那拉提山地草甸合理放牧強度研究

王 衛(wèi)，冉華榮，安沙舟，郭繼敏，劉艷麗

(1.伊犁哈薩克自治州治蝗滅鼠指揮部辦公室/伊犁州荒漠草原生物災(zāi)害監(jiān)測及綜合防治試驗站，新疆伊寧 835000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】伊犁河谷草原由于長期過牧導(dǎo)致有毒、有害植物大量滋生，目前已查明有12個科，104個種，占常見植物總數(shù)的8%，其主要種類為烏頭(白喉烏頭Aconitumleucostomum、準(zhǔn)噶爾烏頭A.soongaricum、空莖烏頭A.apetalum)、天山橐吾(Ligulariatianshanica)、天山大戟(Euphorbiathomsoniana)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、水楊梅(Geumaleppicum)等，分布面積達(dá)73.33×104hm2，占伊犁州可利用草地總面積的近1/4[1]。毒草的蔓延和分布與草地放牧程度有密切關(guān)系[2]。那拉提山地草甸草地位于新源縣的空中草原景區(qū)，為伊犁草原嚴(yán)重退化的典型，表現(xiàn)為草地有毒植物大量繁殖，占據(jù)可食牧草的生長空間，造成草地產(chǎn)草量下降，牲畜誤食中毒現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴(yán)重影響著草原畜牧業(yè)的發(fā)展，影響了生態(tài)安全、生物安全和食物安全[3]。根據(jù)草地退化等級評定標(biāo)準(zhǔn)，那拉提草原退化等級屬于第四級：明顯的放牧過度，主要表現(xiàn)為植株高大的優(yōu)良牧草鮮見減少，小型密叢狀禾本科植物增加，毒草較多(主要為白喉烏頭)[4]，踐踏過度所出現(xiàn)的溝紋山坡上大量出現(xiàn)，平地也普遍可見[5]。增加放牧強度，加大了對優(yōu)良牧草的采食，為雜草的入侵和一些喜光的雙子葉植物的生長發(fā)育創(chuàng)造了條件，成為草場退化的誘因[6-8]，因此，在毒草蔓延的情況下進(jìn)行合理放牧強度的研究已刻不容緩，研究不同放牧強度下草地質(zhì)量、毒草的變化態(tài)勢，對草地的合理經(jīng)營和利用具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人關(guān)于植被特征的研究集中在坡向[9]、不同退化階段[10]、放牧強度[11]等多個方面，關(guān)于放牧強度對草地變化狀況的研究較多，主要集中在土壤養(yǎng)分[12]、物種多樣性[11]、化學(xué)計量比等[13]等方面，如董乙強等[11]研究表明，隨著放牧強度增加，伊犁絹蒿種群高度、蓋度、生物量呈下降趨勢。安淵等[14]認(rèn)為輕度和中度放牧強度會刺激大針茅(Stipagrandis)成年和老齡株叢分蘗，從而增加其單叢分蘗密度；候偉峰等[15]認(rèn)為放牧強度是決定草場地上生物量的最主要因素?！颈狙芯壳腥朦c】前人關(guān)于放牧強度對草地植被特征等已經(jīng)做了較多研究。但關(guān)于毒害草增生的狀況下，合理放牧強度的研究還鮮有報道，尤其是放牧強度對毒害草、草場質(zhì)量指數(shù)的研究更是缺乏。研究不同放牧強度下草地植被特征、毒害草白喉烏頭種群的變化規(guī)律?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以毒害草蔓延的那拉提山地草甸為研究對象，通過對不同放牧強度下綿羊增重情況、草地植被特征的測定分析，明確毒害草增生情況下的合理放牧強度，分析草地可食牧草數(shù)量特征、草場質(zhì)量指數(shù)對放牧強度的響應(yīng)規(guī)律，研究放牧強度對害草白喉烏頭重要值的影響規(guī)律，為山地草甸的合理利用、科學(xué)經(jīng)營和管理提供一定的理論資料。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究區(qū)位于新源縣那拉提山與喀什帕爾山之間的恰普河山間谷地，地理位置為E83°30′～84°15′，N43°09′～43°20′，海拔1 800～2 000 m，年均氣溫-2～2℃，≥10℃積溫小于1 000℃，≥5℃積溫小于2 000℃，年均降水量500～800 mm。土壤類型為山地黑鈣土、灰褐色森林土等。恰普河河谷向東變狹，地勢隆起，常形成豐富的地形雨，谷地兩側(cè)山地中山帶降水可達(dá)800 mm以上。植被類型為禾草+雜類草山地草甸[16]，主要原生植被有鴨茅(Dactylisglomerata)、草地早熟禾(Poapratensis)、巨序剪股穎(Agrostisgigantea)、偃麥草(Elytrigiarepens)、牛至(Origanumvulgare)等，由于長期的超載放牧導(dǎo)致草原毒害草增生，主要有白喉烏頭、箭頭唐松草(Thalictumsimplex)，其中以白喉烏頭最為嚴(yán)重[17]，已成為當(dāng)?shù)貎?yōu)勢種。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

