放牧对蒿类荒漠草地植物群落和土壤理化性质的影响

朱 昊，柯 梅，李学森，任玉平，侯钰荣，魏 鹏，贠 静

(新疆畜牧科学院 草业研究所，新疆 乌鲁木齐 830000)

放牧对蒿类荒漠草地植物群落和土壤理化性质的影响

朱 昊，柯 梅，李学森，任玉平，侯钰荣，魏 鹏，贠 静

(新疆畜牧科学院 草业研究所，新疆 乌鲁木齐 830000)

通过对不同放牧梯度下蒿类荒漠草地地上植物的高度、盖度、密度和生物量及地下土壤容重、全氮、全磷、全钾和有机质等指标的测定和分析，旨在为此类草地恢复和合理放牧制度的确立提供科学依据。结果表明：(1)不同放牧梯度下放牧后的草地植物的地上生物量下降十分为明显，放牧前、适度放牧后及重度放牧后分别为：161.98，105.11和73.17 g/m2，草地植物生物量在不同牧压间的变化差异极显著(P<0.01)；(2)适度放牧下，0～10、10～20及20～30 cm的土壤容重在放牧前后均差异不显著(P>0.05)。重度放牧下，10～20 cm土壤容重放牧后比放牧前增加，差异显著(P<0.05)；(3)10～20和20～30 cm土层，全钾在适度放牧后和重度放牧后均表现为增加、有机质均有所减少，其放牧前后均差异显著(P<0.05)。

不同放牧；蒿类荒漠草地；植物群落；地上生物量；土壤容重，土壤养分

新疆拥有天然草地5 725.88万hm2，其中荒漠草地2 688.8万hm2，占全疆草地面积的46.93%，多作为春秋利用[1]。蒿类植物是天然草地资源中饲用价值高、分布广、数量多的一类重要牧草，在生态型上多为旱生和超旱生种类，主要以建群种和优势种构成草原及荒漠类型,且具重要饲用价值。蒿类荒漠草地在新疆草地资源中具有极其重要的地位，它是新疆草地重要的春秋牧场。近年来，随着人口的增加、对畜产品需求的加大，对草地的放牧强度逐渐增强。可是，此类草地构成相对简单、生态系统脆弱，于是出现严重的退化，即草地在外在人为因素的干扰下产生了逆行演替[2]。有关蒿类荒漠草地的研究主要集中于退化机理和退化下的草地土壤状况的分析，魏柏平等[3]、刘鹏涛等[4]做了地上植物或土壤单一方面的研究。此次研究旨在通过分析不同放牧对蒿类荒漠草地地上植被群落和地下土壤理化性质的总体影响，为此类草地恢复以及建立合理的放牧制度提供理论参考依据。

1 材料和方法

1.1研究区概况

研究区地理位置E 86°55′8.3″～86°56′8.4″，N 43°50′5.9″～43°48′30″，海拔1 180 m，属于新疆低山荒漠类草地，南高北低，是由沟和梁交错形成的起伏地区。草地群落优势种为伊犁绢蒿(Serphidiumtransiliense)和短柱苔草(Carexturkestanica)，伴生种有羊茅(Festucaovina.)、角果藜(Ceratocarpusarenarious)、猪毛菜(Salsolabrachiata)等。土壤类型为灰漠土，成土母质土体中常有不同数量的砾石。试验区属于低山干旱温暖气候区，全年气候干燥，降水少，蒸发大，冬季漫长，有积雪。历年平均温度7.2℃，年均降水量194.3 mm，无霜期170 d。

1.2研究方法

1.2.1 试验设计 研究区为低山带荒漠草地，生态系统脆弱，以前为春秋场放牧，为了减少对草地生长季的干扰，2013年起只作为秋季放牧利用草地，春、夏、冬季不放牧。试验时间在2013～2014年连续两年每年的9月1日～10月31日。结合试验示范户的生产实际，不同放牧梯度设置适度放牧和重度放牧2个处理，处理间试验小区3个重复，随机布置。放牧羊为体重50 kg、2～4岁龄的成年细毛母羊(德国美利奴×新疆细毛羊)。

