天山山地草原適宜放牧率評價體系初探——以新疆新源縣為例

張建立,張仁平,錫文林,安沙舟

（1.新疆農業大學草業與環境科學學院新疆草地資源與生態重點實驗室,新疆烏魯木齊 830052；2.新疆自治區草原總站,新疆烏魯木齊 830049）

長期以來,新疆的草地管理策略嚴重違背了放牧適宜度理論[1]。隨著家畜和草場的承包到戶,“頭數觀念”驅動牧區群眾盲目擴大畜群數量,從而進一步加深了“草畜矛盾”、加速了放牧草地的草地生態系統“三化”進程。退化草地的經濟載畜量和最佳放牧率降低,草地的經濟收益并未隨放牧家畜數量的增加而增加,反而隨草地生產力的下降而下降。究其根本原因在于人們更多的關注草地的農業生產功能而忽視了其生態功能,導致過度放牧和草地大面積的退化,然而確定適宜放牧率一直是草原管理的難點[2]。近年來,有很多研究關于適宜放牧率的文獻,主要集中在放牧對植物生產力、土壤、植物營養、家畜生產等的影響,并由此對適宜放牧率進行了評價,但不同的管理目標得出的適宜放牧率差別很大[3-15]。因此,如何使草地畜牧業和草地生態服務功能均衡和協調地發揮最大作用,適宜放牧率是最核心的管理目標之一[3-14]。為了能夠全面、客觀、科學地評價最適宜放牧率,以新疆新源縣山地草原為例,采用德爾菲法[16-18]即通過多輪次調查專家對問卷所提問題的看法,經過反復征詢、歸納、修改,最后匯總成專家基本一致的看法,選擇植被指數、土壤指數、植被營養指數和經濟指數等作為本研究的指標,然后對德爾菲法確定的研究指標運用層次分析[19-21]進行綜合評價,確定出當地最適宜放牧率,為草地的合理利用提供科學有效方法的同時,也為制定合理的草地適應性管理策略提供理論依據,這對于促進草地畜牧業的可持續發展,實現草地的生態系統服務功能價值有著一定的指導意義。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區域研究區設立在新源縣則克臺鎮阿西勒村的春秋冬草地,屬于平原河谷地區,海拔800 m左右,為干旱區。年均氣溫在3～5℃,無霜期167 d左右,年降水量100～160 mm,≥0℃的積溫為3 511℃·d,≥10℃的積溫 3 081℃·d。該類草地屬于白羊草（Bothriochloa ischaemum）+雜類草草原,春季植物有短生、類短生植物,夏季優勢植物是白羊草、旱雀麥（Bromus tectorum）和梯牧草（Phleum pratense）,該草地是當地的冬、春、秋3季放牧草地,在利用上具有一定的代表性。

1.2試驗設計根據當地草地畜牧業生產現狀,選擇了放牧強度有明顯差異的21戶作為研究對象,經過初步的數據摸底調查、分析和篩選,最后確定有明顯放牧梯度的10戶牧戶的草地作為研究對象,10戶主要的放牧牲畜為牛和羊,面積最大達到30 hm2,面積最小的有6.7 hm2,按照當地典型的放牧模式以及單位時間單位面積上放牧的牲畜劃分為極重度放牧（E）、重度放牧區（H）、中度放牧區（M）、輕度放牧區（L）和無牧（U）5個放牧梯度,每個梯度2次重復,對每個梯度的植被指標、牧草營養指數、土壤指數和經濟指數進行測定。春季始牧期從2009年5月1日起,植被指標每15 d測定1次,即5月 1日、5月 15日、6月 1日、6月16日。牧草營養指數和土壤指數以6月16日測定的樣本作為試驗數據。

秋季始牧期在2009年8月26日測定植被指標,由于8月26日后牧草全部干枯,之后沒有測定數據。

1.3 取樣及計算方法物種多樣性指數選擇α多樣性指數——多樣性指數（diversity index）采用Shannon-Wiener指數（H′）。

式中,S為物種總數,Pi為物種i的相對重要值,Rc（relative coverage）為草地植物的相對蓋度,Rb（relative aboveground biomass）為相對地上生物學鮮草產量,Rd（relative density）為相對密度,Rf（relative frequency）為相對頻度。

