李 海，朱春玲，安沙舟，馬江飛，鄧海峰

(1.昭蘇縣畜牧獸醫(yī)局，新疆 昭蘇 835600； 2.伊犁職業(yè)技術(shù)學院牧業(yè)工程系，新疆 伊寧 835000；3.新疆農(nóng)業(yè)大學草業(yè)與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052； 4.伊犁州昭蘇馬場畜牧獸醫(yī)科，新疆 昭蘇 835602)

草地是具有一定面積和牧用價值的植被及其生長地的總體[1]，具有生態(tài)屏障、牧用價值、旅游資源、景觀休閑等多種用途。近些年，不合理的人為作用和自然因素致使草地生產(chǎn)力下降、品質(zhì)降低、草地群落結(jié)構(gòu)功能弱化、土壤理化性狀變差、生態(tài)惡化及動物產(chǎn)品減少等[2-5]，草地退化已成為世界及我國社會經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定持續(xù)的重要制約因素[6]。建立優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培草地，是緩解草畜矛盾，穩(wěn)定和提高草地生產(chǎn)力的關(guān)鍵措施之一[7]，是發(fā)展集約化草地畜牧業(yè)、實施生態(tài)恢復重建及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的主要措施[8-9]。草地畜牧業(yè)發(fā)達國家和地區(qū)，都把培育、建立栽培草地放在重要位置[10-12]。昭蘇縣是新疆唯一沒有荒漠草地的牧業(yè)縣，也是草原畜牧業(yè)大縣。由于季節(jié)草地分布不均、草地利用不合理、草地建設(shè)滯后、氣候暖干化等原因，飼草供需不平衡、超載過牧現(xiàn)象嚴重，天然草地整體趨于退化，嚴重危及區(qū)域生態(tài)安全和牧民的生產(chǎn)、生活。該區(qū)山前草甸草原草地地勢平坦，土層深厚，土壤肥沃，降水量充沛，具有發(fā)展混播草地得天獨厚的水熱資源優(yōu)勢。就昭蘇縣草地利用本身而言，首要是抓住草地利用的重要環(huán)節(jié)——割草地或飼草儲備地，進行重點建設(shè)，并以此為基礎(chǔ)進行天然草地整體調(diào)配利用，進而轉(zhuǎn)變依賴于自然的草原畜牧業(yè)生產(chǎn)方式，實施暖季放牧、冷季舍飼，推進與實現(xiàn)退化草地的整體治理。近年來，我國栽培草地建設(shè)工作得到了較大發(fā)展，但是退化天然草地徹底耕翻種植豆禾混播草地的群落變化的研究報道較少。伊犁河谷栽培草地主要集中于退耕還草和牧草種子田建設(shè)，播種方式以紫花苜蓿(Medicagosativa)、紅豆草(Onobrychisviciaefolia)等單播為主，混播草地研究與建設(shè)相對滯后。本研究以昭蘇縣山前平地退化草甸草原割草地種植混播草地為研究對象，進行長期跟蹤調(diào)查，以物種重要值，群落科種、物種多樣性變化及草地產(chǎn)量動態(tài)為切入點分析混播草地的群落變化，探索退化割草地建設(shè)混播草地的穩(wěn)定性與管理措施，旨在為區(qū)域退化割草地重建提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)概況 試驗區(qū)設(shè)在昭蘇馬場山前沖積扇，地理位置43°07′19″ N、80°53′32″ E，海拔1 926 m。屬溫帶山區(qū)半干旱半濕潤冷涼氣候，年均溫2.9 ℃；最熱月(7月)均溫14.6 ℃，最冷月(1月)均溫-17 ℃；≥10 ℃積溫1 416.8 ℃·d；年均日照時數(shù)2 699 h，牧草生長季節(jié)的4-9月占全年總?cè)照諘r數(shù)的57.21%；年均降水量512 mm，4-9月降水占全年降水量的84%；無霜期85～100 d；冬季積雪期141～150 d，平均積雪深度20～50 cm(數(shù)據(jù)來源昭蘇縣氣象站，43°09′ N、80°08′ E，海拔1 851.0 m)。該區(qū)地勢平坦，降水充分，土壤為黑鈣土，草地類型為草甸草原，作為割草地并冬春放牧利用。由于不合理利用，草地嚴重退化，鼠害嚴重，蟻包林立。經(jīng)調(diào)查，每公頃草地分布蟻包1 315.5個，蟻包基礎(chǔ)直徑86.67 cm，高度31.17 cm，分布間距2.83 m。蟻包分布緊密、高大、底部較為擴展，使草地難以打儲草，僅放牧利用，嚴重影響了草地利用效率。

