不同放牧強度對天山北坡春場植物群落數(shù)量特征的影響

陳 強，史 明*，徐 俊，贠 靜，朱 昊

(1.新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所，烏魯木齊 830000；2.新疆畜牧科學(xué)院工程咨詢中心，烏魯木齊 830000)

四季放牧是傳統(tǒng)草原畜牧業(yè)主要生產(chǎn)方式之一，春季放牧場，對于早春家畜放牧及維護(hù)群落多樣性有重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價值[1]，牲畜總量增加造成春秋牧場春季過早放牧、草原退化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，導(dǎo)致草原生產(chǎn)能力逐年下降，嚴(yán)重影響和制約畜牧業(yè)的發(fā)展。牧民家畜需要大量的飼草料，主要來源之一是天然草原，其飼草料供給減少且飼用利用率低，致使冬春季家畜營養(yǎng)差，同時造成繁殖成活率低，牧民增收困難，草原生態(tài)環(huán)境惡化。通過放牧強度和草地植物群落數(shù)量特征影響要素之間的關(guān)系[2]，了解草地植物群落數(shù)量特征演替的時空轉(zhuǎn)換過程，衡量放牧強度對草地退化產(chǎn)生的影響，防止出現(xiàn)草地進(jìn)一步退化的局面，促進(jìn)草地健康和可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

1 材料方法

1.1 試驗區(qū)概況

示范戶春場試驗示范區(qū)分布在天山北坡低山帶，位于昌吉阿什里鄉(xiāng)，地理位置為86°58′8.5″～86°59′8.2″E，43°51′5.8″～43°51′30″N，海拔1 200～1 300 m。在一年中利用2個月，在草地畜牧業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，屬于低山干旱溫暖氣候區(qū)；歷年平均溫度為7.2℃，平均降水量為194.3 mm，全年≥0℃年積溫4 028.6℃，年均日照2 719.4 h，年平均風(fēng)速2.0 m/s，極端最高溫度43.5℃，極端最低溫度-37℃，無霜期為170 d。草原類型為典型的蒿屬荒漠草地，陽坡建群種植物為伊犁絹蒿，陰坡建群種植物為伊犁絹蒿、短柱苔草。春季有短命類短命植物發(fā)育，植被總蓋度55%～60%，草地植物主要分布著伊犁絹蒿、短柱苔草、角果藜、一年生豬毛菜、兔兒條和羊茅等。

1.2 試驗方法

選擇有示范帶頭作用的牧民，采取以戶為單位在春草場進(jìn)行圍欄休牧，冷季實行舍飼圈養(yǎng)，改變四季放牧為兩季放牧，試驗地圍欄面積843畝。春季牧場放牧?xí)r間為4月-5月兩個月。分成10個小區(qū)，按照零放牧、適度放牧(15.6畝/只)和重度放牧(8.6畝/只)三個梯度進(jìn)行試驗設(shè)計，設(shè)置兩個重復(fù)，試驗羊選用體重在50 kg左右，年齡為2歲齡左右的新疆細(xì)毛羊，采用耳標(biāo)標(biāo)記，保證試驗羊不混亂。

根據(jù)每個小區(qū)面積、產(chǎn)草量及日食量核定載畜量，設(shè)定放牧強度，監(jiān)測草地植被常規(guī)指標(biāo)見表1。

表1 放牧試驗設(shè)計

載畜量計算:①每個羊日采食量(干物質(zhì))=家畜活體重×2%；②適度放牧載畜率=(歷史多年平均牧草產(chǎn)量(歷史數(shù)據(jù)或圍欄禁牧區(qū)內(nèi))×面積×50%/家畜日采食量×放牧天數(shù))×90%；③重度放牧載畜率=(歷史多年平均牧草產(chǎn)量(歷史數(shù)據(jù)或圍欄禁牧區(qū)內(nèi))×面積×70%/家畜日采食量×放牧天數(shù))×90%。

草地植被特征的測定采用常規(guī)分析法，分別于2014年和2015年4月在春場放牧前測定一次，5月底放牧后測定一次。測定草地植物群落組成、植被地上生物量等方面指標(biāo)。在每個處理小區(qū)下隨機測定樣方6個，樣方面積1 m×1 m，測定地上植被的內(nèi)容，包括高度、蓋度(針刺法)、密度，生物量，建群種或優(yōu)勢種分種測定(重要值前4位)，地上草地樣方面積為1×1 m2。

