新疆塔城不同類型草場生產力動態變化

古麗娜爾·沙亞汗，李佳歡，譚學周，王 堃＊

（1.新疆塔城地區草原工作站，新疆 塔城834700；2.中國農業大學動物科技學院，北京100193）

我國是世界上第二大草原大國，擁有草地資源3.92億公頃，占國土總面積的41.14%［1］。其中，80%草地主要分布在干旱、半干旱的北方地區［2］。草地生態系統具有多種服務功能，如固定大氣中的CO2；調節氣候，涵養水源，培肥地力；維持生物多樣性等［3］。除生態功能外，我國草地資源大多分布于少數民族聚集區，保證草地資源的可持續利用對維護民族團結具有重要意義［4］。據統計，我國90%以上的草地已發生不同程度的退化，草地產量顯著下降，毒草、雜類草比例增多，生態服務功能喪失［5］。近幾年來，我國大力發展生態恢復工程，草地退化的態勢雖局部好轉，但整體尤其是北方天然草地生態環境仍在惡化［2，6-7］。放牧是我國天然草地的主要利用形式［8］，根據草地承載能力合理放牧是維持草地健康的基礎。據農業部草原監理中心《2012年全國草原監測報告》顯示，全國268個牧區、半牧區天然草地的牲畜超載率高達34.8%［9］，這種形勢極不利于我國環境保護、畜牧業發展及民族穩定。

新疆維吾爾自治區位于東經82°16′～87°21′，北緯43°25′～47°15′，有天然草原925萬公頃，是我國天然草地面積最大的區域之一［10］。由于青藏高原的阻擋和加熱作用，以及獨特的 “三山夾兩盆”地形，大量水汽難以到達新疆［11］，使得新疆的氣候十分干燥，形成典型的內陸干旱與半干旱氣候，干旱年頻率高達36.8%［11］，生態系統極其脆弱［12］。近年來受自然和人為因素的影響，局部地區植被發生大面積的退化［12］，水分保持能力更是急劇降低。塔城位于新疆西北部，地域廣大，地形復雜，是我國西北部的邊緣地帶，年降水量250～300mm，年均溫5.3～6.5℃，≥10℃積溫2300～2900℃［13］。根據2012年新疆統計年獻，塔城草地類型多樣，總面積34.46萬公頃。塔城市天然草地超載過牧嚴重［14］，綠洲面臨嚴重沙漠化的危險。

草地初級生產力是反應草地功能的重要指標，是草地生態系統與外界進行物質能量交換的基礎［15］，其大小受許多因素的影響，如大的地理尺度的氣候等環境因子（溫度、降水等），小地理尺度的生物資源有效性（如植物多樣性）等［16］。草地初級生產力的監測一直是草地資源狀況監測的重要內容之一，對制定草畜管理模式、保障草地自然生態安全、維持畜牧業經濟的可持續發展具有重要意義。本研究連續3年持續監控塔城各類型草場的植被狀況，產量動態，為合理制定塔城市草地資源保護政策、遏制草地退化趨勢、促進“草-畜平衡”發展提供科學、全面、可行的理論依據。

1 研究地概況與研究方法

1.1 樣地概況

本次監控的塔城市的天然草地共包含6種類型：山地草甸類、溫性荒漠類、大陸草甸類、草甸草原類、干草原類、荒漠草原類。樣地基本情況如表1所示。

表1 樣地基本概況Table 1 Basic information of sampling sites

1.2 測定方法

本研究對每個樣地的植物種類組成、植被高度、蓋度、產草量等狀況進行調查。試驗持續3年（2013年-2015年），于每年的植物的生長季（5月-9月）進行測定，測定日期選為每月的15-17日。隨機選取長勢均勻的樣方，齊地刈割進行取樣。帶回試驗站65℃烘干至恒重測定生物量。測定選取兩種取樣面積：對于低矮類草本植物，如苔草（carex）、羊茅（FesucaOvina），樣方面積選為1m2，對于高大草本植物及灌木，樣方面積選為100m2。

