天山中段主要草地類型牧草飼用價(jià)值評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)分析

張鮮花，李江艷，朱進(jìn)忠

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院/新疆草地資源與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052）

0 引言

【研究意義】草地是人類賴以生存的一類重要可再生綠色資源[1]。草地?cái)?shù)量的多少與質(zhì)量高低及其演變趨勢(shì)均影響到生態(tài)環(huán)境安全[2]。山地草甸是在濕潤(rùn)氣候條件下由低溫中生多年生禾草與雜類草組成的群落。分布在山地的中上部，與森林呈復(fù)合分布，是能量與物質(zhì)聚集的最大地段。群落組成植物種類較多，以紫花鳶尾為建群層片，形成獨(dú)特的群落外貌與景觀。持續(xù)地或階段性地定期對(duì)草地資源進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，對(duì)了解當(dāng)前草地資源的數(shù)量與質(zhì)量及其發(fā)展趨勢(shì)有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】天山是新疆最大的山地牧場(chǎng)之一[3]，自西向東分為西段、中段與東段，平均海拔3 000～5 000 m。烏蘇縣至烏魯木齊縣稱為天山中段，平均海拔高度為4 000～4 300 m，自然條件優(yōu)越，植被垂直帶譜完整，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]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以往研究針對(duì)天山北坡中段草地植物做了大量的研究，但基于牧草飼用價(jià)值動(dòng)態(tài)研究較少[5-6]。需對(duì)山地荒漠草原、草原和草甸3種草地類型植物群落的飼用價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)分析。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究草地植被群落牧草的數(shù)量與質(zhì)量變化，通過3種草地類型群落植物優(yōu)勢(shì)種與主要伴生種飼用價(jià)值的評(píng)定，對(duì)草地植物群落的植物飼用價(jià)值動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析，為草地動(dòng)態(tài)研究及草地合理利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

研究區(qū)位于天山北坡中段，距烏魯木齊市西南80 km 謝家溝地區(qū)，地處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，有時(shí)出現(xiàn)春旱和秋旱。年平均氣溫2.1～3.3℃，無霜期100～113 d。土壤為山地棕鈣土、栗鈣土和黑鈣土，以鐮芒針茅（Stipa caucsica）、博洛特絹蒿（Seriphidium borotalense）群落，羊茅（Festuca ovina）、針茅（Stipa capillta）群落、紫花鳶尾（Iris ruthenica）群落，構(gòu)成山地荒漠草原、草原、草甸的代表性草地類型。

1.2 方法

在自然放牧利用狀態(tài)下，采用定位觀察方法，對(duì)群落的牧草種類組成、地上生物產(chǎn)量進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)段連續(xù)測(cè)定。測(cè)定時(shí)間段為1985～2001年，每年于7月10～20日植物生長(zhǎng)旺季在相同地點(diǎn)取樣。

1.2.1 取樣

以草地型為單位采取典型地段取樣法進(jìn)行。用于群落種類組成分析與記載樣地面積為10 m×10 m，地上生物產(chǎn)量測(cè)定樣方面積為1 m×1 m，每年調(diào)查樣方不少于30個(gè)。

1.2.2 測(cè)定與評(píng)價(jià)

對(duì)草地牧草飼用價(jià)值的表述與評(píng)定方法有多種[7]，研究中采用《中國(guó)草地資源》（1996）有關(guān)飼用植物評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。以牧草的適口性、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和家畜利用性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，將草地飼用植物劃分為優(yōu)、良、中、低、劣5類[8-9]。

山地草原是介于山地荒漠草原與山地草甸草原中間，在干旱氣候條件下由低溫旱生多年生禾草、雜類草和小半灌木組成的一類草地[10]，構(gòu)成植被垂直帶譜的重要組成部分。

群落植物種類組成：采用草地群落種類組成樣地調(diào)查方法。

地上生物產(chǎn)量測(cè)定：采用樣地實(shí)測(cè)法測(cè)定群落植物種和類群的地上生物量。

草地質(zhì)量評(píng)價(jià)：草地質(zhì)量依牧草飼用價(jià)值評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，劃分等級(jí)。

草地植物波動(dòng)系數(shù)：以草地定位觀察時(shí)間段內(nèi)，植物最高與最低年份地上生物量之比計(jì)算。

草地牧草年變率：以草地定位觀察時(shí)間段內(nèi)，牧草平均地上生物量與每年地上生物量之比計(jì)算。

鑒于研究對(duì)象群落組成的牧草種類較多，本文僅以優(yōu)勢(shì)種和主要伴生種為對(duì)象，分析各類草地群落牧草飼用價(jià)值的動(dòng)態(tài)變化。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)及制圖，對(duì)比年際間的動(dòng)態(tài)變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同草地類型牧草飼用價(jià)質(zhì)評(píng)價(jià)

