新源县山地草原植被特征及植物营养对放牧强度的响应

闫 凯，张仁平，李德祥，锡文林，张建立

(1.新疆自治区草原总站，新疆 乌鲁木齐 830049；2.新疆塔里木河流域喀什管理局，新疆 莎车 844700)

长期以来，新疆的草地管理策略严重违背了放牧适宜度理论[1]。随着家畜和草地的承包到户，“头数观念”驱动牧区群众盲目扩大畜群数量，从而进一步加深了“草畜矛盾”，加速了放牧草地的草地生态系统“沙化、碱化、退化”进程。退化草地的经济载畜量和最佳放牧强度降低，草地的经济收益并未随放牧家畜数量的增加而增加，反而随草地生产力的下降而下降。究其根本原因在于人们更多的关注草地的农业生产功能而忽视了其生态功能，导致过度放牧和草地大面积的退化，然而确定适宜放牧强度一直是草原管理的难点[2]。近年来，有很多关于适宜放牧强度的研究，主要集中在放牧对植物生产力、土壤、植物营养、家畜生产等的影响，并由此对适宜放牧强度进行了评价，但不同的管理目标得出的适宜放牧强度差别很大[3-15]。因此，如何使草地畜牧业和草地生态服务功能均衡和协调地发挥最大作用，适宜放牧强度是最核心的管理目标之一[16-21]。本研究分析了新疆新源县山地草原白羊草(Bothriochloaischcemum)+杂类草不同放牧强度下草地植被特征和草地植物营养的变化规律，旨在探索不同放牧强度对植被特征、牧草营养状况的影响机制，为合理利用草原提供科学依据。

1 材料与方法

1.1研究区概况 研究区设立在新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州新源县则克台镇阿西勒村的春秋冬草地，属于平原河谷地区，海拔800 m左右，属干旱区。年均气温在3～5 ℃，无霜期167 d左右，年降水量100～160 mm，≥0 ℃积温3 511 ℃·d，≥10 ℃积温3 081 ℃·d。该类草地属于白羊草+杂类草草原，春季植物有短生、类短生植物，夏季优势植物是白羊草、旱雀麦(Bromustectorum)和梯牧草(Phleumpratense)，该草地是当地的春、秋季放牧草地，在利用上具有一定代表性。

1.2试验设计 根据当地草地畜牧业生产现状，选择了放牧强度有明显差异的21户，经过初步的数据摸底调查、分析和筛选，最后确定有明显放牧梯度的10牧户的草地作为研究对象，10牧户主要的放牧牲畜为牛和羊，面积最大达到30 hm2，面积最小的有6.7 hm2，按照当地典型的放牧模式以及单位时间单位面积上放牧的牲畜划分为极重度放牧(E)、重度放牧(H)、中度放牧(M)、轻度放牧(L)和无牧(U)5个放牧梯度，放牧率分别为0.51、0.43、0.32、0.26和0羊单位/hm2。每个梯度2次重复，对每个梯度的草地植被特征(高度、密度、盖度、频度、地上生物量)、牧草营养指数(粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维)进行测定。该草地为春秋放牧场，春季放牧时间一般为5月初到6月中旬，秋季放牧时间在8月中旬，所以本试验在2009年5月1日、5月15日、6月1日、6月16日、8月26日进行植被特征的测定。于2009年6月16日采集植物样品，自然风干粉碎后，过40目筛，作为供试样品用于营养成分分析。牧草粗蛋白质含量采用凯氏定氮法，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量采用范氏法[22]。

1.3计算方法 物种多样性指数选择α多样性指数：

Simpson多样性指数(D)：

(1)

Shannon-Weinerr指数(H′)：

(2)

McIntosh多样性指数(DMC)：

(3)

Brillouin多样性指数(HB)：

(4)

均匀度指数(Evenness Index)：

(5)

式中，Pi为物种i在群落中所占比重，S为物种总数，N为样本中所有物种个体总数，ni为物种i个体数。

1.4数据处理与分析 用Microsoft Office Excel 2003对数据进行整理，试验期间的所有数据均采用SigmaPlot作图，运用DPS统计分析软件进行分析。

2 结果与分析

2.1不同放牧强度对草地植被特征的影响

2.1.1不同放牧强度下草地产量的变化 地上生物量直接关系到草地的第一性生产，也是草地畜牧业发展的基础。对草地生产力的研究进行动态监测，其目的是要得到准确的生物量，掌握群落生产力的数量特征，植物组成在群落中的消长动态及草地生物量形成过程和规律。

无牧草地草产量在5月1日和5月15日较其他处理的高，但是在6月1日和6月16日轻度放牧的草地产量最高，这说明适度的放牧可以促进牧草的生长(图1)。极重度放牧的草地草产量从5月1日到6月16日一直最低，由于在放牧期间牧草一直被牲畜利用，使得牧草产量明显低于其他放牧处理的牧草产量。5月1日，无牧区、轻度放牧区与中度放牧区、重度放牧区和极重度放牧区的产量差异显著(P<0.05)，但是中度放牧区、重度放牧区和极重度放牧区的产量差异不显著。5月15日无牧区、中度放牧区、重度放牧区、极重度放牧区的产量差异显著。6月1日，各放牧区的产量差异不显著(P>0.05)。6月16日，无牧、轻度放牧区、中度放牧区的产量与重度放牧区、极重度放牧区的产量差异显著。随着放牧率的增加，地上现存量明显下降，这与董全民等[23]、刘伟等[24]在高寒草甸天然草地上和汪诗平等[25]在内蒙古典型草原上的研究结论相一致，但与李永宏等[26]在内蒙古草原上随放牧率的增加地上现存量无趋向变化的结论不一致。

