劉孝勇，宋乃平，何秀珍，李 勇

(1.西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,寧夏 銀川 750021; 2.寧夏大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,寧夏 銀川 750021;3.寧夏大學(xué)西部生態(tài)研究中心，寧夏 銀川 750021)

北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶位于我國東部季風(fēng)區(qū)向西北干旱區(qū)的過渡帶[1]，屬半干旱氣候區(qū)，是我國長期農(nóng)業(yè)活動所形成的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和傳統(tǒng)牧業(yè)分界線兩側(cè)的農(nóng)牧鑲嵌結(jié)合區(qū)域[2]，是我國典型的生態(tài)脆弱帶，同時(shí)也是我國東部重要的生態(tài)屏障[3]。草地是北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶重要的生態(tài)系統(tǒng)，對于保護(hù)和恢復(fù)該地帶生態(tài)平衡、防止水土流失有重要作用；也是該地帶的一種重要資源，是其發(fā)展畜牧業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀不容樂觀，正在以空前的速度和規(guī)模發(fā)生著農(nóng)牧交錯(cuò)帶資源衰竭的逆向演替：草叢稀疏，雜草毒草增多，荒漠化進(jìn)程加劇，自然災(zāi)害頻繁等[4]。對此，近10年來各地通過退耕還林、退牧還草、封育禁牧、天然草地改良、栽培草地建植等方式恢復(fù)生態(tài)，草地植被的恢復(fù)與重建對于該地帶的生態(tài)與經(jīng)濟(jì)均有著舉足輕重的作用[5]。栽培草地建設(shè)是加速該地帶植被恢復(fù)與重建的重要途徑，同時(shí)也是調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)、彌補(bǔ)天然草地之不足以促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展的重要舉措[6-7]。關(guān)于北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶(栽培)草地的生態(tài)功能[8-9]、草地退化的涵義[10]、退化的表現(xiàn)[11]、退化的原因[12-14]的研究以及草地恢復(fù)的研究[15-17]已多有報(bào)道，對于栽培草地水鹽動態(tài)[18-20]、灌溉制度[21]、水分與生物量的關(guān)系[20-22]、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等的研究及退耕還林還草等效益評價(jià)[23]、畜牧業(yè)負(fù)外部經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的分析[24]等也有一些研究報(bào)道。但對于草地不同建植模式差異比較鮮有報(bào)道。本研究以寧夏鹽池縣馬兒莊節(jié)水灌溉優(yōu)質(zhì)牧草種植示范項(xiàng)目區(qū)為對象，比較項(xiàng)目區(qū)內(nèi)不同建植模式草地的經(jīng)濟(jì)效益、草地土壤水分狀況和養(yǎng)分狀況，以期為該地帶退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)提供一些可借鑒的資料。

1 研究區(qū)概況

寧夏農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)項(xiàng)目——鹽池縣馬兒莊節(jié)水灌溉優(yōu)質(zhì)牧草種植示范項(xiàng)目區(qū)，位于鹽池縣中部，北部與毛烏素沙地相連,東南部與黃土高原相連，地理坐標(biāo)為106°37′30″～106°56′15″ E，37°27′30″～37°37′30″ N，海拔1 400 m。鹽池縣屬典型中溫帶大陸性氣候,年均氣溫8.1℃，年降水量272 mm,7-9月較集中，蒸發(fā)量2 710 mm，干燥度3.1，無霜期140 d (絕對無霜期120 d)，≥10℃積溫2 945℃·d。該縣具有明顯的過渡性特點(diǎn)，即自南向北，地形是從黃土丘陵向鄂爾多斯緩坡丘陵過渡，氣候是從半干旱區(qū)向干旱區(qū)過渡，植被類型是從干草原向荒漠草原過渡，荒漠化的形式是從水蝕向風(fēng)蝕過渡，人類活動方式是從農(nóng)業(yè)向牧業(yè)過渡。這種空間上的過渡地帶性決定了該地區(qū)人類活動的多樣性和生態(tài)的脆弱性[25]。

