新疆塔城不同類型草場生產(chǎn)力動(dòng)態(tài)變化

古麗娜爾·沙亞汗，李佳歡，譚學(xué)周，王 堃＊

（1.新疆塔城地區(qū)草原工作站，新疆 塔城834700；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京100193）

我國是世界上第二大草原大國，擁有草地資源3.92億公頃，占國土總面積的41.14%［1］。其中，80%草地主要分布在干旱、半干旱的北方地區(qū)［2］。草地生態(tài)系統(tǒng)具有多種服務(wù)功能，如固定大氣中的CO2；調(diào)節(jié)氣候，涵養(yǎng)水源，培肥地力；維持生物多樣性等［3］。除生態(tài)功能外，我國草地資源大多分布于少數(shù)民族聚集區(qū)，保證草地資源的可持續(xù)利用對維護(hù)民族團(tuán)結(jié)具有重要意義［4］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國90%以上的草地已發(fā)生不同程度的退化，草地產(chǎn)量顯著下降，毒草、雜類草比例增多，生態(tài)服務(wù)功能喪失［5］。近幾年來，我國大力發(fā)展生態(tài)恢復(fù)工程，草地退化的態(tài)勢雖局部好轉(zhuǎn)，但整體尤其是北方天然草地生態(tài)環(huán)境仍在惡化［2，6-7］。放牧是我國天然草地的主要利用形式［8］，根據(jù)草地承載能力合理放牧是維持草地健康的基礎(chǔ)。據(jù)農(nóng)業(yè)部草原監(jiān)理中心《2012年全國草原監(jiān)測報(bào)告》顯示，全國268個(gè)牧區(qū)、半牧區(qū)天然草地的牲畜超載率高達(dá)34.8%［9］，這種形勢極不利于我國環(huán)境保護(hù)、畜牧業(yè)發(fā)展及民族穩(wěn)定。

新疆維吾爾自治區(qū)位于東經(jīng)82°16′～87°21′，北緯43°25′～47°15′，有天然草原925萬公頃，是我國天然草地面積最大的區(qū)域之一［10］。由于青藏高原的阻擋和加熱作用，以及獨(dú)特的 “三山夾兩盆”地形，大量水汽難以到達(dá)新疆［11］，使得新疆的氣候十分干燥，形成典型的內(nèi)陸干旱與半干旱氣候，干旱年頻率高達(dá)36.8%［11］，生態(tài)系統(tǒng)極其脆弱［12］。近年來受自然和人為因素的影響，局部地區(qū)植被發(fā)生大面積的退化［12］，水分保持能力更是急劇降低。塔城位于新疆西北部，地域廣大，地形復(fù)雜，是我國西北部的邊緣地帶，年降水量250～300mm，年均溫5.3～6.5℃，≥10℃積溫2300～2900℃［13］。根據(jù)2012年新疆統(tǒng)計(jì)年獻(xiàn)，塔城草地類型多樣，總面積34.46萬公頃。塔城市天然草地超載過牧嚴(yán)重［14］，綠洲面臨嚴(yán)重沙漠化的危險(xiǎn)。

草地初級(jí)生產(chǎn)力是反應(yīng)草地功能的重要指標(biāo)，是草地生態(tài)系統(tǒng)與外界進(jìn)行物質(zhì)能量交換的基礎(chǔ)［15］，其大小受許多因素的影響，如大的地理尺度的氣候等環(huán)境因子（溫度、降水等），小地理尺度的生物資源有效性（如植物多樣性）等［16］。草地初級(jí)生產(chǎn)力的監(jiān)測一直是草地資源狀況監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，對制定草畜管理模式、保障草地自然生態(tài)安全、維持畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本研究連續(xù)3年持續(xù)監(jiān)控塔城各類型草場的植被狀況，產(chǎn)量動(dòng)態(tài)，為合理制定塔城市草地資源保護(hù)政策、遏制草地退化趨勢、促進(jìn)“草-畜平衡”發(fā)展提供科學(xué)、全面、可行的理論依據(jù)。

1 研究地概況與研究方法

1.1 樣地概況

本次監(jiān)控的塔城市的天然草地共包含6種類型：山地草甸類、溫性荒漠類、大陸草甸類、草甸草原類、干草原類、荒漠草原類。樣地基本情況如表1所示。

表1 樣地基本概況Table 1 Basic information of sampling sites

1.2 測定方法

本研究對每個(gè)樣地的植物種類組成、植被高度、蓋度、產(chǎn)草量等狀況進(jìn)行調(diào)查。試驗(yàn)持續(xù)3年（2013年-2015年），于每年的植物的生長季（5月-9月）進(jìn)行測定，測定日期選為每月的15-17日。隨機(jī)選取長勢均勻的樣方，齊地刈割進(jìn)行取樣。帶回試驗(yàn)站65℃烘干至恒重測定生物量。測定選取兩種取樣面積：對于低矮類草本植物，如苔草（carex）、羊茅（FesucaOvina），樣方面積選為1m2，對于高大草本植物及灌木，樣方面積選為100m2。