1.2試驗材料 試驗區(qū)草地植被類型由禾草[鴨茅(Dactylisglomerata)]+雜類草退化為紫花鳶尾(Irisruthenicum)+禾草+雜類草。2003年對草地進行徹底耕翻，播種混合牧草，并種植掩護作物燕麥(Avenasativa)?；觳ツ敛莶捎煤潭?種牧草混播，禾豆比6∶4，分別為鴨茅30%、梯牧草(Phleumpratense)15%、多年生黑麥草(Loliumperenne)15%、紫花苜蓿12%、紅豆草20%、紅三葉(Trifoliumpratense)8%，播量37.5 kg·hm-2，帶種肥75 kg·hm-2，燕麥播量30 kg·hm-2?；觳ゲ莸貙嵤﹪鷻诒Ｗo，暖季嚴禁放牧，建植當年收獲燕麥，第2年秋季打儲草，冬春放牧；在圍欄內(nèi)的天然草地設(shè)對照區(qū)，以評價混播草地產(chǎn)量變化。

1.3研究內(nèi)容與方法

1.3.1群落數(shù)量特征調(diào)查 在混播和天然草地中選擇植被均一、具有該草地代表性的固定地段，于2005、2006、2008、2009年7月10日前后，采用樣點法進行觀測；2008年5月9日-8月22日，每隔10～15 d刈割一次；2009年5月6日-7月30日，每隔15 d刈割一次，每次隨機取樣5個，樣方面積0.5 m×0.5 m，對草地的植物種類組成、植株高度、蓋度、產(chǎn)量進行測定，齊地面刈割，分種稱量。

1.3.2數(shù)據(jù)分析方法 采用相對高度、相對質(zhì)量計算草地植物群落主要植物的重要值(DC)；豐富度指數(shù)(S)用物種數(shù)表示；多樣性指數(shù)(H)采用Shannon-Wiener指數(shù)表示；均勻度(E)用Pilou指數(shù)表示。

DC=(H′+W′)/2；

S=n；

E=H/lnS.

式中，H′為相對高度，W′為相對地上鮮質(zhì)量；n為樣方中的物種數(shù)；Pi為第i個物種的重要值。

對所測定的數(shù)據(jù)采用Excel 2003、DPS v 3.01軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1對草地群落結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1物種組成 退化割草地建植混播草地后，植物組成、群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生了根本變化，栽培種成為優(yōu)勢種，但隨著建植年限的延長，草地原有牧草呈增加趨勢。根據(jù)群落調(diào)查(缺2004、2007年調(diào)查取樣)，2006年(建植第3年)栽培種重要值最大(83.58)，2005和2006年變化不明顯，而后明顯下降，2008、2009年分別為77.30和55.24。各植物種調(diào)查年度重要值變化不一，豆科牧草總體呈下降趨勢，而禾本科呈增加趨勢。具體為紅豆草重要值依次顯著下降(P<0.05)，分別為27.71、22.99、18.57和11.61；紅三葉與紫花苜蓿呈先增加后下降變化，最大重要值分別出現(xiàn)在2006年(22.17)和2008年(24.02)；鴨茅呈顯著增加趨勢；梯牧草呈“V”型變化，即在2006年最小(8.10)，而后增加，到2009年(9.28)達到最大(表1)。

