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李林栖, 马玉寿, 李世雄, 王晓丽, 王彦龙, 景美玲, 李松阳, 年勇, 韩海龙. 返青期休牧对祁连山区中度退化草原化草甸草地的影响. 草业科学, 2017,34(10):2016-2024
Li Lin-qi, Ma Yu-shou, Li Shi-xiong, Wang Xiao-li, Wang Yan-long, Jing Mei-ling, Li Song-yang, Nian Yong, Han Hai-long. Effects of rest-grazing in the regreen-up period on moderately degraded steppification meadow of Qilian Mountain. Pratacultural Science,2017,34(10): 2016-2024  
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返青期休牧对祁连山区中度退化草原化草甸草地的影响
李林栖1,2, 马玉寿1,2, 李世雄1,2, 王晓丽1,2, 王彦龙1,2, 景美玲1,2, 李松阳1,2, 年勇1,2, 韩海龙3
1.青海大学畜牧兽医科学院(青海省畜牧兽医科学院),青海 西宁 810003
2.青海大学三江源区高寒草地生态省部共建教育部重点实验室,青海 西宁810003
3.祁连县草原监理工作站,青海 祁连810499;
通信作者：马玉寿(1964-),男,青海平安人,研究员,博士,主要从事高寒草地恢复生态研究。E-mail:mayushou@sina.com

第一作者:李林栖(1992-),男,山西吕梁人,在读硕士生,主要从事草地生态与环境保护研究。E-mail:470378770@qq.com

收稿日期: 2017-08-13
基金项目: 青海省科技支撑计划——祁连山退化草地恢复及可持续利用技术集成与示范(2015-SF-129); 2015年祁连山生态保护与建设综合治理工程科技示范推广——黑土滩(坡)治理技术集成示范项目(2015-Q-1)
摘要

为解决祁连山区高寒草地牧草返青期季节性超载过牧问题,自2015年5月至7月起连续两年在青海省祁连县默勒镇瓦日尕村的冬春放牧地上进行了为期60 d的返青期休牧试验,休牧期间放牧家畜全部采用舍饲圈养,并于2016年8月中旬对休牧草地进行植被调查。结果表明,返青期休牧可使草地群落的总盖度、总植物量显著增加( P<0.05),使禾本科牧草株高、分盖度和植物量显著增加( P<0.05),对莎草科植物影响不显著( P>0.05);阔叶型毒杂草的株高、盖度、生物量均有下降的趋势。休牧两年与休牧一年相比,群落中禾本科植物的株高、盖度、植物量均在继续增加,阔叶型毒杂草的各项指标继续下降。结果证明,返青期休牧可有效促进祁连山区草原化草甸退化草地的植被恢复,并大幅度提高草地生产力。

关键词: 祁连山区; 草原化草甸; 返青期休牧; 春季休牧; 群落物种组成; 退化草地恢复
中图分类号:S153.6 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2017)10-2016-09 doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2017-0200
Effects of rest-grazing in the regreen-up period on moderately degraded steppification meadow of Qilian Mountain
Li Lin-qi1,2, Ma Yu-shou1,2, Li Shi-xiong1,2, Wang Xiao-li1,2, Wang Yan-long1,2, Jing Mei-ling1,2, Li Song-yang1,2, Nian Yong1,2, Han Hai-long3
1.Academy of Animal and Veterinary Sciences,Xining,Qinghai University, Xining 810016, Qinghai, China
2.Key Laboratory of Province and Education Department of Yangtze and Yellow River Headwater Region Alpine Meadow Ecology of Qinghai University, Xining 810003, Qinghai, China
3.Qilian Grassland Supervision Station, Qilian 810499, Qinghai, China
Corresponding author: Ma Yu-shou E-mail:mayushou@sina.com
Abstract

To solve the problem seasonal overgrazing in alpine meadows in the Qilian Mountain area, field control experiments of rest-grazing in the regreen-up period on winter-spring pasture were conducted for approximately 60 days from May to July, at Moeller Town, Qilian County, Qinghai Province. The characteristics of vegetation, including the height, coverage, and above-ground biomass of primary species, were investigated in August. The results showed that the measures of the rest-grazing in the regreen-up period significantly increased total coverage, grassland productivity, and grass plant height, coverage, and biomass. No significant influence was found on Cyperaceae plants, and the plant height, coverage, and biomass of the broadleaf weeds showed a downward trend. Compared with the rest-grazing for 1 year, that for 2 years showed that there were increases in the plant height, coverage, and biomass of graminaceous plants, whereas all indices of broadleaf weeds continued to decline. In conclusion, the measure of rest-grazing can effectively promote the substantial recovery of steppe meadow grassland vegetation and markedly improve the productivity of grassland in the Qilian Mountain area.