研究表明，草地類型不同，牧草飼用價(jià)值有較大差別，在荒漠草原草地植物群落中，良等牧草是群落植物組成的主體，占到群落歷年平均地上生物量的80.1%，優(yōu)等和低等牧草僅占19.9；草原草地植物群落中優(yōu)等牧草數(shù)量增加，與良等牧草可占到群落地上生物量的59.5%，其余為中等牧草；草甸草地地上生物量顯著高于前兩類草地，但組成群落牧草的飼用價(jià)值較低，中、低等牧草占到歷年平均值的91.6%，其中低等牧草的比例可占65.7%，優(yōu)、良等牧草只占9.4%。表1

表1 不同草地類型牧草飼用價(jià)值評(píng)價(jià)Table 1 Evaluation of forage value of different grassland types

2.2 不同草地類型群落牧草飼用價(jià)值動(dòng)態(tài)

研究表明，各類型群落中牧草的地上生物量均處于波動(dòng)狀態(tài)之下，一些年份波幅還較大。

2.2.1 山地荒漠草原群落牧草飼用價(jià)值動(dòng)態(tài)

研究表明，山地荒漠草原是草原帶最干旱的一類草地，與山地荒漠帶鄰接，與草原植被呈復(fù)合分布，植物群落由旱生禾草、小莎草與超旱生半灌木組成。由于荒漠草原氣候具有強(qiáng)烈的大陸性，年際變化劇烈，草地群落的穩(wěn)定性受到較大影響。1985～2001年期間，組成草地群落牧草的優(yōu)勢(shì)和主要伴生種地上生物量年度間波動(dòng)較大，且不同等級(jí)之間差異也大。良等牧草地上生物量的波動(dòng)系數(shù)，1985～1994年間為1.5（68.4～104.7 g/m2），1995～2001年間達(dá)到2.4（45.7～109.1 g/m2）；優(yōu)等與低等牧草，年度間波動(dòng)幅度大，分別為8（1.3～10.4 g/m2）和3.6（4.9～17.6 g/m2）。

優(yōu)等牧草平均年變率為40.8%，最低年份為3.8%，最大年份可達(dá)75.0%；良等牧草平均年變率為14.5%，最低年份為1.1%，最大年份可達(dá)33.7%；低等牧草平均年變率為29.2%，最低年份為1.8%，最大年份可達(dá)47.6%。圖1，表2

表2 荒漠草原草地不同等級(jí)牧草地上生物量年變率變化Table 2 Annual variability of biomass on different grades of grassland in desert steppe

圖1 荒漠草原草地不同等級(jí)牧草地上生物量年際動(dòng)態(tài)Fig.1 Interannual dynamics of biomass on different grades of grassland in desert steppe

2.2.2 山地草原群落牧草飼用價(jià)值動(dòng)態(tài)

研究表明，研究區(qū)草原草地群落是由優(yōu)、良、中3種類群牧草組成，各類牧草地上生物量在群落中的波動(dòng)系數(shù)，均較荒漠草原大，并顯現(xiàn)出年度間一直處于較大的變化之中。其中：優(yōu)等牧草波動(dòng)系數(shù)為4.6（8.5～39.2 g/m2），良等牧草波動(dòng)系數(shù)高達(dá)5.5（15.5～85.8 g/m2），中等牧草波動(dòng)系數(shù)為3.0（24.4～74.0 g/m2）。優(yōu)等牧草平均年變率為23.2%，最低年份為12.5%，最大年份可達(dá)53.9%；良等牧草平均年變率為47.3%，最低年份為2.9%，最大年份可達(dá)44.9%；中等牧草平均年變率為45.8%，最低年份為6.7%，最大年份可達(dá)46.7%。圖2，表3

圖2 草原草地不同等級(jí)牧草地上生物量年際動(dòng)態(tài)Fig.2 Interannual dynamics of biomass on different grades of grassland

表3 草原草地不同等級(jí)牧草地上生物量年變率變化Table 3 The annual variability of biomass on different grades of grassland

2.2.3 山地草甸群落牧草飼用價(jià)值動(dòng)態(tài)