為緩解草原退化、沙化造成的草畜之間的矛盾，恢復(fù)草原植被，跟蹤研究了寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展辦公室與鹽池縣農(nóng)業(yè)發(fā)展辦公室于2006年在馬兒莊建立的優(yōu)質(zhì)牧草種植試驗(yàn)區(qū)。為便于管理，把試驗(yàn)區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)。灌溉方式為噴灌，2006年噴灌6次，第1次噴灌水量為550 m3/hm2，其余5次均為400 m3/hm2；2007年噴灌4次，灌水量分別為500、450、250、250 m3/hm2；2008年Ⅰ、Ⅱ區(qū)沒有灌溉，Ⅲ區(qū)噴灌了2次，灌水量均為250 m3/hm2；2009年均未噴灌。種植的草種主要是紫花苜蓿(Medicagosativa)和甘草(Glycyrrhizauralensis)，其中Ⅰ、Ⅱ區(qū)草地為甘草苜?；觳ソㄖ材Ｊ剑髤^(qū)為甘草單獨(dú)播種、苜蓿單獨(dú)播種和甘草、牛心樸子(Cynanchumkomarovii)等為主的天然草地3種模式。

2 數(shù)據(jù)測定與處理

2.1數(shù)據(jù)測定

2.1.1土壤水分 2006年5月-2009年10月,每月逢1、15日定期監(jiān)測4種建植模式草地生長季內(nèi)的土壤水分,在0～100 cm的土層中每20 cm為一層分別在距地表10、30、50、70及90 cm采樣。土樣用烘干法在(105±5)℃下烘至質(zhì)量不變,計(jì)算其土壤含水量,用質(zhì)量百分比(干質(zhì)量%)表示。

2.1.2土壤養(yǎng)分 用2006年5月1日，2009年10 月15日取得的土樣進(jìn)行土壤養(yǎng)分測定。采用系統(tǒng)分析法(ASI)對4種草地土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行分析，為了與歷史資料對比，主要測定有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀。

2.1.3產(chǎn)草量 于2009年6月30日在苜蓿草地上隨機(jī)取3個(gè)樣方，用刈割法得到苜蓿草地第1茬的鮮草質(zhì)量。于8月15日，在4種建植草地上用同樣的方法，得到每種草地的鮮草質(zhì)量。每一樣方鮮草在65℃下烘至質(zhì)量不變后稱干質(zhì)量，得到每種草地產(chǎn)草量的干物質(zhì)產(chǎn)量(苜蓿草地的產(chǎn)草量為1、2兩茬之和)。為簡便起見，把混播甘草地所采集的地上生物量均當(dāng)成苜蓿計(jì)算。2006年甘草、苜蓿種植較晚，飼草產(chǎn)量很低，可利用量忽略不計(jì)。栽培草地建植初期年飼草產(chǎn)量少，隨時(shí)間推移，逐漸增多，故其年均飼草產(chǎn)量估算為2009年的2/3。天然草地以2009年的產(chǎn)量代表其年平均值。

2.1.4甘草地下部分產(chǎn)量 甘草苜?；觳^(qū)、甘草單獨(dú)播種區(qū)隨機(jī)各取3個(gè)樣方，大小為1 m ×1 m，每個(gè)樣方各挖1 m深的剖面[26]。有研究表明[25]，甘草80%的地下根莖分布于0～30 cm的土層，為較精確地了解甘草地下根莖的分布又避免其被破壞和產(chǎn)量減少，按0～30、30～40、40～50、50～60、60～70、70～80、80～90、90～100 cm的深度分層采取根樣, 取樣后清洗晾干,用1/100天平稱取鮮質(zhì)量，經(jīng)烘干至質(zhì)量不變后稱取干質(zhì)量。因甘草地下根莖產(chǎn)量于2009年一次性收獲，故其年均地下產(chǎn)量為總產(chǎn)量除以4。

