贵州人工草地植被盖度和地上生物量及碳氮含量对放牧的响应

宋雪莲 丁磊磊 马茹菲

摘要 過度放牧是贵州喀斯特人工草地退化主要人为驱动力之一。研究贵州喀斯特人工草地放牧管理策略，对贵州人工草地的可持续发展有重要指导意义。本研究结合无人机技术对草地植被盖度进行调查，比较不同放牧强度对植被盖度、地上生物量、植被地上部碳氮含量的影响和相同模拟放牧强度对不同混播草地植被盖度、生物量、植被地上部碳氮含量的影响，分析地上生物量、植被地上部碳氮含量与盖度的相关性。结果表明，轻度放牧下，植被盖度、地上生物量鲜重、地上生物量干重和植被地上部碳氮比分别比重度放牧显著升高了16.4%、302.4%、292.5%和132.1%（p<0.01），植被地上部氮含量显著降低了58.2%（p<0.01），放牧强度对植被地上部碳含量影响不显著（p>0.01）；在相同模拟放牧强度干扰下，混播组合对植被盖度、地上生物量（鲜重和干重）、植被地上部碳、氮含量和碳氮比的影响均不显著（p>0.01）。相比于相同植被类型模式下的混播组合，草地盖度和地上生物量等的响应更受制于放牧强度调控，这进一步揭示，目前放牧强度下，贵州本地人工草地需要采取更低放牧强度的管理策略。不同放牧强度下，地上生物量、植被地上氮含量与植被盖度的相关性较好，结合无人机航拍图片，可为家庭牧场地上生物量和氮含量的无损、快速监测提供可行的途径。

关键词 放牧强度；植被盖度；生物量；碳氮含量；无人机技术；贵州省

中图分类号 S812 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）19-0255-07

Abstract Overgrazing is one of the most important human driving force to Guizhou karst artificial grassland degradation.The research on Guizhou karst artificial grassland grazing management strategyhas important guiding significance to the sustainable development of artificial pasture in Guizhou. Using unmanned aerial vehicle（UAV）technology to investigate vegetation coverage，this research compared the effects of the different grazing intensities on the vegetation coverage，aboveground biomass，aboveground carbon and nitrogen content，and also compared the effects of different mixed sowing combinations on the vegetation coverage，aboveground biomass，aboveground carbon and nitrogen content under the same simulated grazing intensity.The correlation of the aboveground vegetation，aboveground biomass，carbon and nitrogen content with vegetation coverage were also analyzed，respectively.The results showed that compared with heavy grazing，the vegetation coverage，aboveground biomass fresh weight，aboveground biomass dry weight and aboveground C∶N under light grazing significantly increased by 16.4%，302.4%，292.5% and 132.1%（p<0.01），respectively；the aboveground nitrogen content decreased significantly by 58.2%（p<0.01）.The impacts of grazing intensities on aboveground carbon content were not significant（p>0.01）.Under the same simulated grazing intensities，different mixed sowing combinations had no significant effect on aboveground biomass（fresh weight and dry weight），abovegr-ound carbon and nitrogen content and aboveground C∶N（p>0.01）.Compared with mixed seeding combinations，which vegetation type were same，response of vegetation coverage，aboveground biomass，etc.，were more limited by grazing intensity，which further suggested that lower grazing intensity management strategy in Guizhou local artificial grassland is needed.Under different grazing intensities，the aboveground biomass，aboveground nitrogen content had good correlation with vegetation coverage，which could provide a feasible way to monitor aboveground biomass and aboveground nitrogen content for family ranch combined with the UAV images.