2 結果與分析

2.1 塔城市2013-2015年降水及溫度狀況

塔城市2013-2015年降水與溫度狀況如圖1所示。從年降水總量上看（柱狀圖），2013年最高（269mm），2014年最低（60.9mm）。2013年降水主要集中于5-8月，較2014、2015年高，9月份后降水大幅度下降。2015年全年降水量大部分集中在9月份（9月份108.6mm；全年181.7mm），其他月份降水均勻，比較干旱。2014年全年降水均較少，除9月份外，與2015年降水量基本一致。2013-2015年均溫基本相似（19.30～20.38℃），年內變化（折線圖）趨勢呈現單峰曲線，生長季溫度較高。特殊的是，2015年2月份溫度較2013年與2014年高。

圖1 2013-2015年降水及溫度情況Fig.1Precipitation and temperature during 2013-2015

2.2 塔城市天然草地產草量（干重）月、年動態

草地地上生物量觀測時間為2013-2015年5月-9月，塔城市草場整體月平均產草量（所有類型草場產量平均值）如圖2所示。從年季動態來看，2015年生長季前期（5-7月）的草場單位面積產草量高于2013年和2014年，2013年產量最低。2013年塔城市草地產量在7月份之后繼續上升，最高值出現在8月份。2014、2015兩年的單位面積產草量在7月份之后出現下降趨勢。2015年草地產草量高峰在6月份就已出現，較2013、2014年提前1～2個月。

從月動態來看，草場單位面積產量均呈現先增加后降低的趨勢，最大產量出現在7、8月份，這個時期的溫度、降水均可達到植物生長適宜水平，牧草迅速生長。9月份后溫度降低，霜凍天氣逐漸增多，草地產草量下降。

圖2 塔城天然草場單位面積平均鮮草產量Fig.2 Average productivity of natural grasslands in Tacheng

2.3 各類型草場產草量分析

由于地形、氣候的綜合作用，塔城市天然草地類型多樣。圖3反映了不同類型草場平均產草量的月變化趨勢。各類型草場每月單位面積平均產草量為2013年到2015年3年的平均值。從圖中可以看出，多數草場的牧草產量均呈現先增加后降低的趨勢，而溫性荒漠類草場與荒漠草原類草場的年內月產量幾乎無太大變化，產量較其他幾種草場低。對比其他幾種不同草地類型可以發現，山地草甸產草量最多，干草原、大陸草甸次之。就年內草場生產力差值來看，山地草甸類、大陸草甸類、干草原類草場生長季草地產量增加程度較大。8月份后，大陸草甸類、草甸草原類、干草原類草場產草量大幅下降，山地草甸類下降幅度較小，在9月份有略微上升。

圖3 不同類型草場單位面積月平均鮮草產量Fig.3 Mean productivity of different grasslands in each month

從不同類型草場年際間產草量變化來看（圖 4），大部分草場的高產草量均出現在2015年，而2013年的產量普遍偏低。其中，山地草甸類、干草原類草場在2013-2015 3年內的產量變化趨勢均為明顯的單峰曲線，雨熱同季時產量達到最大值。山地草甸類草場2013年生產力水平低于2014年和2015年，干草原類草場2015年生產力水平高于2013年和2014年；大陸草甸類、草甸草原類有一定的單峰趨勢，但全年變化并不明顯，僅在2013年8月份有一個較明顯的產草高峰。除個別月份外，年際間草地產量無太大差異；溫性荒漠類與荒漠草原類草場的生產力變化趨勢雖從3年平均值上看（圖3）基本穩定，但年內波動較大，基本無一致規律，整體生產力偏低，且年際間差異較大。

