不同放牧率下冷蒿生物量对蒸散的影响

2018-04-25殷国梅边继武张园园刘思博薛艳林李敬忠张克威布仁朝古拉贾建宇张建中

畜牧与饲料科学 2018年1期

殷国梅，边继武，张园园，刘思博，薛艳林，李敬忠，张克威，张英，布仁朝古拉，孙林，贾建宇，张建中

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特 010031；2.呼和浩特市武川县草原站，内蒙古武川 011700；3.呼和浩特市科技创新创业服务中心，内蒙古呼和浩特 010010）

在土壤—植物—大气连续体系（SPAC）中，植物蒸腾作用所散失的水量在区域性水循环和水平衡中起很重要的作用。蒸散量是指一定时段内植物群落蒸腾量与土壤蒸发量之和，草地生态系统的蒸散是土壤水分的主要输出变量，也是草地水量平衡中的组成部分，是土壤湿度、气象条件、植物种类对天然降水再分配的响应［1-3］。冷蒿是旱生的小半灌木植物，是典型草原和荒漠草原区的优良牧草，在内蒙古大多出现在轻度和中度退化草原以及强烈侵蚀地段上，适应性较强，受生境影响较大，具有返青早、营养价值较高、耐干旱、耐践踏、耐沙埋、耐土壤侵蚀等特点，在不同利用方式下植物个体形态、繁殖特点等均有差异［4-6］。特别是在荒漠化问题极为突出的今天，冷蒿种群的蒸散研究在草原地区具有重要意义，对合理利用草地资源，防止干旱地区冷蒿进一步退化具有指导作用。

1 试验区自然条件概况

试验区位于内蒙古自治区农牧业科学院乌兰察布市四子王旗科研试验基地。位于北纬41°47′17″，东经 111°53′46″，海拔为 1 450 m。该区域属于典型的大陆性气候，春季干旱、多风，夏季炎热，月平均温度最高月在7月和8月，年均气温分别为24.0、23.5℃，≥10℃的年积温为 2 200～2 500℃，湿润度0.15～0.30，年均降雨量250 mm左右，降水量主要集中在6—8月，无霜期175 d左右。试验地植被草层低矮、稀疏，种类组成较贫乏，建群种为短花针茅（Stipa breviflora Griseb.），优势种为冷蒿（Artemisia frigida Willd.）、无芒隐子草［Cleistogenes songorica（Roshev.）Ohwi］。土壤为淡栗钙土。

试验小区共计4个处理，每个小区面积约为4.4 hm2，分别为对照区（CK）、轻度放牧区（LG）、中度放牧区（MG）和重度放牧区（HG）。其中，载畜率水平分别为：0 （CK）、0.93 （LG）、1.82（MG）、2.71（HG）羊单位/（hm2·半年），放牧羊只数分别为：0、4、8、12只，各处理区均设3次重复。

2 测定指标及方法

2.1 植物个体日蒸散量的测定

于2016年5—9月采用微型蒸渗仪法（整体土柱称量法）在不同放牧率的样地内随机选取独立冷蒿植株进行个体日蒸散量测定。每月测定1期，每期历时5 d，每期重复3次，如遇雨天将测定时间顺延。微型蒸渗仪为直径226 mm、高250 mm的圆柱体，体积为10 000 cm3，重量为17 kg。

2.2 生物量测定

将冷蒿植株个体在日蒸散量测定结束时从微型蒸渗仪中取出，将土去除后把地上及地下部分分开，分别测定鲜重和干重。

3 结果与分析

3.1 不同放牧率下冷蒿的日蒸散量

对不同放牧处理下的冷蒿个体进行日蒸散量的测定。由图1可知，在整个生长季中，6月的日蒸散量相对较高，其次是7月、5月、8月，9月的日蒸散量最低。相同月份不同放牧处理下冷蒿的平均个体日蒸散量表现出一定差异：5月CK区和MG区的个体日蒸散量较高，其次是LG区，HG区最低；6月CK区表现出较高的个体日蒸散量，LG区和MG区的个体日蒸散量相当，HG区日蒸散量最低；7月CK区、LG区和MG区个体日蒸散量相差不大，HG区蒸散量最低；8月CK区和LG区日蒸散量基本一致，HG区较低；9月LG区的平均日蒸散量最高，其次是CK区，HG区最低。整体看来，整个生长季中HG区的个体日蒸散量均为最低，但最高日蒸散量在不同月份表现不同。

图1 不同放牧率下冷蒿个体日蒸散量测定结果

3.2 地上生物量与冷蒿个体日蒸散量

图2 冷蒿地上生物量与个体日蒸散量的关系

对不同放牧处理下冷蒿个体日蒸散量与地上生物量的变化规律及关系进行研究。由图2可知，各放牧处理区冷蒿的个体日蒸散量变化趋势相似，基本表现为先上升、后下降的趋势。从5月开始增加，6月为最高点，然后呈下降趋势，9月最低。冷蒿地上生物量在各处理区的变化规律不同：CK区和LG区地上生物量从5月开始增加，在7月达到最高点，然后呈下降趋势，9月降到最低；MG区的冷蒿个体生物量也是从5月开始增加，但在8月达到最高点，9月最低；HG区则是6月地上生物量最高，6月和7月地上生物量变化不大，从7月开始下降，9月最低。对冷蒿个体的地上生物量与其个体日蒸散量关系进行分析可知：冷蒿个体日蒸散量与地上生物量的关系均表现为相对滞后的变化规律。