Key words grazing intensity；vegetation coverage；biomass；carbon and nitrogen content；unmanned aerial vehicle（UAV）technology；Guizhou Province

喀斯特石漠化是我国西南喀斯特环境问题的热点之一，贵州省喀斯特面积达12.66万km2，占贵州省国土面积的71.89%[1]。石漠化的发生主要是由于人为干扰造成植被持续退化乃至丧失，导致水土资源流失和土地生产力下降，从而造成基岩大面积裸露[2]。石漠化在各种尺度水平上极大地影响着水文、土壤、生态和经济，可引发更多的地质灾害，甚至在更大尺度上影响碳平衡和区域气候[3]。放牧是国内外普遍运用的土地管理基本手段[4]，也是贵州喀斯特人工草地的主要利用方式，而放度放牧是贵州喀斯特人工草地退化主要人为驱动力之一。因此，贵州人工草地的合理利用与管理对防治草地退化和石漠化至关重要。

目前，贵州人工草地放牧管理策略的研究还很少，如莫本田等[5]研究了贵州南部混播草地的混播组合，孙 红等[6]研究贵州高原草地的利用方式，这些研究为贵州人工草地发展做出贡献。然而，随着贵州草地生态畜牧业的发展和扶贫开发的推进，家庭牧场的数量迅速增加，对人工草地的放牧管理策略需求越来越迫切。本研究旨在分析不同放牧强度对贵州人工草地植被盖度、地上生物量、植被地上部碳氮含量的影响以及不同混播组合草地对相同模拟放牧强度的响应，为贵州省人工草地可持续放牧管理提供依据。

1 区域概况与研究方法

1.1 研究区概况

不同强度放牧干扰试验在贵州省草业研究所独山县试验基地进行。该基地位于贵州省黔南州独山县麻万镇，北纬25°34′、东经107°37′，海拔950～970 m，地势南低北高；温差较小，年平均气温15 ℃，年均降水量为1 346 mm，主要分布在4—10月，雨热同期，空气湿度为82%，属于亚热带高原季风湿润气候。0 ℃以上年均积温为5 302 ℃，10℃以上年均积温为4 538 ℃；历史极端低温为-8℃，历史极端高温为34 ℃。无霜期为272 d，年均日照约为1 337.0 h。土壤类型为占贵州省国土面积45%的第一大地带性土壤——黄壤。

1.2 试验设计

研究分为2个试验：相同混播草地对不同放牧强度的响应和不同混播草地对相同模拟放牧强度的响应。

1.2.1 相同混播草地对不同放牧强度的响应。该试验草地于2014年9月进行播种，根据豆禾比2∶3的原则和贵州本地放牧草地长期的建植经验值，牧草品种选用游客紫花苜蓿（Medicago sativa L. Eureka）、歌德白三叶（Trifolium repens L.Kotare）、尼普顿多年生黑麦草（Lolium perenne L. cv. Nipton）、黔草4号鸭茅（Dactylis glomerata L. cv. QiancaoNO.4）和水城高羊茅（Festuca arundinacea Schreb. cv. Shuicheng）5种牧草，并按表1所示C0的比例进行混合后均匀撒播。其中，黔草4号鸭茅和水城高羊茅是贵州省草业研究所自育品种，其余为百绿公司提供。播种后于次年3月开始放牧试验，分2种不同放牧强度处理对试验样地进行放牧干扰：轻度放牧（放牧约9个羊单位/hm2）和重度放牧（放牧约18个羊单位/hm2）。放牧前轻度放牧与重度放牧的草地土壤、植被本底无明显差异。每处理设6个重复样地，规格均为30 m×30 m，每个样地放牧5 d、休牧25 d，最后放牧5 d、休牧25 d后，对样地地上植被进行刈割收集，每块样地取6次重复。重度放牧强度根据贵州独山县本地家庭牧场放牧诱导退化的人工草地普遍在用的载畜量设置，由于贵州省尚未出台本地载畜量计算办法，故选择同为喀斯特区域、邻省的《四川省草原载畜量及草畜平衡计算方法（试行）》及《云南省草原载畜量核定标准及办法（试行）》中绵羊对羊单位的折算系数（0.8）折算成羊单位。放牧羊为月龄相近的贵州半细毛羊，试验中若遇羊生病死亡，则以体重相近的健康羊替换。