Keyword: Qilian mountain; grassland meadow; rest-grazing; spring grazing prohibition; grazing intensity; restoration of degraded grassland

高寒草地生态系统是青藏高原自然生态系统的主体, 对其涵养水源、气候调节、水土保持等生态功能有着重大的影响, 但其生态系统脆弱, 抗干扰能力差, 植被一旦遭到破坏, 通过自然恢复极其困难[1, 2, 3]。不合理的利用, 特别是由于草畜季节不平衡造成的高寒地区冷季草地不合理利用, 是高寒草地退化的主要原因, 因此, 合理的放牧时期的是其可持续利用的基本要素之一[4, 5, 6]。从牧草生产的角度看, 冷季草地有两个忌牧期, 即返青期和结实期。牧草返青期是草地系统生态最为脆弱的时期[7, 8], 在牧草返青期间, 刚刚萌发返青的幼苗被采食后光合面积迅速减少, 严重影响其后期的生长和发育, 刚刚返青的牧草不能满足家畜的需求, 造成家畜的“ 春乏” 现象; 休牧和禁牧是一定时期对草地实行禁止放牧利用的措施, 是修复草地生态系统的重要手段之一[9]。

李青丰[10, 11, 12]在内蒙古草原上进行了连续多年的返青期休牧研究, 结果表明, 返青期是天然草地过牧最严重的阶段, 短期休牧可大幅度提高天然草地牧草产量, 可有效促进退化草地植被的自然恢复。本研究借鉴其研究成果, 在祁连山区高寒草地的冬春牧场牧草返青期进行短期休牧试验研究, 以优化放牧制度, 为高寒草地可持续利用提供新途径。

1 材料与方法
1.1 试验区自然概况

试验地位于青海省祁连县默勒镇瓦日尕村, 地理范围为100° 13'20″-100° 11'25″ E, 37° 59'17″-37° 57'35″ N, 海拔3 5503 700 m。属典型的高寒大陆性气候, 无绝对无霜期, 年均气温0.7 ℃, 1月、7月极端气温分别为-13.6和12.8 ℃。太阳幅射强, 年日照时数2 530 h。草地类型为草原化草甸, 土壤为高寒草甸土, 主要植物种:紫羊茅(Festuca rubra)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、高山嵩草(Kobresia pygmaea)、矮嵩草(Kobresia humilis)、冷地早熟禾(Poa crymophila)、细叶亚菊(Ajania tenuifolia)、黄花棘豆(Oxytropis ochrocephala)、美丽风毛菊(Saussurea pulchra)、多裂委陵菜(Potentilla multifida)、矮火绒草(Leontopodium nanum)等。

1.2 试验研究方法

1.2.1 试验设计 选定草地相邻、基况基本一致的彭毛、万德加和才本3户牧户的冬春草地作为试验样地, 面积各为100 hm2, 才本家的草地为冬春(11月初至7月上旬)连续放牧作为对照, 彭毛家的草地自2015年起连续两年实施返青期休牧(5月10日至7月10日禁牧), 万德加家的草地自2016年起实施返青期休牧。在每户草地上分别设定4个样地, 样地间间距不少于100 m, 每个样地分别选取有代表性的样方(50 cm× 50 cm)3个, 于2016年8月下旬进行野外调查。

1.2.2 植被调查 在每个样方内及5 m范围内随机取10株植物测量其自然高度, 求平均值作为该植物的株高。采用目测法测定样方的总盖度及禾本科、莎草科和阔叶杂类草的分盖度。地上生物量:按类群分别齐地面剪取样方内禾本科、莎草科和阔叶杂类草全部植株, 现场称其鲜重, 然后带回室内测定烘干重。地下生物量:每个样方取10土钻(直径6 cm)0-20 cm土层的土壤(祁连山海拔高且草地中度退化, 根系主要分布在0-20 cm土层, 所以试验选取0-20 cm土层的地下生物量做比较), 带回室内, 清洗出植物根, 测定地下生物量。

1.2.3 土壤含水量 每个样方取3土钻0-20 cm土层的土壤, 混合均匀后现场装满3个土壤盒, 带回室内求其含水量。

1.3 数据统计与分析

重要值(IV)根据下式计算:

IV=(RC+RH+RB)/3.

