閆 凱，張仁平，李德祥，錫文林，張建立

(1.新疆自治區(qū)草原總站，新疆 烏魯木齊 830049；2.新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎車 844700)

長期以來，新疆的草地管理策略嚴(yán)重違背了放牧適宜度理論[1]。隨著家畜和草地的承包到戶，“頭數(shù)觀念”驅(qū)動牧區(qū)群眾盲目擴(kuò)大畜群數(shù)量，從而進(jìn)一步加深了“草畜矛盾”，加速了放牧草地的草地生態(tài)系統(tǒng)“沙化、堿化、退化”進(jìn)程。退化草地的經(jīng)濟(jì)載畜量和最佳放牧強(qiáng)度降低，草地的經(jīng)濟(jì)收益并未隨放牧家畜數(shù)量的增加而增加，反而隨草地生產(chǎn)力的下降而下降。究其根本原因在于人們更多的關(guān)注草地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能而忽視了其生態(tài)功能，導(dǎo)致過度放牧和草地大面積的退化，然而確定適宜放牧強(qiáng)度一直是草原管理的難點(diǎn)[2]。近年來，有很多關(guān)于適宜放牧強(qiáng)度的研究，主要集中在放牧對植物生產(chǎn)力、土壤、植物營養(yǎng)、家畜生產(chǎn)等的影響，并由此對適宜放牧強(qiáng)度進(jìn)行了評價(jià)，但不同的管理目標(biāo)得出的適宜放牧強(qiáng)度差別很大[3-15]。因此，如何使草地畜牧業(yè)和草地生態(tài)服務(wù)功能均衡和協(xié)調(diào)地發(fā)揮最大作用，適宜放牧強(qiáng)度是最核心的管理目標(biāo)之一[16-21]。本研究分析了新疆新源縣山地草原白羊草(Bothriochloaischcemum)+雜類草不同放牧強(qiáng)度下草地植被特征和草地植物營養(yǎng)的變化規(guī)律，旨在探索不同放牧強(qiáng)度對植被特征、牧草營養(yǎng)狀況的影響機(jī)制，為合理利用草原提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 研究區(qū)設(shè)立在新疆維吾爾自治區(qū)伊犁哈薩克自治州新源縣則克臺鎮(zhèn)阿西勒村的春秋冬草地，屬于平原河谷地區(qū)，海拔800 m左右，屬干旱區(qū)。年均氣溫在3～5 ℃，無霜期167 d左右，年降水量100～160 mm，≥0 ℃積溫3 511 ℃·d，≥10 ℃積溫3 081 ℃·d。該類草地屬于白羊草+雜類草草原，春季植物有短生、類短生植物，夏季優(yōu)勢植物是白羊草、旱雀麥(Bromustectorum)和梯牧草(Phleumpratense)，該草地是當(dāng)?shù)氐拇?、秋季放牧草地，在利用上具有一定代表性?/p>

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)當(dāng)?shù)夭莸匦竽翗I(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，選擇了放牧強(qiáng)度有明顯差異的21戶，經(jīng)過初步的數(shù)據(jù)摸底調(diào)查、分析和篩選，最后確定有明顯放牧梯度的10牧戶的草地作為研究對象，10牧戶主要的放牧牲畜為牛和羊，面積最大達(dá)到30 hm2，面積最小的有6.7 hm2，按照當(dāng)?shù)氐湫偷姆拍聊Ｊ揭约皢挝粫r(shí)間單位面積上放牧的牲畜劃分為極重度放牧(E)、重度放牧(H)、中度放牧(M)、輕度放牧(L)和無牧(U)5個(gè)放牧梯度，放牧率分別為0.51、0.43、0.32、0.26和0羊單位/hm2。每個(gè)梯度2次重復(fù)，對每個(gè)梯度的草地植被特征(高度、密度、蓋度、頻度、地上生物量)、牧草營養(yǎng)指數(shù)(粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維)進(jìn)行測定。該草地為春秋放牧場，春季放牧?xí)r間一般為5月初到6月中旬，秋季放牧?xí)r間在8月中旬，所以本試驗(yàn)在2009年5月1日、5月15日、6月1日、6月16日、8月26日進(jìn)行植被特征的測定。于2009年6月16日采集植物樣品，自然風(fēng)干粉碎后，過40目篩，作為供試樣品用于營養(yǎng)成分分析。牧草粗蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法，中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量采用范氏法[22]。

1.3計(jì)算方法 物種多樣性指數(shù)選擇α多樣性指數(shù)：

Simpson多樣性指數(shù)(D)：

(1)

Shannon-Weinerr指數(shù)(H′)：

(2)

