恢復(fù)階段退化草地資源與營養(yǎng)評價(jià)

塔 娜，桂 榮，呼 和

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；2.農(nóng)業(yè)部草原資源與生態(tài)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010；3.內(nèi)蒙古克什克騰旗農(nóng)牧業(yè)局，內(nèi)蒙古 克什克騰旗 025350)

我國天然草地既是重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，也是綠色生態(tài)屏障，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)意義。但在超載過牧、盲目開墾及其他不合理利用方式的強(qiáng)烈人為干擾壓力下，草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，功能衰退，導(dǎo)致草地退化嚴(yán)重，草地承載能力逐步下降，嚴(yán)重制約了草地畜牧業(yè)的發(fā)展。為恢復(fù)退化草地生態(tài)系統(tǒng)采取了一系列措施，如圍欄封育、禁牧、補(bǔ)播、松土和施肥等，在不破壞或少破壞原有植被的基礎(chǔ)上，人為施加物質(zhì)和能量，依靠自然植被的內(nèi)部機(jī)制使之自然恢復(fù)[1]。排除放牧等干擾因素，使草原自然恢復(fù)，圍欄封育作為一種低投入的措施在退化草地生態(tài)系統(tǒng)整治中已得到了廣泛的應(yīng)用；結(jié)合補(bǔ)播等植被恢復(fù)中的改良復(fù)壯技術(shù)，達(dá)到低投入快恢復(fù)的目標(biāo)。近幾年在不同類型退化草地生態(tài)恢復(fù)工程中的應(yīng)用效果表明：圍欄封育措施可使草地環(huán)境得到進(jìn)一步的改善，顯著提高退化草地(原)的生產(chǎn)力[2-4]，改善植被結(jié)構(gòu)組成、草地植被地上“四度一量”特征[5]；改善土壤物理性質(zhì)、提高土壤養(yǎng)分[6-7]、微生物及種子庫數(shù)量[8]；同時(shí)有利于土壤有機(jī)碳、氮的積累[9]，促進(jìn)退化草原正向演替發(fā)展。

圍封作為一種草地管理手段雖然對退化草地、生態(tài)環(huán)境脆弱草地的生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)起到了積極作用，但有關(guān)界定草地圍封的期限一直沒有定論。封育期過長，不但不利于牧草的正常生長和發(fā)育，反而枯草會抑制植物的再生和幼苗的形成，不利于草地的繁殖更新[10]。草地圍封一段時(shí)間后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行適當(dāng)適度利用, 如適當(dāng)刈割或放牧利用，這不但不會給草地造成損害，相反能改良草地質(zhì)量，刺激牧草分蘗，促進(jìn)牧草再生[11]。由于在不同退化草原區(qū)引起退化的因素和程度不盡相同，因此關(guān)于退化草地的圍封時(shí)間尺度以及建議的合理放牧管理措施方面的研究結(jié)論也不盡相同[2,12-13]，因此有必要針對不同恢復(fù)目的的退化草原區(qū)進(jìn)行恢復(fù)階段退化草地的草地資源、生產(chǎn)力和飼用品質(zhì)評價(jià)，為封育后退化草地的合理利用奠定理論基礎(chǔ)。鑒于以上，本研究選擇內(nèi)蒙古半干旱典型草原區(qū)圍封恢復(fù)中的退化草地，對草地生產(chǎn)力、草地資源與營養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行科學(xué)評價(jià)，進(jìn)而探討其理論載畜能力，為制定科學(xué)合理的圍封恢復(fù)草地(原)放牧管理體系以及為草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)克什克騰旗達(dá)來諾日鎮(zhèn)，地處116°07′ E，43°21′ N。屬于中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，西北季風(fēng)的影響長達(dá)半年之久；冬季寒冷漫長，春夏季多風(fēng)少雨，微旱。年平均氣溫2～5 ℃，平均降水量380 mm，無霜期100 d左右，年均風(fēng)速3.2～4.2 m/s。土壤以暗栗鈣土為主，間有灰色森林土和沙壤土相嵌。試驗(yàn)草地為典型草原區(qū)圍封恢復(fù)中草地，2001年圍欄封育，以羊草(Leymuschinensis)和克氏針茅(Stipakrylovii)為建群種，面積60 hm2。