式中:RC表示相对盖度, RH表示相对高度, RB表示相对生物量。

采用SPSS 21.0统计软件对植物株高、盖度、生物量及含水量进行显著性分析, 数据用均值± 标准误表示。用Microsoft Excel 2016对数据进行初期统计与汇总并进行图表绘制。

2 结果与分析
2.1 植物群落组成及重要值

连续放牧(CK)、休牧一年、休牧两年草地的物种数分别为25、25和28(表1)。禾本科重要值随着休牧周期的延长而增加, 休牧两年(52.22%)> 休牧一年(43.62%)> CK(38.41%), 较连续放牧草地, 休牧两年后草地优势种紫羊茅的重要值增加了32.70%。莎草科重要值缓慢增长。禾本科与莎草科植物的生长限制了阔叶类杂草的生长, 其重要值逐年降低, CK(48.36%)> 休牧一年(47.32%)> 休牧两年(38.51%)。

表1 不同年限返青期休牧草地物种组成及其重要值 Table 1 Plant composition and the important value of the rest-grazing grassland for different year
2.2 返青期休牧对草地主要植物株高的影响

优势种紫羊茅休牧一年株高比连续放牧草地(对照)有明显增加(表2), 增加达35.98%(P< 0.05), 休牧两年后紫羊茅的株高比对照株高增加了116.73%(P< 0.05)。次优势种垂穗披碱草休牧一年株高增加了28.30%(P< 0.05), 休牧两年垂穗披碱草的株高比对照增加了一倍多。常见种高山嵩草和矮嵩草的株高没有发生显著变化(P> 0.05)。而在该地区常见的草地毒草黄花棘豆其株高有明显的下降趋势, 休牧一年下降了23.04%, 休牧两年黄花棘豆的株高仅为对照株高的40.14%。由此可见, 返青期休牧可显著提高草地禾草株高, 对植株矮小的莎草科植物的株高影响较小, 显著抑制了杂类草的生长。

表2 返青期休牧对草地主要植物株高的影响 Table 2 Effect of rest-grazing in regreen-up on the height of primary species in grassland
2.3 返青期休牧对退化草地经济类群盖度的影响

休牧一年和两年草地植物群落总盖度均显著提高(表3), 较对照分别增加了11.3%和27.1%。禾本科植物在休牧一年较对照增加了19.5%, 休牧两年较比对照增加了73.6%(P< 0.05)。阔叶型毒杂草的分盖度与其株高的变化基本一致, 休牧一年比对照下降了11.3%, 休牧两年比对照下降了31.2%。

2.4 返青期休牧对草地生物量的影响

返青期休牧对草地地上生物量的影响非常明显, 休牧一年草地地上总植物量较对照草地显著提高了63%(P< 0.05), 到休牧两年增加幅度达到了120% (图1)。从草地群落的经济类群来看, 草地植物量增加主要源于禾草, 休牧一年禾草的地上生物量较对照增加了1.6倍, 休牧两年禾草的地上生物量为对照的3倍。禾草在群落中所占的比例随休牧年份的增加而增加, 未休牧、休牧一年和休牧两年草地分别为50%、81%和93%。莎草科植物量随着休牧活动的开展和休牧年限的增加, 出现了下降的趋势, 休牧一年的生物量较对照下降了55%, 休牧两年则下降了70%。随着休牧年限的增加, 杂类草的生物量也呈现为明显的下降趋势, 休牧一年和休牧两年分别下降了25%和76%。休牧显著提高草地地下生物量, 且随着休牧年限的增加有快速增加的趋势, 休牧一年增加了28%, 休牧两年比对照增加了将近51% (P< 0.05)(图2)。

图1 返青期休牧对草地地上生物量的影响
注:图中不同字母表示不同放牧处理之间差异显著(P< 0.05)。下同。Fig. 1 Effect of rest-grazing in regreen-up period on the total aboveground biomass in grassland
Note:Different lowercase letters indicate significant difference among different grazing treatments at the 0.05 level; similary for the following figures.