1.2.2 载畜量计算 参考许鹏[5]提到的根据牧草产草量估测法计算载畜量。每只成年羊的日采食量参考候钰荣等[6]的方法计算，以公式(1)计算每只羊的日采食量为家畜活体重的2%。适度放牧定义为草地的利用率达到50%，重度放牧定义为草地的利用率达到70%。试验区为蒿类荒漠草地、草地类型相对简单、生态脆弱，试验载畜率以理论计算的载畜率的90%来设置。适度放牧实际载畜率以公式(2)计算，重度放牧实际载畜率以公式(3)计算。

每只羊日采食量(干物质)=家畜活体重×2%

(1)

适度放牧载畜率=[历史多年平均牧草产量(历史数据或围栏禁牧区内)×面积×50%/家畜日采食量×放牧天数]×90%

(2)

重度放牧载畜率=[历史多年平均牧草产量(历史数据或围栏禁牧区内)×面积×70%/家畜日采食量×

放牧天数]×90%

(3)

1.2.3 取样方法与测定指标 每个小区沿对角线设置一条样线，在样线上按照山体的高差的上、中、下3段随机设置2个样方，共计6个样方，地上草地样方面积为1 m×1 m。钢卷尺测定样方内植物群落中优势种距地面的自然高度，网格法目测群落的盖度，计数法测群落密度。沿地表刈割地上整个植株，电子秤称鲜重。

地下土壤分0～10，10～20和20～30 cm土层取样，以环刀法测定土壤容重。每层取500 g、风干后用于土壤全氮、全磷、全钾及有机质等营养指标含量测定。土壤养分由新疆农业科学院测试分析中心测定。

地上植物取样和地下土壤取样，分别在2013年8月底(放牧前)和2014年11月初(放牧后)各取样1次。

1.2.4 数据处理 试验数据在Excel中进行初步整理，以SPSS 19.0进行方差分析，采用Duncan法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1不同放牧梯度下草地植被变化

草地植物地上生物量在放牧前、适度放牧后及重度放牧后分别为161.98，105.11和73.17 g/m2(表2)。适度放放后、重度放放后与放牧前进行比较，草地植物地上生物量明显减少，且处理间均为差异极显著(P<0.01)。放牧后，不论是适度还是重度不同放牧下，放牧前后的草地群落高度、盖度及密度均呈下降趋势，但其变化差异均未达到显著水平(P>0.05)。适度放牧后与放牧前比，草地优势种伊犁绢蒿和短柱苔草的地上生物量明显减少，伊犁绢蒿由109.77 g/m2减少到79.00 g/m2，短柱苔草从38.96 g/m2减少到16.79 g/m2，变化差异极显著(P<0.01)。同样，重度放牧后与放牧前比，伊犁绢蒿由109.77 g/m2减少到56.25 g/m2，短柱苔从38.96 g/m2减少到10.73 g/m2，两个优势种的变化差异极显著(P<0.01)。

表2 不同放牧梯度下放牧前后草地群落各指标

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，同列不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),下同

分析表明，研究区荒漠草地群落构成相对简单，不同放牧梯度对荒漠草地生态系统影响差异较大。不同放牧下放牧后的草地植物生物量的减少主要是优势种伊犁绢蒿和短柱苔草的地上生物量的减少而引起的。

表3 不同放牧梯度下放牧前后草地优势种的地上生物量

2.2不同放牧梯度下草地土壤理化性质变化

2.2.1 不同放牧梯度下草地土壤容重 0～10 cm和20～30 cm、放牧前、适度放牧后、重度放牧后三者之间草地土壤容重均表现为差异不显著(P>0.05)。10～20 cm，放牧前土壤容重为1.21 g/cm3、适度放牧后为1.21 g/cm3、重度放牧后为1.21 g/cm3，适度放牧后与放牧前差异不显著(P>0.05)，重度放牧后和放牧前差异显著(P<0.05)(表4)。说明重度放牧后10～20 cm草地土壤变得更加紧实。

表4 不同放牧梯度下放牧前后草地的土壤容重

2.2.2 不同放牧梯度下草地土壤养分 0～10 cm，全氮、全磷和有机质的含量在放牧前、适度放牧后及重度放牧后的变化均差异不显著(P>0.05)。全钾在适度放牧前后和重度放牧前后均为差异显著(P<0.05)，放牧后均有所增加，适度放牧后由放牧前的2.17%增加到2.48%、重度放牧后增加到2.41%(表5)。