高度測定：樣方內(nèi)不同種植物隨機選取3～5株,測定自然直立高度,記錄下算術(shù)平均值。

蓋度：采用針刺法獲得總蓋度和分種蓋度，以百分?jǐn)?shù)計。

地上生物量：將樣方內(nèi)的植物齊地剪下，去除雜質(zhì)，稱重測定地上生物量。

植物群落數(shù)量特征的計算：①密度=樣方內(nèi)某種植物的個體數(shù)/樣方面積；②相對密度=(某種植物的密度/全部植物種的總密度)×100；③頻度=某種植物出現(xiàn)的樣方數(shù)/全部樣方數(shù)；④相對頻度=某種植物的頻度/全部植物種的總頻度)×100；⑤重要值=相對密度+相對頻度+相對優(yōu)勢度

2 結(jié)果與分析

2.1 不同放牧強度對春牧場植物群落數(shù)量特征的影響

由圖1～圖4可知，均表現(xiàn)出放牧后群落高度均有所增加，但以零放牧和適度放牧的增加幅度較大，重度放牧后增加幅度較小。從群落蓋度變化可以看出，零放牧前后蓋度、密度、高度及地上生物量增加幅度最大，差異顯著(P＜0.05)，其中地上生物量差異極顯著(P＜0.01)。表明隨著氣溫逐漸升高和降雨的影響，草地植物進(jìn)入生長發(fā)育旺盛期，其群落特征顯著增強，草場蓋度、高度、密度適度放牧后變化不顯著，密度、高度及地上生物量有不同程度的增加，重度放牧后蓋度有所下降。與殷國梅[4，5]等研究零放牧、適度放牧和重度放牧植被群落的平均高度、密度、蓋度和生物量依次呈遞減趨勢，且存在顯著性差異，結(jié)果有所不同。放牧后密度、高度在各處理中均表現(xiàn)出增加趨勢，僅是增加幅度不同，以重度放牧增加最少。地上生物量也表現(xiàn)出在放牧后各處理均有所增加，以零放牧增加最多，5月底地上生物量為4月初的5～6倍。

圖1 放牧前后群落高度變化

圖4 放牧前后地上生物量變化

從植物群落數(shù)量特征整體來看，春牧場零放牧處理的數(shù)量特征均在大幅度上升，適度放牧后群落數(shù)量特征中均有上升，僅有蓋度與放牧前基本持平，重度放牧后僅是群落蓋度在下降，其余均上升，差異不顯著。說明前兩年春場適度放牧和重度放牧對草地群落數(shù)量特征整體變化影響均較小，但放牧后隨著放牧強度的增加蓋度呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢。零放牧、適度放牧、重度放牧下草地植物群落高度、密度、地上生物量變化趨勢一致，各處理放牧后較放牧前均有所增加，零放牧前后差異顯著，表明在不放牧的條件下對于植被的恢復(fù)作用明顯。和零放牧前后對比，放牧前后隨著放牧強度的增加草地植物群落數(shù)量特征趨勢最先變化的是群落的蓋度，隨放牧強度增加放牧后群落蓋度逐漸降低。

圖2 放牧前后群落高度蓋度變化

圖3 放牧前后密度變化

2.2 不同放牧強度對春牧場植物群落主要物種重要值的影響

由圖5、圖6可知，2種主要物種的重要值在零放牧中隨著時間的變化重要值有所降低，表明在不放牧的狀態(tài)下，其他物種隨著生長期來臨加速生長或破土而出，可以適當(dāng)?shù)奶岣咂渌锓N的產(chǎn)量或增加物種豐富度。從方差分析結(jié)果來看，伊犁絹蒿、短柱苔草的重要值在零放牧、重度放牧、適度放牧處理下差異不顯著。表明不同放牧強度對群落主要物種重要值影響不明顯。