2.5 返青期休牧对土壤含水量的影响

返青期休牧对草地土壤含水量有显著的影响, 休牧一年土壤含水量有所增加, 但仅为2.1%, 差异还不显著, 到休牧两年草地0-20 cm的土壤含水量比对照草地含水量增加了16.6%(P< 0.05)(图2)。可见, 随着休牧年限的增加土壤含水量有明显的增加趋势。

表3 返青期休牧对草地经济群落盖度的影响 Table 3 Effect of rest-grazing in regreen-up period on the coverage of economic community in grassland

图2 返青期休牧对草地地下生物量和土壤含水量的影响Fig. 2 Effect of rest-grazing in regreen-up period on the total under-ground biomass and soil water content in grassland

3 讨论与结论

决定草地植物株高的因素除了植物自身的植物学特征以外, 动物的采食也是其主要的限制因子, 特别是在拔节期和分枝期对植物的反复采食, 使植物生长点连续遭到破坏, 引起生长点相对较高的牧草的生殖生长受阻, 影响牧草株高增加, 从而降低整个草丛高度。莎草科植物由于生长点较低, 动物采食对其影响较小, 这也是高寒草甸在放牧条件下形成嵩草草甸草地类型的原因[13, 14, 15]。阔叶型毒杂草随着休牧年限的增加株高反而下降, 应该是禾本科植物的充分发育与快速长高影响了阔叶植物的采光, 从而抑制了其正常生长。可见, 返青期休牧也是防治草地杂草的有效手段。

植被盖度是评价草地质量最重要的生态指标之一, 也是衡量草地是否退化的主要指标。Buttolph和Cppock[16]认为, 春季延迟放牧对提高草地生产力, 改善草地植被盖度效果显著。试验区自5月上旬至7月上旬是天然草地植物的返青至拔节(抽薹)期, 这也是草地植物在整个生长期中生长发育最快的时期, 通过休牧牧草得到了充分生长, 特别是植株相对高大的禾本科牧草的生长表现尤为突出, 对草地植物群落总盖度的增加贡献率最高, 可见返青期休牧对于禾本科植物群落的恢复非常有效。而禾本科植物的快速生长对植株矮小的莎草科植物和喜光的阔叶植物的生长起到了抑制作用, 降低了该类植物在草地植物群落中的比例[17, 18, 19]。

生物量是评价草地质量最重要的经济指标。通过休牧使草地牧草生物量成倍增加, 其变化的趋势与草地植物的株高和盖度的变化一致。休牧使冬春放牧地产草量大幅度增加, 能有效缓解或彻底解决当地冬季放牧家畜缺草的局面, 并促进高寒草地生态系统的可持续利用和良性循环。地下生物量的变化也随着地上生物量的增加而增加, 说明草地植物地上部分的充分生长直接促进了根部生长发育和生物量的增长[20, 21]。

土壤含水量不仅是控制作物分布和生长的重要因素之一, 而且为地上植被提供蒸散水分, 控制着生态系统的结构、功能[22, 23, 24]。表土层土壤含水量是评价草地水源涵养能力的重要指标。本研究中草地表层(0-20 cm)土壤的含水量随着草地休牧年限的增加呈逐渐增加的趋势, 这是由于随着休牧年限的增加, 草地植物盖度升高, 减小了土壤蒸发量, 随着植物根系生物量的增加, 土壤持水能力增强, 随着草地植被恢复, 草地涵养水源的能力将会增强[25, 26]。

综上所述, 在祁连山区中度退化草原化草甸地区, 施行返青期休牧可有效提高草地生产力, 并且显著改善土壤含水力, 可实现生产和生态功能的双赢, 因此, 返青期休牧可以作为解决草原化草甸冬春草地退化的措施之一。

The authors have declared that no competing interests exist.

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