季放牧時間在8月中旬，所以本試驗在2009年5月1日、5月15日、6月1日、6月16日、8月26日進行植被特征的測定。于2009年6月16日采集植物樣品，自然風干粉碎后，過40目篩，作為供試樣品用于營養(yǎng)成分分析。牧草粗蛋白質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[22]。

1.3計算方法 物種多樣性指數(shù)選擇α多樣性指數(shù)：

Simpson多樣性指數(shù)(D)：

(1)

Shannon-Weinerr指數(shù)(H′)：

(2)

McIntosh多樣性指數(shù)(DMC)：

(3)

Brillouin多樣性指數(shù)(HB)：

(4)

均勻度指數(shù)(Evenness Index)：

(5)

式中，Pi為物種i在群落中所占比重，S為物種總數(shù)，N為樣本中所有物種個體總數(shù)，ni為物種i個體數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析 用Microsoft Office Excel 2003對數(shù)據(jù)進行整理，試驗期間的所有數(shù)據(jù)均采用SigmaPlot作圖，運用DPS統(tǒng)計分析軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1不同放牧強度對草地植被特征的影響

2.1.1不同放牧強度下草地產量的變化 地上生物量直接關系到草地的第一性生產，也是草地畜牧業(yè)發(fā)展的基礎。對草地生產力的研究進行動態(tài)監(jiān)測，其目的是要得到準確的生物量，掌握群落生產力的數(shù)量特征，植物組成在群落中的消長動態(tài)及草地生物量形成過程和規(guī)律。

無牧草地草產量在5月1日和5月15日較其他處理的高，但是在6月1日和6月16日輕度放牧的草地產量最高，這說明適度的放牧可以促進牧草的生長(圖1)。極重度放牧的草地草產量從5月1日到6月16日一直最低，由于在放牧期間牧草一直被牲畜利用，使得牧草產量明顯低于其他放牧處理的牧草產量。5月1日，無牧區(qū)、輕度放牧區(qū)與中度放牧區(qū)、重度放牧區(qū)和極重度放牧區(qū)的產量差異顯著(P<0.05)，但是中度放牧區(qū)、重度放牧區(qū)和極重度放牧區(qū)的產量差異不顯著。5月15日無牧區(qū)、中度放牧區(qū)、重度放牧區(qū)、極重度放牧區(qū)的產量差異顯著。6月1日，各放牧區(qū)的產量差異不顯著(P>0.05)。6月16日，無牧、輕度放牧區(qū)、中度放牧區(qū)的產量與重度放牧區(qū)、極重度放牧區(qū)的產量差異顯著。隨著放牧率的增加，地上現(xiàn)存量明顯下降，這與董全民等[23]、劉偉等[24]在高寒草甸天然草地上和汪詩平等[25]在內蒙古典型草原上的研究結論相一致，但與李永宏等[26]在內蒙古草原上隨放牧率的增加地上現(xiàn)存量無趨向變化的結論不一致。

2.1.2不同放牧強度下蓋度的變化 植物群落蓋度在草地生態(tài)的相關研究中有著相當重要的地位，在草地退化的研究中通常作為衡量退化程度的指標之一[27]。

不同的放牧強度下草層蓋度有一定的變化，極重度放牧處理的草層蓋度與其他放牧強度下的草層蓋度差異顯著(圖2)。無牧區(qū)的草地蓋度高于其他放牧區(qū)的草地蓋度，且草地蓋度在不同放牧時間和不同放牧強度下呈現(xiàn)動態(tài)變化；所有放牧處理，中度放牧區(qū)的蓋度在5月15日和6月16日高于其他放牧區(qū)的蓋度；而重度放牧區(qū)的各測定時間變化幅度不是很大；極重度放牧區(qū)的草地蓋度除5月1日高于中度放牧區(qū)，5月15日高于重度放牧區(qū)外，其余的都低于其他放牧區(qū)的蓋度。

圖2 放牧對牧草蓋度的影響

2.1.3不同放牧強度下物種多樣性的變化 物種多樣性是度量生物群落結構和功能復雜程度的指標，通過對物種多樣性的研究分析可更直觀認識群落的靜態(tài)組成、不同群落間差異和環(huán)境影響下的群落變化與發(fā)展。物種的多樣性一般是指一個群落中的物種的數(shù)目和各物種的個體分布均勻程度，反映了組成群落的各物種對環(huán)境的適應，體現(xiàn)了群落的穩(wěn)定性和在環(huán)境梯度下的動態(tài)變化特征[28]。