2.1.2混播草地主要牧草科、種的變化 隨著建植年限的延長，原生草地牧草先后出現(xiàn)，牧草科、種呈增加趨勢。2005年混播草地5科10種，其中栽培種為2科5種，建植攜帶及掩護作物2科2種[黃花草木樨(Melilotusofficinalis)和燕麥]，新增3科3種；2006、2008和2009年混播草地科、種分別為12科21種、12科19種和15科31種，分別增加10科16種、10科14種和13科26種(表2)，這與土壤種子庫的作用和混播草地物種生物學特性有關(guān)，而2008年混播草地種有所減少，這可能與氣候干旱及樣地選擇有關(guān)。就各科牧草重要值而言，禾本科除2005年因種植掩護作物遺留種生長使重要值高于后一年，2006年后明顯增加，至2009年達到最高(42.55)；豆科呈明顯下降趨勢，依次為68.03、64.23、54.36和31.44；莎草科2006年開始出現(xiàn)，后呈增加趨勢；毛茛科、牻牛兒苗科牧草在各調(diào)查年度均伴隨出現(xiàn)，并有增加趨勢；車前科、唇形科、薔薇科、茜草科2006年開始出現(xiàn)，前3個科呈總體增加趨勢，最后1個科基本保持穩(wěn)定；鳶尾科、十字花科、2008年開始出現(xiàn)；石竹科、菊科、2009年開始出現(xiàn)(表3)。

表1 混播草地各年度群落物種重要值變化Table 1 Importance values of plant species in the legume/grass pasture in different years after establishment

表2 混播草地各年度科、種變化Table 2 Number of families and species in legume/grass pasture in different years after establishment

表3 混播草地不同年份各科牧草的重要值Table 3 Importance value of different families in legume/grass pasture in different years after establishment

2.2地上生物量 混播草地地上生物量變化符合“慢(初期)-快(中期)-慢(后期)”的變化模式，各調(diào)查年度地上生物量均顯著高于天然草地(P<0.05)，這與混播草地物種組成及生育期一致性有關(guān)(圖1)?；觳ゲ莸?除2008年以外)，最高地上生物量到來的時間均在水熱同期的7月中旬，各年度平均最高日產(chǎn)量為65.99 g·m-2·d-1，是天然草地的3.20倍，而天然草地在7月下旬仍保持增加態(tài)勢，最高生物量到來的時間比混播草地晚15 d以上。隨著建植年限的延長，混播草地物種增多，草地最高地上生物量有下降趨勢，在2006年最高(3 308 g·m-2)。2008年氣候干旱，混播草地最高地上生物量到來的時間滯后于天然草地，于6月下旬達到最大值，與其他調(diào)查年度相比，最高生物量降到最低點(1 394 g·m-2)，為調(diào)查正常年平均產(chǎn)量的48.57%，但仍是天然草地產(chǎn)量的2倍(圖1)。

2.3α多樣性 α多樣性是對一個群落內(nèi)物種分布的數(shù)量和均勻程度的測度指標，反映各物種對環(huán)境的適應(yīng)能力和對資源的利用能力。隨著建植年限的延長，混播草地各調(diào)查年度物種豐富度、多樣性指數(shù)均呈增加趨勢；均勻度指數(shù)變化不一，呈先降低后升高的變化趨勢，即在2006年最低，而后隨著建植年限的延長而增加(表4)。物種豐富度和物種多樣性指數(shù)的這種變化規(guī)律與建植措施有關(guān)，即混播草地是通過對原有植被進行根本性破壞后，運用人工措施建立的草地，物種集中單一，因而明顯低于天然草地。同時，由于土壤種子庫的作用及栽培牧草的生物學特性，隨著建植時間的延長，混播草地豆科牧草逐漸衰退，原有牧草物種增多，草地物種多樣性呈增長趨勢，而隨著多樣性的增加草地物種分布也趨于均勻。

