江西省草地资源现状及地上净初级生产力研究

兰龙焱，马丽丽，郭晓敏，杨 明，吴平发，卢 恺，牛德奎★

（1.江西农业大学·林学院，江西 南昌 330045；2.甘肃林业职业技术学院·林业工程学院，甘肃 天水 741000；3.江西省林业局湿地与保护管理办公室，江西 南昌 330038）

党的十九大报告指出“需要像对待生命一样对待生态环境，统筹山水林田湖草系统综合治理”，加强政策引导，走进草原生态文明新时代。草地生态系统与整个生物圈联系紧密，是其物质与能量进行循环的基础条件之一[1]，是人类生产和生活必不可少的珍贵生态资源，同时也是构成陆地生态系统的关键部分，为牧养区人们的经济发展与生活和谐稳定奠定了良好的物质基础[2]。同时，草地生态系统面积大，分布范围广[3]，作为陆地生态系统生长适应性最强的生态系统之一，其还具备较强的大气调节、水土保持、维持生物多样性等众多生态功能，是维护陆地生态环境的天然屏障[4]。

江西省属亚热带季风气候区，种植业发达，丘陵山地为其主要土地类型，森林面积大，森林覆盖率高达63.1%（2020年），稳居全国第二。一些天然牧草地零散镶嵌其中，形成了南方地区林草相间互生互存的独特生态系统[5]。据江西省第二次土地调查结果[6]，全省拥有草地面积30.34 万hm2，占全省土地面积的1.82%，占南方草地面积的14%[7]。然而近年来由于不合理人为活动和极端天气现象频发，致使全省草地退化现象逐渐加重，草地生产能力日益下降[8]。厘清“江西省草地资源现状以及地上净初级生产力水平”这一核心科学问题，并应用于江西省草地科学管理与修复实践，为江西省乃至南方草地生态系统的健康可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

江西省地处我国东南偏中部，24°29′14″－30°04′41″ N，113°34′36″－118°28′58″ E[9]，属亚热带季风气候区，年均气温在16.3℃～19.5℃之间，自南向北随纬度的增加而降低。江西省是全国多雨省份之一，年降水量达1700～1943 mm，降雨量大小分布特点为南部偏多，北部偏少，东部偏多，西部偏少，山地丘陵地区偏多，盆地偏少。全省土地总面积为16.69 万km2[10]（图1，来源于1∶1000000 中国草地资源图[11]），以山地、丘陵为主，山地占全省总面积的36%，丘陵占42%[10]。江西省林草资源丰富，草地具有零散分布的特点。根据江西省第二次全国土地调查成果[6]，全省共有草地面积303417.53 hm2，其中天然牧草地511.27 hm2，人工牧草地187.07 hm2，其他草地302719.09 hm2；草地植物主要有白茅（Imperata cylindrica）、芒（Miscanthus sinensis）、野古草（Arundinella anomala)、鸭嘴草(Ischaelnum indicum)等。

图1 研究区草地类型及生物量采样点空间分布Fig. 1 Location of grassland types and grassland aboveground biomass sample sites

1.2 研究方法

团队成员于2019年8－9 月开展牧草资源调查，样地设置地段植物群落类型应当能够代表此地区典型草地植被资源，且样地内植物生境、群落物种组成、群落结构特征、草地利用类型以及利用强度均应具有相对一致性，按照此原则在江西省内选择具有代表性的、牧草物种丰富的林草地，按照不同区域（赣北、赣中、赣南、赣西、赣东）进行样地设置，采用典型抽样法进行广泛调查，根据指定目标路线，按植物分类学全面收集各种野生牧草资源及其科属分布、种类组成和分布区域概况，并按林地分类标准及中国草地资源类型[12]，记录研究区的经纬度、海拔、坡度、坡向和出现的植物名称，对调查区域内无法辨别的植物物种需采集做成标本带回实验室及时鉴定。在全省28 个县选择热性草丛（郁闭度小于0.1）、热性灌草丛（以灌木为主、郁闭度为0.1～0.4）、山地草甸（高草草层高度50～85 cm，低草草层高度20～30 cm）、低地草甸（地下水位＜0.5 m，隐域性草地）4 种主要的林草地类型进行监测[5]。考虑到大型草灌样方存在，大型草灌样方大小设置10 m×10 m，调查样方内全部的草灌木，包括灌木的物种、数量、高度、株丛和胸径（在地面以上1.3 m 高处测量），再在大型草灌样方中设置3 个1 m×1 m 的草本层样方，每个草本层样方中分16 个0.25 m×0.25 m 的格子，对每个格子里的植物种类、每种植物出现次数、样方中草本植物的平均高度进行记录，最后齐地剪取样方内全部植物样，称取鲜重，将样品带回实验室进行植物生物量的测定。并于65℃烘箱内48 h，再次称取植物样品的干重（生物量）。2019年全省草地监测调查样地共111 个、样方333个，入户调查93 户，详情见表1。

