巴 音，烏日恒

(烏海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，內(nèi)蒙古烏海市 016000；烏拉特后旗第一中學(xué)，內(nèi)蒙古烏拉特后旗 015500)

放牧強(qiáng)度對(duì)克氏針茅草原地下生物量及其垂直分布的影響

巴 音，烏日恒

(烏海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，內(nèi)蒙古烏海市016000；烏拉特后旗第一中學(xué)，內(nèi)蒙古烏拉特后旗015500)

本文以?xún)?nèi)蒙古克氏針茅典型草原為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定不同放牧強(qiáng)度下土壤各個(gè)層次中的地下生物量和地上生物量，分析隨放牧強(qiáng)度增加植物地下生物量及其垂直分布的變化情況。結(jié)果表明:地下生物量大小依次為L(zhǎng)>CK>M>H。對(duì)植物地下生物量進(jìn)行逐層分析發(fā)現(xiàn)，輕度放牧可以增加地下生物量，但是中度和重度放牧均使其減少。各放牧強(qiáng)度下植物地下生物量都隨著深度增加而減少，而減少的幅度逐漸降低。但是放牧?xí)绊懼参锏叵律锪康拇怪狈植几窬郑拍潦沟叵律锪看怪狈植嫉牟痪鶆蛐栽黾?，同時(shí)中度和重度放牧使地下生物量垂直分布趨向于表層化的現(xiàn)象更明顯。

克氏針茅群落；放牧強(qiáng)度；地下生物量

引言

草地是人類(lèi)生存的重要自然資源和生態(tài)屏障，起著對(duì)氣候的調(diào)節(jié)、控制水源的流失、加強(qiáng)土壤的固著、凈化空氣和美化環(huán)境等生態(tài)作用，但它最主要的功能是為家畜提供食物〔1〕〔2〕。放牧是作為最普遍、最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的草地利用方式，成為影響草地生物量的主要人為因素〔3〕。影響主要表現(xiàn)在地下生物量和地上生物量?jī)蓚€(gè)方面。本研究在前人工作的基礎(chǔ)上以自由放牧的家庭牧場(chǎng)為研究地點(diǎn)，用定量劃分法確定放牧強(qiáng)度界限，分區(qū)取樣，就放牧強(qiáng)度對(duì)克氏針茅草原地下生物量的影響進(jìn)行了研究，為確定草地合理載畜量提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟鑲黃旗境內(nèi)，其地形地貌單一，氣候?qū)儆跍貛О敫珊荡箨懶詺夂颍昶骄鶜鉁?.1℃，最熱月為7月份(20.4℃)，最冷月為1月份(-16.5℃)。年降水量267.9mm，主要降水集中在夏季(6-8月份)。終霜晚，初霜早，無(wú)霜期較短，平均為120d，全年盛行西風(fēng)、西北風(fēng)，年平均風(fēng)速4.7m/s，月平均最大風(fēng)速6.1m/s，其土壤主要由淡栗鈣土和栗鈣土組成，植被類(lèi)型主要是典型草原，主要建群種有克氏針茅(Stipakrylovii)，優(yōu)勢(shì)種有糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、冰草(Agropyroncristatun)、冷蒿(Artemisiafrigida)、銀灰旋花(Convolvulsammanii)等草本植物以及小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)等灌木植物。

1.2取樣點(diǎn)確定

根據(jù)研究的需要，我們選擇的樣地是以居民點(diǎn)為中心的自由放牧方式家庭牧場(chǎng)，根據(jù)與居民點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近和群落結(jié)構(gòu)組成及生物量將放牧區(qū)劃分為輕度放牧(L)、中度放牧(M)、重度放牧(H)3個(gè)等級(jí)，劃分方法是以居民點(diǎn)為中心在放牧地上放射狀拉數(shù)條樣線，根據(jù)植物群落的基本特征定性劃分〔4〕，再選擇牧戶(hù)圍封打草靠近圍欄基本不受干擾的樣地作為對(duì)照區(qū)(CK)。