2 研究內(nèi)容與方法

2.1草地植物群落特征調(diào)查 植被調(diào)查采用樣方法。在試驗(yàn)區(qū)圍欄內(nèi)隨機(jī)布設(shè)15個(gè)1 m×1 m固定描述樣方和8個(gè)測產(chǎn)樣方，于2008年6-10月定期按物種測定植物密度、高度、蓋度和生物量等項(xiàng)目[14-15]。

2.1.1密度 詳細(xì)統(tǒng)計(jì)樣方內(nèi)各種植物的株數(shù)，分種(物種)記錄。

2.1.2高度 樣方內(nèi)選主要植物(主要10種牧草)測定其自然高度(7～10株)，取平均值，如有生殖枝，測其生殖枝高度，按種記錄。

2.1.3蓋度 用目測法估測群落總蓋度，參加測定人員(5人)分別估測，取平均值。

2.1.4地上生物量 剪割測產(chǎn)樣方內(nèi)全部植物的地上部分進(jìn)行稱量，分種裝入布袋待自然風(fēng)干后稱其風(fēng)干質(zhì)量。

2.2草地營養(yǎng)物質(zhì)分析與評價(jià) 每月定期分別采集10種主要家畜可食牧草及群落混合牧草，裝入布制采樣袋，稱量后置陰涼通風(fēng)處風(fēng)干，40目粉碎。參考張麗英[16]的方法測定初水分、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗脂肪(EE)、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)及粗灰分(Ash)含量；采用Abe酶體系分析方法[17]計(jì)算出牧草可消化總養(yǎng)分(TDN)和代謝能(ME)，并對營養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行評價(jià)。

2.3暖季草地理論載畜量的計(jì)算 根據(jù)中國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 635-2002)“天然草地合理載畜量的計(jì)算”，以牧草產(chǎn)量估算草地暖季理論載畜量[18]：首先根據(jù)牧草現(xiàn)存量和牧草再生率計(jì)算暖季草地可食草產(chǎn)量，再結(jié)合放牧草地利用率，羊單位日食量(1.8 kg標(biāo)準(zhǔn)干草)，計(jì)算得出草地理論承載量。

根據(jù)草地營養(yǎng)供給和家畜營養(yǎng)需要估算草地營養(yǎng)載畜量[19]，測出草地可食牧草中CP、TDN和ME的供給量，再根據(jù)家畜飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)得出家畜對CP、TDN和ME的需要量，依照草地與家畜對這些營養(yǎng)的供需關(guān)系，估算出草地載畜量。

3 結(jié)果與分析

3.1封育草地植物群落特征 植物群落的數(shù)量特征包括密度、高度、蓋度和產(chǎn)量等指標(biāo)，對這些指標(biāo)的評價(jià)能夠反映群落在自然狀態(tài)或干擾下的動態(tài)規(guī)律，從而成為群落定量分析的基礎(chǔ)[20]。封育區(qū)6-10月植物群落蓋度、密度、平均高度及生物量見表1。圍欄封育后，退化草原消除放牧干擾，植被群落特征數(shù)據(jù)明顯增加：整個(gè)生長期群落平均蓋度37.5%，密度184.6株/m2，平均自然高度18.3 cm，平均鮮草生物量154.3 g/m2，最高產(chǎn)草量達(dá)到358.6 g/m2，與封育前退化放牧草地生產(chǎn)力形成鮮明對比，封育效果明顯。退化至冷蒿(Artemisiafrigida)+小禾草階段的草原生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過7年時(shí)間，恢復(fù)到近似未退化前的草地狀況，即羊草和克氏針茅為主的草原群落(封育前資料由克什克騰旗農(nóng)牧業(yè)局草原站提供)。

