祁连山东端北麓天然草原禁牧与轮牧效益调查分析

白文丽，胡发成,*，赵雅丽，孙金桂

(1.武威市草原工作站，甘肃 武威 733000；2.天祝县草原工作站3.天祝县华藏寺林场)

祁连山素有“高山水库”之称，是河西走廊石羊河、黑河、疏勒河三大内陆河的发源地。祁连山北麓丰富的生态资源，在区域水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维持，气候调节等方面发挥着巨大的生态功能，同时发挥着畜牧业生产、生态旅游、草原文化产业发展等多种经济功能以及边疆稳定和民族团结等多种社会功能。由于祁连山位于中纬度北温带，深居内陆，远离海洋，又处于青藏、蒙新、黄土，三大高原的交汇地带，受青藏高原对大气环流的特殊影响，使夏季来自东南季风的湿润气流得以北进西伸，波及本区冬季受内蒙古干冷空气，西北寒冷气流的影响，致使本区冬季降温幅度大，气温年较差较大，形成了祁连山东段北麓地区的自然环境具有突出的多样性、脆弱性和不稳定性特点。多年来，随着全球气候变暖，区域气候变化及人类活动加剧，祁连山北麓生态环境日益恶化，造成冰川退缩、降水量减少、草地退化严重，使水源涵养功能减退、水土流失加剧、生物种群数量不断减少等严重的生态环境问题。为了保护祁连山区域生态环境，从2004年开始，武威市实施国家退牧还草工程项目，首先在祁连山东端的天祝县实施，项目主要实施围栏封育、补播改良等建设。本研究针对天祝县项目实施的草原禁牧与轮牧区域，通过监测植被高度、盖度和产草量，调查天然草原禁牧与轮牧效益。

1 材料与方法

1.1 区域概况

天祝县位于甘肃省中部，祁连山东端，地理位置介于102°01′～103°40′E， 36°30′～37°35′N之间，海拔2 040～4 874 m，年降水量265～630 mm，蒸发量1 600 mm，平均气温-0.2～1.3 ℃，≥0 ℃积温1 327.2～1 738.2 ℃，无绝对无霜期，植物生长期约120 d左右。全县土地总面积714 927 hm2，其中天然草原面积414 127 hm2，可利用草原391 407 hm2。境内草原广阔，类型多样，牧草种类繁多，天然草原有温性草原、温性荒漠化草原、高寒灌丛草甸、高寒草甸和低平地草甸五种类型。2004年～2010年，全县实施退牧还草工程340 000 hm2，其中禁牧10 667 hm2，轮牧、休牧233 333 hm2，实施补播改良98 000 hm2。

1.2 调查内容与方法

为了全面掌握全县草原植被生长状况及草原利用情况，科学评价草原生态状况，全县共设置33个草原监测点，其中国家级固定监测点1个，位于抓喜秀龙乡南泥沟村，自设长期固定监测点2个，为抓喜秀龙乡南泥沟村八支沟高寒草甸类监测点和松山镇芨芨滩温性草原类监测点，非固定监测点30个，分布于朵什、炭山岭、旦马、赛什斯等乡镇。根据《甘肃省草原监测技术操作手册》，样地选择在相应群落的典型地段，样地内生境条件、植物群落种类组成、群落结构、利用方式和利用强度等具有相对一致性，调查区域禁牧均在3年以上。每个样地随机选取3个1 m×1 m样方，样方与样方之前的间隔不少于250 m。根据《甘肃省草原监测技术操作手册》，每年8月中旬测定植被盖度、草群平均高度、产草量。并根据国内对草原生态系统碳蓄积能力的研究，对天祝县高寒草甸草原和温性草原植被碳库生物碳量(地上和地下生物量碳库)和土壤有机碳库增加量进行评估。调查时间：2014年～2019年。

