奶牛放牧對北方農牧交錯帶人工草地植被的影響

石永紅，邵新慶，王運琦，韓建國，劉建寧

(1.山西省農業科學院畜牧獸醫研究所，山西太原 030032；2.中國農業大學草地研究所，北京 100193)

伴隨著我國農業結構的調整，奶牛養殖已經成為華北農牧交錯區農民增收和農村經濟發展的新途徑。然而針對該區域人工草地奶牛合理放牧管理技術研究較少，奶牛飼養多以夏秋季在天然草地上自由放牧為主，過度采食和踐踏導致草地利用過度，退化嚴重，土壤惡化，生產力水平低下。國內放牧研究多集中在天然草地上放牧綿羊和肉牛[1]，姚愛興等[2-4]對南方亞熱帶地區人工草地放牧奶牛研究報道較多，但由于氣候、草地類型等不同，因此，不能照搬到本區域。中國農業大學草地研究所在本區域人工草地放牧綿羊的研究所取得的管理技術[5，6]，由于家畜種類和利用目的不同，也不能完全應用到奶牛的放牧管理實踐中。為此，對北方農牧交錯帶不同奶牛放牧管理方式對人工草地牧草群落特征的變化展開研究，以期獲得適合于該區域的最合理的放牧管理方式及技術，為本區域草地畜牧業的健康發展提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于中國農業大學沽源草地生態野外試驗站，地處河北沽源縣北部壩上高原 N 41°46′、E 115°40′，海拔1 400 m。年均氣溫1.4 ℃，≥10 ℃的年積溫 1 513.1℃，無霜期 100 d，年均降水量399 mm，主要集中在7，8和9月。試驗草地為可灌溉紫花苜蓿(Medicago sativa)、無芒雀麥(Bromus inermis)、藍莖冰草(Pascopyrum smithii)和新麥草(Psathyrostachys juncea)混播人工草地。

1.2 試驗設計

試驗設置輕度劃區輪牧(LRG，放牧率 2.6頭/hm2)、中度劃區輪牧(MRG，放牧率3.8頭/hm2)和連續放牧(MCG，放牧率3.8頭/hm2)3個處理，每處理重復3次，每個重復放牧4頭奶牛。輪牧處理均為7小區，放牧3 d，輪牧周期為21 d。另設一個不放牧的對照區(CK)，面積為0.2 hm2。2004年放牧2個周期，2005年放牧4個周期。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 主要植物種群數量特征的測定 試驗期間，在不同處理區分別布設10個固定描述樣方，樣方面積為1 m×1 m，分種測定植物密度、高度、投影蓋度、草地總蓋度和牧草現存量。試驗期間每個輪牧周期測定1次，測定時間為每次放牧前1 d。

根據第2個放牧季結束時的種群密度(PD2005末)與第1個放牧季開始的種群密度(PD2004初)的比例來計算各種牧草種群的持久性(P)[7]，即:

持久性(P)=(PD2005末/PD2004初)×100。

1.3.2 植物種群重要性的計算 根據描述樣方內測定的各植物種的密度、高度和蓋度數據，利用公式計算牧草種群的重要值[2]，

IV=RDE+RHI+RCO

式中:IV-重要值；RDE-相對密度；RHI-相對高度；RCO-相對蓋度。

1.3.3 群落地下生物量動態的測定 放牧季前后采用直徑為81 mm 的根鉆分0～10、10～20、20～30 cm 3層取樣，每個重復取15鉆。每個重復的樣品按層混和后帶回室內放入孔徑0.25 mm的土壤篩中用水沖洗，除去枯死物質和石塊，將根系從土壤篩中挑出，在65℃恒溫下烘干72 h至恒重，稱重。

1.4 數據處理

將試驗所測得的各項指標值用Excel進行數據統計與作圖，采用SPSS統計軟件進行方差分析，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 放牧對混播草地植物種群以及群落特征的影響

2.1.1 群落中植物種群重要值 從4種牧草的重要值分析(表1)，紫花苜蓿和無芒雀麥較大，輪牧制紫花苜蓿和無芒雀麥LRG大于MRG，而藍莖冰草和新麥草則MRG大于LRG；兩種放牧制度各牧草MRG大于MCG。0.01)

表1 試驗期間不同放牧處理主要植物種群重要值Table 1 Importance value of component species under different grazing treatment %

2.1.2 草地牧草現存量與植被成份 草地牧草現存量隨放牧強度的增加而降低(圖1a)。隨放牧期的推進，對牧草現存量積累的負面影響越來越大，到末期最為明顯。2004年年均牧草現存量LRG，MRG和MCG分別為5 027，4 709和 4 681 kg/hm2DM ，2005年則分別為3 814，3 531和3 399 kg/hm2DM 。輪牧制下輕牧的牧草現存量大于中牧，年均 LRG比MRG高7.28%；同一放牧強度下輪牧制大于連續放牧，年均MRG比MCG高1.99%，這表明輕牧對牧草的生長有利。

從各種群分析，牧草現存量中無芒雀麥占優勢，占群落總現存量的55%，而紫花苜蓿、藍莖冰草、新麥草及雜類草所占比例較小，分別為27%、6%、11%和1%。LRG的紫花苜蓿和無芒雀麥的比例高于MRG和MCG處理，但藍莖冰草和新麥草的比例則以MCG較高。雜類草在各處理中比例均很小，且LRG處理略高于MCG處理(表2)。

