新疆塔城不同类型草场生产力动态变化

古丽娜尔·沙亚汗，李佳欢，谭学周，王 堃＊

（1.新疆塔城地区草原工作站，新疆 塔城834700；2.中国农业大学动物科技学院，北京100193）

我国是世界上第二大草原大国，拥有草地资源3.92亿公顷，占国土总面积的41.14%［1］。其中，80%草地主要分布在干旱、半干旱的北方地区［2］。草地生态系统具有多种服务功能，如固定大气中的CO2；调节气候，涵养水源，培肥地力；维持生物多样性等［3］。除生态功能外，我国草地资源大多分布于少数民族聚集区，保证草地资源的可持续利用对维护民族团结具有重要意义［4］。据统计，我国90%以上的草地已发生不同程度的退化，草地产量显著下降，毒草、杂类草比例增多，生态服务功能丧失［5］。近几年来，我国大力发展生态恢复工程，草地退化的态势虽局部好转，但整体尤其是北方天然草地生态环境仍在恶化［2，6-7］。放牧是我国天然草地的主要利用形式［8］，根据草地承载能力合理放牧是维持草地健康的基础。据农业部草原监理中心《2012年全国草原监测报告》显示，全国268个牧区、半牧区天然草地的牲畜超载率高达34.8%［9］，这种形势极不利于我国环境保护、畜牧业发展及民族稳定。

新疆维吾尔自治区位于东经82°16′～87°21′，北纬43°25′～47°15′，有天然草原925万公顷，是我国天然草地面积最大的区域之一［10］。由于青藏高原的阻挡和加热作用，以及独特的 “三山夹两盆”地形，大量水汽难以到达新疆［11］，使得新疆的气候十分干燥，形成典型的内陆干旱与半干旱气候，干旱年频率高达36.8%［11］，生态系统极其脆弱［12］。近年来受自然和人为因素的影响，局部地区植被发生大面积的退化［12］，水分保持能力更是急剧降低。塔城位于新疆西北部，地域广大，地形复杂，是我国西北部的边缘地带，年降水量250～300mm，年均温5.3～6.5℃，≥10℃积温2300～2900℃［13］。根据2012年新疆统计年献，塔城草地类型多样，总面积34.46万公顷。塔城市天然草地超载过牧严重［14］，绿洲面临严重沙漠化的危险。

草地初级生产力是反应草地功能的重要指标，是草地生态系统与外界进行物质能量交换的基础［15］，其大小受许多因素的影响，如大的地理尺度的气候等环境因子（温度、降水等），小地理尺度的生物资源有效性（如植物多样性）等［16］。草地初级生产力的监测一直是草地资源状况监测的重要内容之一，对制定草畜管理模式、保障草地自然生态安全、维持畜牧业经济的可持续发展具有重要意义。本研究连续3年持续监控塔城各类型草场的植被状况，产量动态，为合理制定塔城市草地资源保护政策、遏制草地退化趋势、促进“草-畜平衡”发展提供科学、全面、可行的理论依据。

1 研究地概况与研究方法

1.1 样地概况

本次监控的塔城市的天然草地共包含6种类型：山地草甸类、温性荒漠类、大陆草甸类、草甸草原类、干草原类、荒漠草原类。样地基本情况如表1所示。

表1 样地基本概况Table 1 Basic information of sampling sites

1.2 测定方法

本研究对每个样地的植物种类组成、植被高度、盖度、产草量等状况进行调查。试验持续3年（2013年-2015年），于每年的植物的生长季（5月-9月）进行测定，测定日期选为每月的15-17日。随机选取长势均匀的样方，齐地刈割进行取样。带回试验站65℃烘干至恒重测定生物量。测定选取两种取样面积：对于低矮类草本植物，如苔草（carex）、羊茅（FesucaOvina），样方面积选为1m2，对于高大草本植物及灌木，样方面积选为100m2。