1.2.2 不同混播草地对相同模拟放牧强度的响应。该试验草地于2015年10月播种，根据豆禾比2∶1～3的原则和长期的贵州本地放牧草地建植经验值，牧草品种选用游客紫花苜蓿（Medicago sativa L. Eureka）、歌德白三叶（Trifolium repens L.Kotare）、普那菊苣（Cichorium lntybus L. cv. Puna）、威宁球茎草庐（Phalaris tuberose cv.Weining）、黔草4号鸭茅（Dactylis glomerata L. cv. QiancaoNO.4）和水城高羊茅（Festucaarundin-acea Schreb. cv. Shuicheng）6种牧草，并按表1所示C1～C4的比例混合后均匀撒播。其中，威宁球茎草庐、黔草4号鸭茅和水城高羊茅是贵州省草业研究所自育品种，其余为百绿公司提供。由于模拟放牧（刈割）对真实动物采食草地干物质产量性能是一种指示[7]，所以采用模拟放牧。播种后于次年3月开始模拟放牧试验，采用留茬5 cm刈割的方式模拟移除75%地上生物量的放牧强度。每处理设6个重复样地，规格均为10 m×10 m，各样地刈割后恢复生长25 d。最后刈割恢复生长25 d后，刈割收集地上植被，每塊样地取6次重复。

1.3 数据采集

由于无人机（unmanned aerial vehicle，UAV）对操作和航拍的专业技术要求较少、获取图片平台的成本比较低[8]，加上零件的小型化和各种传感器及嵌入式计算机的成本也很低，使无人机在厘米级高精度航拍应用中越来越受欢迎[9]。本研究使用Phantom 3 Professional DJI无人机（DJI大疆创新科技有限公司，中国），用手机装载的DJI GO app软件操控，能接收可见光（红绿蓝波段），最大影像分辨率4 000×3 000[10]。研究指出，无人机航拍获取图片并使用FVC软件（Fragment Vegetation Coverage Estimator）提取图片中植被盖度较传统地面调查方法更高效，且结果准确、可信[11-12]，故本研究使用无人机航拍图片计算植被盖度（VC）。

就气候因素而言，冷季型牧草较暖季型牧草在当地更有生长潜力[13]，因而选择适合冷季牧草生长的秋季收集数据。在样地植被地上部刈割收集之前，于2016年11月2—3日（阴天）使用UAV垂直向下拍摄获得航拍图片，每块试验地设3次重复。为充分发挥UAV内置传感器的厘米级高精度航拍性能，实现一张图片覆盖一块试验样地，避免繁琐图片拼接操作，飞行高度设置为35 m。经测试，此时每张航拍图片覆盖地面面积约1 200 m2（40 m×30 m），每个像素覆盖地面面积约1 cm2。

在每个不同强度放牧干扰小区按照棋盘法设置6个1.0 m×1.0 m的样方，在每个不同混播草地模拟放牧小区按对角线法设置3个1.0 m×1.0 m的样方，留茬5 cm刈割对植被群落地上生物量取样。用精度0.01 g电子称测鲜重（fAGB），用恒温鼓风烘干机于105 ℃在恒温箱中杀青2 h后，于80 ℃烘至恒重，测干重（dAGB）。采用四分法取100 g干样，用扣压摇摆式小型粉碎机粉碎过100目后，用Vario EL元素分析仪（E-lementar 公司，德国）测定碳、氮含量（C、N）。

1.4 数据处理与分析

1.4.1 植被盖度计算。植被盖度计算分两步：首先，用Phot-oshop CS6软件的裁剪功能去掉航拍图片的边缘存在围栏的部分，获得仅含草地的图片；然后，用FVC软件提取植被盖度，其原理是运用阈值法鉴别绿色植被斑块[9-10]。

1.4.2 数据统计分析。对试验数据采用Microsoft Excel 2016整理后，采用R 3.3.3对数据进行单因素方差分析和回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同放牧强度对植被盖度、地上生物量和植被地上部碳氮含量的影响