3 討論

退化割草地通過耕翻建植混播草地后，草地植物組成、群落結(jié)構(gòu)均發(fā)生明顯變化，栽培物種成為絕對優(yōu)勢種，各調(diào)查年度各時段地上生物量均顯著高于對照(P<0.05)。各調(diào)查年度除2008年外，最高生物量到來的時間均出現(xiàn)在7月中旬，比天然草地提前15 d以上，而天然草地于7月下旬仍保持增長趨勢，這與栽培牧草生育期較集中、一致有關(guān)；最高生物量平均為2 500 g·m-2，是天然草地的2.54倍。隨著建植年限的延長，種植牧草重要值呈減少趨勢，但豆科和禾本科牧草變化不一，紅豆草呈逐年下降，紅三葉與紫花苜蓿先增加后下降，鴨茅與梯牧草總體上逐年增加，而多年生黑麥草在各調(diào)查年度均未出現(xiàn)，這可能是當?shù)囟緡篮⒊掷m(xù)時間長而無法越冬所致；草地原生牧草則逐漸出現(xiàn)，科、種數(shù)增加，由于草地種內(nèi)、種間競爭不斷激烈，栽培種產(chǎn)量不斷下降，混播草地出現(xiàn)退化演替，草地總產(chǎn)量亦下降。同時，群落豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)均呈增加趨勢，均勻度指數(shù)呈先下降再增加變化趨勢，這與栽培牧草生物學特性、各種植種混播比例、土壤種子庫及原草地牧草生態(tài)適應(yīng)性有關(guān)。特別在干旱年度(2008年)，種植草地產(chǎn)量大幅下降，地上最高生物量為調(diào)查正常年平均產(chǎn)量的48.57%，反映出氣候?qū)υ耘嗖莸氐挠绊戯@著。

圖1 各調(diào)查年度混播草地地上生物量動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of aboveground biomass in legume/grass mixed pasture and grassland in different years after establishment

表4 不同種植年限混播草地群落α多樣性變化Table 4 α-community diversity in legume/grass pasture in different years after establishment

混播草地是一種人為農(nóng)業(yè)措施下由高產(chǎn)牧草混合種植的特殊群落，以追求群落長期穩(wěn)定和高初級生產(chǎn)力為目的，因此栽培種均勻一致而多樣性受到控制。栽培草地群落是在人工強力干擾下所引起的相對穩(wěn)定的偏途頂級群落，是與密度有關(guān)的種群增長模型，即K-策略者[8]。從生態(tài)學觀點來看，栽培草地的建立是對該地段原有的、處于自然平衡狀態(tài)頂極植被的一個擾動[8]，種植的土壤環(huán)境既適合高產(chǎn)牧草的生長，也適合草地原有牧草的生長，只是在建植初、中期栽培牧草的高密度和強競爭性使草地原有牧草的生長受到抑制。據(jù)有關(guān)研究，施肥、灌溉、除雜草等對維持栽培草地生產(chǎn)力的持續(xù)發(fā)揮具有重要作用[14-15]。隨著建植年限的延長，耕翻土壤的演替、栽培牧草生物學與生態(tài)學特性、種內(nèi)與種間競爭、水肥保障的缺失及土壤種子庫的作用，使栽培牧草的生長環(huán)境和優(yōu)勢逐漸發(fā)生變化，競爭力趨于弱化，而草地原有牧草由于其具有強的生態(tài)適應(yīng)性、養(yǎng)分吸收能力，在自然狀態(tài)下具有較高的競爭力，栽培豆科牧草逐漸被禾本科牧草、草地原有物種替代，栽培群落向草地原有群落方向演替。因此，長期穩(wěn)定混播草地的建立，應(yīng)立足于區(qū)域氣候生態(tài)及保障條件，充分考慮牧草功能群組合、選擇種生物學特性，使栽培種在空間上、時間上形成互補，并實施科學管理，保證草地養(yǎng)分供給，以增強栽培草地對原生牧草競爭的抵抗力，確?；觳ゲ莸厣a(chǎn)力的持續(xù)發(fā)揮。

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