2 结果与分析

2.1 塔城市2013-2015年降水及温度状况

塔城市2013-2015年降水与温度状况如图1所示。从年降水总量上看（柱状图），2013年最高（269mm），2014年最低（60.9mm）。2013年降水主要集中于5-8月，较2014、2015年高，9月份后降水大幅度下降。2015年全年降水量大部分集中在9月份（9月份108.6mm；全年181.7mm），其他月份降水均匀，比较干旱。2014年全年降水均较少，除9月份外，与2015年降水量基本一致。2013-2015年均温基本相似（19.30～20.38℃），年内变化（折线图）趋势呈现单峰曲线，生长季温度较高。特殊的是，2015年2月份温度较2013年与2014年高。

图1 2013-2015年降水及温度情况Fig.1Precipitation and temperature during 2013-2015

2.2 塔城市天然草地产草量（干重）月、年动态

草地地上生物量观测时间为2013-2015年5月-9月，塔城市草场整体月平均产草量（所有类型草场产量平均值）如图2所示。从年季动态来看，2015年生长季前期（5-7月）的草场单位面积产草量高于2013年和2014年，2013年产量最低。2013年塔城市草地产量在7月份之后继续上升，最高值出现在8月份。2014、2015两年的单位面积产草量在7月份之后出现下降趋势。2015年草地产草量高峰在6月份就已出现，较2013、2014年提前1～2个月。

从月动态来看，草场单位面积产量均呈现先增加后降低的趋势，最大产量出现在7、8月份，这个时期的温度、降水均可达到植物生长适宜水平，牧草迅速生长。9月份后温度降低，霜冻天气逐渐增多，草地产草量下降。

图2 塔城天然草场单位面积平均鲜草产量Fig.2 Average productivity of natural grasslands in Tacheng

2.3 各类型草场产草量分析

由于地形、气候的综合作用，塔城市天然草地类型多样。图3反映了不同类型草场平均产草量的月变化趋势。各类型草场每月单位面积平均产草量为2013年到2015年3年的平均值。从图中可以看出，多数草场的牧草产量均呈现先增加后降低的趋势，而温性荒漠类草场与荒漠草原类草场的年内月产量几乎无太大变化，产量较其他几种草场低。对比其他几种不同草地类型可以发现，山地草甸产草量最多，干草原、大陆草甸次之。就年内草场生产力差值来看，山地草甸类、大陆草甸类、干草原类草场生长季草地产量增加程度较大。8月份后，大陆草甸类、草甸草原类、干草原类草场产草量大幅下降，山地草甸类下降幅度较小，在9月份有略微上升。

图3 不同类型草场单位面积月平均鲜草产量Fig.3 Mean productivity of different grasslands in each month

从不同类型草场年际间产草量变化来看（图 4），大部分草场的高产草量均出现在2015年，而2013年的产量普遍偏低。其中，山地草甸类、干草原类草场在2013-2015 3年内的产量变化趋势均为明显的单峰曲线，雨热同季时产量达到最大值。山地草甸类草场2013年生产力水平低于2014年和2015年，干草原类草场2015年生产力水平高于2013年和2014年；大陆草甸类、草甸草原类有一定的单峰趋势，但全年变化并不明显，仅在2013年8月份有一个较明显的产草高峰。除个别月份外，年际间草地产量无太大差异；温性荒漠类与荒漠草原类草场的生产力变化趋势虽从3年平均值上看（图3）基本稳定，但年内波动较大，基本无一致规律，整体生产力偏低，且年际间差异较大。