对比不同放牧强度下牧草植被盖度、地上生物量和植被地上部碳氮含量（图1），在重度放牧下，试验样地植被盖度为73.7%；而在轻度放牧下，植被盖度达85.8%，较重度放牧下高16.4%（p<0.01），见图1（a）。地上生物量鲜重及干重呈现同样的变化趋势，重度放牧下鲜、干重仅为359.4 g/m2和102.0 g/m2；轻度放牧下分别高达1 446.4 g/m2和400.4 g/m2；相比于重度放牧，分别显著上升了302.4%和 292.5%（p<0.01），见图1（b）（c）。不同放牧程度下样地植被地上部碳含量无显著差异（p>0.01），但轻度放牧下植被地上部碳含量的变异系数从重度放牧下的4.0%上升到5.7%，见图1（d）。同时，轻度放牧下植被地上部氮含量由重度放牧下的4.3%显著减少至1.8%，减少了58.2%（p<0.01），见图1（e）。进一步计算不同放牧强度下碳氮比，轻度放牧比重度放牧显著升高了132.1%（p<0.01），见图1（f）。由此可见，在放牧样地中，轻度放牧下有较优的盖度和地上生物量；而重度放牧下，由于家畜的过量采食及过度践踏，严重抑制了放牧地植被的盖度及地上生物量；与碳含量不同，放牧地植被地上部氮含量因放牧强度的减轻而显著降低，进而导致其碳氮比急剧上升。

2.2 模拟放牧对不同混播草地植被盖度、地上生物量和植被地上部碳氮含量的影响

对比不同混播组合的牧草植被盖度、地上生物量、植被地上部碳氮含量（图2），在相同模拟放牧强度干扰下，混播組合对植被盖度、地上生物量（鲜重和干重）、植被地上部碳氮含量和碳氮比的影响均不显著（p>0.01）。混播组合C1—C4样地植被盖度分别为90.9%、82.4%、93.5%、93.9%，见图2（a）；混播组合C1—C4样地地上生物量干重分别为134.4、121.4、146.4、134.4 g/m2，见图2（c）。C2的植被盖度和地上生物量干重均分别较其他混播组合低9.4%～12.3%和9.7%～17.1%，说明相同模拟放牧强度干扰下混播组合C2有降低植被盖度和地上生物量干重的趋势。混播组合C1—C4样地地上生物量鲜重分别达到515.5、519.4、503.4、536.3 g/m2，见图2（b）；植被地上部氮含量分别达到2.4%、2.5%、2.3%和2.7%，见图2（e）。C3的地上生物量鲜量和地上部氮含量分别比其他混播组合低4.2%～14.8%和2.3%～6.1%，C4的地上生物量鲜量和地上部氮含量比其他混播组合高3.3%～17.8%；说明相同模拟放牧下混播组合C3有降低地上生物量鲜重、植被地上部氮含量的趋势，而C4有提高地上生物量鲜重、植被地上部氮含量的趋势。混播组合C1—C4植被地上部碳含量分别达到41.3%、40.4%、41.9%和40.5%，平均为41.0%，见图2（d）；植被地上部碳氮比分别达到21.8%、18.7%、19.0%和18.4%，见图2（f）。

2.3 2种试验模式下植被盖度与地上生物量、植被地上部碳氮含量的相关性

进一步分析2种试验模式下，植被盖度与地上生物量、植被地上部碳、氮含量的相关性。综合轻度放牧及重度放牧干扰情况，地上生物量鲜重和干重均与植被盖度成显著正相关关系（p<0.01），见图3（a）（b）；植被地上部碳含量与放牧地植被盖度关系不显著（p>0.01），见图3（c）；而植被地上部氮含量却随着放牧地植被盖度的增加而急剧下降，成显著负相关关系（p<0.01），见图3（d）。由此表明，尽管存在放牧干扰，但放牧地植被地上生物量随着植被盖度的增加而增加，且其碳含量稳定；而氮含量却因放牧地植被盖度的降低而显著增加（p<0.01）。

