朱 昊，柯 梅，李學森，任玉平，侯鈺榮，魏 鵬，贠 靜

(新疆畜牧科學院 草業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊 830000)

放牧對蒿類荒漠草地植物群落和土壤理化性質的影響

朱 昊，柯 梅，李學森，任玉平，侯鈺榮，魏 鵬，贠 靜

(新疆畜牧科學院 草業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊 830000)

通過對不同放牧梯度下蒿類荒漠草地地上植物的高度、蓋度、密度和生物量及地下土壤容重、全氮、全磷、全鉀和有機質等指標的測定和分析，旨在為此類草地恢復和合理放牧制度的確立提供科學依據(jù)。結果表明：(1)不同放牧梯度下放牧后的草地植物的地上生物量下降十分為明顯，放牧前、適度放牧后及重度放牧后分別為：161.98，105.11和73.17 g/m2，草地植物生物量在不同牧壓間的變化差異極顯著(P<0.01)；(2)適度放牧下，0～10、10～20及20～30 cm的土壤容重在放牧前后均差異不顯著(P>0.05)。重度放牧下，10～20 cm土壤容重放牧后比放牧前增加，差異顯著(P<0.05)；(3)10～20和20～30 cm土層，全鉀在適度放牧后和重度放牧后均表現(xiàn)為增加、有機質均有所減少，其放牧前后均差異顯著(P<0.05)。

不同放牧；蒿類荒漠草地；植物群落；地上生物量；土壤容重，土壤養(yǎng)分

新疆擁有天然草地5 725.88萬hm2，其中荒漠草地2 688.8萬hm2，占全疆草地面積的46.93%，多作為春秋利用[1]。蒿類植物是天然草地資源中飼用價值高、分布廣、數(shù)量多的一類重要牧草，在生態(tài)型上多為旱生和超旱生種類，主要以建群種和優(yōu)勢種構成草原及荒漠類型,且具重要飼用價值。蒿類荒漠草地在新疆草地資源中具有極其重要的地位，它是新疆草地重要的春秋牧場。近年來，隨著人口的增加、對畜產(chǎn)品需求的加大，對草地的放牧強度逐漸增強?？墒?，此類草地構成相對簡單、生態(tài)系統(tǒng)脆弱，于是出現(xiàn)嚴重的退化，即草地在外在人為因素的干擾下產(chǎn)生了逆行演替[2]。有關蒿類荒漠草地的研究主要集中于退化機理和退化下的草地土壤狀況的分析，魏柏平等[3]、劉鵬濤等[4]做了地上植物或土壤單一方面的研究。此次研究旨在通過分析不同放牧對蒿類荒漠草地地上植被群落和地下土壤理化性質的總體影響，為此類草地恢復以及建立合理的放牧制度提供理論參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)地理位置E 86°55′8.3″～86°56′8.4″，N 43°50′5.9″～43°48′30″，海拔1 180 m，屬于新疆低山荒漠類草地，南高北低，是由溝和梁交錯形成的起伏地區(qū)。草地群落優(yōu)勢種為伊犁絹蒿(Serphidiumtransiliense)和短柱苔草(Carexturkestanica)，伴生種有羊茅(Festucaovina.)、角果藜(Ceratocarpusarenarious)、豬毛菜(Salsolabrachiata)等。土壤類型為灰漠土，成土母質土體中常有不同數(shù)量的礫石。試驗區(qū)屬于低山干旱溫暖氣候區(qū)，全年氣候干燥，降水少，蒸發(fā)大，冬季漫長，有積雪。歷年平均溫度7.2℃，年均降水量194.3 mm，無霜期170 d。