2.1.5飼草、甘草價(jià)格 甘草、甘草籽實(shí)及苜蓿價(jià)格以2009年7、8月份當(dāng)?shù)厥召彽氖袌鰞r(jià)為準(zhǔn)，即干甘草價(jià)格為12元/kg ,苜蓿價(jià)格1.5元/kg,甘草莖葉價(jià)格參照2008年玉米秸稈的價(jià)格為0.3元/kg，天然草地飼草價(jià)格參照甘草莖葉價(jià)格為0.3元/kg。

2.2數(shù)據(jù)處理

2.2.1草地經(jīng)濟(jì)收益的計(jì)算

年平均收益=年平均地下產(chǎn)量×甘草價(jià)格+年平均干草產(chǎn)量×飼草價(jià)格+年平均種子產(chǎn)量×種子價(jià)格。

其中，種子的產(chǎn)量較少，其收益忽略；苜蓿、天然草地地下部分沒有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其收益也忽略。

具體算法：將甘草和甘草-苜?；觳ゲ莸? m2的地下部分產(chǎn)量、地上部分產(chǎn)草量折算成1 hm2的產(chǎn)量；甘草地下根莖產(chǎn)量除以生長年限再乘以價(jià)格得到對應(yīng)草地的年均地下收益；產(chǎn)草量乘以價(jià)格得到對應(yīng)草地當(dāng)年飼草收益；各草地當(dāng)年飼草收益乘以2/3得對應(yīng)草地年均飼草收益；年均地下收益與年均飼草收益相加得到各建植草地的年均收益。

2.2.2灰色綜合評判法 利用灰色關(guān)聯(lián)度分析的灰色綜合評判法對不同建植模式草地土壤水分和養(yǎng)分的狀況進(jìn)行評價(jià)。具體來說，根據(jù)各指標(biāo)與相應(yīng)最優(yōu)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)度大小對被評價(jià)對象進(jìn)行比較與排序，評判出各草地土壤水分、養(yǎng)分狀況的優(yōu)劣。具體步驟如下：

1)確定最優(yōu)集作為參考序列；

2)原始數(shù)據(jù)變換；

3)求差序列；

4)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)；

5)求關(guān)聯(lián)度，確定評判結(jié)果。

(2)

式中，ri為子序列與母序列的關(guān)聯(lián)度,n為比較序列的長度(即數(shù)據(jù)個(gè)數(shù))[27]。通過ri的大小確定不同建植模式草地土壤水分、養(yǎng)分狀況的優(yōu)劣，及其變化好壞。

3 結(jié)果與分析

3.1不同建植草地土壤水分狀況比較 按照灰色關(guān)聯(lián)度分析的灰色綜合評判法，以4種建植模式草地2006-2009年各年水分值(表1)組成比較序列，4年中每年水分的最大值組成參考序列。將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化后，得到新的數(shù)據(jù)列，進(jìn)而求出差序列，最后根據(jù)公式(1)、(2)得出不同建植模式草地土壤水分的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度(表2)。