图4 不同类型草场单位面积鲜草产量Fig.4 Per unit yield of different grasslands in three years

3 讨论与结论

3.1 塔城市草场产草量年季间变化

降水量与热量是影响草地产量的主要因素，尤其是生长季的水分与热量的匹配对草地植物群落初级生产力的形成起至关重要的作用，且不同类型草地对热量或水分变异的响应可能不同［17-18］。全面、准确、频繁地监测天气状况对于充分解释草地植被生产力水平，预测草地生产力、规划草地利用方式与强度具有重要意义。除多等［15］对于西藏高寒地区天然草原的研究表明，相对于温度来说，降水是最主要的草地生产力限制因子。Beck等［19］研究也表明，草地的生产力与冬季降水变化有关。比较塔城市草场总体平均产量与天气变化情况可以发现：2015年5、6月份的降水量虽小，但草地产量高于2013年和2014年。塔城市年降水较少，大部分集中在冬季［20］。塔城地区大部分的草场海拔较高，在生长季早期，前一年的积雪逐渐融化，水分供应充足，热量是限制牧草生长的主要环境因子。2015年1、2月的月均温高于其他两年，牧草返青较早，快速生长时期提前，因此在5，6月份地上生物量较高。塔城市草地大多位于高海拔地区，2013年5，6月份降水量虽高，但持续的阴雨天气造成天然草地气温偏低，牧草生长速率较慢。7月份之后，温度逐渐上升至全年最高值，加上前一年积雪已完全融化、蒸发，主要的环境限制因子就转变为降水量，因此7月份之后，2013年高降水量的优势开始显现，产草量到达3年内最高水平。这与徐海量［21］等研究结论相似，当热量与降水两因素中有一个因素满足生长需求时，另一因素便成为主要的限制因子。

3.2 不同类型草场产草量对气候的响应

不同类型草场的地形、气候特点各异，草地生产力受降水、气温的影响不同。山地草甸、干草原类草场位于山地中部，土壤类型均为壤土，植物在生长季水热条件适宜时可快速生长。2015年降水少、升温早的优势在干草原上的反应明显，牧草在生长季早期产量高，2013年多降水、连续阴雨带来的低温对山地草甸类草场影响较大，草场产量较低。这可能与草地的阴/阳坡向有关。山地草甸类草场位于阴坡，气温较低。连续的多雨天气使得气温下降，不适宜牧草生长。干草原类草场位于阳坡，2015年的晴朗、高温天气使得阳坡更暖，加速牧草返青、生长。2013年大陆草甸类草场的产草量并未因降水的增加而降低，8月份的草产量最高，可能的原因在于其海拔较低（404m），即使在降雨频繁的情况下，气温依然能满足植株生长需要，因此在水分充足时，生长更快。与其海拔相近的温性荒漠类草场同样在2013年的草产量高于2014、2015年。由于土壤类型等条件的影响，温性荒漠类、荒漠草原类草场土壤为砾石质土，保水性能差［22-23］，在降水充足时虽可增加草地产量，但草地整体生产力低，受降水的影响大。但荒漠草原类草场海拔较高，温度偏低，在生长季初期热量仍为主要的限制因子。

3.3 对生产的建议

根据2012年新疆统计年献记载，塔城市的家畜存栏量为51.52万只羊，6.28万只牛［24］。粗略将其换算为标准羊单位，为82.92万只。结合塔城市草地产量水平，6，7，8月份是一年中草地产草量最高的时期，草地鲜草产量为每公顷2000kg左右。整体水平上来看6，7，8三个月的载畜量确实控制在合理载畜量范围之内。值得注意的是，除6，7，8三个月份外，塔城市草场的平均产草量均不足以支撑现有家畜正常放牧采食。塔城市牧民的放牧时间约为210天，除生长旺季外，其余月份的草场处于严重超载状态。尤其是初秋、初春的季节，对草场的破坏巨大。为保证塔城市草地的生态稳定，在制定合理载畜量时，应充分考虑气候变化带来的季节性产量波动，并适当推迟放牧时间，避开牧草返青期。9月之后，随着霜降的来临，牧草生长减缓，逐渐枯黄，草地产草量逐渐下降，应合理调节载畜量，保证草地健康，并进行科学补饲，平衡家畜营养需要，防止“冬瘦、春乏”现象的发生，平稳度过枯草季。