表1 各县及固定样地调查基本情况Tab. 1 Basic conditions of counties and fixed-sample surveys

1.2.1 调查方法

依据草地植物调查方法[13]。1）盖度：采用针刺法，于样方内每隔一定间距用探针垂直刺向下；记录每次刺下是否有植物，有记为1，无记为0，出现植物次数占比即为样方植被的盖度，用百分数表示；2）高度：在各样方内，随机取10 株植物，测定其自然高度，计算平均值；3）密度：在各样方内，某种植物出现的株数；4）频度：采用自制的1 m×1 m 的正方形铁框（用细铁丝分化成16 个面积相等小框），记录该样方内每一种植物在各个小铁框中出现的次数[14]；5）鲜草产量和干草产量测定方法：齐地面剪取样方内地上部分所有植物，用0.1 g 电子秤称取鲜草重；将称取的植物样品带回实验室，于65℃烘箱内48 h 至恒重，称取其干草重（地上部分生物量）[15]。6）草地地上净初级生产力（ANPP）：计算出单位面积内植物的生物量（干重），按每1.0 g 干重≈0.475 g 碳换算，得到每个样地的草地地上净初级生产力，统一以碳(gC·m-2)的形式表示[16]。即：ANPP=单位面积植物干重×0.475

1.2.2 数据分析方法

综合植被高度（盖度）计算公式如式（1）所示[17]。

式（1）中，G 为江西省某草地综合植被覆盖度（高度）；Gk为区域内第k 种草地类型的综合植被覆盖度（高度）；Wk为区域内第k 种草地类型的面积权重，面积权重是指监测单元内某草地类型的面积占该区域内天然草地面积的比例，本研究中监测单元草地面积即为样方面积1 m2，可用该草地类型的样方数量占总监测样方数量的比例系数表示；k 为某草地类型的序号；n 为参与计算的草地类型的总数。

全省草地植物干鲜重=单位面积干鲜重×全省的草地面积

采用Excel、Origin 9.0 以及ArcGIS 10.8 对各项测量数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 草地植物资源状况

此次调查中江西省共出现草本植物143 种，隶属于39 科109 属。禾本科(Poaceae)、菊科(Asteraceae)以及豆科(Fabaceae)为最大的3 个科，分别包含物种46种18 种13 种。蕨类极少，双子叶植物占绝大多数。其中，九江调查区共出现野生草本植物15 科34 属40 种；上饶调查区共出现野生草本植物18 科40 属51 种；景德镇调查区共出现野生草本植物11 科21属23 种；南昌调查区共出现野生草本植物10 科17属21 种；宜春调查区共出现野生草本植物13 科27属35 种；抚州调查区共出现野生草本植物14 科28属33 种；萍乡调查区共出现野生草本植物10 科32属36 种；吉安调查区共出现野生草本植物16 科37属47 种；赣州调查区共出现野生草本植物14 科38属54 种。鄱阳湖固定样点共出现野生草本植物5 科6 属8 种；武功山固定样点共出现野生草本植物4 科9 属11 种。