圖4 不同類型草場單位面積鮮草產量Fig.4 Per unit yield of different grasslands in three years

3 討論與結論

3.1 塔城市草場產草量年季間變化

降水量與熱量是影響草地產量的主要因素，尤其是生長季的水分與熱量的匹配對草地植物群落初級生產力的形成起至關重要的作用，且不同類型草地對熱量或水分變異的響應可能不同［17-18］。全面、準確、頻繁地監測天氣狀況對于充分解釋草地植被生產力水平，預測草地生產力、規劃草地利用方式與強度具有重要意義。除多等［15］對于西藏高寒地區天然草原的研究表明，相對于溫度來說，降水是最主要的草地生產力限制因子。Beck等［19］研究也表明，草地的生產力與冬季降水變化有關。比較塔城市草場總體平均產量與天氣變化情況可以發現：2015年5、6月份的降水量雖小，但草地產量高于2013年和2014年。塔城市年降水較少，大部分集中在冬季［20］。塔城地區大部分的草場海拔較高，在生長季早期，前一年的積雪逐漸融化，水分供應充足，熱量是限制牧草生長的主要環境因子。2015年1、2月的月均溫高于其他兩年，牧草返青較早，快速生長時期提前，因此在5，6月份地上生物量較高。塔城市草地大多位于高海拔地區，2013年5，6月份降水量雖高，但持續的陰雨天氣造成天然草地氣溫偏低，牧草生長速率較慢。7月份之后，溫度逐漸上升至全年最高值，加上前一年積雪已完全融化、蒸發，主要的環境限制因子就轉變為降水量，因此7月份之后，2013年高降水量的優勢開始顯現，產草量到達3年內最高水平。這與徐海量［21］等研究結論相似，當熱量與降水兩因素中有一個因素滿足生長需求時，另一因素便成為主要的限制因子。

3.2 不同類型草場產草量對氣候的響應

不同類型草場的地形、氣候特點各異，草地生產力受降水、氣溫的影響不同。山地草甸、干草原類草場位于山地中部，土壤類型均為壤土，植物在生長季水熱條件適宜時可快速生長。2015年降水少、升溫早的優勢在干草原上的反應明顯，牧草在生長季早期產量高，2013年多降水、連續陰雨帶來的低溫對山地草甸類草場影響較大，草場產量較低。這可能與草地的陰/陽坡向有關。山地草甸類草場位于陰坡，氣溫較低。連續的多雨天氣使得氣溫下降，不適宜牧草生長。干草原類草場位于陽坡，2015年的晴朗、高溫天氣使得陽坡更暖，加速牧草返青、生長。2013年大陸草甸類草場的產草量并未因降水的增加而降低，8月份的草產量最高，可能的原因在于其海拔較低（404m），即使在降雨頻繁的情況下，氣溫依然能滿足植株生長需要，因此在水分充足時，生長更快。與其海拔相近的溫性荒漠類草場同樣在2013年的草產量高于2014、2015年。由于土壤類型等條件的影響，溫性荒漠類、荒漠草原類草場土壤為礫石質土，保水性能差［22-23］，在降水充足時雖可增加草地產量，但草地整體生產力低，受降水的影響大。但荒漠草原類草場海拔較高，溫度偏低，在生長季初期熱量仍為主要的限制因子。

3.3 對生產的建議

根據2012年新疆統計年獻記載，塔城市的家畜存欄量為51.52萬只羊，6.28萬只牛［24］。粗略將其換算為標準羊單位，為82.92萬只。結合塔城市草地產量水平，6，7，8月份是一年中草地產草量最高的時期，草地鮮草產量為每公頃2000kg左右。整體水平上來看6，7，8三個月的載畜量確實控制在合理載畜量范圍之內。值得注意的是，除6，7，8三個月份外，塔城市草場的平均產草量均不足以支撐現有家畜正常放牧采食。塔城市牧民的放牧時間約為210天，除生長旺季外，其余月份的草場處于嚴重超載狀態。尤其是初秋、初春的季節，對草場的破壞巨大。為保證塔城市草地的生態穩定，在制定合理載畜量時，應充分考慮氣候變化帶來的季節性產量波動，并適當推遲放牧時間，避開牧草返青期。9月之后，隨著霜降的來臨，牧草生長減緩，逐漸枯黃，草地產草量逐漸下降，應合理調節載畜量，保證草地健康，并進行科學補飼，平衡家畜營養需要，防止“冬瘦、春乏”現象的發生，平穩度過枯草季。