2.1.2不同放牧强度下盖度的变化 植物群落盖度在草地生态的相关研究中有着相当重要的地位，在草地退化的研究中通常作为衡量退化程度的指标之一[27]。

不同的放牧强度下草层盖度有一定的变化，极重度放牧处理的草层盖度与其他放牧强度下的草层盖度差异显著(图2)。无牧区的草地盖度高于其他放牧区的草地盖度，且草地盖度在不同放牧时间和不同放牧强度下呈现动态变化；所有放牧处理，中度放牧区的盖度在5月15日和6月16日高于其他放牧区的盖度；而重度放牧区的各测定时间变化幅度不是很大；极重度放牧区的草地盖度除5月1日高于中度放牧区，5月15日高于重度放牧区外，其余的都低于其他放牧区的盖度。

图2 放牧对牧草盖度的影响

2.1.3不同放牧强度下物种多样性的变化 物种多样性是度量生物群落结构和功能复杂程度的指标，通过对物种多样性的研究分析可更直观认识群落的静态组成、不同群落间差异和环境影响下的群落变化与发展。物种的多样性一般是指一个群落中的物种的数目和各物种的个体分布均匀程度，反映了组成群落的各物种对环境的适应，体现了群落的稳定性和在环境梯度下的动态变化特征[28]。

Shannon和Brillouin指数变化趋势一致，即无牧区的Shannon和Brillouin指数最高，其次Shannon和Brillouin从高到低次序依次为轻度放牧区、中度放牧区、重度放牧区和极重度放牧区。Evenness、Simpson、McIntosh指数变化趋势也一致，即无牧区到极重度放牧区的Evenness、Simpson和McIntosh指数变化趋势为从高到低(图3)。通过分析可以看出，物种多样性对放牧干扰比较敏感。放牧强度的增加，会使群落生境恶化，降低草地的物种多样性，致使群落的种类成分多样性降低，结构简单化，生产力下降。从本研究结果来看,放牧干扰对草地植物群落物种多样性的影响与Connel[29]提出的中度干扰假说(intermediate disturbance hypothesis)不相一致，该假说认为中等程度的干扰水平能维持高的多样性，而重度的干扰则可能增加或减少异质性。

图3 不同放牧强度下的生物多样性指数的变化

2.2不同放牧强度下植物群落的营养变化 草地植物的饲用价值主要体现在其化学成分、消化率、适口性、牲畜的饲养效果等方面。不同的器官，不同的生长阶段，其营养物质的含量也不同。在生长的早期阶段，粗蛋白质含量较高，随着植物生育期的变化，可消化蛋白质的含量逐渐减少。此外，植物的营养物质含量还受环境因素的影响，如温度、湿度、光照等等。对天然草地而言，除植物生长的时空条件之外，草地利用程度对植物营养含量乃至对家畜生产水平的影响尤为重要[30]。本研究对不同放牧强度下的植物群落粗蛋白质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维分析测定，结果如表1。

表1 放牧对植物群落营养的影响 %

多年生草类的营养价值主要取决于蛋白质、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量的多少。蛋白质含量越高，中性洗涤纤维含量越低，植物的营养价值就越高，反之，植物的营养价值也就越低。植物营养价值的主要影响因素是植物的生育期。研究表明，极重度放牧区，粗蛋白的含量最高，达到10.6%，与中度放牧区和轻度放牧区的粗蛋白的含量达到显著水平(P<0.05)，中性洗涤纤维在极重度放牧区下含量最低(50%)，与其他放牧强度下的中性洗涤纤维达到极显著水平(P<0.01)，酸性洗涤纤维在中度放牧区含量最低(30.8%)，与其他处理达到极显著水平(P<0.01)。随着放牧率的增加，地上现存量明显下降，这与邢旗等[31]在草甸草原上及卫智军等[32]在荒漠草原上的研究结论相一致。

3 结论

植物群落地上生物量均随放牧强度的增加而减少，但也表现出一定的差异性。不同的放牧强度下草层盖度有一定的变化，放牧强度为极重度的草层盖度与其他放牧强度下的草层盖度差异显著，无牧区的草地盖度高于放牧区的草地盖度。物种多样性对放牧干扰比较敏感。放牧强度的增加，致使群落的种类成分多样性降低，结构简单化，生产力下降。随着放牧强度的增加，粗蛋白含量逐渐增大，极重度、重度放牧区与其他放牧区差异显著。中性洗涤纤维含量随着放牧强度的增加，呈现下降趋势，差异显著。酸性洗涤纤维含量在放牧强度为极重度时最高，这时的牧草被牲畜利用后消化率最低。

本研究是以大量野外样方调查的数据为基础的，在一定程度上能够反映新源县山地草原的适宜放牧强度。但由于研究周期短，研究得出的适宜放牧强度未考虑降水平、丰、欠年的各项指标值的差异以及在天山同类草原其他地方的地区差异性；另外，上述指标值仅为实际调查理论化的结果，尚需在实践中进行检验，因而应作进一步研究并根据实践应用的结果进行调整和修订。

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