祁連山東端北麓天然草原禁牧與輪牧效益調(diào)查分析

白文麗，胡發(fā)成,*，趙雅麗，孫金桂

(1.武威市草原工作站，甘肅 武威 733000；2.天?？h草原工作站3.天?？h華藏寺林場(chǎng))

祁連山素有“高山水庫(kù)”之稱，是河西走廊石羊河、黑河、疏勒河三大內(nèi)陸河的發(fā)源地。祁連山北麓豐富的生態(tài)資源，在區(qū)域水源涵養(yǎng)、水土保持、防風(fēng)固沙、生物多樣性維持，氣候調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮著巨大的生態(tài)功能，同時(shí)發(fā)揮著畜牧業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)旅游、草原文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展等多種經(jīng)濟(jì)功能以及邊疆穩(wěn)定和民族團(tuán)結(jié)等多種社會(huì)功能。由于祁連山位于中緯度北溫帶，深居內(nèi)陸，遠(yuǎn)離海洋，又處于青藏、蒙新、黃土，三大高原的交匯地帶，受青藏高原對(duì)大氣環(huán)流的特殊影響，使夏季來(lái)自東南季風(fēng)的濕潤(rùn)氣流得以北進(jìn)西伸，波及本區(qū)冬季受內(nèi)蒙古干冷空氣，西北寒冷氣流的影響，致使本區(qū)冬季降溫幅度大，氣溫年較差較大，形成了祁連山東段北麓地區(qū)的自然環(huán)境具有突出的多樣性、脆弱性和不穩(wěn)定性特點(diǎn)。多年來(lái)，隨著全球氣候變暖，區(qū)域氣候變化及人類活動(dòng)加劇，祁連山北麓生態(tài)環(huán)境日益惡化，造成冰川退縮、降水量減少、草地退化嚴(yán)重，使水源涵養(yǎng)功能減退、水土流失加劇、生物種群數(shù)量不斷減少等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。為了保護(hù)祁連山區(qū)域生態(tài)環(huán)境，從2004年開始，武威市實(shí)施國(guó)家退牧還草工程項(xiàng)目，首先在祁連山東端的天?？h實(shí)施，項(xiàng)目主要實(shí)施圍欄封育、補(bǔ)播改良等建設(shè)。本研究針對(duì)天?？h項(xiàng)目實(shí)施的草原禁牧與輪牧區(qū)域，通過(guò)監(jiān)測(cè)植被高度、蓋度和產(chǎn)草量，調(diào)查天然草原禁牧與輪牧效益。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

天?？h位于甘肅省中部，祁連山東端，地理位置介于102°01′～103°40′E， 36°30′～37°35′N之間，海拔2 040～4 874 m，年降水量265～630 mm，蒸發(fā)量1 600 mm，平均氣溫-0.2～1.3 ℃，≥0 ℃積溫1 327.2～1 738.2 ℃，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，植物生長(zhǎng)期約120 d左右。全縣土地總面積714 927 hm2，其中天然草原面積414 127 hm2，可利用草原391 407 hm2。境內(nèi)草原廣闊，類型多樣，牧草種類繁多，天然草原有溫性草原、溫性荒漠化草原、高寒灌叢草甸、高寒草甸和低平地草甸五種類型。2004年～2010年，全縣實(shí)施退牧還草工程340 000 hm2，其中禁牧10 667 hm2，輪牧、休牧233 333 hm2，實(shí)施補(bǔ)播改良98 000 hm2。