于2010年5月在毒害草發(fā)生區(qū)選取面積約為10 hm2的區(qū)域作為試驗區(qū)，再采用分區(qū)的方式劃出4個面積均為1.333 hm2的小區(qū)，并根據(jù)該地區(qū)近三年產(chǎn)草量及單位綿羊的采食量，設(shè)定5個放牧強度，輕度放牧(Lightly Grazing，LG，放牧綿羊18只，放牧強度13.5只羊/hm2)、中度放牧(Moderately grazing，MG，放牧綿羊27只，放牧強度20.3只羊/hm2)、重度放牧(Heavily grazing，HG，放牧綿羊35只，放牧強度26.3只羊/hm2)和極度放牧(Extremely grazing，EG，放牧綿羊44只，放牧強度33.0只羊/hm2)；剩余面積作為試驗對照區(qū)(0只羊/hm2)，且放牧之前4個處理小區(qū)的草地植被狀況基本一致。放牧的始牧期為2010年6月28日，終牧期為2010年8月27日，放牧天數(shù)為60 d；選用伊犁州細(xì)毛羊公司的成年育種母羊作為試驗對象，對羊群進(jìn)行隨機分群，按區(qū)編號并進(jìn)行分群管理，對其放牧前后的體重變化進(jìn)行跟蹤調(diào)查。

1.2.2 野外取樣

在放牧結(jié)束(2010年8月27日)后進(jìn)行野外植被數(shù)據(jù)的采集，記錄每個樣方中出現(xiàn)的物種種類，用卷尺直接測量物種自然高度(cm)；目測法估測植株投影面積的蓋度(%)，用直接計數(shù)法記錄株叢密度(株/m2)，齊地面刈割法獲取物種的鮮重生物量(g/m2)。在放牧前后分別對每個小區(qū)的放牧綿羊逐一稱重，獲取放牧期間內(nèi)綿羊的增重數(shù)據(jù)(g)。

1.2.3 計算

草場質(zhì)量指數(shù)IGQ(Index of grassland quality)：牧草按其適口性劃分為5類(優(yōu)、良、中、差、毒)，對應(yīng)適口性值依次為3、2、1、0、-1：在試驗中對應(yīng)植物類群為(豆科植物、禾本科+莎草科植物、雜類草植物、毒害草)。利用張大勇等[18]、辛玉春等[19]提出的方法進(jìn)行計算草場質(zhì)量指數(shù)：

式中i，Si為樣方中各個類群的生物量。

重要值的計算公式為：

重要值(IV)=(相對高度+相對蓋度+相對密度+相對生物量)/4

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理，利用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析、回歸分析和相關(guān)性分析，結(jié)果用均值±標(biāo)準(zhǔn)誤來表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 放牧強度對綿羊增重的影響

研究表明，不同放牧強度下單位綿羊增加的重量存在一定的差異，隨著放牧強度的增加，單位綿羊增重呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。極牧區(qū)單位綿羊增重顯著低于輕牧區(qū)的75.6%(P<0.05)，但與中牧、重牧區(qū)之間的差異不顯著(P>0.05)。圖1a