表5 不同放牧梯度下放牧前后草地的土壤养分

注：同行不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示不同处理间差异极显著(P<0.01)

10～20 cm，全氮和全磷含量在适度和重度放牧前后的变化均差异不显著(P>0.05)。全钾含量在适度和重度放牧前后均为差异极显著(P<0.01)，放牧后比放牧前都有所增加，适度放牧后由放牧前的2.14%增加到2.41%、重度放牧后增加到2.39%。试验表明，有机质含量在适度和重度放牧前后均为差异极显著(P<0.01)，放牧后比放牧前都有所减少，适度放牧后由放牧前的4.23%减少到3.29%、重度放牧后减少到3.36%。

20～30 cm，全氮、全磷和有机质的含量在不同放牧放牧前和放牧后差异均不显著(P>0.05)。全钾适度放牧后和重度放牧后均比放牧前有所增加，差异均为极显著(P<0.01)，适度放牧后由放牧前的2.08%增加到2.31%、重度放牧后增加到2.36%。

研究区的荒漠蒿类草地经过连续2年的仅秋季放牧利用后，全氮和全磷在0～10，10～20和20～30 cm土层中，不论是适度放牧前后还是重度放牧前后的变化均差异不显著(P>0.05)。全钾在0～10，10～20和20～30 cm土层中，不论是适度放牧还是重度放牧，放牧后都增加，在0～10 cm土层中变现为差异显著(P<0.05)、在10～20及20～30 cm土层均为差异极显著(P<0.01)。有机质在0～10和20～30 cm的土层中，适度放牧前后还是重度放牧前后的变化均差异不显著(P>0.05)；而在10～20 cm土层，不管是适度放牧还是重度放牧，放牧后都减少，差异极显著(P<0.01)。

3 讨论

3.1放牧对草地植被群落的影响

放牧是草地生态系统所经受的最主要的人为干扰因素之一，直接影响草地植物群落结构、植物多样性和土壤理化性质的变化[7-9]。在大气气候条件一致的区域，不同放牧对群落施加的影响可以超越不同地段其他环境因子的影响，成为控制植物群落特征的主导因子。新疆草地总体属于北方干旱区，草地地上生物量不但与年降水量极显著相关，而且与放牧利用强度显著相关[10-11]。研究表明，适度还是重度不同放牧下，草地的高度、盖度及密度均比放牧前都有明显的下降，但其变化差异未达到显著水平(P>0.05)。分析原因为研究区草地仅秋季放牧，第1年秋季放牧羊对草地群落的采食干扰会在第2年春季得到一定程度的修复。此外，优势种伊犁绢蒿的老枝条适口性差，放牧羊以采食当年再生嫩枝为主，采食后伊犁绢蒿自然高度和盖度变化不大，伊犁绢蒿表现出一定的耐牧性。不同放牧下放牧后的草地植物生物量的减少主要是优势种伊犁绢蒿和短柱苔草的地上生物量的减少引起。

3.2放牧对土壤理化性质的影响

适度和重度放牧前后土壤容重在0～10 cm土层均变现为差异不显著(P>0.05)，可能是由于研究区域土壤为山地草原灰漠土、表层土壤有小砾石，放牧羊在采食过程中对土壤表层有一定蹄耕作用。同时，适度放牧后还是重度放牧后， 10～20 cm土壤容重增加，差异显著(P<0.05)，此结果与戎郁萍等[9]研究结果相似，可能是放牧羊践踏表层土壤累积的结果。10～20 cm土壤层是多年生草地植物生长的地下主要空间，重度放牧后土壤容重增减，土壤变得更加紧实，不利于草地植物的根系呼吸，有可能对越冬和来年春季的生长产生很大影响。