牧草粗蛋白質含量采用凱氏定氮法,中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量采用范氏法,有機質采用重鉻酸鉀-濃硫酸油浴法,堿解氮采用堿解擴散吸收法,有效磷采用碳酸氫鈉浸提,鉬銻抗比色法,速效鉀采用醋酸銨浸提-火焰光度計法[22]。

1.4 數據處理用Microsoft Office Excel 2003對數據進行整理,并對試驗期間的數據作圖,運用DPS統計分析軟件進行AHP評價。

2 結果與分析

2.1 適宜放牧率評價指標體系的建立定量研究往往以定性分析為前提。在選擇指標之前,界定了放牧率評價的有關基本概念和相關的基本領域,分析了放牧率各個方面內在的邏輯結構和關系等。在此基礎上,通過微觀與宏觀、點與面、定位與半定位結合,收集已有觀測資料、國內外有關放牧率的研究和放牧率評價研究的相關文獻資料,應用廣義歸納法和軟系統歸納集成法,分析各指標,采取寧多勿缺的原則,盡可能多地搜集放牧率評價指標,調查新疆從事草原土壤研究、牧草植物營養研究、草地生態學以及草地畜牧業生產者等多名專家。專家意見編成卡片后,再分門別類加以整理,使之系統化,形成供進一步咨詢、討論的4個A級和25個B級指標構成的放牧率評價預選指標集（表1）。

2.2 德爾菲法改進咨詢指標體系采用德爾菲法通過控制反饋建立可靠的征求專家意見系統。邀請專家填寫“放牧率評價指標重要程度咨詢表”和“放牧率評價指標權重咨詢表”。將收回的“放牧率評價指標重要程度咨詢表”和“放牧率評價指標權重咨詢表”進行統計處理,計算專家意見的重要程度、變異度以及反映專家意見協調程度的和諧系數,以此對指標進行篩選。指標篩選的原則是:首先根據專家對指標重要程度的表態,確定指標是否被保留,將多于60%的專家贊成的指標預保留。其次參照變異系數和指標權重確定指標是否被保留,將變異系數小于0.4、權重較大的指標作為保留的對象。綜合重要程度、變異系數和權重值將放牧率評價指標集進行歸納并按照專家意見協調程度的和諧系數判斷專家意見是否統一,如有較大差異則需進一步咨詢,若意見統一,則可確定最終的評價指標體系,咨詢可以停止。

表1 適宜放牧率預選指標集

2.3 第1輪放牧率評價指標體系的建立將放牧率評價預選指標集制成“放牧率評價指標重要程度咨詢表”和“放牧率評價指標權重咨詢表”,發出16份咨詢表,收回10份。對收回的數據進行統計處理,計算專家意見的重要程度、變異度以及反映專家意見協調程度的和諧系數（圖1）,綜合重要程度、變異系數和權重值將放牧率評價預選指標集進行歸并最終確定由11個B級指標構成第1輪放牧率評價指標集（表2）。同時得出專家意見和諧系數（rw）為0.054。可見,專家意見和諧系數值較小,對和諧系數進行進一步的X2檢驗:X2=n（m-1）rw（其中,n指專家人數,m為指標數）；得X2=45.14＜X2（24）0.05。可見,專家意見有顯著性差異,需做進一步咨詢。

圖1 第1輪專家評價的放牧率預選評價指標的變異度和重要程度分布

表2 第1輪放牧率評價指標集

2.4 第2輪放牧率評價指標體系的建立將統計處理結果發給每個專家作為進一步咨詢的參考。發出咨詢表7份,收回7份。計算專家意見的重要程度、變異程度以及反映專家意見協調程度的和諧系數（圖2）；對各指標進行篩選,由于各專家對第1輪各指標的重要程度和權重值的評價均較高,因此未對第1輪指標進行刪除。計算出第1輪評價指標體系的專家意見和諧系數為0.818,可見,專家意見和諧系數值較高。對和諧系數進行進一步的X2檢驗:X2=57.26＞X2（10）0.05。可見,專家意見較一致。因此,由4個A級指標、11個B級指標構成的第2輪評價指標體系成為最終的新源縣山地草原放牧率評價指標體系（圖3）。