1.2研究方法

1.2.1 試驗設計 研究區(qū)為低山帶荒漠草地，生態(tài)系統(tǒng)脆弱，以前為春秋場放牧，為了減少對草地生長季的干擾，2013年起只作為秋季放牧利用草地，春、夏、冬季不放牧。試驗時間在2013～2014年連續(xù)兩年每年的9月1日～10月31日。結合試驗示范戶的生產(chǎn)實際，不同放牧梯度設置適度放牧和重度放牧2個處理，處理間試驗小區(qū)3個重復，隨機布置。放牧羊為體重50 kg、2～4歲齡的成年細毛母羊(德國美利奴×新疆細毛羊)。

1.2.2 載畜量計算 參考許鵬[5]提到的根據(jù)牧草產(chǎn)草量估測法計算載畜量。每只成年羊的日采食量參考候鈺榮等[6]的方法計算，以公式(1)計算每只羊的日采食量為家畜活體重的2%。適度放牧定義為草地的利用率達到50%，重度放牧定義為草地的利用率達到70%。試驗區(qū)為蒿類荒漠草地、草地類型相對簡單、生態(tài)脆弱，試驗載畜率以理論計算的載畜率的90%來設置。適度放牧實際載畜率以公式(2)計算，重度放牧實際載畜率以公式(3)計算。

每只羊日采食量(干物質)=家畜活體重×2%

(1)

適度放牧載畜率=[歷史多年平均牧草產(chǎn)量(歷史數(shù)據(jù)或圍欄禁牧區(qū)內)×面積×50%/家畜日采食量×放牧天數(shù)]×90%

(2)

重度放牧載畜率=[歷史多年平均牧草產(chǎn)量(歷史數(shù)據(jù)或圍欄禁牧區(qū)內)×面積×70%/家畜日采食量×

放牧天數(shù)]×90%

(3)

1.2.3 取樣方法與測定指標 每個小區(qū)沿對角線設置一條樣線，在樣線上按照山體的高差的上、中、下3段隨機設置2個樣方，共計6個樣方，地上草地樣方面積為1 m×1 m。鋼卷尺測定樣方內植物群落中優(yōu)勢種距地面的自然高度，網(wǎng)格法目測群落的蓋度，計數(shù)法測群落密度。沿地表刈割地上整個植株，電子秤稱鮮重。

地下土壤分0～10，10～20和20～30 cm土層取樣，以環(huán)刀法測定土壤容重。每層取500 g、風干后用于土壤全氮、全磷、全鉀及有機質等營養(yǎng)指標含量測定。土壤養(yǎng)分由新疆農業(yè)科學院測試分析中心測定。

地上植物取樣和地下土壤取樣，分別在2013年8月底(放牧前)和2014年11月初(放牧后)各取樣1次。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)在Excel中進行初步整理，以SPSS 19.0進行方差分析，采用Duncan法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1不同放牧梯度下草地植被變化

草地植物地上生物量在放牧前、適度放牧后及重度放牧后分別為161.98，105.11和73.17 g/m2(表2)。適度放放后、重度放放后與放牧前進行比較，草地植物地上生物量明顯減少，且處理間均為差異極顯著(P<0.01)。放牧后，不論是適度還是重度不同放牧下，放牧前后的草地群落高度、蓋度及密度均呈下降趨勢，但其變化差異均未達到顯著水平(P>0.05)。適度放牧后與放牧前比，草地優(yōu)勢種伊犁絹蒿和短柱苔草的地上生物量明顯減少，伊犁絹蒿由109.77 g/m2減少到79.00 g/m2，短柱苔草從38.96 g/m2減少到16.79 g/m2，變化差異極顯著(P<0.01)。同樣，重度放牧后與放牧前比，伊犁絹蒿由109.77 g/m2減少到56.25 g/m2，短柱苔從38.96 g/m2減少到10.73 g/m2，兩個優(yōu)勢種的變化差異極顯著(P<0.01)。

表2 不同放牧梯度下放牧前后草地群落各指標

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01),下同

分析表明，研究區(qū)荒漠草地群落構成相對簡單，不同放牧梯度對荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)影響差異較大。不同放牧下放牧后的草地植物生物量的減少主要是優(yōu)勢種伊犁絹蒿和短柱苔草的地上生物量的減少而引起的。