1.3地下生物量取樣

2007年，在每個(gè)放牧強(qiáng)度區(qū)分別隨機(jī)選5個(gè)1×1m的樣方，將地上部分齊地刈割，利用壕溝法，按照0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm、40-45cm、45-50cm、50-55cm、55-60cm、60-65cm、65-70cm、70-75cm、75-80cm、80-85cm、85-90cm、90-95cm分19層取樣，將樣品分層裝入塑料自封袋帶回。用水洗法將根樣漂出，65℃烘干稱(chēng)重。

2 結(jié)果與分析

2.1不同放牧強(qiáng)度下地下生物量

圖1 地上生物量在不同放牧強(qiáng)度下的變化情況

圖2 各深度的地下生物量在不同放牧強(qiáng)度下的變化情況

0-95cm總地下生物量變化趨勢(shì)L>CK>M>H，它們的值分別是871.23g/m、752.23g/m、577.14g/m、245.13g/m；由圖1可以看出，地上生物量變化趨勢(shì)L>CK>M>H，它們的值分別是151.12g/m、120.22g/m、89.52g/m、53.53g/m；輕度放牧?xí)r的地下生物量可以達(dá)到對(duì)照區(qū)的118.81%，方差分析顯示輕度區(qū)與對(duì)照區(qū)總地下生物量有顯著差異(P<0.05)。而中度、重度放牧區(qū)的地下生物量只有對(duì)照區(qū)的76.72%、32.59%，減少的幅度特別大，兩者之間差異顯著(P<0.05)。經(jīng)觀察，輕度放牧區(qū)克氏針茅株叢的枝條總數(shù)、營(yíng)養(yǎng)枝和生殖枝數(shù)量均顯著高于其它，同時(shí)其地上生物量也明顯高于其它，因此植物光合面積增大，有助于光合物質(zhì)向根系分配；中度和重度放牧區(qū)由于家畜過(guò)度采食導(dǎo)致克氏針茅株叢發(fā)生破碎和小型化，生殖生長(zhǎng)的株叢密度減少，枝條比例下降，地上生物量急劇減少，植物光合面積減少，影響了植物光合作用，減弱了其光合產(chǎn)物向根系的分配，因而供給地下根系的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少，其結(jié)果勢(shì)必影響了植物根系的生長(zhǎng)發(fā)育。而且重度放牧區(qū)由于家畜的過(guò)度采食導(dǎo)致群落植物種類(lèi)發(fā)生更替，尤其是建群種、優(yōu)勢(shì)種被不同程度替代，因而使地下生物量急劇減少。

各層地下生物量的變化趨勢(shì)與總的地下生物量變化趨勢(shì)有所不同。由圖2可以看出0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm各層中都是L區(qū)的地下生物量最大，其次為CK，再次為M，而H區(qū)的地下生物量最低。方差分析顯示M、H與L、CK的地下生物量有顯著差異(P<0.05)。由于輕度放牧?xí)r，家畜對(duì)牧草少量的采食有助于植物快速生長(zhǎng)、更新，而且適量的排泄物添加到土壤表層，可以為植物的生長(zhǎng)提供肥料，所以在靠上層的土壤中，L區(qū)的地下生物量比CK區(qū)高。而M與H區(qū)的雖也有肥料的添加，但是過(guò)量的采食已經(jīng)嚴(yán)重影響到群落的生長(zhǎng)和組成，所以這兩個(gè)區(qū)中的地下生物量少于CK。55cm以下土層中分布的生物量少，變異性大，各個(gè)放牧區(qū)中地下生物量差異不顯著(P>0.05)。