不同牧草混播组合下，植被盖度与地上生物量、植被地上部碳、氮含量的相关性分析结果如图4所示。混播组合下的植被地上生物量（鲜重、干重）和植被地上部碳含量均与植被盖度无显著关系；植被地上部氮含量与植被盖度的有较为显著的正相关关系（p<0.05），但相关性较弱（R2为0.2左右）。

3 讨论

3.1 相同混播草地对不同放牧强度的响应

放牧是贵州人工草地的主要利用方式，也是草地变化的重要驱动因子[14]，可最直观地改变植被盖度和地上部生物量。大量研究发现，植被盖度[15]和地上部生物量[16]随放牧强度降低显著增加[17-18]。本研究发现，放牧强度从重度降低到轻度，植被盖度和地上部生物量（鲜重、干重）分别显著增加了16.4%和292.5%～302.4%（p<0.01）（图1），与前人研究结论相吻合。这是因为轻度放牧刺激新叶生长，增强系统光合作用，增加土壤有效氮，提高初级生产力[19]；而随放牧强度的增加，主要是由放牧诱导的群落优势种改变而导致越来越来多的植物生物量被转移到了地下部[20]。因此，与轻度放牧相比，重度放牧植被地上部生物量减少。

碳是组成植被的结构性物质，氮是功能性物质，碳、氮是决定草地生态系统功能如生产力的关键因子[21]。因此，探讨放牧对草地生态系统化学计量学特征的影响，对确定合理的草地利用方式、草地生态系统平衡的维持及畜牧业的稳定与发展有利[22]。徐 沙等[23]发现碳含量比较稳定，围封、放牧和割草对其无显著影响。本研究也发现，轻度放牧和重度放牧的干扰未对植被地上部碳含量产生显著影响，其含量均稳定在40%左右，与徐 沙等[23]、丁小慧等[24]研究结果一致，说明放牧强度并未显著影响植被结构性物质碳的含量。但相比重度放牧，轻度放牧使植被地上部碳含量的变异系数增加了43.3%，见图2（d），这与李红琴等[25]的部分研究结果相一致。

很多研究表明，减轻放牧强度能降低植被地上部氮含量。李香真等[26]研究结果表明，与中度放牧和重度放牧相比，轻度放牧不同程度显著降低了植被地上部氮含量；Han G D等[16]也发现低放牧强度的植被地上部氮含量低于高放牧强度；本研究也有相同发现，见图1（e）。分析发现，主要有以下原因：

（1）放牧强度诱导的茎叶碳氮计量的权衡。一般而言，碳是结构性物质，在放牧草地植被地上部茎与叶中分布一致；而氮是功能性物质，主要集中在叶中。由于选择性采食，家畜更多地采食适口性较好的幼嫩枝叶，尤其是叶。李红琴等[25]的研究结果显示，放牧强度对植被叶片的碳氮、含量均有显著影响，均表现为与重度放牧相比，轻度放牧降低叶片碳、氮含量。杨惠敏等[27]研究也发现，随着放牧强度增大，牧草茎基部和叶片中的含氮量升高。轻度放牧下选择性采食对植被地上部茎叶的移除作用弱于重度放牧，导致轻度放牧下茎剩余相对较多，即茎中碳对地上部碳含量的比重增加，可能使地上部碳含量受放牧强度影响的变化不显著；而重度放牧下移除作用强烈，新生枝叶占比重相对较大，导致地上部氮含量较高。不过，Han G D等[16]認为，造成这种现象的原因是不同放牧强度诱导的立枯物的稀释效应：立枯物由于风化，主要由结构性物质（茎）而不是代谢性物质（叶）组成，所以其氮含量低，而且低放牧强度下的立枯物多就稀释了氮含量，高放牧强度由于移除了立枯物的累积，倾向于主要由幼嫩代谢性物质组成，故氮含量高。殷秀杰等[28]研究也发现，放牧季的中后期重度放牧区小叶樟粗蛋白质的含量要显著高于轻度放牧区和中度放牧区，认为可能与放牧采食促进小叶樟幼嫩植株再生有关。