表3 不同放牧梯度下放牧前后草地優(yōu)勢種的地上生物量

2.2不同放牧梯度下草地土壤理化性質變化

2.2.1 不同放牧梯度下草地土壤容重 0～10 cm和20～30 cm、放牧前、適度放牧后、重度放牧后三者之間草地土壤容重均表現(xiàn)為差異不顯著(P>0.05)。10～20 cm，放牧前土壤容重為1.21 g/cm3、適度放牧后為1.21 g/cm3、重度放牧后為1.21 g/cm3，適度放牧后與放牧前差異不顯著(P>0.05)，重度放牧后和放牧前差異顯著(P<0.05)(表4)。說明重度放牧后10～20 cm草地土壤變得更加緊實。

表4 不同放牧梯度下放牧前后草地的土壤容重

2.2.2 不同放牧梯度下草地土壤養(yǎng)分 0～10 cm，全氮、全磷和有機質的含量在放牧前、適度放牧后及重度放牧后的變化均差異不顯著(P>0.05)。全鉀在適度放牧前后和重度放牧前后均為差異顯著(P<0.05)，放牧后均有所增加，適度放牧后由放牧前的2.17%增加到2.48%、重度放牧后增加到2.41%(表5)。

表5 不同放牧梯度下放牧前后草地的土壤養(yǎng)分

注：同行不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示不同處理間差異極顯著(P<0.01)

10～20 cm，全氮和全磷含量在適度和重度放牧前后的變化均差異不顯著(P>0.05)。全鉀含量在適度和重度放牧前后均為差異極顯著(P<0.01)，放牧后比放牧前都有所增加，適度放牧后由放牧前的2.14%增加到2.41%、重度放牧后增加到2.39%。試驗表明，有機質含量在適度和重度放牧前后均為差異極顯著(P<0.01)，放牧后比放牧前都有所減少，適度放牧后由放牧前的4.23%減少到3.29%、重度放牧后減少到3.36%。

20～30 cm，全氮、全磷和有機質的含量在不同放牧放牧前和放牧后差異均不顯著(P>0.05)。全鉀適度放牧后和重度放牧后均比放牧前有所增加，差異均為極顯著(P<0.01)，適度放牧后由放牧前的2.08%增加到2.31%、重度放牧后增加到2.36%。

研究區(qū)的荒漠蒿類草地經(jīng)過連續(xù)2年的僅秋季放牧利用后，全氮和全磷在0～10，10～20和20～30 cm土層中，不論是適度放牧前后還是重度放牧前后的變化均差異不顯著(P>0.05)。全鉀在0～10，10～20和20～30 cm土層中，不論是適度放牧還是重度放牧，放牧后都增加，在0～10 cm土層中變現(xiàn)為差異顯著(P<0.05)、在10～20及20～30 cm土層均為差異極顯著(P<0.01)。有機質在0～10和20～30 cm的土層中，適度放牧前后還是重度放牧前后的變化均差異不顯著(P>0.05)；而在10～20 cm土層，不管是適度放牧還是重度放牧，放牧后都減少，差異極顯著(P<0.01)。

3 討論

3.1放牧對草地植被群落的影響

放牧是草地生態(tài)系統(tǒng)所經(jīng)受的最主要的人為干擾因素之一，直接影響草地植物群落結構、植物多樣性和土壤理化性質的變化[7-9]。在大氣氣候條件一致的區(qū)域，不同放牧對群落施加的影響可以超越不同地段其他環(huán)境因子的影響，成為控制植物群落特征的主導因子。新疆草地總體屬于北方干旱區(qū)，草地地上生物量不但與年降水量極顯著相關，而且與放牧利用強度顯著相關[10-11]。研究表明，適度還是重度不同放牧下，草地的高度、蓋度及密度均比放牧前都有明顯的下降，但其變化差異未達到顯著水平(P>0.05)。分析原因為研究區(qū)草地僅秋季放牧，第1年秋季放牧羊對草地群落的采食干擾會在第2年春季得到一定程度的修復。此外，優(yōu)勢種伊犁絹蒿的老枝條適口性差，放牧羊以采食當年再生嫩枝為主，采食后伊犁絹蒿自然高度和蓋度變化不大，伊犁絹蒿表現(xiàn)出一定的耐牧性。不同放牧下放牧后的草地植物生物量的減少主要是優(yōu)勢種伊犁絹蒿和短柱苔草的地上生物量的減少引起。