图3 冷蒿地下生物量与个体日蒸散量的关系

3.3 地下生物量与冷蒿个体日蒸散量

对不同放牧处理下冷蒿个体日蒸散量与地下生物量的变化规律及关系进行分析。由图3可知，个体日蒸散量相对地下生物量在不同放牧区的变化规律各不相同：CK区中5月的冷蒿个体地下生物量最高，随着时间的推移，在7月到达低谷，8月上升后在9月又开始下降，但个体日蒸散量却表现为6月最高，7—9月逐渐下降；LG区冷蒿个体日蒸散量变化趋势与CK区相同，地下生物量在7月较高，8—9月地下生物量呈先降低、后升高的趋势，但个体日蒸散量在6月到达顶峰后开始随时间推移持续下降，即地下生物量与个体日蒸散量的关系为反比，即生物量升高、日蒸散量降低（8月除外）；MG区冷蒿的地下生物量总体来看是随着时间的推移而呈现逐渐增加的趋势，在9月达到最高，与日蒸散量的关系是随着地下生物量的增加而降低；HG区冷蒿的地下生物量从5月到8月呈上升趋势，随后下降。整体看来，冷蒿个体日蒸散量随地下生物量的增加而降低。

3.4 生物量与个体日蒸散量的相关性分析

对冷蒿个体日蒸散量与相对应的个体地上生物量、地下生物量的干鲜重及载畜率进行相关性分析。从表1可以看出，CK区、LG区和MG区个体日蒸散量与地上生物量和地下生物量干、鲜重不存在显著相关，但HG区冷蒿个体的地下生物量与蒸散量均存在较强的相关性（P＜0.05），与地上生物量为极显著相关（P＜0.001）。

4 结论与讨论

不同放牧率下CK区和LG区的个体日蒸散量相对较高，HG区个体日蒸散量较低，不同月份各放牧处理区个体日蒸散量变化存在一定差异。生长季中6月的日蒸散量相对较高，其次是7月、5月和8月，9月的日蒸散量最低。6月日蒸散量较高有可能是因为地上部分生长发育进入快速阶段，其蒸散和呼吸作用均达到最高水平，同时6月降雨量较大也是原因之一。

表1 不同放牧率下冷蒿生物量与个体日蒸散量的相关性分析

冷蒿的个体日蒸散量相对地上生物量变化表现出了相对滞后的规律，不同放牧处理区的变化规律基本相同。CK区的地上生物量相对较高，HG区的地上生物量相对较低。这与古琛等［5］报道的冷蒿地上、地下生物量随着载畜率的增大而显著降低的结果一致。

冷蒿个体日蒸散量随着地下生物量的增加而降低，可能是由于植物蒸散消耗了地下生物量。植物的地下部分经过上一年的积累，在第2年牧草返青时其营养贮藏物质达到最高，为地上部分还未能进行光合作用前提供足够的营养物质进行生长发育，而后植物生长发育还需要通过地下营养物质的向上输送，致使地下生物量有一个先减少后增加的过程，但有时会因为特殊环境有所差别［6］。有学者研究认为，放牧增加了冷蒿根系的生物量分配，特别是中度与重度放牧显著增大了根的生物量分配［7-9］。随着放牧强度的增加，冷蒿通过增加根系的生物量分配以确保吸收足够的水分和养分来供给地上部分的生长发育，增加种群适合度，以便更好地适应环境，促进种群的扩散［10-12］，这与该试验研究结果基本一致。

：

［1］韩丙芳，刘亚兵.不同生态恢复措施对宁夏黄土丘陵区典型草原蒸散特征的影响［J］.农业科学研究，2013，34（4）：1-4.

［2］李倩，谭雪莲.旱地植物蒸腾作用研究进展［J］.甘肃农业科技，2006（10）：18-20.

［3］李品芳，李保国.毛乌素沙地水分蒸发和草的比较研究［J］.水利学报，2000（3）：24-28.

［4］殷国梅，侯英，张园园，等.荒漠草原主要植物蒸散对土壤含水量的响应［J］.畜牧与饲料科学，2016，37（11）：18-21.

［5］古琛，陈万杰，杜宇凡，等.载畜率对内蒙古荒漠草原冷蒿种群资源分配格局的影响［J］.生态学报，2017，37（7）：2237-2243.

［6］杨持，宝音陶格涛，李良.冷蒿种群在不同放牧强度胁迫下构件的变化规律［J］.生态学报，2001，21（3）：405-408.

［7］王静，杨持，王铁娟.放牧退化群落中冷蒿种群生物量资源分配的变化［J］. 应用生态学报，2005，16（12）：2316-2320.

［8］宝音陶格涛，李艳梅，贾建芬，等.牧压梯度下冷蒿有性繁殖器官变化特征的观察分析［J］.内蒙古大学学报（自然科学版），2000，31（3）：311-313.

［9］安珏，安慧.宁夏荒漠草原优势植物生长及生物量分配对放牧干扰的响应［J］.西北植物学报，2015，35（2）：373-378.

［10］马文红，方精云.内蒙古温带草原的根冠比及其影响因素［J］.北京大学学报（自然科学版），2006，42（6）：774-778.

［11］王亮，牛克昌，杨元合，等.中国草地生物量地上—地下分配格局：基于个体水平的研究［J］.中国科学，2010，40（7）：642-649.