2 結(jié)果與分析

2.1 塔城市2013-2015年降水及溫度狀況

塔城市2013-2015年降水與溫度狀況如圖1所示。從年降水總量上看（柱狀圖），2013年最高（269mm），2014年最低（60.9mm）。2013年降水主要集中于5-8月，較2014、2015年高，9月份后降水大幅度下降。2015年全年降水量大部分集中在9月份（9月份108.6mm；全年181.7mm），其他月份降水均勻，比較干旱。2014年全年降水均較少，除9月份外，與2015年降水量基本一致。2013-2015年均溫基本相似（19.30～20.38℃），年內(nèi)變化（折線圖）趨勢呈現(xiàn)單峰曲線，生長季溫度較高。特殊的是，2015年2月份溫度較2013年與2014年高。

圖1 2013-2015年降水及溫度情況Fig.1Precipitation and temperature during 2013-2015

2.2 塔城市天然草地產(chǎn)草量（干重）月、年動(dòng)態(tài)

草地地上生物量觀測時(shí)間為2013-2015年5月-9月，塔城市草場整體月平均產(chǎn)草量（所有類型草場產(chǎn)量平均值）如圖2所示。從年季動(dòng)態(tài)來看，2015年生長季前期（5-7月）的草場單位面積產(chǎn)草量高于2013年和2014年，2013年產(chǎn)量最低。2013年塔城市草地產(chǎn)量在7月份之后繼續(xù)上升，最高值出現(xiàn)在8月份。2014、2015兩年的單位面積產(chǎn)草量在7月份之后出現(xiàn)下降趨勢。2015年草地產(chǎn)草量高峰在6月份就已出現(xiàn)，較2013、2014年提前1～2個(gè)月。

從月動(dòng)態(tài)來看，草場單位面積產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，最大產(chǎn)量出現(xiàn)在7、8月份，這個(gè)時(shí)期的溫度、降水均可達(dá)到植物生長適宜水平，牧草迅速生長。9月份后溫度降低，霜凍天氣逐漸增多，草地產(chǎn)草量下降。

圖2 塔城天然草場單位面積平均鮮草產(chǎn)量Fig.2 Average productivity of natural grasslands in Tacheng

2.3 各類型草場產(chǎn)草量分析

由于地形、氣候的綜合作用，塔城市天然草地類型多樣。圖3反映了不同類型草場平均產(chǎn)草量的月變化趨勢。各類型草場每月單位面積平均產(chǎn)草量為2013年到2015年3年的平均值。從圖中可以看出，多數(shù)草場的牧草產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，而溫性荒漠類草場與荒漠草原類草場的年內(nèi)月產(chǎn)量幾乎無太大變化，產(chǎn)量較其他幾種草場低。對比其他幾種不同草地類型可以發(fā)現(xiàn)，山地草甸產(chǎn)草量最多，干草原、大陸草甸次之。就年內(nèi)草場生產(chǎn)力差值來看，山地草甸類、大陸草甸類、干草原類草場生長季草地產(chǎn)量增加程度較大。8月份后，大陸草甸類、草甸草原類、干草原類草場產(chǎn)草量大幅下降，山地草甸類下降幅度較小，在9月份有略微上升。

圖3 不同類型草場單位面積月平均鮮草產(chǎn)量Fig.3 Mean productivity of different grasslands in each month

從不同類型草場年際間產(chǎn)草量變化來看（圖 4），大部分草場的高產(chǎn)草量均出現(xiàn)在2015年，而2013年的產(chǎn)量普遍偏低。其中，山地草甸類、干草原類草場在2013-2015 3年內(nèi)的產(chǎn)量變化趨勢均為明顯的單峰曲線，雨熱同季時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最大值。山地草甸類草場2013年生產(chǎn)力水平低于2014年和2015年，干草原類草場2015年生產(chǎn)力水平高于2013年和2014年；大陸草甸類、草甸草原類有一定的單峰趨勢，但全年變化并不明顯，僅在2013年8月份有一個(gè)較明顯的產(chǎn)草高峰。除個(gè)別月份外，年際間草地產(chǎn)量無太大差異；溫性荒漠類與荒漠草原類草場的生產(chǎn)力變化趨勢雖從3年平均值上看（圖3）基本穩(wěn)定，但年內(nèi)波動(dòng)較大，基本無一致規(guī)律，整體生產(chǎn)力偏低，且年際間差異較大。

圖4 不同類型草場單位面積鮮草產(chǎn)量Fig.4 Per unit yield of different grasslands in three years

