放牧強度對克氏針茅草原地下生物量及其垂直分布的影響

巴 音，烏日恒

(烏海市環(huán)境監(jiān)測中心站，內蒙古烏海市 016000；烏拉特后旗第一中學，內蒙古烏拉特后旗 015500)

放牧強度對克氏針茅草原地下生物量及其垂直分布的影響

巴 音，烏日恒

(烏海市環(huán)境監(jiān)測中心站，內蒙古烏海市016000；烏拉特后旗第一中學，內蒙古烏拉特后旗015500)

本文以內蒙古克氏針茅典型草原為研究對象，通過測定不同放牧強度下土壤各個層次中的地下生物量和地上生物量，分析隨放牧強度增加植物地下生物量及其垂直分布的變化情況。結果表明:地下生物量大小依次為L>CK>M>H。對植物地下生物量進行逐層分析發(fā)現(xiàn)，輕度放牧可以增加地下生物量，但是中度和重度放牧均使其減少。各放牧強度下植物地下生物量都隨著深度增加而減少，而減少的幅度逐漸降低。但是放牧會影響植物地下生物量的垂直分布格局，放牧使地下生物量垂直分布的不均勻性增加，同時中度和重度放牧使地下生物量垂直分布趨向于表層化的現(xiàn)象更明顯。

克氏針茅群落；放牧強度；地下生物量

引言

草地是人類生存的重要自然資源和生態(tài)屏障，起著對氣候的調節(jié)、控制水源的流失、加強土壤的固著、凈化空氣和美化環(huán)境等生態(tài)作用，但它最主要的功能是為家畜提供食物〔1〕〔2〕。放牧是作為最普遍、最簡單、最經濟的草地利用方式，成為影響草地生物量的主要人為因素〔3〕。影響主要表現(xiàn)在地下生物量和地上生物量兩個方面。本研究在前人工作的基礎上以自由放牧的家庭牧場為研究地點，用定量劃分法確定放牧強度界限，分區(qū)取樣，就放牧強度對克氏針茅草原地下生物量的影響進行了研究，為確定草地合理載畜量提供依據。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

試驗地位于內蒙古錫林郭勒盟鑲黃旗境內，其地形地貌單一，氣候屬于溫帶半干旱大陸性氣候，年平均氣溫3.1℃，最熱月為7月份(20.4℃)，最冷月為1月份(-16.5℃)。年降水量267.9mm，主要降水集中在夏季(6-8月份)。終霜晚，初霜早，無霜期較短，平均為120d，全年盛行西風、西北風，年平均風速4.7m/s，月平均最大風速6.1m/s，其土壤主要由淡栗鈣土和栗鈣土組成，植被類型主要是典型草原，主要建群種有克氏針茅(Stipakrylovii)，優(yōu)勢種有糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)、冰草(Agropyroncristatun)、冷蒿(Artemisiafrigida)、銀灰旋花(Convolvulsammanii)等草本植物以及小葉錦雞兒(Caraganamicrophylla)等灌木植物。

1.2取樣點確定

根據研究的需要，我們選擇的樣地是以居民點為中心的自由放牧方式家庭牧場，根據與居民點的距離遠近和群落結構組成及生物量將放牧區(qū)劃分為輕度放牧(L)、中度放牧(M)、重度放牧(H)3個等級，劃分方法是以居民點為中心在放牧地上放射狀拉數條樣線，根據植物群落的基本特征定性劃分〔4〕，再選擇牧戶圍封打草靠近圍欄基本不受干擾的樣地作為對照區(qū)(CK)。

1.3地下生物量取樣

2007年，在每個放牧強度區(qū)分別隨機選5個1×1m的樣方，將地上部分齊地刈割，利用壕溝法，按照0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm、40-45cm、45-50cm、50-55cm、55-60cm、60-65cm、65-70cm、70-75cm、75-80cm、80-85cm、85-90cm、90-95cm分19層取樣，將樣品分層裝入塑料自封袋帶回。用水洗法將根樣漂出，65℃烘干稱重。

2 結果與分析

2.1不同放牧強度下地下生物量

圖1 地上生物量在不同放牧強度下的變化情況

圖2 各深度的地下生物量在不同放牧強度下的變化情況

0-95cm總地下生物量變化趨勢L>CK>M>H，它們的值分別是871.23g/m、752.23g/m、577.14g/m、245.13g/m；由圖1可以看出，地上生物量變化趨勢L>CK>M>H，它們的值分別是151.12g/m、120.22g/m、89.52g/m、53.53g/m；輕度放牧時的地下生物量可以達到對照區(qū)的118.81%，方差分析顯示輕度區(qū)與對照區(qū)總地下生物量有顯著差異(P<0.05)。而中度、重度放牧區(qū)的地下生物量只有對照區(qū)的76.72%、32.59%，減少的幅度特別大，兩者之間差異顯著(P<0.05)。經觀察，輕度放牧區(qū)克氏針茅株叢的枝條總數、營養(yǎng)枝和生殖枝數量均顯著高于其它，同時其地上生物量也明顯高于其它，因此植物光合面積增大，有助于光合物質向根系分配；中度和重度放牧區(qū)由于家畜過度采食導致克氏針茅株叢發(fā)生破碎和小型化，生殖生長的株叢密度減少，枝條比例下降，地上生物量急劇減少，植物光合面積減少，影響了植物光合作用，減弱了其光合產物向根系的分配，因而供給地下根系的營養(yǎng)物質減少，其結果勢必影響了植物根系的生長發(fā)育。而且重度放牧區(qū)由于家畜的過度采食導致群落植物種類發(fā)生更替，尤其是建群種、優(yōu)勢種被不同程度替代，因而使地下生物量急劇減少。