3.2封育草地草群營養(yǎng)物質(zhì)動態(tài)變化 封育草地植被以典型草原植被為主，代表性群落以羊草+克氏針茅+雜類草組成，群落優(yōu)勢種為羊草和克氏針茅，次優(yōu)勢種為糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、寸草苔(Carexduriuscula)，伴生種有羽茅(Achnatherumsibiricum)、知母(Anemarrhenaasphodeloides)、細(xì)葉韭(Alliumtenuissimum)、黃芩(Scutellariabaicalensis)、瓣蕊唐松草(Thalictrumpetaloideum)和二裂委陵菜(Potentillabifurcavar.bifurca)等。草地植被的季相更替可反映牧草不同的生長階段，草地的營養(yǎng)價(jià)值不同(表2)。6月，牧草鮮嫩，水分、CP和Ash含量較高, 隨著季節(jié)更替，生長期的延長，水分、CP和Ash含量逐漸降低；纖維含量則呈相反趨勢，ADF和NDF含量逐漸增加。生長旺季(8-9月)隨各種牧草抽穗高峰期的到來，草群EE含量達(dá)到最高點(diǎn)。隨著天氣轉(zhuǎn)涼風(fēng)季的到來，草群水分含量迅速下降，10月初水分含量降至12%。在整個(gè)牧草生長期，草群保持著較高的CP和EE含量，平均分別為12.06%和1.87%；同時(shí)，TDN和ME較高，且不易受牧草生長期的影響，平均達(dá)到57.4%和8.31 kJ/g。

表1 草地植物群落數(shù)量特征

表2 草群營養(yǎng)成分分析

3.3封育草地優(yōu)良草本資源與營養(yǎng)物質(zhì)動態(tài)變化 禾本科牧草分布極廣，是天然草原的優(yōu)勢植物。其適口性好，沒有不良?xì)馕?，家畜大部分都喜食，營養(yǎng)價(jià)值高，屬優(yōu)等飼用牧草。同時(shí)，禾本科牧草的耐踐踏力和再生能力強(qiáng)，適于放牧。由表3可知，采集的4種禾草CP含量相當(dāng)，平均(9.70±0.86)%；羊草和羽茅的EE含量略高于克氏針茅和糙隱子草，平均分別為2.20%和1.96%，而ADF和NDF含量略低，羊草和羽茅NDF平均為54.29%和52.44%，而克氏針茅和糙隱子草NDF分別為61.74%和62.45%；由返青至枯黃，采集的禾本科牧草水分、CP和Ash含量逐漸降低，而纖維含量逐漸增加，EE含量變化不大，尤其在10月初水分含量迅速下降，降至20%以下。

莎草科苔草是多年生草本植物，營養(yǎng)價(jià)值與禾本科牧草類似，是一種很有價(jià)值的放牧型植物，草食家畜喜食。百合科知母、細(xì)葉韭，唇形科黃芩，毛茛科瓣蕊唐松草，薔薇科二裂委陵菜等多年生草本植物均含有較高的CP和較低的ADF和NDF含量(表4)；隨著牧草生長期的延長，纖維物質(zhì)含量沒有太大的變化，家畜易消化吸收，因此飼用價(jià)值較高；同時(shí)以上植物還具有不同的藥理作用，根莖均可入藥，家畜亦喜食，是較好的飼用植物。細(xì)葉韭不僅含有較高的CP和較低的NDF，其EE含量也較高，有蔥蒜氣味，各種牲畜均喜食，為優(yōu)等飼用植物。由于蔥屬植物含有一些帶芳香氣味的酚類、醛類以及烷烴等活性物質(zhì)，家畜采食后可以顯著改善羊肉中脂肪酸組成進(jìn)而改善羊肉風(fēng)味[21]。

3.4暖季草地理論載畜量的計(jì)算 根據(jù)6-10月草地暖季牧草現(xiàn)存量，結(jié)合“天然草地合理載畜量的計(jì)算”農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以可食牧草利用率為60%，放牧天數(shù)為180 d計(jì)算得出暖季草地產(chǎn)量載畜量為0.656 hm2/羊單位(表5)；計(jì)算營養(yǎng)載畜量時(shí)，為了與上一農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中“羊單位”的概念相符合，在選擇內(nèi)蒙古細(xì)毛羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，以50 kg泌乳期單糕母羊營養(yǎng)需求為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合暖季草地牧草中CP、ME、TDN平均含量，估算出草地營養(yǎng)載畜量分別為0.513、0.802和0.774 hm2/羊單位(表5)。