（2）放牧强度诱导群落组成变化。大量证据表明，放牧可以改变草地植被群落结构[29-30]。Han G D等[16]研究表明，非豆科物种地上部氮含量随放牧强度增加而增加，但豆科物种不受影响。由于豆科物种茎、叶尤其是叶的氮含量较非豆科物种高，因而无论是豆科物种增加还是非豆科物种增加均可能导致地上部氮含量增加。

（3）高放牧强度导致土壤营养资源对植物需求相对过剩。李香真等[31]研究发现，旱黄梅衣（Xanthoparmelia camtsc-hadalis）的氮含量随放牧强度增加显著提高，认为其指示退化草地土壤表层营养资源的相对过剩，此时植物间对养分的竞争不是限制植物存在状况的主要因子。Han G D等[16]发现，放牧降低了适口性好的物种比例；高放牧强度为种子萌发提供更好的条件，从而利于适口性差的物种生长。丁磊磊等[14]研究认为，家畜喜食、适口性好的优良牧草逐渐被家畜少食或不食、适口性差的杂类草特别是毒杂草所取代。这个过程中，前者的数量特征由于牧草被家畜移除而逐渐下降，相对提高了后者对资源的竞争能力。本研究中，与轻度放牧相比，重度放牧显著降低了植被盖度和地上生物量，相对植物需求增加了土壤的营养资源（氮等），因而重度放牧的植被地上部氮含量较高。

（4）植物应对动物采食的化学防御机制也在一定程度上对重牧增加植被地上部氮含量有所解释。大量研究表明，动物采食会使植物产生化学防御物质，如非蛋白氨基酸、抑制酶蛋白、生物碱、胺等含氮类化合物。这些物质影响动物的采食，其含量在重度采食下高于轻度采食[32]。

（5）碳氮比可能改变瘤胃微生物发酵特征，改变植物残体分解速率，故分析碳氮比有利于了解植被响应放牧的生态过程。丁小慧等[24]研究发现，放牧草地植物碳氮比显著低于围封草地，植物残体分解速率较快，提高了生态系统养分循环速率。李香真等[26]研究表明，低碳氮比的植物残体分解速率快；同时，轻度放牧的地上部碳氮比显著高于中度放牧35.2%和重度放牧28.8%，认为在一定放牧强度范围内，植被地上部碳氮比随放牧强度减轻而升高。本研究结果表明，放牧地植被地上部氮含量因放牧强度的减轻而显著降低，进而导致其碳氮比随放牧强度减轻而升高，支持了这一观点。放牧动物的采食作用使高碳氮比的植物茎叶等被动物采食移除，植物处于年轻、含氮丰富的状态，低碳氮比的动物粪便归还至土壤[33]和排放在舍内。

放牧一方面改变植物地上部分形态和功能；另一方面，放牧后的凋落物、动物的粪便等可直接改变土壤营养状况；同时，动物践踏改变土壤物理状况，影响根系对土壤营养的吸收[26]，植被通过改变盖度、地上生物量和碳氮含量适应放牧强度变化。与不放牧和轻度放牧相比，重度放牧显著降低植被盖度和地上生物量，减少植被碳氮向土壤的归还率，动物通过采食移除向草地生态系统外部输出动物产品和夜间舍内排泄，从而使草地生态系统损失部分氮，同时显著加重碳氮温室气体排放[20]。因此，轻度放牧使植被地上部氮含量降低，对降低草地生态系统氮损失潜力具有一定的生态意义。重度放牧使土壤总氮含量降低，即导致土壤质量和肥力下降[16]，长期重度放牧将导致植物生产力降低和草地生态系统退化。本研究发现，降低放牧强度能提高草地植被盖度和地上生物量，降低草地生态系统氮损失潜力，因而对于贵州地区普遍存在的重度放牧管理方式而言，降低放牧强度有助于贵州地区草地的可持续利用。