McIntosh多樣性指數(shù)(DMC)：

(3)

Brillouin多樣性指數(shù)(HB)：

(4)

均勻度指數(shù)(Evenness Index)：

(5)

式中，Pi為物種i在群落中所占比重，S為物種總數(shù)，N為樣本中所有物種個(gè)體總數(shù)，ni為物種i個(gè)體數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析 用Microsoft Office Excel 2003對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，試驗(yàn)期間的所有數(shù)據(jù)均采用SigmaPlot作圖，運(yùn)用DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同放牧強(qiáng)度對草地植被特征的影響

2.1.1不同放牧強(qiáng)度下草地產(chǎn)量的變化 地上生物量直接關(guān)系到草地的第一性生產(chǎn)，也是草地畜牧業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。對草地生產(chǎn)力的研究進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，其目的是要得到準(zhǔn)確的生物量，掌握群落生產(chǎn)力的數(shù)量特征，植物組成在群落中的消長動態(tài)及草地生物量形成過程和規(guī)律。

無牧草地草產(chǎn)量在5月1日和5月15日較其他處理的高，但是在6月1日和6月16日輕度放牧的草地產(chǎn)量最高，這說明適度的放牧可以促進(jìn)牧草的生長(圖1)。極重度放牧的草地草產(chǎn)量從5月1日到6月16日一直最低，由于在放牧期間牧草一直被牲畜利用，使得牧草產(chǎn)量明顯低于其他放牧處理的牧草產(chǎn)量。5月1日，無牧區(qū)、輕度放牧區(qū)與中度放牧區(qū)、重度放牧區(qū)和極重度放牧區(qū)的產(chǎn)量差異顯著(P<0.05)，但是中度放牧區(qū)、重度放牧區(qū)和極重度放牧區(qū)的產(chǎn)量差異不顯著。5月15日無牧區(qū)、中度放牧區(qū)、重度放牧區(qū)、極重度放牧區(qū)的產(chǎn)量差異顯著。6月1日，各放牧區(qū)的產(chǎn)量差異不顯著(P>0.05)。6月16日，無牧、輕度放牧區(qū)、中度放牧區(qū)的產(chǎn)量與重度放牧區(qū)、極重度放牧區(qū)的產(chǎn)量差異顯著。隨著放牧率的增加，地上現(xiàn)存量明顯下降，這與董全民等[23]、劉偉等[24]在高寒草甸天然草地上和汪詩平等[25]在內(nèi)蒙古典型草原上的研究結(jié)論相一致，但與李永宏等[26]在內(nèi)蒙古草原上隨放牧率的增加地上現(xiàn)存量無趨向變化的結(jié)論不一致。

2.1.2不同放牧強(qiáng)度下蓋度的變化 植物群落蓋度在草地生態(tài)的相關(guān)研究中有著相當(dāng)重要的地位，在草地退化的研究中通常作為衡量退化程度的指標(biāo)之一[27]。

不同的放牧強(qiáng)度下草層蓋度有一定的變化，極重度放牧處理的草層蓋度與其他放牧強(qiáng)度下的草層蓋度差異顯著(圖2)。無牧區(qū)的草地蓋度高于其他放牧區(qū)的草地蓋度，且草地蓋度在不同放牧?xí)r間和不同放牧強(qiáng)度下呈現(xiàn)動態(tài)變化；所有放牧處理，中度放牧區(qū)的蓋度在5月15日和6月16日高于其他放牧區(qū)的蓋度；而重度放牧區(qū)的各測定時(shí)間變化幅度不是很大；極重度放牧區(qū)的草地蓋度除5月1日高于中度放牧區(qū)，5月15日高于重度放牧區(qū)外，其余的都低于其他放牧區(qū)的蓋度。

圖2 放牧對牧草蓋度的影響

2.1.3不同放牧強(qiáng)度下物種多樣性的變化 物種多樣性是度量生物群落結(jié)構(gòu)和功能復(fù)雜程度的指標(biāo)，通過對物種多樣性的研究分析可更直觀認(rèn)識群落的靜態(tài)組成、不同群落間差異和環(huán)境影響下的群落變化與發(fā)展。物種的多樣性一般是指一個(gè)群落中的物種的數(shù)目和各物種的個(gè)體分布均勻程度，反映了組成群落的各物種對環(huán)境的適應(yīng)，體現(xiàn)了群落的穩(wěn)定性和在環(huán)境梯度下的動態(tài)變化特征[28]。