圖2 第2輪專家評價的放牧率評價指標的變異度和重要程度分布

2.5 山地草原適宜放牧率的綜合評價根據試驗部分所得數據,對其進行歸一化處理后運用綜合評價方法,進行對總目標的評價,評價過程中的權重分配采用德爾菲法得出的結果。本試驗根據最小極差正規法對以上數據進行無量綱化處理,使各指標數據處在同一水平,使處理間的評價更具可比性（表3）。

圖3 新源縣山地草原放牧率評價指標

表3 各指標的無量綱化處理

從表4可以看出,草地植被的生產力和多樣性2個指標并不是在同一個放牧率下同時獲得最大值。這里根據經過德爾菲法計算出草地植被的生產力和多樣性2個指標的權重來分析草地植被的生態系統服務隨放牧率的變化趨勢。如果只考慮植被指數,當載畜率為中度時為管理者的最佳選擇,其次分別為無牧、輕度、重度和極重度。當考慮所選指標的所有數值時,中度放牧率為最佳選擇,其次分別為重度、輕度、極重度和無牧。從上面的分析可以看出,如果就某一單獨指標進行適宜放牧率的評價時,不同的管理目標將會得出不同的適宜放牧率,如按照植被指標指數確定放牧率,則會得出中度為最適宜放牧率。隨著其他指標相繼進入,原先在單一指標評價體系下沒有機會成為最優放牧率的處理成了最適宜放牧率,說明了該處理在多目標情景中有效地兼顧了各方面效益（表4）。

表4 不同放牧率的總目標評價

3 討論與結論

由于放牧對牧草的影響有2種相反的作用,既有降低生長的機制,如減少光合面積,同時也有促進生長的機制,如改善未被采食部分的光照、養分,通過提高現有和再生葉片的光合能力及加快葉片和莖稈的生長速度,以恢復整株的光合能力,增加光合速率和繁殖的適應性等,因而牧草再生性能的強弱主要取決于促進和抑制之間的凈效應[23-25]。如果僅從生物量來考慮,輕度放牧為最適宜放牧率。但綜合考慮生物多樣指數之后,中度放牧率為最適宜放牧率。

如果從植物營養指數角度考慮,極重度為當地最適宜放牧率,在放牧率為極重度條件下,優等牧草雖然減少,但是由于牧草被牲畜的反復利用,牧草的枝條較其他放牧率下的牧草枝條木質化程度低,因此該處理的粗蛋白含量較高,中性洗滌纖維和酸性纖維含量較低[26-27]。

極重度放牧的有機質和速效氮高于其他放牧方式的有機質和速效氮。牲畜的過度采食,致使草地植物的地上部分返還到土壤中的有機質和速效氮大量減少；在極重度退化下,由于植物根系變淺,土壤有機質向土壤淺層聚集,植物的根系及其分泌物成為土壤有機質和速效氮的主要來源。在極度退化樣地地表遍布牲畜糞便,而其腐殖化系數比較高,因此對土壤有機質和速效氮的貢獻率較高,大量的動物糞便成為了土壤有機質和速效氮的主要來源之一[9,11,28]。同時,在德爾菲法分析時,土壤有機質和速效氮權重較大,所以從土壤的角度考慮極重度為最適宜放牧率。

采用德爾菲法和層次分析法（AHP）計算各項指標的權重系數進行綜合評價,并參考各個單項指標,評選出該山地草原的最適宜放牧率為0.32羊單位/hm2,即在放牧率為中度放牧時,山地草原從草地生態系統和草地畜牧業兩方面考慮為最優選擇。

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