1.2 調(diào)查內(nèi)容與方法

為了全面掌握全縣草原植被生長(zhǎng)狀況及草原利用情況，科學(xué)評(píng)價(jià)草原生態(tài)狀況，全縣共設(shè)置33個(gè)草原監(jiān)測(cè)點(diǎn)，其中國(guó)家級(jí)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)1個(gè)，位于抓喜秀龍鄉(xiāng)南泥溝村，自設(shè)長(zhǎng)期固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)，為抓喜秀龍鄉(xiāng)南泥溝村八支溝高寒草甸類監(jiān)測(cè)點(diǎn)和松山鎮(zhèn)芨芨灘溫性草原類監(jiān)測(cè)點(diǎn)，非固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)30個(gè)，分布于朵什、炭山嶺、旦馬、賽什斯等鄉(xiāng)鎮(zhèn)。根據(jù)《甘肅省草原監(jiān)測(cè)技術(shù)操作手冊(cè)》，樣地選擇在相應(yīng)群落的典型地段，樣地內(nèi)生境條件、植物群落種類組成、群落結(jié)構(gòu)、利用方式和利用強(qiáng)度等具有相對(duì)一致性，調(diào)查區(qū)域禁牧均在3年以上。每個(gè)樣地隨機(jī)選取3個(gè)1 m×1 m樣方，樣方與樣方之前的間隔不少于250 m。根據(jù)《甘肅省草原監(jiān)測(cè)技術(shù)操作手冊(cè)》，每年8月中旬測(cè)定植被蓋度、草群平均高度、產(chǎn)草量。并根據(jù)國(guó)內(nèi)對(duì)草原生態(tài)系統(tǒng)碳蓄積能力的研究，對(duì)天?？h高寒草甸草原和溫性草原植被碳庫(kù)生物碳量(地上和地下生物量碳庫(kù))和土壤有機(jī)碳庫(kù)增加量進(jìn)行評(píng)估。調(diào)查時(shí)間：2014年～2019年。

2 結(jié)果與分析

2.1 草原生物量調(diào)查分析

2004年～2010年，天祝縣實(shí)施退牧還草圍欄達(dá)340 000 hm2。調(diào)查區(qū)域已實(shí)施禁牧圍欄至少3年，有些區(qū)域禁牧圍欄達(dá)9年。從表1中看出，高寒草甸草原禁牧區(qū)草群平均高度較輪牧區(qū)增加28.90%，較常年放牧區(qū)增加29.84%。鮮草產(chǎn)量較輪牧區(qū)增加22.98%，較常年放牧區(qū)增加127.10%。植被蓋度輪牧區(qū)增加7.05個(gè)百分點(diǎn)，較常年放牧區(qū)增加26.67個(gè)百分點(diǎn)。輪牧區(qū)草群平均高度較常年放牧區(qū)增加208.65%，鮮草產(chǎn)量較常年放牧區(qū)增加84.66%，植被蓋度較常年放牧區(qū)增加19.62個(gè)百分點(diǎn)。從表2中看出，溫性草原禁牧區(qū)草群平均高度較輪牧區(qū)增加18.15%，較常年放牧區(qū)增加281.24%。鮮草產(chǎn)量較輪牧區(qū)增加25.06%，較常年放牧區(qū)增加125.02%。植被蓋度輪牧區(qū)增加6.91個(gè)百分點(diǎn)，較常年放牧區(qū)增加29.92個(gè)百分點(diǎn)。輪牧區(qū)草群平均高度較常年放牧區(qū)增加222.68%，鮮草產(chǎn)量較常年放牧區(qū)增加79.93%，植被蓋度較常年放牧區(qū)增加23.01個(gè)百分點(diǎn)。

表1 高寒草甸草原地上生物量調(diào)查表

圖1 高寒草甸草原地上生物量變化圖

表2 溫性草原地上生物量調(diào)查表

2014～2019年6年間，無(wú)論禁牧還是輪牧利用，高寒草甸草原和溫性草原草群平均高度、鮮草產(chǎn)量和植被蓋度均不因禁牧封育年限延長(zhǎng)而增加，而是隨著降雨、氣溫和放牧利用等因素增減。調(diào)查表明，運(yùn)用輪牧等方式合理利用天然草原，可提高草原利用率，草原不會(huì)逆向演替，但常年放牧、過(guò)度利用，植被蓋度、草群平均高度、產(chǎn)草量下降，草原退化。