表3 禾本科牧草常規(guī)營養(yǎng)成分含量 %

4 討論與結(jié)論

天然草地牧草是放牧家畜營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源，牧草群落以及牧草營養(yǎng)物質(zhì)總量的高低在一定程度上可以反映出草地營養(yǎng)價(jià)值的大小[22]，但其對放牧家畜的營養(yǎng)價(jià)值還必須依賴于動物對牧草的消化程度來進(jìn)行綜合評定[23]。草地牧草的可消化總養(yǎng)分是影響其營養(yǎng)價(jià)值的重要因素，通過測定牧草中可消化(可利用)養(yǎng)分的含量進(jìn)行牧草營養(yǎng)價(jià)值評定是飼草料能量營養(yǎng)價(jià)值評定體系中較簡單卻非常重要的一個(gè)方法，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用[24]。在飼草料營養(yǎng)價(jià)值評定體系中“能值”也是一種不可缺少的指標(biāo)，并且消化能與代謝能可以較為準(zhǔn)確地反映飼用牧草的營養(yǎng)價(jià)值[25]。在本研究中，封育草地可消化總養(yǎng)分和代謝能值較高，且不易受牧草生長期的影響，平均達(dá)到57.4%和8.31 kJ/g，體現(xiàn)出這類圍封后的草地較高的飼用價(jià)值。

達(dá)來諾日封育草地屬平原丘陵典型草原亞類叢生禾草組克氏針茅、羊草、糙隱子草型，主要分布有克氏針茅、羊草和糙隱子草等優(yōu)勢種，苔草、羽茅、知母、細(xì)葉蔥和黃芩等伴生種。該型草地富含粗蛋白質(zhì)和粗脂肪，纖維物質(zhì)含量較低，消化吸收率高；優(yōu)等飼用牧草及藥理作用植物種類多，營養(yǎng)價(jià)值高，家畜亦喜食，適于牛、羊適度放牧利用。

草地生產(chǎn)力是衡量草地資源的重要標(biāo)志，也是研究草地牧養(yǎng)能力的基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。載畜量作為評定草地生產(chǎn)力的一種指標(biāo)，是評價(jià)牲畜-草地系統(tǒng)的管理。它不僅能指導(dǎo)草地管理和科學(xué)地確定放牧強(qiáng)度，避免超載過牧，也是在宏觀上制定草地管理和法規(guī)的重要依據(jù)[26]。目前我國根據(jù)牧草產(chǎn)量估算理論載畜量是常用的一種方法，即農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“天然草地合理載畜量的計(jì)算”(NY/T 635-2002)，在草原生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。近年來國內(nèi)外提倡載畜量的計(jì)算應(yīng)以草地植物所提供的營養(yǎng)物質(zhì)量和家畜的營養(yǎng)需要來確定[27-28]。這種方法將草地和家畜在更深層次上結(jié)合起來，能更準(zhǔn)確地反映家畜需求和草地供給的有機(jī)聯(lián)系，客觀地反映了草地生產(chǎn)能力。本研究中依據(jù)內(nèi)蒙古細(xì)毛羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，即綿羊?qū)Υ值鞍?、代謝能和可消化總養(yǎng)分的需要量，再測定出草地在同期的營養(yǎng)供應(yīng)量，進(jìn)而估算出草地理論營養(yǎng)載畜量。利用以上兩種方法計(jì)算得出封育草地暖季產(chǎn)量載畜量為0.656 hm2/羊單位；估算出草地營養(yǎng)載畜量分別為0.513、0.802和0.774 hm2/羊單位。對比產(chǎn)量載畜量與營養(yǎng)載畜量可以看出，粗蛋白載畜量略低于產(chǎn)量載畜量，其他兩項(xiàng)營養(yǎng)載畜量(代謝能和可消化總養(yǎng)分)均略高于產(chǎn)量載畜量，得出如上結(jié)果的原因可能是粗蛋白指標(biāo)中沒有考慮到粗蛋白質(zhì)的可消化率，因此數(shù)值偏低，應(yīng)采用可消化粗蛋白質(zhì)(DCP)指標(biāo)。本研究載畜量結(jié)果說明，以產(chǎn)量計(jì)算的草地載畜量，雖然滿足家畜的飼草需求量，但不能滿足家畜的營養(yǎng)需求量。因此，載畜量評定中應(yīng)引入草地營養(yǎng)載畜量的評價(jià)，結(jié)合兩種載畜量計(jì)算方法來評定草地載畜量，有助于更合理的確定草地適宜的載畜量，有效防治草地退化，保護(hù)天然草地資源。

表4 其他牧草常規(guī)營養(yǎng)成分含量 %

表5 暖季草地理論載畜量

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