各層地下生物量的變化趨勢與總的地下生物量變化趨勢有所不同。由圖2可以看出0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm各層中都是L區(qū)的地下生物量最大，其次為CK，再次為M，而H區(qū)的地下生物量最低。方差分析顯示M、H與L、CK的地下生物量有顯著差異(P<0.05)。由于輕度放牧時，家畜對牧草少量的采食有助于植物快速生長、更新，而且適量的排泄物添加到土壤表層，可以為植物的生長提供肥料，所以在靠上層的土壤中，L區(qū)的地下生物量比CK區(qū)高。而M與H區(qū)的雖也有肥料的添加，但是過量的采食已經嚴重影響到群落的生長和組成，所以這兩個區(qū)中的地下生物量少于CK。55cm以下土層中分布的生物量少，變異性大，各個放牧區(qū)中地下生物量差異不顯著(P>0.05)。

2.2地下生物量垂直分布

圖3 不同放牧強度下地下生物量垂直分布情況

由圖3可以看出不同放牧強度下地下生物量垂直分布的變化趨勢相同，都呈現(xiàn)“T”字形，既隨著深度增加地下生物量逐漸減少，但是減小的幅度逐漸降低。0-20cm地下生物量最大，到20-45cm時地下生物量迅速減小，CK、L、M、H的地下生物量在0-20cm可以達到510.12g/m2、584.01g/m2、485.20g/m2、206.01g/m2，而到了20-45cm減少為161.08g/m2，210.02g/m2、80.56g/m2、31.01g/m2，減小的幅度都在60%以上。到了更深的深度，雖然也有小的波動，但總的趨勢是隨著深度的加深地下生物量顯著減少。這主要是由克氏針茅根系分布特性所決定的，克氏針茅分蘗節(jié)入土深度為2-3cm，根系集中分布在20cm以上的土層中，根幅直徑大約在60cm左右，最長的根系可以分布到55cm，甚至更深的土壤層中〔5〕。其次是因為大量的養(yǎng)料和有機質都分布于土壤表層，為了獲取更多的資源來滿足生長需要植物的主要根系都分布于土壤表層，進而使表層土壤肥沃，持水保水能力強，有利于根系生長。而隨著土層深度的增加，土壤質地趨于緊實，尤其到45-60cm鈣基層的出現(xiàn)，使養(yǎng)分、水分含量積聚下降，土壤溫度降低，因此地下生物量一般呈迅速下降的趨勢。

垂直分布格局的差異可以體現(xiàn)在地下垂直分布的變異性和趨向性兩個方面。首先，根據圖2我們可以看出對照區(qū)及各個放牧區(qū)地下生物量垂直分布的變異性情況，4個區(qū)中地下生物量的值從表層到95cm變化范圍較寬，各放牧區(qū)的變異系數都大于對照區(qū)，其中變異系數最大的達到123.17%，可見放牧使地下生物量垂直分布的變異性增加。用縱向方差分析方法，可以看出地下生物量垂直分布的趨向性。CK、L區(qū)前9層地下生物仍然存在顯著差異(P<0.05)，55cm以下各層地下生物量無顯著差異(P>0.05)。中度與重度放牧只有前6層地下生物量有顯著差異(P<0.05)，30cm以下各層則無顯著差異(P>0.05)。由以上方差分析結果可以看出，輕度放促使植物根系向土壤深層延伸的趨向性，而中度和重度放牧促使植物的根系有向土壤上層集中的趨向性〔6〕〔7〕。

綜合地下生物量垂直分布的變異性和趨向性，我們可以看出CK和L區(qū)垂直分布格局是變異性較小，且不明顯趨于表層。這表明CK和L區(qū)的根系生長策略與M和H區(qū)有所不同，CK和L區(qū)的根系在各層中的分配比例較M和H區(qū)穩(wěn)定，也就是說不放牧和輕度放牧時根系有向更深層土壤生長的趨勢，因為不放牧或輕度放牧干擾時，地上生物量明顯高于M和H區(qū)，植物可獲得充足的光合物質來滿足其自身的需要，就有更多的根系向土壤深層生長。而中度和重度放使放牧區(qū)的表層化現(xiàn)象更明顯，由于家畜的采食，減少植物光和面積，因此植物向地下部分運送的養(yǎng)料減少，不利于更深層根系的生長，這樣就增加了M和H區(qū)地下生物量垂直分布的變異性。

3 小結

3.1 放牧對地下生物量的影響從0-95cm總的地下生物量來看，對L區(qū)(輕度放牧)的最大，其次依次為CK、M(中度放牧)、L(輕度放牧)。而0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm，這8層中都是輕度放牧區(qū)的地下生物量最大，其次是對照區(qū)，重度放牧區(qū)最小，可見輕度放牧可以適量增加地下生物量。

3.2 地下生物量的垂直分布情況，4個研究區(qū)中總的變化狀況相同，既地下生物量隨著深度的增加而減少，減少的幅度也越來越小。但是它們的垂直分布格局不同，對CK、L區(qū)與M、H區(qū)相比地下生物量垂直分布變異性較小，且表層化現(xiàn)象較不明顯。因此得出中度和重度放牧會改變根系利用土壤資源的策略。

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S812.8

A

2095—5952(2014)04—0038—04

2014-08-26

巴 音(1983-)，男，巴彥淖爾市五原縣人，工程師，從事環(huán)境保護科學研究。