4種不同建植草地水分狀況由高到低依次為：甘草-苜?；觳ゲ莸?苜蓿草地>甘草草地>天然草地。土壤水分狀況取決于氣候狀況、地下水狀況、地形特點(diǎn)、植被蓋度等[28-29]。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)氣候條件可以看作相同，地下水位很深，其對草地土壤水分的影響也可以認(rèn)為相同，各草地土質(zhì)狀況相似，地勢都較平坦。因此，植被覆蓋狀況是對各草地的水分影響重要因素。首先，6月中旬之前，甘草草地、天然草地覆蓋度很低(甘草草地低于天然草地)，而苜蓿草地、甘草-苜?；觳ゲ莸厣w度則較高，這段時(shí)間，項(xiàng)目區(qū)晴天多，風(fēng)大，蒸發(fā)旺盛，覆蓋度很低的甘草草地、天然草地水分蒸散較大；及至7月上旬，第1茬苜蓿已經(jīng)刈割，此時(shí)苜蓿草地覆蓋度低，而其他3種草地的植被長勢已成，蓋度一般都在40%以上(天然草地是最低的)。其中，甘草-苜?；觳ゲ莸赜捎谲俎５呢赘睿瑴p少了植物的耗水，而隨著甘草的生長使之具有了較大的蓋度，因而減少了水分的蒸散，有利于混播草地水分保持較高的水平。綜觀各草地的生長期內(nèi)，混播草地蓋度從6月初就相對其他草地大，直至生長季結(jié)束，苜蓿草地雖在6月初具有了較大的蓋度，但在高溫的7月因刈割而造成的低蓋度時(shí)期(10～15 d)，甘草草地蓋度高主要在7-9月，時(shí)間較短，天然草地生長季內(nèi)蓋度較小，并且變化不大。另外，草種的類型不同，耗水也不同，但在全年降水僅有270 mm左右且又季節(jié)分配不均的情況下，植物大部分時(shí)間是在水分脅迫下生長。因此，各草地植物生長耗水差別不大?？傊煌ㄖ材Ｊ讲莸氐母采w度差異，是草地水分差異的重要原因。

表1 2006-2009年不同草地土壤水分 %

表2 2006-2009年不同草地土壤水分關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度

2006-2009年，4種草地水分的變化趨勢(表1)為天然、苜蓿草地水分基本是逐年下降，且苜蓿草地水分下降趨勢大于天然草地；甘草草地水分在2006年最低，然后升高，下降，再升高；混播草地水分在2006年最大，然后下降，2009年又上升。因此，就水分的變化趨勢看，甘草草地最好，其次是混播草地、天然草地，最差的是苜蓿草地。

有研究表明[30]，苜蓿草地在3年后易出現(xiàn)干層，從而造成土壤水分的利用難以為繼。雖然苜蓿草地水分狀況較好，但其水分變化趨勢最差。因此，不宜在相似氣候條件的地區(qū)發(fā)展；甘草-苜?；觳ゲ莸?008年沒有噴灌，但水分條件最好，從水分的角度看，宜大力發(fā)展；甘草草地水分僅好于天然草地，但其水分變化趨勢最好，甘草又是本地植物，具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可通過與一些淺根性草類混種擴(kuò)大種植面積。

3.2不同建植草地土壤養(yǎng)分狀況的灰色關(guān)聯(lián)度分析 按灰色關(guān)聯(lián)度分析的灰色綜合評判法，以4種建植模式草地2006-2009年主要養(yǎng)分指標(biāo)(表3)為比較序列，4年中相應(yīng)指標(biāo)的最大值組成參考序列。原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化后，得到新的數(shù)據(jù)序列，進(jìn)而求出差序列，最后根據(jù)公式(1)、(2)得出不同建植模式草地土壤養(yǎng)分的關(guān)聯(lián)系數(shù)(表4)和關(guān)聯(lián)度(表5)。

表3 2006-2009年不同草地土壤主要養(yǎng)分灰色關(guān)聯(lián)分析指標(biāo)值及參考序列

由4種草地4年的養(yǎng)分平均關(guān)聯(lián)度比較來看(表5)，X1>X2>X4>X3，即苜蓿草地>甘草草地>天然草地>甘草-苜蓿草地。其中，苜蓿草地、甘草草地養(yǎng)分狀況差別較小，天然草地比二者差較多，而甘草-苜蓿草地最差，與天然草地相比也差較多。但是，不同年份的氣候狀況不同，不同生長年限的草類對土壤養(yǎng)分的影響也不同。

為消除這種平均化的做法對氣候狀況、植物生長年限的影響的忽略，為此對上述比較序列對參考序列的關(guān)聯(lián)度再利用灰色關(guān)聯(lián)方法進(jìn)行評比，以4種草地每一年最大關(guān)聯(lián)度組成參考序列，4種草地的關(guān)聯(lián)度為比較序列，經(jīng)計(jì)算得到以下結(jié)果(表6)。