研究表明，草甸植物普遍具有中生植物形態(tài)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)，耐旱性差，對(duì)氣候影響敏感。草地地上生物產(chǎn)量遠(yuǎn)不及前兩類草地穩(wěn)定。優(yōu)等牧草波動(dòng)系數(shù)達(dá)到16.1（5～80.3 g/m2），良等牧草波動(dòng)系數(shù)高達(dá)34.8（1.3～45.3 g/m2），中等與低等牧草波動(dòng)系數(shù)較低分別為3.5（81.0～279.9 g/m2）和2.3（241.3～548.g/m2）。再以不同等級(jí)牧草地上生物量年變化率分析，優(yōu)等牧草平均年變率為23.2%，最低年份為12.5%，最大年份可達(dá)53.9%；良等牧草平均年變率為56.7%，最低年份為23.6%，最大年份可達(dá)93.1%；中等牧草平均年變率為15.0%，最低年份為2.7%，最大年份可達(dá)45.4%，低等牧草平均年變率為9.3%，最低年份為2.1%，最大年份可達(dá)38.4%。圖3，表4

圖3 草甸草地不同等級(jí)牧草地上生物量年際動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Interannual dynamics of biomass on different grades of meadow grassland

表4 草甸草地不同等級(jí)牧草地上生物量年變率Table 4 Annual variability of biomass on different grades of meadow grassland

3 討論

草地波動(dòng)是天然草地固有的生物學(xué)特性，是草地與環(huán)境協(xié)調(diào)融合發(fā)展的表現(xiàn)。在群落波動(dòng)中，其生產(chǎn)力，各組分的數(shù)質(zhì)量比，甚至群落外貌與結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生明顯變化[8-11]。研究重點(diǎn)討論的是組成某一類草地中不同飼用價(jià)值的牧草類群，在特定時(shí)間段內(nèi)的消長(zhǎng)變化。一個(gè)群落數(shù)量動(dòng)態(tài)取決于其類群數(shù)量增加與減少的對(duì)比關(guān)系，根據(jù)研究區(qū)逐年統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，占據(jù)不同垂直帶譜位置草地，群落的波動(dòng)性不同，各等級(jí)類群植物的消長(zhǎng)變化規(guī)律也存在差異。一般觀點(diǎn)認(rèn)為，環(huán)境條件越是嚴(yán)酷，群落的波動(dòng)性越大[12]。在研究中，荒漠草原、草原草地是垂直帶譜中屬于干旱草地，從各類草地牧草優(yōu)勢(shì)類群的年變率顯示，與草甸草地相比要大，與以往研究結(jié)論一致。在草地波動(dòng)系數(shù)的分析結(jié)果中也反映出了這一規(guī)律。

草地中植物的生活型組成不同，其年變率、波動(dòng)系數(shù)不同[13]。在本研究中的荒漠草原草地，以蒿類半灌木組成的類群，年變率與波動(dòng)系數(shù)均比草原草地以草本植物組成的類群要小，說明由灌木與半灌木組成的群落，要較由草本植物組成的群落穩(wěn)定性要好，這與宋永昌[13]研究草本植物群落隨環(huán)境波動(dòng)發(fā)生的種類組成、數(shù)量特征的波動(dòng)，要比灌木與喬木波動(dòng)明顯的觀點(diǎn)基本一致。同時(shí)，也顯示草地牧草飼用價(jià)值不同，其年變率也存在一定差別，從研究中3 類草地的分析結(jié)果顯示，群落中飼用價(jià)值高的類群要較低的類群年變率大。如在草甸草地中，屬優(yōu)等與良等牧草地上生物量的平均年變率分別達(dá)到34.6%和56.7%，而在群落中占優(yōu)勢(shì)地位的低等牧草平均年變率只有9.3%。這是否與家畜的選擇性采食有關(guān)，造成飼用價(jià)值高的牧草生長(zhǎng)勢(shì)、耐牧性以及與環(huán)境波動(dòng)的協(xié)同能力減弱有關(guān)，還有待于結(jié)合家畜放牧試驗(yàn)進(jìn)一步研究[14-15]。

4 結(jié)論

4.1 3類草地牧草不同類群的數(shù)量消長(zhǎng)模式，各年度間始終處于連續(xù)的波動(dòng)狀態(tài)，且年度之間波動(dòng)系數(shù)、年變率較大。

4.2 連續(xù)17年對(duì)3 類草地群落牧草飼用價(jià)值的連續(xù)觀察分析，占據(jù)于干旱譜帶的山地荒漠草原、山地草原草地的波動(dòng)具有可逆性，而山地草甸主要類群飼用價(jià)值的變化，不能完全恢復(fù)到原有狀態(tài)，而只是向平衡狀態(tài)靠近，應(yīng)由過度利用導(dǎo)致群落飼用價(jià)值退化的表現(xiàn)。