天山中段主要草地类型牧草饲用价值评价与动态分析

张鲜花，李江艳，朱进忠

（新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆草地资源与生态实验室，乌鲁木齐 830052）

0 引言

【研究意义】草地是人类赖以生存的一类重要可再生绿色资源[1]。草地数量的多少与质量高低及其演变趋势均影响到生态环境安全[2]。山地草甸是在湿润气候条件下由低温中生多年生禾草与杂类草组成的群落。分布在山地的中上部，与森林呈复合分布，是能量与物质聚集的最大地段。群落组成植物种类较多，以紫花鸢尾为建群层片，形成独特的群落外貌与景观。持续地或阶段性地定期对草地资源进行监测与评价，对了解当前草地资源的数量与质量及其发展趋势有重要意义。【前人研究进展】天山是新疆最大的山地牧场之一[3]，自西向东分为西段、中段与东段，平均海拔3 000～5 000 m。乌苏县至乌鲁木齐县称为天山中段，平均海拔高度为4 000～4 300 m，自然条件优越，植被垂直带谱完整，由低山至高山依次向上分布有荒漠—荒漠草原—草原—草甸草原—草甸（森林）—高寒草甸[4]。【本研究切入点】以往研究针对天山北坡中段草地植物做了大量的研究，但基于牧草饲用价值动态研究较少[5-6]。需对山地荒漠草原、草原和草甸3种草地类型植物群落的饲用价值进行评价与动态分析。【拟解决的关键问题】研究草地植被群落牧草的数量与质量变化，通过3种草地类型群落植物优势种与主要伴生种饲用价值的评定，对草地植物群落的植物饲用价值动态变化进行分析，为草地动态研究及草地合理利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

研究区位于天山北坡中段，距乌鲁木齐市西南80 km 谢家沟地区，地处87°25′～87°33′E，43°07′～43°47′N，占山地海拔1 200～2 400m。年降水量300～600mm，一般年份雨季6月下旬至8月上旬，有时出现春旱和秋旱。年平均气温2.1～3.3℃，无霜期100～113 d。土壤为山地棕钙土、栗钙土和黑钙土，以镰芒针茅（Stipa caucsica）、博洛特绢蒿（Seriphidium borotalense）群落，羊茅（Festuca ovina）、针茅（Stipa capillta）群落、紫花鸢尾（Iris ruthenica）群落，构成山地荒漠草原、草原、草甸的代表性草地类型。

1.2 方法

在自然放牧利用状态下，采用定位观察方法，对群落的牧草种类组成、地上生物产量进行长时段连续测定。测定时间段为1985～2001年，每年于7月10～20日植物生长旺季在相同地点取样。

1.2.1 取样

以草地型为单位采取典型地段取样法进行。用于群落种类组成分析与记载样地面积为10 m×10 m，地上生物产量测定样方面积为1 m×1 m，每年调查样方不少于30个。

1.2.2 测定与评价

对草地牧草饲用价值的表述与评定方法有多种[7]，研究中采用《中国草地资源》（1996）有关饲用植物评价方法与标准进行。以牧草的适口性、营养价值和家畜利用性状进行综合评价，将草地饲用植物划分为优、良、中、低、劣5类[8-9]。

山地草原是介于山地荒漠草原与山地草甸草原中间，在干旱气候条件下由低温旱生多年生禾草、杂类草和小半灌木组成的一类草地[10]，构成植被垂直带谱的重要组成部分。

群落植物种类组成：采用草地群落种类组成样地调查方法。

地上生物产量测定：采用样地实测法测定群落植物种和类群的地上生物量。

草地质量评价：草地质量依牧草饲用价值评价标准，划分等级。

草地植物波动系数：以草地定位观察时间段内，植物最高与最低年份地上生物量之比计算。

草地牧草年变率：以草地定位观察时间段内，牧草平均地上生物量与每年地上生物量之比计算。

鉴于研究对象群落组成的牧草种类较多，本文仅以优势种和主要伴生种为对象，分析各类草地群落牧草饲用价值的动态变化。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 软件进行数据整理统计及制图，对比年际间的动态变化。

2 结果与分析

2.1 不同草地类型牧草饲用价质评价

研究表明，草地类型不同，牧草饲用价值有较大差别，在荒漠草原草地植物群落中，良等牧草是群落植物组成的主体，占到群落历年平均地上生物量的80.1%，优等和低等牧草仅占19.9；草原草地植物群落中优等牧草数量增加，与良等牧草可占到群落地上生物量的59.5%，其余为中等牧草；草甸草地地上生物量显著高于前两类草地，但组成群落牧草的饲用价值较低，中、低等牧草占到历年平均值的91.6%，其中低等牧草的比例可占65.7%，优、良等牧草只占9.4%。表1

表1 不同草地类型牧草饲用价值评价Table 1 Evaluation of forage value of different grassland types

2.2 不同草地类型群落牧草饲用价值动态

研究表明，各类型群落中牧草的地上生物量均处于波动状态之下，一些年份波幅还较大。

2.2.1 山地荒漠草原群落牧草饲用价值动态

研究表明，山地荒漠草原是草原带最干旱的一类草地，与山地荒漠带邻接，与草原植被呈复合分布，植物群落由旱生禾草、小莎草与超旱生半灌木组成。由于荒漠草原气候具有强烈的大陆性，年际变化剧烈，草地群落的稳定性受到较大影响。1985～2001年期间，组成草地群落牧草的优势和主要伴生种地上生物量年度间波动较大，且不同等级之间差异也大。良等牧草地上生物量的波动系数，1985～1994年间为1.5（68.4～104.7 g/m2），1995～2001年间达到2.4（45.7～109.1 g/m2）；优等与低等牧草，年度间波动幅度大，分别为8（1.3～10.4 g/m2）和3.6（4.9～17.6 g/m2）。