2.2 综合植被高度及综合植被盖度

2.2.1 综合植被高度

监测的4 个草地类型中，热性草丛类草层平均高度为66.49 cm，热性灌草丛类植被平均高度为59.51 cm，低地草甸类植被草层平均高度为54.78 cm，山地草甸类植被平均高度为88.33 cm，全省草地植被综合高度为65.19 cm。

由表2 可得出山地草甸的草本植物平均高度最高，其次是热性草丛，低地草甸和热性灌草丛；武功山得天独厚的地质条件及气候条件为草地植物生长提供了良好的环境，故而武功山山地草甸植物长势最佳；而热性草丛平均高度高于低地草甸，是因为草本植物生长水分虽然是必要因素，但是不代表需要过量的水分，鄱阳湖由于地势较低，水资源相对于热性草丛更加丰富，但是草本植物长时间浸入水中，生长同样受到一定抑制，并且鄱阳湖草洲存在严重的放牧及人为割草现象；而热性灌草丛的平均高度最低主要是由于热性灌草丛中灌木汲取更多的营养元素，并且灌木一直在争夺草本植物的生长空间。

表2 2019年不同草地类型综合植被高度Tab. 2 Integrated vegetation height of different grassland types in 2019

2.2.2 综合植被盖度

监测的4 种类型草地中，热性草丛类草层平均盖度为85.78%，热性灌草丛类植被平均盖度为80.95%，低地草甸类植被平均盖度为98.44%，山地草甸类植被平均盖度为97.00%，全省草地植被综合盖度为85.33%。

如表3 所示，草地植物综合植被盖度大小为低地草甸＞山地草甸＞热性草丛＞热性灌草丛。低地草甸类型主要位于鄱阳湖平原流域，每逢8－10 月，鄱阳湖进入枯水期，鄱阳湖草洲植物茁壮成长，加之水热条件适宜，候鸟返回鄱阳湖过冬的同时也为草洲植物的生长提供了所需的养分。山地草甸类型主要位于罗霄山脉武功山金顶附近，充沛的水分也为草甸的生长提供了必要条件。热性草丛与热性灌草丛两种草地类型几乎占据全省草地类型的90%，很多研究表明草地植物灌丛化趋势愈发明显，灌丛生长在一定程度上减少了草本植物的生存空间[18]。

表3 2019年不同草地类型综合植被盖度Tab. 3 Integrated vegetation cover of different grassland types in 2019

2.3 草地植物地上净初级生产力

根据草地地上净初级生产力（ANPP）计算方法[16]及调查监测发现，江西共有草地面积30.34 万hm2[6]，通过单位面积内草地植物干鲜重×草地面积计算得出全省2019年草地植物鲜重总生物量为25.45 万t，草地植物干重为18.64 万t；ANPP 为1.86×1011gC·m-2。按照全国第一次草地资源普查数据[19]，较前几年数据有大幅度下降，主要是由于全省草地面积的急剧下降，草地作为战略性储备资源，一直以来都遭到其他土地类型的替代，至今学者一直沿用全国第一次草地资源普查数据，江西省最新草地调查数据尚未公布，草地面积数据出入较大，导致结果出现不同层次的误差；并且2019年下半年，江西迎来了有气象记录以来最严重的干旱天气，连续干旱5 个多月[20]。干旱条件也阻碍了草本植物的生长，最直接就是导致草地生产力下降。通过数据分析，2019年草地生产力是有记录以来最低。一些不耐旱的植物直接枯萎死亡，而另外一些植物也只能通过自身机理调控水分。在调查过程中发现刺芒野古草(A. setosa)、金佛子(Limonium aureum)等植物的生长受干旱灾害的影响不大。通过分析草本植物的生态效益，更加突出耐旱植物的机理，将其运用于园林绿化将产生良好的生态价值。

