天山山地草原适宜放牧率评价体系初探——以新疆新源县为例<br/>

天山山地草原适宜放牧率评价体系初探——以新疆新源县为例

2010-03-31张建立张仁平锡文林安沙舟

草业科学 2010年12期

张建立,张仁平,锡文林,安沙舟

（1.新疆农业大学草业与环境科学学院新疆草地资源与生态重点实验室,新疆乌鲁木齐 830052；2.新疆自治区草原总站,新疆乌鲁木齐 830049）

长期以来,新疆的草地管理策略严重违背了放牧适宜度理论[1]。随着家畜和草场的承包到户,“头数观念”驱动牧区群众盲目扩大畜群数量,从而进一步加深了“草畜矛盾”、加速了放牧草地的草地生态系统“三化”进程。退化草地的经济载畜量和最佳放牧率降低,草地的经济收益并未随放牧家畜数量的增加而增加,反而随草地生产力的下降而下降。究其根本原因在于人们更多的关注草地的农业生产功能而忽视了其生态功能,导致过度放牧和草地大面积的退化,然而确定适宜放牧率一直是草原管理的难点[2]。近年来,有很多研究关于适宜放牧率的文献,主要集中在放牧对植物生产力、土壤、植物营养、家畜生产等的影响,并由此对适宜放牧率进行了评价,但不同的管理目标得出的适宜放牧率差别很大[3-15]。因此,如何使草地畜牧业和草地生态服务功能均衡和协调地发挥最大作用,适宜放牧率是最核心的管理目标之一[3-14]。为了能够全面、客观、科学地评价最适宜放牧率,以新疆新源县山地草原为例,采用德尔菲法[16-18]即通过多轮次调查专家对问卷所提问题的看法,经过反复征询、归纳、修改,最后汇总成专家基本一致的看法,选择植被指数、土壤指数、植被营养指数和经济指数等作为本研究的指标,然后对德尔菲法确定的研究指标运用层次分析[19-21]进行综合评价,确定出当地最适宜放牧率,为草地的合理利用提供科学有效方法的同时,也为制定合理的草地适应性管理策略提供理论依据,这对于促进草地畜牧业的可持续发展,实现草地的生态系统服务功能价值有着一定的指导意义。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域研究区设立在新源县则克台镇阿西勒村的春秋冬草地,属于平原河谷地区,海拔800 m左右,为干旱区。年均气温在3～5℃,无霜期167 d左右,年降水量100～160 mm,≥0℃的积温为3 511℃·d,≥10℃的积温 3 081℃·d。该类草地属于白羊草（Bothriochloa ischaemum）+杂类草草原,春季植物有短生、类短生植物,夏季优势植物是白羊草、旱雀麦（Bromus tectorum）和梯牧草（Phleum pratense）,该草地是当地的冬、春、秋3季放牧草地,在利用上具有一定的代表性。

1.2试验设计根据当地草地畜牧业生产现状,选择了放牧强度有明显差异的21户作为研究对象,经过初步的数据摸底调查、分析和筛选,最后确定有明显放牧梯度的10户牧户的草地作为研究对象,10户主要的放牧牲畜为牛和羊,面积最大达到30 hm2,面积最小的有6.7 hm2,按照当地典型的放牧模式以及单位时间单位面积上放牧的牲畜划分为极重度放牧（E）、重度放牧区（H）、中度放牧区（M）、轻度放牧区（L）和无牧（U）5个放牧梯度,每个梯度2次重复,对每个梯度的植被指标、牧草营养指数、土壤指数和经济指数进行测定。春季始牧期从2009年5月1日起,植被指标每15 d测定1次,即5月 1日、5月 15日、6月 1日、6月16日。牧草营养指数和土壤指数以6月16日测定的样本作为试验数据。