研究表明，不同放牧強度小區(qū)綿羊總增重存在一定差異。整體上看隨著放牧強度的增加呈先增后降的變化趨勢。在極牧區(qū)綿羊總增重量達(dá)到最低，分別顯著低于輕牧、中牧和重牧區(qū)的40.4%、39.6%和44.6%(P<0.05)，但輕牧、中牧和重牧區(qū)綿羊總增重不顯著(P>0.05)。圖1b

注：不同小寫字母表示處理間差異性顯著(P<0.05)

Note: Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level

圖1 不同放牧強度下綿羊增重變化
Fig.1 The effects of grazing intensity on weight gain of sheep

研究表明，單位綿羊增重與放牧強度之間具有較密切的線性關(guān)系(P=0.013)，擬合方程分別為y=-0.232x+9.234，其R2為0.974，具有較高的擬合度。綿羊總增重與放牧強度也具有較密切的二次函數(shù)關(guān)系(P=0.022)，其擬合方程為y=-0.306x2+12.250x-0.05，其R2為0.975，當(dāng)放牧強度為20.0只羊/hm2時，綿羊總增重達(dá)到最大值(122.6 g)。表1

表1 綿羊增重與放牧強度之間回歸關(guān)系
Table 1 The regression relationship between sheep weight gain and grazing intensity

指標(biāo)Index擬合方程 FittingequationR2P單位綿羊增重 Unitweightgainofsheepy=-0.232x+9.2340.9740.013綿羊總增重 Totalweightgainofsheepy=-0.306x2+12.250x-0.050.9750.022

2.2 放牧強度對可食牧草數(shù)量特征的影響

研究表明，可食牧草的生物量、蓋度、密度和高度對放牧強度的響應(yīng)存在一定的差異。其中，生物量隨著放牧強度的增加呈逐漸降低的變化趨勢(圖2a)，放牧區(qū)比對照區(qū)極顯著降低了32.2%～70.2%(P<0.01)，且輕牧區(qū)顯著高于中牧、重牧和極牧區(qū)的35.7%～56.1%(P<0.01)，但中牧和重牧區(qū)之間的生物量差異不顯著(P>0.05)。可食牧草蓋度隨著放牧強度的增加呈逐漸下降的變化趨勢(圖2b)，在對照、輕牧和中牧區(qū)沒有極顯著差異(P>0.01)，但在重牧和極牧區(qū)可食牧草的蓋度比對照顯著下降了19.2%，26.1%(P<0.01)；可食牧草的密度總體上呈先增加后降低的變化趨勢，輕牧、中牧和重牧區(qū)顯著高于對照的52.2%～96.5%(P>0.05)(圖3c)；可食牧草的高度隨著放牧強度的增加呈逐漸降低的變化趨勢，且放牧區(qū)顯著低于對照的42.0%～63.4%(P<0.01)(圖3d)。圖3

注：不同小寫字母表示差異性顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異性極顯著(P<0.01)。下同

Note: Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level, and different capitals indicate significant differences at 0.01 level. The same as below

圖2 不同放牧強度下可食牧草數(shù)量特征變化
Fig.2 The effects of grazing intensity on quantitative characteristics of edible forage grass

2.3 放牧強度對草場質(zhì)量指數(shù)的影響

研究表明，草場質(zhì)量指數(shù)隨著放牧強度的增加呈逐漸降低的變化趨勢，且放牧區(qū)顯著低于對照的23.6%～65.7%(P<0.01)，中牧、重牧顯著低于輕牧區(qū)的27.0%、31.2%，顯著高于極牧區(qū)的62.2%、52.9%(P<0.05)，但中牧和重牧區(qū)草場質(zhì)量指數(shù)差異不顯著(P>0.05)。圖3

圖3 不同放牧強度下草場質(zhì)量指數(shù)變化
Fig.3 The effects of grazing intensity on index of grassland quality