土壤养分不同的放牧下放牧前后土壤中全氮、全磷变化差异不显著(P>0.05)，这与王向涛等[10]有关不同放牧对高寒草甸土壤影响的研究结果一致。适度放牧还是重度放牧，全钾放牧后都增加，此与范燕敏等[11]对北疆蒿类荒漠草地退化对土壤理化影响的研究结果相似。安慧等[12]研究了放牧对荒漠草原土壤的影响，结果为土壤有机碳随着放牧强度的增加而降低。曲广鹏[13]和苏振声等[14]及聂学敏等[15]分别研究了放牧对西藏高寒草地土壤的影响，其结论为随着放牧强度或者草地沙化程度的增加，土壤有机碳或土壤有机质含量均逐渐减少。同样，杨红善等[16]研究肃北高寒草原不同放牧强度土壤养分变化特征，结果是20～30 cm土层有机质随放牧强度的增大呈明显下降趋势。这些都与此次研究结果一致，即不管是适度还是重度放牧后有机质都减少。但是，有关北疆蒿类荒漠草地退化土壤有机质含量变化，范燕敏等[11]和林祥群等[17]的研究结果完全不一致。因此，草地土壤退化的影响因素是多方面的，除了过度放牧还有降水等气候因素和其他方面的因素的综合作用，有关此方面一两年短期内的研究结论仅是个参考。

研究报道，在连续2年共4个月的仅秋季放牧后，地上植被生物量在适度和重度2个放牧强度间的差异极显著(P<0.01)，但是土壤指标在适度和重度2个放牧强度之间差异不显著(P>0.05)。分析其原因主要是放牧处理时间太短，在极其短暂的放牧年份放牧强度根本无法体现，这也是此次研究的不足之处。同时也表明，地上植被群落对不同放牧十分敏感，地下土壤在一定条件下相对抗干扰能力强。

3.3合理的放牧利用方式

草地地上植被受所处地理环境气候影响大，尤其受降水量影响大，有关草地的利用方式应以水分、温度、光照等气候因素结合植被生长状况综合确定科学合理的不同放牧和放牧制度。何贵永等[18]研究了青藏高原高寒草甸草原的放牧管理方式对土壤的影响，得出连续放牧使土壤养分流失严重，从而导致土壤肥力降低，而禁牧和季节性休牧能有效增加青藏高原东缘高寒草甸草原土壤的养分含量,是该区和类似区域草地放牧管理的理想选择。董乙强等[19]研究报道，随放牧强度的增加伊犁绢蒿种群特征逐渐向低矮、退化方向演替，适度放牧有利于群落结构稳定性的保持。因此，从不同放牧下草地植被群落和生物量、土壤理化指标的变化关系来看，新疆低山蒿类荒漠草地即使全年仅秋季放牧其他季节休牧的利用方式下，秋季亦不适宜过度利用，理想的利用方式为适度放牧。

4 结论

(1)与放牧前比，不论是适度放牧后还是重度放牧后，植被地上总生物量、尤其是优势种伊犁绢蒿和草原苔草生物量均明显下降，且适度和重度处理间差异极显著(P<0.01)。

(2)适度放牧后与放牧前比，0～10，10～20和20～30 cm的土壤容重变化均差异不显著(P>0.05)。重度放牧后与放牧前比，0～10及20～30 cm土层的容重变化均差异不显著(P>0.05)；仅10～20 cm土壤容重有所增加，相应土壤变得更加紧实。

(3)在0～10，10～20和20～30 cm土层中，适度还是重度放牧后，全氮、全磷均差异不显著(P>0.05)；只是在10～20和20～30 cm土层，全钾均有所增加、有机质有所减少。

适度放牧和重度放牧后草地群的优势种生物量急剧减少、且不同放牧间的差异大，地上植被群落对不同放牧十分敏感；相对而言，地下土壤对不同放牧的抗干扰能力较强，不同处理间差异不明显。因此，即使全年仅秋季放牧2个月其他季节休牧，新疆低山蒿类荒漠草地秋季亦不宜重牧，合理的放牧强度为适度放牧。

[1] 许鹏.新疆草地资源及其利用[M].乌鲁木齐：新疆科技卫生出版社,1993:293-297.

[2] 李博.中国北方草地退化及其防治对策[J].中国农业科学,1997,30(6):1-9.

[3] 魏伯平,赵生国,焦婷.放牧对温性荒漠草原植物群落及草地土壤肥力的影响[J].草地学报,2012,20(5):855-862.

[4] 刘鹏涛,杨婷婷,姚国征.不同放牧强度下荒漠草原碳密度的变化[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2014,42(7):157-168.

[5] 许鹏.草地资源调查规划学[M].北京：中国农业出版社,2000:121.

[6] 侯钰荣,李学森,任玉平,等.牧压对蒿类半灌木荒漠草地植物养分含量的影响[J].草食家畜,2016,23(3):45-48.