圖5 放牧前后對伊犁絹蒿的影響

圖6 放牧前后對短柱苔草的影響

伊犁絹蒿在零放牧前后、適度放牧和重度放牧前后物種的重要值變化不一致，適度放牧和重度放牧前后物種的重要值均上升，零放牧前后物種的重要值呈現(xiàn)下降的趨勢，表明放牧后草地其他物種產(chǎn)量下降或物種豐富度降低，可能是羊優(yōu)先采食較多其他物種。適度放牧前后伊犁絹蒿物種重要值增加幅度大于重度放牧前后，表明隨著放牧強度增加伊犁絹蒿物種重要值呈現(xiàn)下降的趨勢。

短柱苔草在零放牧前后、適度放牧和重度放牧前后物種的重要值變化一致，均呈現(xiàn)下降的趨勢，表明零放牧、放牧后草地其他物種產(chǎn)量增加或物種豐富度提升，放牧后短柱苔草物種的重要值下降，可能是羊優(yōu)先采食較多短柱苔草。重度放牧前后短柱苔草物種重要值降低幅度明顯大于零放牧和適度放牧。表明重度放牧對短柱苔草物種重要值下降趨勢有一定影響。

3 討 論

通過試驗可以看出不同放牧強度，短期試驗內(nèi)(2年)都不會對固有的草地植物群落蓋度空間分布產(chǎn)生嚴(yán)重影響。也就是說，草地生態(tài)系統(tǒng)對外界的隨機干擾具有很強的自我調(diào)控能力，草地植物群落蓋度變化的表現(xiàn)主要由土壤的理化性質(zhì)和植被生長狀況決定[6，7]。

由于試驗時間僅做了2年，不同放牧處理引起的草地植物群落蓋度在時間和空間的變化特點及氣候條件之間的關(guān)系還有待于進(jìn)一步研究和考證?；诜拍翉姸?、放牧組合和試驗?zāi)晗薜染唧w參數(shù)的限制，如果能夠得到這些量化指標(biāo)的具體參數(shù)，對維護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定，維持草地服務(wù)功能，保證草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展均具有重要的理論和實際指導(dǎo)意義。

不同放牧強度對草地植物群落數(shù)量特征有一定影響[8]，草原退化的指標(biāo)包括優(yōu)勢物種的減少、草地生產(chǎn)力的下降以及草地植物群落蓋度、密度等的下降，本文通過2年研究天山北坡草地植被群落數(shù)量特征變化，提出放牧前后草原退化指標(biāo)中草地植被群落蓋度最先有降低的趨勢，但差異不顯著。是否草原退化的指標(biāo)以蓋度的降低為開始需要在后續(xù)的試驗中得到進(jìn)一步的驗證。

4 結(jié) 論

春牧場各處理地下0～30 cm生物量在放牧后與放牧前相比，略有所增加，但增加幅度甚小，從方差分析結(jié)果來看，0～30 cm地下生物量在放牧前后差異不顯著。地上生物量的多少直接反映了生態(tài)系統(tǒng)的基況水平，及其所貯藏的物質(zhì)的多少。同樣，放牧條件下，草地地上生物量的變化也直接反映了草地生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢和健康水平[9]。

從不同指標(biāo)的時間變化趨勢上可以看出，隨著放牧強度的增加，放牧前后草地植物群落高度、密度和地上生物量均增加的趨勢逐漸減小，表明放牧壓力越大，草地植被群落高度、密度和地上生物量有逐漸減小的趨勢。重度放牧后僅是群落蓋度在下降。

在本試驗中，從植物群落數(shù)量特征整體來看，春牧場零放牧處理的數(shù)量特征均在大幅度上升，適度放牧后群落數(shù)量特征中沒有下降的指標(biāo)，重度放牧后僅是群落蓋度在下降，差異不顯著，說明在零放牧、重度放牧、適度放牧下沒有對草地植物群落蓋度產(chǎn)生太大的干擾，植物群落蓋度分布都存在較強的空間自相關(guān)性[10]。

伊犁絹蒿和短柱苔草物2種主要物種的重要值在零放牧中隨著時間的變化重要值有所降低，隨著放牧強度增加伊犁絹蒿物種重要值呈現(xiàn)下降的趨勢。重度放牧對短柱苔草物種重要值下降趨勢有一定影響。