3 讨论与结论

3.1 江西草地野生牧草资源丰富

我国草地资源丰富，种类多样，现有草地面积3.9亿hm2，共有127 科879 属4215 种草本植物，其中禾本科（173 属972 种）种类最多、栽培和培育潜力最大[5]。本调查共发现江西各类野生草本植物143 种39 科109 属，科属分别占全国比重30.7%和12.4%，与于徐根等[5]报道的江西野生牧草（包括归化种）科数量一致，属种数量略多。研究发现江西野生牧草主要种类和湖北相近[19-20]，主要因为两省地区气候环境、土壤质地相似，而野生草本植物具有适应性好、抗寒、耐旱、耐风沙、耐瘠薄、耐酸、耐盐碱等特性，能够在生态环境比较恶劣的条件下生存[23]。孙政国等[24]认为，江西省区气候温和，雨量充沛，无霜期长，大部分地区四季常青，水草丰茂。主要牧草有孟加拉野古草(A.bengalensis(S.) Druce)、丈野古草(A.decempadalis(K)Janow.)、糞氏金茅(Eulalia speciosa(D.) Kuntze)、白茅等，以高大的禾本科草为主，豆科草种类较多，但所占比重则较小，毒害草种类亦多。草层高1～1.5 m，总覆盖度80%～90%，单位面积产干草150～200 kg·667m-2，适于发展畜牧业，特别是养牛业。

表4 调查区草地植物地上生物量及主要草地植物Tab. 4 Above-ground biomass of grass plants and major grass plants in the survey area

热性草丛、热性灌草丛、山地草甸以及低地草甸为江西主要草地类型，其中尤以热性草丛、热性灌草丛为主。这两种草地类型以白茅属、野古草属、芒属、菅草属、鸭嘴草属、香茅属等一些牧草为优势种，形成了白茅草地型、具有灌木的纤毛鸭嘴草草地型、具有灌木的野古草草地型、具有灌木的白茅草地型等[12]。谢帆等[25]研究江西草地植被类型，结果表明江西丘陵地区典型优势草本植物群落为禾本科和莎草科，并将江西林区草地划分为丘陵地纤毛鸭嘴草系、丘陵地刺芒野古草群系、低山丘陵地芒萁群系、中低山丘陵地芒群系等。任继周等[26]认为南方地区草地多为次生草地，多见五节芒、芒草、白茅、纤毛鸭嘴草、四脉金茅、野古草、扭黄茅、马唐、百脉根、火绣球等豆科牧草。从本研究342 个监测点及2 个固定监测点发现，江西林草地主要优势物种均为白茅、刺芒野古草、纤毛鸭嘴草、芒等，与相关研究[12,25,27]报道的江西丘陵岗地草地优势物种高度吻合。

3.2 林草地植物地上净初级生产力差异大

草地地上生产力的变化与温度、降水、土壤质地及放牧等扰动因素存在密切关系，不同的生境状况导致群落的演替方向[28]。本研究结果表明全省不同地区草地生产力差异性较大。具体表现为萍乡＞上饶＞九江＞吉安＞景德镇＞抚州＞赣州＞南昌＞宜春（见图2）。江西西部萍乡地区的草地植物生产力最高，宜春地区最低。萍乡地区位于罗霄山脉，丰富的降雨及适宜的气候给草地植物的生长提供了优良的条件。南昌与宜春地区属于江西中部偏西北地区，属于丘陵地带，山区相对于萍乡偏少且该地区的土壤母质也不尽相同。因此，在以后的研究中更应该注重进一步深入研究草地物种多样性、土壤环境、气候环境、郁闭度等因子对林草地生产力的影响。

图2 江西省不同地区草地植物地上净初级生产力差异Fig 2 Differences in above-ground net primary productivity of grass plants in different regions of Jiangxi Province

3.3 “林-草-畜”发展模式空间潜力大

“林-草-畜”模式在江西虽然是传统模式，但对其发展的总结及研究涉及很少。国外学者较多关注林地与草地的建设和利用效率，认为利用草地的生态价值可以有效解决工业区发展过程中出现的水土流失，环境污染等问题[29-30]。本次草地监测调查发现全省部分地区开展了“林－草－畜”模式养殖，因地制宜发展乡土特色，助力乡村振兴，在全省范围内打造如高山草地生态旅游的武功山高山草甸户外休闲模式；中山草地和地域性草地开发如于都青草奶等特色有机畜牧业产品；低地草甸发展如余干、永修等鄱阳湖草洲旅游观光业等“一区一类一品”草地品牌。