[7] 王树茂.人类生产活动对草地生态系统生物多样性的影响[J].草原与草坪,2004(4):21-23.

[8] 李永宏,汪诗平.放牧对草原植物的影响[J].中国草地,1999(3):11-19.

[9] 戎郁萍,韩建国,王培,等.放牧强度对草地土壤理化性质的影响[J].中国草地,2001,23(4):41-47.

[10] 王向涛,张世虎,陈懂懂,等.不同放牧强度下高寒草甸植被特征和土壤养分变化研究[J].草地学报,2010,18(4):510-516.

[11] 范燕敏,朱进忠,武红旗,等.北疆蒿类荒漠草地退化对土壤理化特性的影响[J].土壤通报,2009,40(4):917-920.

[12] 安慧,李国旗.放牧对荒漠草原植物生物量及土壤养分的影响[J].植物营养与肥料学报,2013,19(3):705-712.

[13] 曲广鹏,参木友,赵景学,等.放牧管理对西藏高寒沼泽植物群落结构和土壤碳氮的影响[J].草原与草坪,2016,36(4):27-33.

[14] 苏振声,孙永芳,付娟娟,等.不同放牧强度下西藏高山嵩草草甸土壤养分的变化[J].草业科学,2015,32(3):322-328.

[15] 聂学敏,芦光新,,鲁子豫,等.不同沙化高寒草地植物群落结构特征及土壤理化特性研究[J].草原与草坪,2015,35(4):73-77.

[16] 杨红善,常根柱,周学辉,等.肃北高寒草原不同放牧强度土壤养分变化特征[J].土壤,2011,43(2):174-178.

[17] 林祥群,于磊,鲁为华,等.北疆地区伊犁绢蒿荒漠草地退化与土壤理化性状相关分析[J].草原与草坪,2008(4):33-36.

[18] 何贵永,孙浩智,史小明,等.青藏高原高寒湿地不同季节土壤理化性质对放牧模式的响应[J].草业学报,2015,24(4):12-20.

[19] 董乙强,孙宗玖,安沙舟,等.放牧强度对伊犁绢蒿种群特征及其群落多样性的影响[J].草地学报,2016,24(1):22-27,46.

Effectofgrazingonplantcommunitiesandsoilphysicalandchemicalpropertiesofartemisiadesertgrassland

ZHU Hao,KE Mei,LI Xue-sen,REN Yu-ping,HOU Yu-rong, WEI Peng,YUN Jing

(InstituteofPrataculturalScience,XinjiangAcademyofAnimalScience,Urumqi830000,China)

The effect of grazing intensities on plant communities and soil physical and chemical properties of artemisia desert grassland was studied by the measurement of plant height,coverage,density and biomass and soil bulk density,total nitrogen,total phosphorus,total potassium and organic matter in order to provide a scientific basis for the establishment of reasonable grazing system.Results showed that (1) the plant biomass obviously decreased after grazing under different grazing intensities,and it was 161.98 g/m2,105.11 g/m2and 73.17 g/m2for zero grazing,moderate grazing and heavy grazing respectively.The biomass difference among grazing intensities was significant (P<0.01).(2) Under moderate grazing,the differences of soil bulk density in 0～10 cm,10～20 cm and 20～30 cm layers were not significant before and after grazing (P>0.05).Under heavy grazing,the soil bulk density in 10～20 cm layer significantly increased after grazing (P<0.05).(3) Within 10～20 cm and 20～30 cm layers,the total potassium content increased and organic matter content decreased after grazing in moderate grazing and heavy grazing treatments (P<0.05).

grazing pressure;artemisia desert grassland;plant community;ground biomass;soil bulk density；soil nutrient

2016-08-12；

：2016-11-04

“十二五”农村领域国家科技计划课题：新疆荒漠干旱绿洲草原区“生产生态生活”保障技术集成与示范(2012BAD13B03)；重点牧区草原“生产生态生活”配套保障技术及适应性管理模式研究(2012BAD13B07)资助

朱昊(1979- )，男，甘肃正宁县人，硕士，助理研究员，主要从事草地生态与牧草育种研究。 E-mail：adamgrass@163.com 李学森为通讯作者。

S 812

：A

：1009-5500(2017)04-0068-06