2.1.3 植物種群密度和持久性 種群密度無芒雀麥所占比例最大，占草地總密度的44%，紫花苜蓿、藍莖冰草和新麥草所占比例較小，分別為21.19%，9.38%和24.57%。經過2個放牧季放牧后的紫花苜蓿的種群密度增加，而無芒雀麥、藍莖冰草和新麥草的種群密度則下降，3種禾本科牧草間種群密度無芒雀麥大于新麥草，藍莖冰草最低。同一放牧強度下紫花苜蓿和無芒雀麥的種群持久性MRG高于MCG，而藍莖冰草和新麥草的種群持久性則以MCG較高。輪牧處理中4種牧草種群的持久性紫花苜蓿和無芒雀麥LRG大于MRG，而藍莖冰草和新麥草的種群持久性則是MRG大于LRG。這表明新麥草和藍莖冰草的耐牧性高于無芒雀麥和紫花苜蓿(表2、圖2)。除紫花苜蓿種群持久性輕牧顯著高于中度輪牧外(P＜0.05)，其他3種牧草處理間差異均不顯著。

2.1.4 草地總蓋度與分蓋度 試驗期最后一次輪牧前草地群落總蓋度輪牧制下輕度輪牧大于中度輪牧，兩種放牧制間輪牧略高于連續放牧(圖1b)。經方差分析，LRG與MCG間草地總蓋度差異顯著(P＜0.05)，但與試驗初期相比，放牧末期3個處理的草地總蓋度均有所增加，增幅LRG高于MRG和MCG，分別為31.47%、24.92%和24.26%。

圖1 試驗期間不同放牧處理的牧草現存量(a)和草地總蓋度(b)動態變化Fig.1 Mean forage standing yield(a)and sward cover(b)by sampling date for different grazing treatments in 2004 and 2005

紫花苜蓿和無芒雀麥的蓋度以輕度輪牧較高。連續放牧藍莖冰草和新麥草蓋度增大，而輪牧紫花苜蓿和無芒雀麥蓋度增大。輪牧草地中奶牛采食后的留茬高度較高，這對紫花苜蓿和無芒雀麥這些直立生長草種的再生長有利，而連續放牧下奶牛采食至較低的草層高度，有助于藍莖冰草和新麥草的再生。同2004年相比，2005年紫花苜蓿和無芒雀麥在所有處理中的蓋度都顯著增加(P＜0.05)，增幅LRG＞MRG＞MCG，分別為41.89%和8.72%、28.45%和8.56%、39.57%和8.15%；而藍莖冰草蓋度在各處理中略有下降，新麥草略有增加，但2個放牧季內放牧制度與放牧強度對藍莖冰草和新麥草蓋度的影響均不明顯(表2)。

2.2 放牧對根系生物量動態及其分布的影響

多數根系分布于土壤表層10 cm，0～10 cm和10～20 cm土層的LRG，MRG和MCG根系生物量分別為1 079.43和346.35 g/m2、1 051.56和 344.92 g/m2以及1 042.04 g/m2和286.34 g/m2，3個放牧處理0～10 cm根系生物量分別占到0～30 cm總根系生物量的69.80%、69.62%和72.88%。0～30 cm土層中放牧處理間根系生物量差異不顯著(P＞0.05)。

表2 試驗期間不同放牧處理主要植物種群植被特征Table 2 Botanical characteristics of component of the two systems in 2004 and 2005

圖2 不同放牧處理的各種牧草種群持久性比較Fig.2 Sown species persistence of three grazing treatments

圖3 不同放牧處理及深度草地根量動態變化Fig.3 Mean Root DM by soil depth and year for each treatment in 2004 and 2005

與試驗初相比，放牧結束后，0～30 cm土層總根系重量LRG，MRG和MCG分別增加了2.43，2.35和2.50倍，但3個放牧處理間增幅差異不顯著(P＞0.05)。增幅主要是由于0～20 cm土層中根系重量的增加，20～30 cm土層變化不大。除2005年放牧后10～20 cm土層LRG和MCG間根系重量差異顯著外(P＜0.05)，其他時期各處理根系重量差異均不顯著。放牧強度對根系重量有一定的影響，隨著放牧強度的增加根系重量下降。中等強度的放牧對根系重量的不利影響隨著放牧季的延長越來越明顯，并且在試驗結束時最為明顯。最后1次取樣期0～30 cm土層MCG和MRG處理的根系重量明顯低于 LRG處理，分別為1 994，2 180和 2 446 g/m2。

3 討論與結論

3.1 奶牛放牧對紫花苜蓿/禾草草地植被特征的影響

影響豆科和禾本科牧草混播人工草地穩定性的因素有很多，許多學者都發現放牧能改變草地中牧草的比例[2，9-15]。本研究連續放牧和輪牧的牧草現存量相近，試驗2年內放牧制度及強度對其影響均不顯著。這與前人[9]在紫花苜蓿混播草地上研究所得出的結論一致，50%紫花苜蓿與50%禾草草地上連續放牧與6小區輪牧以及11小區輪牧的牧草現存量無顯著性差異。盡管本研究中放牧處理對草地牧草現存量的影響不明顯，但需說明的是，由于本試驗期較短，僅持續了2年，只有經過較長時間的試驗，不同處理放牧奶牛對草地牧草現存量的不利影響也可能會呈現出來。

3.2 奶牛放牧對草地根系生物量動態及分布影響

試驗處于半干旱的農牧交錯帶，由于土壤水分和養分十分有限，因此，牧草根系的生長尤為重要。本研究所有處理中大多數根系都分布在表層0～20 cm土層，這與其他學者在放牧草地上研究的結果一致[5，8，15]。這一方面由于奶牛采食后牧草根冠資源的重新分配，采食強度和頻度的加大降低了根系的重量，另一方面奶牛的踐踏使土壤物理性狀發生改變，限制了根系生長的空間所致。

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