秋季始牧期在2009年8月26日测定植被指标,由于8月26日后牧草全部干枯,之后没有测定数据。

1.3 取样及计算方法物种多样性指数选择α多样性指数——多样性指数（diversity index）采用Shannon-Wiener指数（H′）。

式中,S为物种总数,Pi为物种i的相对重要值,Rc（relative coverage）为草地植物的相对盖度,Rb（relative aboveground biomass）为相对地上生物学鲜草产量,Rd（relative density）为相对密度,Rf（relative frequency）为相对频度。

牧草粗蛋白质含量采用凯氏定氮法,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量采用范氏法,有机质采用重铬酸钾-浓硫酸油浴法,碱解氮采用碱解扩散吸收法,有效磷采用碳酸氢钠浸提,钼锑抗比色法,速效钾采用醋酸铵浸提-火焰光度计法[22]。

1.4 数据处理用Microsoft Office Excel 2003对数据进行整理,并对试验期间的数据作图,运用DPS统计分析软件进行AHP评价。

2 结果与分析

2.1 适宜放牧率评价指标体系的建立定量研究往往以定性分析为前提。在选择指标之前,界定了放牧率评价的有关基本概念和相关的基本领域,分析了放牧率各个方面内在的逻辑结构和关系等。在此基础上,通过微观与宏观、点与面、定位与半定位结合,收集已有观测资料、国内外有关放牧率的研究和放牧率评价研究的相关文献资料,应用广义归纳法和软系统归纳集成法,分析各指标,采取宁多勿缺的原则,尽可能多地搜集放牧率评价指标,调查新疆从事草原土壤研究、牧草植物营养研究、草地生态学以及草地畜牧业生产者等多名专家。专家意见编成卡片后,再分门别类加以整理,使之系统化,形成供进一步咨询、讨论的4个A级和25个B级指标构成的放牧率评价预选指标集（表1）。

2.2 德尔菲法改进咨询指标体系采用德尔菲法通过控制反馈建立可靠的征求专家意见系统。邀请专家填写“放牧率评价指标重要程度咨询表”和“放牧率评价指标权重咨询表”。将收回的“放牧率评价指标重要程度咨询表”和“放牧率评价指标权重咨询表”进行统计处理,计算专家意见的重要程度、变异度以及反映专家意见协调程度的和谐系数,以此对指标进行筛选。指标筛选的原则是:首先根据专家对指标重要程度的表态,确定指标是否被保留,将多于60%的专家赞成的指标预保留。其次参照变异系数和指标权重确定指标是否被保留,将变异系数小于0.4、权重较大的指标作为保留的对象。综合重要程度、变异系数和权重值将放牧率评价指标集进行归纳并按照专家意见协调程度的和谐系数判断专家意见是否统一,如有较大差异则需进一步咨询,若意见统一,则可确定最终的评价指标体系,咨询可以停止。

表1 适宜放牧率预选指标集

2.3 第1轮放牧率评价指标体系的建立将放牧率评价预选指标集制成“放牧率评价指标重要程度咨询表”和“放牧率评价指标权重咨询表”,发出16份咨询表,收回10份。对收回的数据进行统计处理,计算专家意见的重要程度、变异度以及反映专家意见协调程度的和谐系数（图1）,综合重要程度、变异系数和权重值将放牧率评价预选指标集进行归并最终确定由11个B级指标构成第1轮放牧率评价指标集（表2）。同时得出专家意见和谐系数（rw）为0.054。可见,专家意见和谐系数值较小,对和谐系数进行进一步的X2检验:X2=n（m-1）rw（其中,n指专家人数,m为指标数）；得X2=45.14＜X2（24）0.05。可见,专家意见有显著性差异,需做进一步咨询。