2.2地下生物量垂直分布

圖3 不同放牧強(qiáng)度下地下生物量垂直分布情況

由圖3可以看出不同放牧強(qiáng)度下地下生物量垂直分布的變化趨勢(shì)相同，都呈現(xiàn)“T”字形，既隨著深度增加地下生物量逐漸減少，但是減小的幅度逐漸降低。0-20cm地下生物量最大，到20-45cm時(shí)地下生物量迅速減小，CK、L、M、H的地下生物量在0-20cm可以達(dá)到510.12g/m2、584.01g/m2、485.20g/m2、206.01g/m2，而到了20-45cm減少為161.08g/m2，210.02g/m2、80.56g/m2、31.01g/m2，減小的幅度都在60%以上。到了更深的深度，雖然也有小的波動(dòng)，但總的趨勢(shì)是隨著深度的加深地下生物量顯著減少。這主要是由克氏針茅根系分布特性所決定的，克氏針茅分蘗節(jié)入土深度為2-3cm，根系集中分布在20cm以上的土層中，根幅直徑大約在60cm左右，最長(zhǎng)的根系可以分布到55cm，甚至更深的土壤層中〔5〕。其次是因?yàn)榇罅康酿B(yǎng)料和有機(jī)質(zhì)都分布于土壤表層，為了獲取更多的資源來(lái)滿(mǎn)足生長(zhǎng)需要植物的主要根系都分布于土壤表層，進(jìn)而使表層土壤肥沃，持水保水能力強(qiáng)，有利于根系生長(zhǎng)。而隨著土層深度的增加，土壤質(zhì)地趨于緊實(shí)，尤其到45-60cm鈣基層的出現(xiàn)，使養(yǎng)分、水分含量積聚下降，土壤溫度降低，因此地下生物量一般呈迅速下降的趨勢(shì)。

垂直分布格局的差異可以體現(xiàn)在地下垂直分布的變異性和趨向性?xún)蓚€(gè)方面。首先，根據(jù)圖2我們可以看出對(duì)照區(qū)及各個(gè)放牧區(qū)地下生物量垂直分布的變異性情況，4個(gè)區(qū)中地下生物量的值從表層到95cm變化范圍較寬，各放牧區(qū)的變異系數(shù)都大于對(duì)照區(qū)，其中變異系數(shù)最大的達(dá)到123.17%，可見(jiàn)放牧使地下生物量垂直分布的變異性增加。用縱向方差分析方法，可以看出地下生物量垂直分布的趨向性。CK、L區(qū)前9層地下生物仍然存在顯著差異(P<0.05)，55cm以下各層地下生物量無(wú)顯著差異(P>0.05)。中度與重度放牧只有前6層地下生物量有顯著差異(P<0.05)，30cm以下各層則無(wú)顯著差異(P>0.05)。由以上方差分析結(jié)果可以看出，輕度放促使植物根系向土壤深層延伸的趨向性，而中度和重度放牧促使植物的根系有向土壤上層集中的趨向性〔6〕〔7〕。

綜合地下生物量垂直分布的變異性和趨向性，我們可以看出CK和L區(qū)垂直分布格局是變異性較小，且不明顯趨于表層。這表明CK和L區(qū)的根系生長(zhǎng)策略與M和H區(qū)有所不同，CK和L區(qū)的根系在各層中的分配比例較M和H區(qū)穩(wěn)定，也就是說(shuō)不放牧和輕度放牧?xí)r根系有向更深層土壤生長(zhǎng)的趨勢(shì)，因?yàn)椴环拍粱蜉p度放牧干擾時(shí)，地上生物量明顯高于M和H區(qū)，植物可獲得充足的光合物質(zhì)來(lái)滿(mǎn)足其自身的需要，就有更多的根系向土壤深層生長(zhǎng)。而中度和重度放使放牧區(qū)的表層化現(xiàn)象更明顯，由于家畜的采食，減少植物光和面積，因此植物向地下部分運(yùn)送的養(yǎng)料減少，不利于更深層根系的生長(zhǎng)，這樣就增加了M和H區(qū)地下生物量垂直分布的變異性。

3 小結(jié)

3.1 放牧對(duì)地下生物量的影響從0-95cm總的地下生物量來(lái)看，對(duì)L區(qū)(輕度放牧)的最大，其次依次為CK、M(中度放牧)、L(輕度放牧)。而0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm，這8層中都是輕度放牧區(qū)的地下生物量最大，其次是對(duì)照區(qū)，重度放牧區(qū)最小，可見(jiàn)輕度放牧可以適量增加地下生物量。