3.2放牧對土壤理化性質的影響

適度和重度放牧前后土壤容重在0～10 cm土層均變現(xiàn)為差異不顯著(P>0.05)，可能是由于研究區(qū)域土壤為山地草原灰漠土、表層土壤有小礫石，放牧羊在采食過程中對土壤表層有一定蹄耕作用。同時，適度放牧后還是重度放牧后， 10～20 cm土壤容重增加，差異顯著(P<0.05)，此結果與戎郁萍等[9]研究結果相似，可能是放牧羊踐踏表層土壤累積的結果。10～20 cm土壤層是多年生草地植物生長的地下主要空間，重度放牧后土壤容重增減，土壤變得更加緊實，不利于草地植物的根系呼吸，有可能對越冬和來年春季的生長產(chǎn)生很大影響。

土壤養(yǎng)分不同的放牧下放牧前后土壤中全氮、全磷變化差異不顯著(P>0.05)，這與王向濤等[10]有關不同放牧對高寒草甸土壤影響的研究結果一致。適度放牧還是重度放牧，全鉀放牧后都增加，此與范燕敏等[11]對北疆蒿類荒漠草地退化對土壤理化影響的研究結果相似。安慧等[12]研究了放牧對荒漠草原土壤的影響，結果為土壤有機碳隨著放牧強度的增加而降低。曲廣鵬[13]和蘇振聲等[14]及聶學敏等[15]分別研究了放牧對西藏高寒草地土壤的影響，其結論為隨著放牧強度或者草地沙化程度的增加，土壤有機碳或土壤有機質含量均逐漸減少。同樣，楊紅善等[16]研究肅北高寒草原不同放牧強度土壤養(yǎng)分變化特征，結果是20～30 cm土層有機質隨放牧強度的增大呈明顯下降趨勢。這些都與此次研究結果一致，即不管是適度還是重度放牧后有機質都減少。但是，有關北疆蒿類荒漠草地退化土壤有機質含量變化，范燕敏等[11]和林祥群等[17]的研究結果完全不一致。因此，草地土壤退化的影響因素是多方面的，除了過度放牧還有降水等氣候因素和其他方面的因素的綜合作用，有關此方面一兩年短期內的研究結論僅是個參考。

研究報道，在連續(xù)2年共4個月的僅秋季放牧后，地上植被生物量在適度和重度2個放牧強度間的差異極顯著(P<0.01)，但是土壤指標在適度和重度2個放牧強度之間差異不顯著(P>0.05)。分析其原因主要是放牧處理時間太短，在極其短暫的放牧年份放牧強度根本無法體現(xiàn)，這也是此次研究的不足之處。同時也表明，地上植被群落對不同放牧十分敏感，地下土壤在一定條件下相對抗干擾能力強。

3.3合理的放牧利用方式

草地地上植被受所處地理環(huán)境氣候影響大，尤其受降水量影響大，有關草地的利用方式應以水分、溫度、光照等氣候因素結合植被生長狀況綜合確定科學合理的不同放牧和放牧制度。何貴永等[18]研究了青藏高原高寒草甸草原的放牧管理方式對土壤的影響，得出連續(xù)放牧使土壤養(yǎng)分流失嚴重，從而導致土壤肥力降低，而禁牧和季節(jié)性休牧能有效增加青藏高原東緣高寒草甸草原土壤的養(yǎng)分含量,是該區(qū)和類似區(qū)域草地放牧管理的理想選擇。董乙強等[19]研究報道，隨放牧強度的增加伊犁絹蒿種群特征逐漸向低矮、退化方向演替，適度放牧有利于群落結構穩(wěn)定性的保持。因此，從不同放牧下草地植被群落和生物量、土壤理化指標的變化關系來看，新疆低山蒿類荒漠草地即使全年僅秋季放牧其他季節(jié)休牧的利用方式下，秋季亦不適宜過度利用，理想的利用方式為適度放牧。