Shannon和Brillouin指數(shù)變化趨勢一致，即無牧區(qū)的Shannon和Brillouin指數(shù)最高，其次Shannon和Brillouin從高到低次序依次為輕度放牧區(qū)、中度放牧區(qū)、重度放牧區(qū)和極重度放牧區(qū)。Evenness、Simpson、McIntosh指數(shù)變化趨勢也一致，即無牧區(qū)到極重度放牧區(qū)的Evenness、Simpson和McIntosh指數(shù)變化趨勢為從高到低(圖3)。通過分析可以看出，物種多樣性對放牧干擾比較敏感。放牧強度的增加，會使群落生境惡化，降低草地的物種多樣性，致使群落的種類成分多樣性降低，結構簡單化，生產力下降。從本研究結果來看,放牧干擾對草地植物群落物種多樣性的影響與Connel[29]提出的中度干擾假說(intermediate disturbance hypothesis)不相一致，該假說認為中等程度的干擾水平能維持高的多樣性，而重度的干擾則可能增加或減少異質性。

圖3 不同放牧強度下的生物多樣性指數(shù)的變化

2.2不同放牧強度下植物群落的營養(yǎng)變化 草地植物的飼用價值主要體現(xiàn)在其化學成分、消化率、適口性、牲畜的飼養(yǎng)效果等方面。不同的器官，不同的生長階段，其營養(yǎng)物質的含量也不同。在生長的早期階段，粗蛋白質含量較高，隨著植物生育期的變化，可消化蛋白質的含量逐漸減少。此外，植物的營養(yǎng)物質含量還受環(huán)境因素的影響，如溫度、濕度、光照等等。對天然草地而言，除植物生長的時空條件之外，草地利用程度對植物營養(yǎng)含量乃至對家畜生產水平的影響尤為重要[30]。本研究對不同放牧強度下的植物群落粗蛋白質、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維分析測定，結果如表1。

表1 放牧對植物群落營養(yǎng)的影響 %

多年生草類的營養(yǎng)價值主要取決于蛋白質、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量的多少。蛋白質含量越高，中性洗滌纖維含量越低，植物的營養(yǎng)價值就越高，反之，植物的營養(yǎng)價值也就越低。植物營養(yǎng)價值的主要影響因素是植物的生育期。研究表明，極重度放牧區(qū)，粗蛋白的含量最高，達到10.6%，與中度放牧區(qū)和輕度放牧區(qū)的粗蛋白的含量達到顯著水平(P<0.05)，中性洗滌纖維在極重度放牧區(qū)下含量最低(50%)，與其他放牧強度下的中性洗滌纖維達到極顯著水平(P<0.01)，酸性洗滌纖維在中度放牧區(qū)含量最低(30.8%)，與其他處理達到極顯著水平(P<0.01)。隨著放牧率的增加，地上現(xiàn)存量明顯下降，這與邢旗等[31]在草甸草原上及衛(wèi)智軍等[32]在荒漠草原上的研究結論相一致。

3 結論

植物群落地上生物量均隨放牧強度的增加而減少，但也表現(xiàn)出一定的差異性。不同的放牧強度下草層蓋度有一定的變化，放牧強度為極重度的草層蓋度與其他放牧強度下的草層蓋度差異顯著，無牧區(qū)的草地蓋度高于放牧區(qū)的草地蓋度。物種多樣性對放牧干擾比較敏感。放牧強度的增加，致使群落的種類成分多樣性降低，結構簡單化，生產力下降。隨著放牧強度的增加，粗蛋白含量逐漸增大，極重度、重度放牧區(qū)與其他放牧區(qū)差異顯著。中性洗滌纖維含量隨著放牧強度的增加，呈現(xiàn)下降趨勢，差異顯著。酸性洗滌纖維含量在放牧強度為極重度時最高，這時的牧草被牲畜利用后消化率最低。

本研究是以大量野外樣方調查的數(shù)據(jù)為基礎的，在一定程度上能夠反映新源縣山地草原的適宜放牧強度。但由于研究周期短，研究得出的適宜放牧強度未考慮降水平、豐、欠年的各項指標值的差異以及在天山同類草原其他地方的地區(qū)差異性；另外，上述指標值僅為實際調查理論化的結果，尚需在實踐中進行檢驗，因而應作進一步研究并根據(jù)實踐應用的結果進行調整和修訂。

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