优等牧草平均年变率为40.8%，最低年份为3.8%，最大年份可达75.0%；良等牧草平均年变率为14.5%，最低年份为1.1%，最大年份可达33.7%；低等牧草平均年变率为29.2%，最低年份为1.8%，最大年份可达47.6%。图1，表2

表2 荒漠草原草地不同等级牧草地上生物量年变率变化Table 2 Annual variability of biomass on different grades of grassland in desert steppe

图1 荒漠草原草地不同等级牧草地上生物量年际动态Fig.1 Interannual dynamics of biomass on different grades of grassland in desert steppe

2.2.2 山地草原群落牧草饲用价值动态

研究表明，研究区草原草地群落是由优、良、中3种类群牧草组成，各类牧草地上生物量在群落中的波动系数，均较荒漠草原大，并显现出年度间一直处于较大的变化之中。其中：优等牧草波动系数为4.6（8.5～39.2 g/m2），良等牧草波动系数高达5.5（15.5～85.8 g/m2），中等牧草波动系数为3.0（24.4～74.0 g/m2）。优等牧草平均年变率为23.2%，最低年份为12.5%，最大年份可达53.9%；良等牧草平均年变率为47.3%，最低年份为2.9%，最大年份可达44.9%；中等牧草平均年变率为45.8%，最低年份为6.7%，最大年份可达46.7%。图2，表3

图2 草原草地不同等级牧草地上生物量年际动态Fig.2 Interannual dynamics of biomass on different grades of grassland

表3 草原草地不同等级牧草地上生物量年变率变化Table 3 The annual variability of biomass on different grades of grassland

2.2.3 山地草甸群落牧草饲用价值动态

研究表明，草甸植物普遍具有中生植物形态结构与特点，耐旱性差，对气候影响敏感。草地地上生物产量远不及前两类草地稳定。优等牧草波动系数达到16.1（5～80.3 g/m2），良等牧草波动系数高达34.8（1.3～45.3 g/m2），中等与低等牧草波动系数较低分别为3.5（81.0～279.9 g/m2）和2.3（241.3～548.g/m2）。再以不同等级牧草地上生物量年变化率分析，优等牧草平均年变率为23.2%，最低年份为12.5%，最大年份可达53.9%；良等牧草平均年变率为56.7%，最低年份为23.6%，最大年份可达93.1%；中等牧草平均年变率为15.0%，最低年份为2.7%，最大年份可达45.4%，低等牧草平均年变率为9.3%，最低年份为2.1%，最大年份可达38.4%。图3，表4

图3 草甸草地不同等级牧草地上生物量年际动态变化Fig.3 Interannual dynamics of biomass on different grades of meadow grassland

表4 草甸草地不同等级牧草地上生物量年变率Table 4 Annual variability of biomass on different grades of meadow grassland

3 讨论

草地波动是天然草地固有的生物学特性，是草地与环境协调融合发展的表现。在群落波动中，其生产力，各组分的数质量比，甚至群落外貌与结构都会发生明显变化[8-11]。研究重点讨论的是组成某一类草地中不同饲用价值的牧草类群，在特定时间段内的消长变化。一个群落数量动态取决于其类群数量增加与减少的对比关系，根据研究区逐年统计分析结果，占据不同垂直带谱位置草地，群落的波动性不同，各等级类群植物的消长变化规律也存在差异。一般观点认为，环境条件越是严酷，群落的波动性越大[12]。在研究中，荒漠草原、草原草地是垂直带谱中属于干旱草地，从各类草地牧草优势类群的年变率显示，与草甸草地相比要大，与以往研究结论一致。在草地波动系数的分析结果中也反映出了这一规律。

草地中植物的生活型组成不同，其年变率、波动系数不同[13]。在本研究中的荒漠草原草地，以蒿类半灌木组成的类群，年变率与波动系数均比草原草地以草本植物组成的类群要小，说明由灌木与半灌木组成的群落，要较由草本植物组成的群落稳定性要好，这与宋永昌[13]研究草本植物群落随环境波动发生的种类组成、数量特征的波动，要比灌木与乔木波动明显的观点基本一致。同时，也显示草地牧草饲用价值不同，其年变率也存在一定差别，从研究中3 类草地的分析结果显示，群落中饲用价值高的类群要较低的类群年变率大。如在草甸草地中，属优等与良等牧草地上生物量的平均年变率分别达到34.6%和56.7%，而在群落中占优势地位的低等牧草平均年变率只有9.3%。这是否与家畜的选择性采食有关，造成饲用价值高的牧草生长势、耐牧性以及与环境波动的协同能力减弱有关，还有待于结合家畜放牧试验进一步研究[14-15]。

4 结论

4.1 3类草地牧草不同类群的数量消长模式，各年度间始终处于连续的波动状态，且年度之间波动系数、年变率较大。

4.2 连续17年对3 类草地群落牧草饲用价值的连续观察分析，占据于干旱谱带的山地荒漠草原、山地草原草地的波动具有可逆性，而山地草甸主要类群饲用价值的变化，不能完全恢复到原有状态，而只是向平衡状态靠近，应由过度利用导致群落饲用价值退化的表现。