4 結論

(1)與放牧前比，不論是適度放牧后還是重度放牧后，植被地上總生物量、尤其是優(yōu)勢種伊犁絹蒿和草原苔草生物量均明顯下降，且適度和重度處理間差異極顯著(P<0.01)。

(2)適度放牧后與放牧前比，0～10，10～20和20～30 cm的土壤容重變化均差異不顯著(P>0.05)。重度放牧后與放牧前比，0～10及20～30 cm土層的容重變化均差異不顯著(P>0.05)；僅10～20 cm土壤容重有所增加，相應土壤變得更加緊實。

(3)在0～10，10～20和20～30 cm土層中，適度還是重度放牧后，全氮、全磷均差異不顯著(P>0.05)；只是在10～20和20～30 cm土層，全鉀均有所增加、有機質有所減少。

適度放牧和重度放牧后草地群的優(yōu)勢種生物量急劇減少、且不同放牧間的差異大，地上植被群落對不同放牧十分敏感；相對而言，地下土壤對不同放牧的抗干擾能力較強，不同處理間差異不明顯。因此，即使全年僅秋季放牧2個月其他季節(jié)休牧，新疆低山蒿類荒漠草地秋季亦不宜重牧，合理的放牧強度為適度放牧。

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Effectofgrazingonplantcommunitiesandsoilphysicalandchemicalpropertiesofartemisiadesertgrassland

ZHU Hao,KE Mei,LI Xue-sen,REN Yu-ping,HOU Yu-rong, WEI Peng,YUN Jing

(InstituteofPrataculturalScience,XinjiangAcademyofAnimalScience,Urumqi830000,China)

The effect of grazing intensities on plant communities and soil physical and chemical properties of artemisia desert grassland was studied by the measurement of plant height,coverage,density and biomass and soil bulk density,total nitrogen,total phosphorus,total potassium and organic matter in order to provide a scientific basis for the establishment of reasonable grazing system.Results showed that (1) the plant biomass obviously decreased after grazing under different grazing intensities,and it was 161.98 g/m2,105.11 g/m2and 73.17 g/m2for zero grazing,moderate grazing and heavy grazing respectively.The biomass difference among grazing intensities was significant (P<0.01).(2) Under moderate grazing,the differences of soil bulk density in 0～10 cm,10～20 cm and 20～30 cm layers were not significant before and after grazing (P>0.05).Under heavy grazing,the soil bulk density in 10～20 cm layer significantly increased after grazing (P<0.05).(3) Within 10～20 cm and 20～30 cm layers,the total potassium content increased and organic matter content decreased after grazing in moderate grazing and heavy grazing treatments (P<0.05).

grazing pressure;artemisia desert grassland;plant community;ground biomass;soil bulk density；soil nutrient

2016-08-12；

：2016-11-04

“十二五”農村領域國家科技計劃課題：新疆荒漠干旱綠洲草原區(qū)“生產(chǎn)生態(tài)生活”保障技術集成與示范(2012BAD13B03)；重點牧區(qū)草原“生產(chǎn)生態(tài)生活”配套保障技術及適應性管理模式研究(2012BAD13B07)資助

朱昊(1979- )，男，甘肅正寧縣人，碩士，助理研究員，主要從事草地生態(tài)與牧草育種研究。 E-mail：adamgrass@163.com 李學森為通訊作者。

S 812

：A

：1009-5500(2017)04-0068-06