奶牛放牧对北方农牧交错带人工草地植被的影响

石永红，邵新庆，王运琦，韩建国，刘建宁

(1.山西省农业科学院畜牧兽医研究所，山西太原 030032；2.中国农业大学草地研究所，北京 100193)

伴随着我国农业结构的调整，奶牛养殖已经成为华北农牧交错区农民增收和农村经济发展的新途径。然而针对该区域人工草地奶牛合理放牧管理技术研究较少，奶牛饲养多以夏秋季在天然草地上自由放牧为主，过度采食和践踏导致草地利用过度，退化严重，土壤恶化，生产力水平低下。国内放牧研究多集中在天然草地上放牧绵羊和肉牛[1]，姚爱兴等[2-4]对南方亚热带地区人工草地放牧奶牛研究报道较多，但由于气候、草地类型等不同，因此，不能照搬到本区域。中国农业大学草地研究所在本区域人工草地放牧绵羊的研究所取得的管理技术[5，6]，由于家畜种类和利用目的不同，也不能完全应用到奶牛的放牧管理实践中。为此，对北方农牧交错带不同奶牛放牧管理方式对人工草地牧草群落特征的变化展开研究，以期获得适合于该区域的最合理的放牧管理方式及技术，为本区域草地畜牧业的健康发展提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验区位于中国农业大学沽源草地生态野外试验站，地处河北沽源县北部坝上高原 N 41°46′、E 115°40′，海拔1 400 m。年均气温1.4 ℃，≥10 ℃的年积温 1 513.1℃，无霜期 100 d，年均降水量399 mm，主要集中在7，8和9月。试验草地为可灌溉紫花苜蓿(Medicago sativa)、无芒雀麦(Bromus inermis)、蓝茎冰草(Pascopyrum smithii)和新麦草(Psathyrostachys juncea)混播人工草地。

1.2 试验设计

试验设置轻度划区轮牧(LRG，放牧率 2.6头/hm2)、中度划区轮牧(MRG，放牧率3.8头/hm2)和连续放牧(MCG，放牧率3.8头/hm2)3个处理，每处理重复3次，每个重复放牧4头奶牛。轮牧处理均为7小区，放牧3 d，轮牧周期为21 d。另设一个不放牧的对照区(CK)，面积为0.2 hm2。2004年放牧2个周期，2005年放牧4个周期。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 主要植物种群数量特征的测定 试验期间，在不同处理区分别布设10个固定描述样方，样方面积为1 m×1 m，分种测定植物密度、高度、投影盖度、草地总盖度和牧草现存量。试验期间每个轮牧周期测定1次，测定时间为每次放牧前1 d。

根据第2个放牧季结束时的种群密度(PD2005末)与第1个放牧季开始的种群密度(PD2004初)的比例来计算各种牧草种群的持久性(P)[7]，即:

持久性(P)=(PD2005末/PD2004初)×100。

1.3.2 植物种群重要性的计算 根据描述样方内测定的各植物种的密度、高度和盖度数据，利用公式计算牧草种群的重要值[2]，

IV=RDE+RHI+RCO

式中:IV-重要值；RDE-相对密度；RHI-相对高度；RCO-相对盖度。

1.3.3 群落地下生物量动态的测定 放牧季前后采用直径为81 mm 的根钻分0～10、10～20、20～30 cm 3层取样，每个重复取15钻。每个重复的样品按层混和后带回室内放入孔径0.25 mm的土壤筛中用水冲洗，除去枯死物质和石块，将根系从土壤筛中挑出，在65℃恒温下烘干72 h至恒重，称重。

1.4 数据处理

将试验所测得的各项指标值用Excel进行数据统计与作图，采用SPSS统计软件进行方差分析，用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 放牧对混播草地植物种群以及群落特征的影响

2.1.1 群落中植物种群重要值 从4种牧草的重要值分析(表1)，紫花苜蓿和无芒雀麦较大，轮牧制紫花苜蓿和无芒雀麦LRG大于MRG，而蓝茎冰草和新麦草则MRG大于LRG；两种放牧制度各牧草MRG大于MCG。0.01)

表1 试验期间不同放牧处理主要植物种群重要值Table 1 Importance value of component species under different grazing treatment %

2.1.2 草地牧草现存量与植被成份 草地牧草现存量随放牧强度的增加而降低(图1a)。随放牧期的推进，对牧草现存量积累的负面影响越来越大，到末期最为明显。2004年年均牧草现存量LRG，MRG和MCG分别为5 027，4 709和 4 681 kg/hm2DM ，2005年则分别为3 814，3 531和3 399 kg/hm2DM 。轮牧制下轻牧的牧草现存量大于中牧，年均 LRG比MRG高7.28%；同一放牧强度下轮牧制大于连续放牧，年均MRG比MCG高1.99%，这表明轻牧对牧草的生长有利。

从各种群分析，牧草现存量中无芒雀麦占优势，占群落总现存量的55%，而紫花苜蓿、蓝茎冰草、新麦草及杂类草所占比例较小，分别为27%、6%、11%和1%。LRG的紫花苜蓿和无芒雀麦的比例高于MRG和MCG处理，但蓝茎冰草和新麦草的比例则以MCG较高。杂类草在各处理中比例均很小，且LRG处理略高于MCG处理(表2)。