3.2 地下生物量的垂直分布情況，4個(gè)研究區(qū)中總的變化狀況相同，既地下生物量隨著深度的增加而減少，減少的幅度也越來(lái)越小。但是它們的垂直分布格局不同，對(duì)CK、L區(qū)與M、H區(qū)相比地下生物量垂直分布變異性較小，且表層化現(xiàn)象較不明顯。因此得出中度和重度放牧?xí)淖兏道猛寥蕾Y源的策略。

〔1〕林慧龍，侯扶江，李飛.家畜踐踏對(duì)環(huán)縣草原地下生物量的影響〔J〕.草地學(xué)報(bào)，2008，16(2):186-190.

〔2〕林慧龍，侯扶江，任繼周.放牧家畜的踐踏強(qiáng)度指標(biāo)〔J〕.草業(yè)學(xué)報(bào)，2008，17(1):128.

〔3〕袁璐，吳文榮，黃必志.放牧強(qiáng)度對(duì)草地地下生物量影響的國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展〔J〕.草業(yè)與畜牧，2012，11:57-62.

〔4〕李博.中國(guó)的草原〔M〕.北京:科學(xué)出版社，1990.

〔5〕陳世鐄、張昊、王立群、占布拉、趙萌莉.中國(guó)北方草地植物根系，吉林大學(xué)出版社，2001，6.

〔6〕汪詩(shī)平，李永宏，王艷芳等.不同放牧率下冷篙小禾草草原放牧演替規(guī)律與數(shù)量分析〔J〕.草地學(xué)報(bào)，1998，6(4):299-305.

〔7〕王艷芬，汪詩(shī)平.不同放牧率對(duì)內(nèi)蒙古典型草原地下生物量的影響〔J〕.草地學(xué)報(bào)，1999，7(3):198-203.

〔8〕李博.內(nèi)蒙古地帶性植被的基本類(lèi)型及其生態(tài)地理規(guī)律.內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)，1962(2)

〔9〕李德新.放牧對(duì)克氏針茅草原影響的初步研究.中國(guó)草原，1980(2)：1-12

〔10〕陳世鐄.內(nèi)蒙古干草原地區(qū)幾個(gè)類(lèi)型的植物地下部分的初步分析.內(nèi)蒙古農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1983(2)：1-25.

〔11〕李鵬、趙忠、李占斌、王乃江.植被根系與生態(tài)環(huán)境相互作用機(jī)制研究進(jìn)展，西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2002,17(2):26～32.

〔12〕李鵬，趙忠，李占斌.植被根系與生態(tài)環(huán)境相互作用機(jī)制研究進(jìn)展〔J〕.西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，17(2):26-32.

〔13〕黃德華，陳佐忠，張鴻芳.貝加爾針茅、克氏針茅、線葉菊草原地下生物量的比較研究〔A〕.草原生態(tài)系統(tǒng)研究(第2集)〔C〕.北京:科學(xué)出版社，1988：122-131.

〔14〕Jackson R B，Money H A，Schulze E D.A.Globalbudgetforfine rootbiomass，surface area，nd nutrientcontent〔J〕.Ecology Proc.Natl.Acad.Sci.USA，1997，94:7362-7366.

〔15〕侯扶江，楊中藝.放牧對(duì)草地的作用〔J〕.生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26(1):245-264.

〔16〕孫力安，梁一民，劉國(guó)彬.草地地下生物量研究綜述〔J〕.國(guó)外畜牧學(xué)-草原與牧草，1993，1:6-14.

〔17〕任繼周.草原地下生物量的啟示〔J〕.草業(yè)科學(xué)，2006，23(6):91.

〔18〕陳佐忠，黃德華，張鴻芳.內(nèi)蒙古錫林河流域羊草草原和大針茅草原地下生物量與降水量關(guān)系模型探討〔A〕.草原生態(tài)系統(tǒng)研究(第2集)〔C〕.北京:科學(xué)出版社，1988:20-22.

S812.8

A

2095—5952(2014)04—0038—04

2014-08-26

巴 音(1983-)，男，巴彥淖爾市五原縣人，工程師，從事環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究。