图1 第1轮专家评价的放牧率预选评价指标的变异度和重要程度分布

表2 第1轮放牧率评价指标集

2.4 第2轮放牧率评价指标体系的建立将统计处理结果发给每个专家作为进一步咨询的参考。发出咨询表7份,收回7份。计算专家意见的重要程度、变异程度以及反映专家意见协调程度的和谐系数（图2）；对各指标进行筛选,由于各专家对第1轮各指标的重要程度和权重值的评价均较高,因此未对第1轮指标进行删除。计算出第1轮评价指标体系的专家意见和谐系数为0.818,可见,专家意见和谐系数值较高。对和谐系数进行进一步的X2检验:X2=57.26＞X2（10）0.05。可见,专家意见较一致。因此,由4个A级指标、11个B级指标构成的第2轮评价指标体系成为最终的新源县山地草原放牧率评价指标体系（图3）。

图2 第2轮专家评价的放牧率评价指标的变异度和重要程度分布

2.5 山地草原适宜放牧率的综合评价根据试验部分所得数据,对其进行归一化处理后运用综合评价方法,进行对总目标的评价,评价过程中的权重分配采用德尔菲法得出的结果。本试验根据最小极差正规法对以上数据进行无量纲化处理,使各指标数据处在同一水平,使处理间的评价更具可比性（表3）。

图3 新源县山地草原放牧率评价指标

表3 各指标的无量纲化处理

从表4可以看出,草地植被的生产力和多样性2个指标并不是在同一个放牧率下同时获得最大值。这里根据经过德尔菲法计算出草地植被的生产力和多样性2个指标的权重来分析草地植被的生态系统服务随放牧率的变化趋势。如果只考虑植被指数,当载畜率为中度时为管理者的最佳选择,其次分别为无牧、轻度、重度和极重度。当考虑所选指标的所有数值时,中度放牧率为最佳选择,其次分别为重度、轻度、极重度和无牧。从上面的分析可以看出,如果就某一单独指标进行适宜放牧率的评价时,不同的管理目标将会得出不同的适宜放牧率,如按照植被指标指数确定放牧率,则会得出中度为最适宜放牧率。随着其他指标相继进入,原先在单一指标评价体系下没有机会成为最优放牧率的处理成了最适宜放牧率,说明了该处理在多目标情景中有效地兼顾了各方面效益（表4）。

表4 不同放牧率的总目标评价

3 讨论与结论

由于放牧对牧草的影响有2种相反的作用,既有降低生长的机制,如减少光合面积,同时也有促进生长的机制,如改善未被采食部分的光照、养分,通过提高现有和再生叶片的光合能力及加快叶片和茎秆的生长速度,以恢复整株的光合能力,增加光合速率和繁殖的适应性等,因而牧草再生性能的强弱主要取决于促进和抑制之间的净效应[23-25]。如果仅从生物量来考虑,轻度放牧为最适宜放牧率。但综合考虑生物多样指数之后,中度放牧率为最适宜放牧率。

如果从植物营养指数角度考虑,极重度为当地最适宜放牧率,在放牧率为极重度条件下,优等牧草虽然减少,但是由于牧草被牲畜的反复利用,牧草的枝条较其他放牧率下的牧草枝条木质化程度低,因此该处理的粗蛋白含量较高,中性洗涤纤维和酸性纤维含量较低[26-27]。

极重度放牧的有机质和速效氮高于其他放牧方式的有机质和速效氮。牲畜的过度采食,致使草地植物的地上部分返还到土壤中的有机质和速效氮大量减少；在极重度退化下,由于植物根系变浅,土壤有机质向土壤浅层聚集,植物的根系及其分泌物成为土壤有机质和速效氮的主要来源。在极度退化样地地表遍布牲畜粪便,而其腐殖化系数比较高,因此对土壤有机质和速效氮的贡献率较高,大量的动物粪便成为了土壤有机质和速效氮的主要来源之一[9,11,28]。同时,在德尔菲法分析时,土壤有机质和速效氮权重较大,所以从土壤的角度考虑极重度为最适宜放牧率。

采用德尔菲法和层次分析法（AHP）计算各项指标的权重系数进行综合评价,并参考各个单项指标,评选出该山地草原的最适宜放牧率为0.32羊单位/hm2,即在放牧率为中度放牧时,山地草原从草地生态系统和草地畜牧业两方面考虑为最优选择。

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