2.1.3 植物种群密度和持久性 种群密度无芒雀麦所占比例最大，占草地总密度的44%，紫花苜蓿、蓝茎冰草和新麦草所占比例较小，分别为21.19%，9.38%和24.57%。经过2个放牧季放牧后的紫花苜蓿的种群密度增加，而无芒雀麦、蓝茎冰草和新麦草的种群密度则下降，3种禾本科牧草间种群密度无芒雀麦大于新麦草，蓝茎冰草最低。同一放牧强度下紫花苜蓿和无芒雀麦的种群持久性MRG高于MCG，而蓝茎冰草和新麦草的种群持久性则以MCG较高。轮牧处理中4种牧草种群的持久性紫花苜蓿和无芒雀麦LRG大于MRG，而蓝茎冰草和新麦草的种群持久性则是MRG大于LRG。这表明新麦草和蓝茎冰草的耐牧性高于无芒雀麦和紫花苜蓿(表2、图2)。除紫花苜蓿种群持久性轻牧显著高于中度轮牧外(P＜0.05)，其他3种牧草处理间差异均不显著。

2.1.4 草地总盖度与分盖度 试验期最后一次轮牧前草地群落总盖度轮牧制下轻度轮牧大于中度轮牧，两种放牧制间轮牧略高于连续放牧(图1b)。经方差分析，LRG与MCG间草地总盖度差异显著(P＜0.05)，但与试验初期相比，放牧末期3个处理的草地总盖度均有所增加，增幅LRG高于MRG和MCG，分别为31.47%、24.92%和24.26%。

图1 试验期间不同放牧处理的牧草现存量(a)和草地总盖度(b)动态变化Fig.1 Mean forage standing yield(a)and sward cover(b)by sampling date for different grazing treatments in 2004 and 2005

紫花苜蓿和无芒雀麦的盖度以轻度轮牧较高。连续放牧蓝茎冰草和新麦草盖度增大，而轮牧紫花苜蓿和无芒雀麦盖度增大。轮牧草地中奶牛采食后的留茬高度较高，这对紫花苜蓿和无芒雀麦这些直立生长草种的再生长有利，而连续放牧下奶牛采食至较低的草层高度，有助于蓝茎冰草和新麦草的再生。同2004年相比，2005年紫花苜蓿和无芒雀麦在所有处理中的盖度都显著增加(P＜0.05)，增幅LRG＞MRG＞MCG，分别为41.89%和8.72%、28.45%和8.56%、39.57%和8.15%；而蓝茎冰草盖度在各处理中略有下降，新麦草略有增加，但2个放牧季内放牧制度与放牧强度对蓝茎冰草和新麦草盖度的影响均不明显(表2)。

2.2 放牧对根系生物量动态及其分布的影响

多数根系分布于土壤表层10 cm，0～10 cm和10～20 cm土层的LRG，MRG和MCG根系生物量分别为1 079.43和346.35 g/m2、1 051.56和 344.92 g/m2以及1 042.04 g/m2和286.34 g/m2，3个放牧处理0～10 cm根系生物量分别占到0～30 cm总根系生物量的69.80%、69.62%和72.88%。0～30 cm土层中放牧处理间根系生物量差异不显著(P＞0.05)。

表2 试验期间不同放牧处理主要植物种群植被特征Table 2 Botanical characteristics of component of the two systems in 2004 and 2005

图2 不同放牧处理的各种牧草种群持久性比较Fig.2 Sown species persistence of three grazing treatments

图3 不同放牧处理及深度草地根量动态变化Fig.3 Mean Root DM by soil depth and year for each treatment in 2004 and 2005

与试验初相比，放牧结束后，0～30 cm土层总根系重量LRG，MRG和MCG分别增加了2.43，2.35和2.50倍，但3个放牧处理间增幅差异不显著(P＞0.05)。增幅主要是由于0～20 cm土层中根系重量的增加，20～30 cm土层变化不大。除2005年放牧后10～20 cm土层LRG和MCG间根系重量差异显著外(P＜0.05)，其他时期各处理根系重量差异均不显著。放牧强度对根系重量有一定的影响，随着放牧强度的增加根系重量下降。中等强度的放牧对根系重量的不利影响随着放牧季的延长越来越明显，并且在试验结束时最为明显。最后1次取样期0～30 cm土层MCG和MRG处理的根系重量明显低于 LRG处理，分别为1 994，2 180和 2 446 g/m2。

3 讨论与结论

3.1 奶牛放牧对紫花苜蓿/禾草草地植被特征的影响

影响豆科和禾本科牧草混播人工草地稳定性的因素有很多，许多学者都发现放牧能改变草地中牧草的比例[2，9-15]。本研究连续放牧和轮牧的牧草现存量相近，试验2年内放牧制度及强度对其影响均不显著。这与前人[9]在紫花苜蓿混播草地上研究所得出的结论一致，50%紫花苜蓿与50%禾草草地上连续放牧与6小区轮牧以及11小区轮牧的牧草现存量无显著性差异。尽管本研究中放牧处理对草地牧草现存量的影响不明显，但需说明的是，由于本试验期较短，仅持续了2年，只有经过较长时间的试验，不同处理放牧奶牛对草地牧草现存量的不利影响也可能会呈现出来。

3.2 奶牛放牧对草地根系生物量动态及分布影响

试验处于半干旱的农牧交错带，由于土壤水分和养分十分有限，因此，牧草根系的生长尤为重要。本研究所有处理中大多数根系都分布在表层0～20 cm土层，这与其他学者在放牧草地上研究的结果一致[5，8，15]。这一方面由于奶牛采食后牧草根冠资源的重新分配，采食强度和频度的加大降低了根系的重量，另一方面奶牛的践踏使土壤物理性状发生改变，限制了根系生长的空间所致。

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