Shannon和Brillouin指數(shù)變化趨勢一致，即無牧區(qū)的Shannon和Brillouin指數(shù)最高，其次Shannon和Brillouin從高到低次序依次為輕度放牧區(qū)、中度放牧區(qū)、重度放牧區(qū)和極重度放牧區(qū)。Evenness、Simpson、McIntosh指數(shù)變化趨勢也一致，即無牧區(qū)到極重度放牧區(qū)的Evenness、Simpson和McIntosh指數(shù)變化趨勢為從高到低(圖3)。通過分析可以看出，物種多樣性對放牧干擾比較敏感。放牧強(qiáng)度的增加，會使群落生境惡化，降低草地的物種多樣性，致使群落的種類成分多樣性降低，結(jié)構(gòu)簡單化，生產(chǎn)力下降。從本研究結(jié)果來看,放牧干擾對草地植物群落物種多樣性的影響與Connel[29]提出的中度干擾假說(intermediate disturbance hypothesis)不相一致，該假說認(rèn)為中等程度的干擾水平能維持高的多樣性，而重度的干擾則可能增加或減少異質(zhì)性。

圖3 不同放牧強(qiáng)度下的生物多樣性指數(shù)的變化

2.2不同放牧強(qiáng)度下植物群落的營養(yǎng)變化 草地植物的飼用價(jià)值主要體現(xiàn)在其化學(xué)成分、消化率、適口性、牲畜的飼養(yǎng)效果等方面。不同的器官，不同的生長階段，其營養(yǎng)物質(zhì)的含量也不同。在生長的早期階段，粗蛋白質(zhì)含量較高，隨著植物生育期的變化，可消化蛋白質(zhì)的含量逐漸減少。此外，植物的營養(yǎng)物質(zhì)含量還受環(huán)境因素的影響，如溫度、濕度、光照等等。對天然草地而言，除植物生長的時(shí)空條件之外，草地利用程度對植物營養(yǎng)含量乃至對家畜生產(chǎn)水平的影響尤為重要[30]。本研究對不同放牧強(qiáng)度下的植物群落粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維分析測定，結(jié)果如表1。

表1 放牧對植物群落營養(yǎng)的影響 %

多年生草類的營養(yǎng)價(jià)值主要取決于蛋白質(zhì)、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量的多少。蛋白質(zhì)含量越高，中性洗滌纖維含量越低，植物的營養(yǎng)價(jià)值就越高，反之，植物的營養(yǎng)價(jià)值也就越低。植物營養(yǎng)價(jià)值的主要影響因素是植物的生育期。研究表明，極重度放牧區(qū)，粗蛋白的含量最高，達(dá)到10.6%，與中度放牧區(qū)和輕度放牧區(qū)的粗蛋白的含量達(dá)到顯著水平(P<0.05)，中性洗滌纖維在極重度放牧區(qū)下含量最低(50%)，與其他放牧強(qiáng)度下的中性洗滌纖維達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，酸性洗滌纖維在中度放牧區(qū)含量最低(30.8%)，與其他處理達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。隨著放牧率的增加，地上現(xiàn)存量明顯下降，這與邢旗等[31]在草甸草原上及衛(wèi)智軍等[32]在荒漠草原上的研究結(jié)論相一致。

3 結(jié)論

植物群落地上生物量均隨放牧強(qiáng)度的增加而減少，但也表現(xiàn)出一定的差異性。不同的放牧強(qiáng)度下草層蓋度有一定的變化，放牧強(qiáng)度為極重度的草層蓋度與其他放牧強(qiáng)度下的草層蓋度差異顯著，無牧區(qū)的草地蓋度高于放牧區(qū)的草地蓋度。物種多樣性對放牧干擾比較敏感。放牧強(qiáng)度的增加，致使群落的種類成分多樣性降低，結(jié)構(gòu)簡單化，生產(chǎn)力下降。隨著放牧強(qiáng)度的增加，粗蛋白含量逐漸增大，極重度、重度放牧區(qū)與其他放牧區(qū)差異顯著。中性洗滌纖維含量隨著放牧強(qiáng)度的增加，呈現(xiàn)下降趨勢，差異顯著。酸性洗滌纖維含量在放牧強(qiáng)度為極重度時(shí)最高，這時(shí)的牧草被牲畜利用后消化率最低。

本研究是以大量野外樣方調(diào)查的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，在一定程度上能夠反映新源縣山地草原的適宜放牧強(qiáng)度。但由于研究周期短，研究得出的適宜放牧強(qiáng)度未考慮降水平、豐、欠年的各項(xiàng)指標(biāo)值的差異以及在天山同類草原其他地方的地區(qū)差異性；另外，上述指標(biāo)值僅為實(shí)際調(diào)查理論化的結(jié)果，尚需在實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)，因而應(yīng)作進(jìn)一步研究并根據(jù)實(shí)踐應(yīng)用的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和修訂。

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