2.4 放牧強度對白喉烏頭種群重要值的影響

研究表明，毒草白喉烏頭的重要值隨著放牧強度的增加呈逐漸增加的態(tài)勢，且放牧區(qū)顯著高于對照的51.5%～114.7%(P<0.01)，而放牧處理間沒有極顯著差異(P>0.01)，但重牧和極牧區(qū)白喉烏頭的重要值顯著高于輕牧區(qū)的51.5%～41.7%(P<0.05)。圖4

圖4 不同放牧強度下白喉烏頭重要值變化
Fig.4 The effects of grazing intensity on important value of Aconitum leucostomum

2.5放牧強度、單位綿羊增重及草地植被特征之間的相關(guān)性

研究表明，放牧強度與單位綿羊增重、可食牧草生物量、高度、草場質(zhì)量指數(shù)呈顯著(P<0.05)或極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，但與白喉烏頭重要值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，表明較高的放牧強度不利于綿羊體重的增加，且能抑制可食牧草的生長，但能促進(jìn)毒害草的生長和蔓延。相關(guān)分析表明，單位綿羊增重與可食牧草的高度、草場質(zhì)量指數(shù)分別呈顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)正相關(guān)關(guān)系，表明可食牧草的高度越高、草場質(zhì)量指數(shù)越大，越有利于單位綿羊增重。另外，白喉烏頭的重要值與可食牧草生物量高度和草場質(zhì)量指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，表明可食牧草高度越高、生物量越大，越有利于抑制毒草白喉烏頭的生長。表2

表2 放牧強度、單位綿羊增重及草地植被特征之間相關(guān)性
Table 2 Correlation between grazing intensity, unit weight gain of sheep and characteristics of grassland vegetation

指標(biāo)Index放牧強度Grazingintensity單位綿羊增重Unitweightgainofsheep生物量Biomass蓋度Coverage密度Density高度Height草場質(zhì)量指數(shù)Indexofgrasslandquality白喉烏頭重要值IVofAconitumleucostomum放牧強度Grazingintensity1單位綿羊增重Unitweightgainofsheep-0.987*1生物量Biomass-0.981**0.977*1蓋度Coverage-0.7410.8540.7671密度Density0.3860.825-0.481-0.1081高度Height-0.951*0.955*0.965**0.653-0.6511草場質(zhì)量指數(shù)Indexofgrasslandquality-0.991**0.998**0.988**0.817-0.390.946*1白喉烏頭重要值IVofAconitumleucostomum0.980**-0.88-0.948*-0.6170.339-0.915*-0.948*1

注：*表示顯著相關(guān)(P<0.05)，**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)

Note:*mean significant correlation at the 0.05 level,**mean significant correlation at the 0.01 level

3 討 論

3.1 綿羊增重對放牧強度的響應(yīng)

相關(guān)分析表明，放牧強度與單位綿羊增重極顯著負(fù)相關(guān)系(P<0.01)，表明放牧強度越小，越有利于單位綿羊增重，但單位綿羊增重并不能獲取最大的經(jīng)濟效益，而需要考慮綿羊總增重的變化情況?；貧w分析表明，當(dāng)放牧強度為20.0只羊/hm2時，綿羊總增重達(dá)到最大值，揭示出在毒害草增生的山地草甸上的合理放牧強度的閾值為20.0只羊/hm2，基本屬于中度放牧強度。重度放牧和極度放牧不僅不利于草地植被的生長，其經(jīng)濟效益也處于較低的狀況；而輕度放牧雖然也較有利于植被的生長，獲得較高的生態(tài)效益，但其經(jīng)濟效益較差。因此，通過權(quán)衡經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，放牧強度為20.0只羊/hm2時，既能獲取最大的經(jīng)濟效益，也不會使植被得到較大的破壞。

3.2可食牧草數(shù)量特征、草場質(zhì)量指數(shù)對放牧強度的響應(yīng)