3.2 不同混播草地对相同模拟放牧强度的响应

混播组合直接改变草地群落物种组成，而不同植物物种显著影响碳氮循环速率[34]等。因此，研究混播组合对于理解群落物种组成影响植被盖度、地上生物量和碳氮响应放牧的生态过程有帮助。在相同模拟放牧强度下，混播组合对植被盖度、地上生物量和植被地上部碳氮含量没有显著影响（图4），但混播组合C2有降低植被盖度和地上生物量干重的趋势，C3有提高地上生物量干重和碳含量、降低鲜重和氮含量的趋势，C1有提高碳氮比的趋势。已有研究[18，35]表明，草地植被盖度和地上部生物量对放牧干扰的响应依赖于植被类型。但放牧强度对植被盖度和地上部生物量等的影响是否受到属于相同植被类型不同群落的调控，现有知识甚少。本研究发现，混播组合未显著影响植被盖度和地上生物量干、鲜重等对相同模拟放牧强度的响应，表明由不同混播组合构建的群落没有显著调控放牧对植被盖度和地上部生物量等的影响。

很多研究证实，草地通过改变功能群组成响应放牧强度。如董全明等[36]研究发现，随着放牧强度的提高，优良牧草的盖度降低，杂草的盖度提高；Lamas M I B等[37]研究显示，多年生禾草和常绿高灌木的盖度随着放牧干扰强度的增强而减少，但是矮灌木盖度增加，然而这种增加并没有抵消其他形态类型的减少。功能群是由一组对环境有相似响应的物种构成，可划分为生长型[38]和生活型[39]。物种组成的刈割演替由生长型决定[40]。本研究采用了当地家庭牧场普遍在用的混播组合，各混播组合具有相同的植物生长型和生活型（表1），即相同的功能群，因而各混播组合对相同模拟放牧强度具有相似的响应。

3.3 2种试验模式下植被盖度与地上生物量、碳氮含量的相关性

草地盖度和地上生物量监测是草地合理管理的基础，但传统监测往往耗时长且取样对草地存在破坏性[41]。地上生物量与盖度的正相关关系已被很多研究[41-42]证明。本研究利用无人机低空拍摄图片获取植被盖度，并分析地上生物量、碳氮含量与植被盖度的相关关系，探索建立地上生物量和碳、氮含量的无损、快速检测方法。

在不同混播组合模式下，植被地上部氮含量与盖度有显著的线性正相关关系，其余指标均与盖度无相关关系，但有随盖度增加而增加的趋势。由此表明，相同模拟放牧强度下，不同混播组合草地地上生物量鲜干重、植被地上部碳含量与盖度并非简单的线性关系。

在不同放牧模式下，地上生物量鲜干重、植被地上部氮含量与植被盖度具有显著的正相关关系。通过建立地上生物量鲜干重、植被地上部氮含量与植被盖度回归模型，结合无人机航拍图片，可为家庭牧场地上生物量和氮含量的无损、快速监测提供有关途径。

4 结论

降低放牧强度显著增加了植被盖度和地上生物量，降低了草地生态系统氮损失潜力；而混播组合对植被盖度、地上生物量和植被地上部碳氮含量对相同模拟放牧强度的响应无显著影响，相比于相同植被类型模式下的混播组合，草地盖度和地上生物量等的响应可能更多受制于放牧强度调控。这进一步表明，目前放牧强度下的贵州本地人工草地需要更低放牧强度的管理策略。在相同混播组合的草地中，地上生物量鲜干重、植被地上部氮含量与植被盖度具有显著的正相关关系，可建立上述草地响应参数与植被盖度的回归模型，结合无人机航拍图片，实现家庭牧场地上生物量和氮含量的无损、快速监测。

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