表4 2006-2009年4種草地土壤養(yǎng)分灰色分析的關(guān)聯(lián)系數(shù)

表5 2006-2009年4種草地土壤主要養(yǎng)分的灰色關(guān)聯(lián)度及平均值

表6 2006-2009年4種草地土壤主要養(yǎng)分的灰色關(guān)聯(lián)度的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度

X2>X1>X4>X3，即養(yǎng)分狀況最好的是甘草草地，其次是苜蓿草地，然后是天然草地，最差的是甘草-苜蓿草地。甘草-苜蓿草地的土壤養(yǎng)分狀況逐年下降，并且每年都較低；其他3種草地養(yǎng)分狀況變化趨勢相似，都是先升高，再降低，又升高；其中，天然草地和苜蓿草地變化波動較大，而甘草草地的波動較小，并且甘草草地與苜蓿草地差別不大。甘草-苜蓿草地養(yǎng)分狀況最差，其養(yǎng)分的變化趨勢又是逐年下降的(表5)。因此，甘草-苜蓿混播草地不宜大面積推廣。

3.3不同建植草地經(jīng)濟(jì)效益比較 不同建植類型草地在地下產(chǎn)量、年均地下收益、產(chǎn)草量、當(dāng)年飼草收益、年均飼草收益及草地年均收益等方面都存在差異(表7)。甘草草地、苜蓿-甘草混播草地的地下產(chǎn)量和年均地下收益差異都較大。各建植草地的地上部分的產(chǎn)草量及收益差異也較大：產(chǎn)草量由大到小依次為苜蓿草地、苜蓿-甘草混播草地、甘草草地、天然草地，最大的苜蓿草地產(chǎn)草量為5 845.88 kg/hm2，是天然草地產(chǎn)草量(1 192.40 kg/hm2)的近5倍；當(dāng)年飼草收益由大到小依次為苜蓿草地>甘草-苜?；觳ゲ莸?甘草草地>天然草地，年均飼草收益由大到小依次為苜蓿草地>甘草-苜?；觳ゲ莸?天然草地>甘草草地；年均飼草收益也以苜蓿草地為最大，甘草草地的飼草收益最小，二者相差近5 600元/hm2。從草地年均收益看，4種草地由高到低的排序?yàn)楦什莶莸?甘草-苜?；觳ゲ莸?苜蓿草地>天然草地。建植甘草草地、甘草-苜?；觳ゲ莸亍④俎２莸貢r(shí)，施用化肥、機(jī)耕等投入相同，苜蓿和甘草種子的價(jià)格相差無幾，而天然草地沒有投入，其收益也是最低的。這樣看來，4種草地的經(jīng)濟(jì)效益的大小與草地收益大小順序相同，即甘草草地>甘草-苜?；觳ゲ莸?苜蓿草地>天然草地。因此，從經(jīng)濟(jì)效益考慮，甘草草地是當(dāng)?shù)夭莸啬Ｊ降淖顑?yōu)選擇，天然草地則顯然不能作為當(dāng)?shù)赝嘶鷳B(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的主要方式。

表7 不同建植草地收益

4 結(jié)論

從水分的高低狀況看，4種草地由大到小依次為甘草-苜?；觳ゲ莸?苜蓿草地>甘草草地>天然草地；從水分的變化趨勢的優(yōu)劣看，甘草草地最好，其次是甘草-苜?；觳ゲ莸兀烊徊莸?，最差的是苜蓿草地。

從草地土壤的養(yǎng)分狀況看，養(yǎng)分狀況最好的是甘草草地，其次是苜蓿草地、天然草地，最差的是甘草-苜蓿草地。

從經(jīng)濟(jì)效益看，4種草地由大到小依次為甘草草地>甘草-苜?；觳ゲ莸?苜蓿草地>天然草地。

從綜合效益考慮，甘草草地是4種草地模式中最佳的，但其水分狀況僅好于天然草地，如與一些淺根性草類混種，其綜合效益將更為顯著。

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