差異性分析表明，隨著放牧強度的增加，可食牧草的高度、蓋度和生物量均成逐漸下降的趨勢，這與董乙強等[11]研究伊犁絹蒿種群的高度、蓋度和生物量隨放牧強度增加而降低的結(jié)果相似，而與“中度干擾假說”[20]存在一定差異。其可能的原因是由于放牧家畜對草地的采食、踐踏等因素抑制了優(yōu)良牧草的生長發(fā)育。隨著放牧強度的增大，草地群落中主要植物種的優(yōu)勢地位發(fā)生一定的替代變化，這種規(guī)律與牧草的生物學(xué)特性以及放牧家畜(綿羊)的采食行為有著較大的關(guān)系。放牧家畜選擇性的采食草地群落中優(yōu)良牧草，而不可食牧草或耐牧性的牧草占據(jù)一定的生態(tài)位，搶占草地群落的養(yǎng)分和空間資源，從而使可食牧草高度降低、蓋度、生物量下降。

草場質(zhì)量指數(shù)是綜合評價草場質(zhì)量的指標(biāo)，能夠反映草場質(zhì)量的優(yōu)劣情況[21]。回歸分析表明，放牧強度與草場質(zhì)量指數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.991。差異性分析表明隨著放牧強度的增加，草場質(zhì)量指數(shù)隨著放牧強度的增加呈逐漸下降的變化趨勢，且放牧區(qū)顯著低于對照的23.6%～65.7%(P<0.01)，表明放牧能使草地質(zhì)量狀況變差，且放牧強度越大，草地質(zhì)量越差，這主要是因為草場質(zhì)量指數(shù)與牧草的適口性程度和其生物量有關(guān)，而放牧家畜選擇性采食優(yōu)良牧草(豆科、禾本科牧草)，使其生物量下降，而促進(jìn)適口性較差牧草(毒草，如白喉烏頭)的生長發(fā)育，從而導(dǎo)致草場質(zhì)量指數(shù)下降。因此，長期持續(xù)超載放牧能導(dǎo)致草地發(fā)生逆向演替，草地質(zhì)量狀況越來越差，生境逐漸變壞，毒草化嚴(yán)重，不利于草地的可持續(xù)利用。為此，要遏制草地退化、毒草化的發(fā)展態(tài)勢，提升草地質(zhì)量，必須要嚴(yán)格按照合理的放牧強度進(jìn)行適度放牧，不應(yīng)超過草地植被忍受的閾值。

3.3 白喉烏頭種群重要值對放牧強度的響應(yīng)

重要值是表示植物種群在群落中優(yōu)勢地位的重要指標(biāo)[22]，物種更替可以反映是群落演替的不同階段。研究表明，放牧區(qū)白喉烏頭的重要值顯著高于對照的51.5%～114.7%(P<0.01)，且經(jīng)相關(guān)分析表明，其與放牧強度呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為0.980，表明放牧對白喉烏頭種群的生長發(fā)育具有強烈的促進(jìn)作用，其主要是因為優(yōu)良牧草(豆科、禾本科)的生長發(fā)育因放牧家畜采食而被抑制，釋放了大量的養(yǎng)分和空間資源，而毒草白喉烏頭具有較大的繁殖能力，汲取充足的剩余養(yǎng)分資源，搶占空間，并獲取較多的光照資源，迅速占據(jù)較大的生態(tài)位，并進(jìn)一步抑制優(yōu)良牧草的生殖。因此，遏制毒草的生長最主要的措施就是要實施禁牧或設(shè)定合理放牧強度的措施，并采取一定的生物、化學(xué)和物理手段，才能從根本上解決草地退化的趨勢。

4 結(jié) 論

4.1 在毒草增生的山地草甸合理的放牧強度為20.0只羊/hm2。

4.2 隨著放牧強度的增加，可食牧草的生物量、高度、蓋度均呈逐漸下降的變化趨勢，放牧區(qū)可食牧草生物量和草場質(zhì)量指數(shù)比對照區(qū)極顯著降低了32.2%～70.2%、23.6%～65.7%(P<0.01)，而白喉烏頭重要值隨放牧強度的增加呈逐漸下降的變化趨勢，且放牧區(qū)極顯著高于對照的51.5%～114.7%(P<0.01)。

4.3 放牧強度與單位綿羊增重、可食牧草生物量、高度、草場質(zhì)量指數(shù)呈顯著(P<0.05)或極顯著負(fù)相關(guān)系(P<0.01)，但與白喉烏頭重要值呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。

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