2 结果与分析

2.1 草原生物量调查分析

2004年～2010年，天祝县实施退牧还草围栏达340 000 hm2。调查区域已实施禁牧围栏至少3年，有些区域禁牧围栏达9年。从表1中看出，高寒草甸草原禁牧区草群平均高度较轮牧区增加28.90%，较常年放牧区增加29.84%。鲜草产量较轮牧区增加22.98%，较常年放牧区增加127.10%。植被盖度轮牧区增加7.05个百分点，较常年放牧区增加26.67个百分点。轮牧区草群平均高度较常年放牧区增加208.65%，鲜草产量较常年放牧区增加84.66%，植被盖度较常年放牧区增加19.62个百分点。从表2中看出，温性草原禁牧区草群平均高度较轮牧区增加18.15%，较常年放牧区增加281.24%。鲜草产量较轮牧区增加25.06%，较常年放牧区增加125.02%。植被盖度轮牧区增加6.91个百分点，较常年放牧区增加29.92个百分点。轮牧区草群平均高度较常年放牧区增加222.68%，鲜草产量较常年放牧区增加79.93%，植被盖度较常年放牧区增加23.01个百分点。

表1 高寒草甸草原地上生物量调查表

图1 高寒草甸草原地上生物量变化图

表2 温性草原地上生物量调查表

2014～2019年6年间，无论禁牧还是轮牧利用，高寒草甸草原和温性草原草群平均高度、鲜草产量和植被盖度均不因禁牧封育年限延长而增加，而是随着降雨、气温和放牧利用等因素增减。调查表明，运用轮牧等方式合理利用天然草原，可提高草原利用率，草原不会逆向演替，但常年放牧、过度利用，植被盖度、草群平均高度、产草量下降，草原退化。

图2 温性草原地上生物量变化图

2.2 经济效益分析

若每公斤鲜草按市场价0.20元/kg计算，从表3中看出，2014～2019年，高寒草甸草原禁牧区平均产值比轮牧区提高22.98%，比常年放牧区提高127.09%，轮牧区平均产值比常年放牧区提高84.66%。温性草原禁牧区平均产值比轮牧区提高25.06%，比常年放牧区提高125.02%，轮牧区平均产值比常年放牧区提高79.93%。调查显示，禁牧、轮牧草原生物量和产值均有提高，常年放牧草原生物量和产值降低，合理的轮牧利用是天然草原最好的利用方式，不但保护草原生态，而且为发展畜牧业提供了饲草料，经济生态效益显著。

表3 不同利用方式下产值调查表

2.3 生物碳量蓄积评估分析

草原生态系统具有很强的碳蓄积能力，这些潜在的碳汇在生态碳循环中发挥重要的作用。草原生态系统其碳库主要包括植被碳库(地上和地下生物量碳库)和土壤有机碳库两部分。高淑琴等对1982～2011年我国不同类型草地面积和生物量碳密度的研究，高寒草甸草原地上生物量碳密度70.155 g C.m-2，地下生物量碳密度321.57 g C.m-2，总生物量碳密度391.725 g C.m-2。温性草原地上生物量碳密度62.415 g C.m-2，地下生物量碳密度294.615 g C.m-2，总生物量碳密度357.03 g C.m-2。天祝县高寒草甸草原面积228 796 hm2，总生物碳量0.90 TgC；温性草原面积162 609 hm2，总生物碳量 0.58 TgC。

高寒草甸草原禁牧区土壤有机碳增加量46 g C.m-2.a-1，温性草原禁牧区土壤有机碳增加量12 g C.m-2.a-1。天祝县高寒草甸草原禁牧面积达 72 486 hm2，土壤有机碳增加量0.007 Tg C.a-1；温性草原禁牧面积达34 181 hm2，土壤有机碳增加量0.016 Tg C.a-1。

3 结论

2014～2019年6年间，无论禁牧还是轮牧利用，高寒草甸草原和温性草原草群平均高度、鲜草产量和植被盖度不因禁牧封育年限延长而增加。说明高寒草甸草原和温性草原禁牧可有效提高生物产量，但超过一定期限并无正相关。调查显示，禁牧比轮牧草原生物量和产值均有提高，常年放牧草原生物量和产值降低，合理的轮牧利用是天然草原最好的利用方式，不但保护草原生态，而且为发展畜牧业提供了饲草料，经济生态效益显著。参考国内的研究结果，天祝县高寒草甸草原禁牧区土壤有机碳年增加量达0.007 TgC.a-1，温性草原禁牧区土壤有机碳年增加量达0.016 Tg C.a-1。通过实施退牧还草等重大的生态建设工程，可有效治理退化草原，恢复草地碳库功能，有利于天然草原的可持续利用。