3 討論與結(jié)論

3.1 塔城市草場產(chǎn)草量年季間變化

降水量與熱量是影響草地產(chǎn)量的主要因素，尤其是生長季的水分與熱量的匹配對草地植物群落初級(jí)生產(chǎn)力的形成起至關(guān)重要的作用，且不同類型草地對熱量或水分變異的響應(yīng)可能不同［17-18］。全面、準(zhǔn)確、頻繁地監(jiān)測天氣狀況對于充分解釋草地植被生產(chǎn)力水平，預(yù)測草地生產(chǎn)力、規(guī)劃草地利用方式與強(qiáng)度具有重要意義。除多等［15］對于西藏高寒地區(qū)天然草原的研究表明，相對于溫度來說，降水是最主要的草地生產(chǎn)力限制因子。Beck等［19］研究也表明，草地的生產(chǎn)力與冬季降水變化有關(guān)。比較塔城市草場總體平均產(chǎn)量與天氣變化情況可以發(fā)現(xiàn)：2015年5、6月份的降水量雖小，但草地產(chǎn)量高于2013年和2014年。塔城市年降水較少，大部分集中在冬季［20］。塔城地區(qū)大部分的草場海拔較高，在生長季早期，前一年的積雪逐漸融化，水分供應(yīng)充足，熱量是限制牧草生長的主要環(huán)境因子。2015年1、2月的月均溫高于其他兩年，牧草返青較早，快速生長時(shí)期提前，因此在5，6月份地上生物量較高。塔城市草地大多位于高海拔地區(qū)，2013年5，6月份降水量雖高，但持續(xù)的陰雨天氣造成天然草地氣溫偏低，牧草生長速率較慢。7月份之后，溫度逐漸上升至全年最高值，加上前一年積雪已完全融化、蒸發(fā)，主要的環(huán)境限制因子就轉(zhuǎn)變?yōu)榻邓?，因?月份之后，2013年高降水量的優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，產(chǎn)草量到達(dá)3年內(nèi)最高水平。這與徐海量［21］等研究結(jié)論相似，當(dāng)熱量與降水兩因素中有一個(gè)因素滿足生長需求時(shí)，另一因素便成為主要的限制因子。

3.2 不同類型草場產(chǎn)草量對氣候的響應(yīng)

不同類型草場的地形、氣候特點(diǎn)各異，草地生產(chǎn)力受降水、氣溫的影響不同。山地草甸、干草原類草場位于山地中部，土壤類型均為壤土，植物在生長季水熱條件適宜時(shí)可快速生長。2015年降水少、升溫早的優(yōu)勢在干草原上的反應(yīng)明顯，牧草在生長季早期產(chǎn)量高，2013年多降水、連續(xù)陰雨帶來的低溫對山地草甸類草場影響較大，草場產(chǎn)量較低。這可能與草地的陰/陽坡向有關(guān)。山地草甸類草場位于陰坡，氣溫較低。連續(xù)的多雨天氣使得氣溫下降，不適宜牧草生長。干草原類草場位于陽坡，2015年的晴朗、高溫天氣使得陽坡更暖，加速牧草返青、生長。2013年大陸草甸類草場的產(chǎn)草量并未因降水的增加而降低，8月份的草產(chǎn)量最高，可能的原因在于其海拔較低（404m），即使在降雨頻繁的情況下，氣溫依然能滿足植株生長需要，因此在水分充足時(shí)，生長更快。與其海拔相近的溫性荒漠類草場同樣在2013年的草產(chǎn)量高于2014、2015年。由于土壤類型等條件的影響，溫性荒漠類、荒漠草原類草場土壤為礫石質(zhì)土，保水性能差［22-23］，在降水充足時(shí)雖可增加草地產(chǎn)量，但草地整體生產(chǎn)力低，受降水的影響大。但荒漠草原類草場海拔較高，溫度偏低，在生長季初期熱量仍為主要的限制因子。

3.3 對生產(chǎn)的建議

根據(jù)2012年新疆統(tǒng)計(jì)年獻(xiàn)記載，塔城市的家畜存欄量為51.52萬只羊，6.28萬只牛［24］。粗略將其換算為標(biāo)準(zhǔn)羊單位，為82.92萬只。結(jié)合塔城市草地產(chǎn)量水平，6，7，8月份是一年中草地產(chǎn)草量最高的時(shí)期，草地鮮草產(chǎn)量為每公頃2000kg左右。整體水平上來看6，7，8三個(gè)月的載畜量確實(shí)控制在合理載畜量范圍之內(nèi)。值得注意的是，除6，7，8三個(gè)月份外，塔城市草場的平均產(chǎn)草量均不足以支撐現(xiàn)有家畜正常放牧采食。塔城市牧民的放牧?xí)r間約為210天，除生長旺季外，其余月份的草場處于嚴(yán)重超載狀態(tài)。尤其是初秋、初春的季節(jié)，對草場的破壞巨大。為保證塔城市草地的生態(tài)穩(wěn)定，在制定合理載畜量時(shí)，應(yīng)充分考慮氣候變化帶來的季節(jié)性產(chǎn)量波動(dòng)，并適當(dāng)推遲放牧?xí)r間，避開牧草返青期。9月之后，隨著霜降的來臨，牧草生長減緩，逐漸枯黃，草地產(chǎn)草量逐漸下降，應(yīng)合理調(diào)節(jié)載畜量，保證草地健康，并進(jìn)行科學(xué)補(bǔ)飼，平衡家畜營養(yǎng)需要，防止“冬瘦、春乏”現(xiàn)象的發(fā)生，平穩(wěn)度過枯草季。