圖2 溫性草原地上生物量變化圖

2.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

若每公斤鮮草按市場(chǎng)價(jià)0.20元/kg計(jì)算，從表3中看出，2014～2019年，高寒草甸草原禁牧區(qū)平均產(chǎn)值比輪牧區(qū)提高22.98%，比常年放牧區(qū)提高127.09%，輪牧區(qū)平均產(chǎn)值比常年放牧區(qū)提高84.66%。溫性草原禁牧區(qū)平均產(chǎn)值比輪牧區(qū)提高25.06%，比常年放牧區(qū)提高125.02%，輪牧區(qū)平均產(chǎn)值比常年放牧區(qū)提高79.93%。調(diào)查顯示，禁牧、輪牧草原生物量和產(chǎn)值均有提高，常年放牧草原生物量和產(chǎn)值降低，合理的輪牧利用是天然草原最好的利用方式，不但保護(hù)草原生態(tài)，而且為發(fā)展畜牧業(yè)提供了飼草料，經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益顯著。

表3 不同利用方式下產(chǎn)值調(diào)查表

2.3 生物碳量蓄積評(píng)估分析

草原生態(tài)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的碳蓄積能力，這些潛在的碳匯在生態(tài)碳循環(huán)中發(fā)揮重要的作用。草原生態(tài)系統(tǒng)其碳庫(kù)主要包括植被碳庫(kù)(地上和地下生物量碳庫(kù))和土壤有機(jī)碳庫(kù)兩部分。高淑琴等對(duì)1982～2011年我國(guó)不同類型草地面積和生物量碳密度的研究，高寒草甸草原地上生物量碳密度70.155 g C.m-2，地下生物量碳密度321.57 g C.m-2，總生物量碳密度391.725 g C.m-2。溫性草原地上生物量碳密度62.415 g C.m-2，地下生物量碳密度294.615 g C.m-2，總生物量碳密度357.03 g C.m-2。天祝縣高寒草甸草原面積228 796 hm2，總生物碳量0.90 TgC；溫性草原面積162 609 hm2，總生物碳量 0.58 TgC。

高寒草甸草原禁牧區(qū)土壤有機(jī)碳增加量46 g C.m-2.a-1，溫性草原禁牧區(qū)土壤有機(jī)碳增加量12 g C.m-2.a-1。天?？h高寒草甸草原禁牧面積達(dá) 72 486 hm2，土壤有機(jī)碳增加量0.007 Tg C.a-1；溫性草原禁牧面積達(dá)34 181 hm2，土壤有機(jī)碳增加量0.016 Tg C.a-1。

3 結(jié)論

2014～2019年6年間，無(wú)論禁牧還是輪牧利用，高寒草甸草原和溫性草原草群平均高度、鮮草產(chǎn)量和植被蓋度不因禁牧封育年限延長(zhǎng)而增加。說(shuō)明高寒草甸草原和溫性草原禁牧可有效提高生物產(chǎn)量，但超過(guò)一定期限并無(wú)正相關(guān)。調(diào)查顯示，禁牧比輪牧草原生物量和產(chǎn)值均有提高，常年放牧草原生物量和產(chǎn)值降低，合理的輪牧利用是天然草原最好的利用方式，不但保護(hù)草原生態(tài)，而且為發(fā)展畜牧業(yè)提供了飼草料，經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益顯著。參考國(guó)內(nèi)的研究結(jié)果，天?？h高寒草甸草原禁牧區(qū)土壤有機(jī)碳年增加量達(dá)0.007 TgC.a-1，溫性草原禁牧區(qū)土壤有機(jī)碳年增加量達(dá)0.016 Tg C.a-1。通過(guò)實(shí)施退牧還草等重大的生態(tài)建設(shè)工程，可有效治理退化草原，恢復(fù)草地碳庫(kù)功能，有利于天然草原的可持續(xù)利用。