天山中段主要草地類型牧草飼用價值評價與動態分析

張鮮花，李江艷，朱進忠

（新疆農業大學草業與環境科學學院/新疆草地資源與生態實驗室，烏魯木齊 830052）

0 引言

【研究意義】草地是人類賴以生存的一類重要可再生綠色資源[1]。草地數量的多少與質量高低及其演變趨勢均影響到生態環境安全[2]。山地草甸是在濕潤氣候條件下由低溫中生多年生禾草與雜類草組成的群落。分布在山地的中上部，與森林呈復合分布，是能量與物質聚集的最大地段。群落組成植物種類較多，以紫花鳶尾為建群層片，形成獨特的群落外貌與景觀。持續地或階段性地定期對草地資源進行監測與評價，對了解當前草地資源的數量與質量及其發展趨勢有重要意義。【前人研究進展】天山是新疆最大的山地牧場之一[3]，自西向東分為西段、中段與東段，平均海拔3 000～5 000 m。烏蘇縣至烏魯木齊縣稱為天山中段，平均海拔高度為4 000～4 300 m，自然條件優越，植被垂直帶譜完整，由低山至高山依次向上分布有荒漠—荒漠草原—草原—草甸草原—草甸（森林）—高寒草甸[4]。【本研究切入點】以往研究針對天山北坡中段草地植物做了大量的研究，但基于牧草飼用價值動態研究較少[5-6]。需對山地荒漠草原、草原和草甸3種草地類型植物群落的飼用價值進行評價與動態分析。【擬解決的關鍵問題】研究草地植被群落牧草的數量與質量變化，通過3種草地類型群落植物優勢種與主要伴生種飼用價值的評定，對草地植物群落的植物飼用價值動態變化進行分析，為草地動態研究及草地合理利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

研究區位于天山北坡中段，距烏魯木齊市西南80 km 謝家溝地區，地處87°25′～87°33′E，43°07′～43°47′N，占山地海拔1 200～2 400m。年降水量300～600mm，一般年份雨季6月下旬至8月上旬，有時出現春旱和秋旱。年平均氣溫2.1～3.3℃，無霜期100～113 d。土壤為山地棕鈣土、栗鈣土和黑鈣土，以鐮芒針茅（Stipa caucsica）、博洛特絹蒿（Seriphidium borotalense）群落，羊茅（Festuca ovina）、針茅（Stipa capillta）群落、紫花鳶尾（Iris ruthenica）群落，構成山地荒漠草原、草原、草甸的代表性草地類型。

1.2 方法

在自然放牧利用狀態下，采用定位觀察方法，對群落的牧草種類組成、地上生物產量進行長時段連續測定。測定時間段為1985～2001年，每年于7月10～20日植物生長旺季在相同地點取樣。

1.2.1 取樣

以草地型為單位采取典型地段取樣法進行。用于群落種類組成分析與記載樣地面積為10 m×10 m，地上生物產量測定樣方面積為1 m×1 m，每年調查樣方不少于30個。

1.2.2 測定與評價

對草地牧草飼用價值的表述與評定方法有多種[7]，研究中采用《中國草地資源》（1996）有關飼用植物評價方法與標準進行。以牧草的適口性、營養價值和家畜利用性狀進行綜合評價，將草地飼用植物劃分為優、良、中、低、劣5類[8-9]。

山地草原是介于山地荒漠草原與山地草甸草原中間，在干旱氣候條件下由低溫旱生多年生禾草、雜類草和小半灌木組成的一類草地[10]，構成植被垂直帶譜的重要組成部分。

群落植物種類組成：采用草地群落種類組成樣地調查方法。

地上生物產量測定：采用樣地實測法測定群落植物種和類群的地上生物量。

草地質量評價：草地質量依牧草飼用價值評價標準，劃分等級。

草地植物波動系數：以草地定位觀察時間段內，植物最高與最低年份地上生物量之比計算。

草地牧草年變率：以草地定位觀察時間段內，牧草平均地上生物量與每年地上生物量之比計算。

鑒于研究對象群落組成的牧草種類較多，本文僅以優勢種和主要伴生種為對象，分析各類草地群落牧草飼用價值的動態變化。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 軟件進行數據整理統計及制圖，對比年際間的動態變化。

2 結果與分析

2.1 不同草地類型牧草飼用價質評價

研究表明，草地類型不同，牧草飼用價值有較大差別，在荒漠草原草地植物群落中，良等牧草是群落植物組成的主體，占到群落歷年平均地上生物量的80.1%，優等和低等牧草僅占19.9；草原草地植物群落中優等牧草數量增加，與良等牧草可占到群落地上生物量的59.5%，其余為中等牧草；草甸草地地上生物量顯著高于前兩類草地，但組成群落牧草的飼用價值較低，中、低等牧草占到歷年平均值的91.6%，其中低等牧草的比例可占65.7%，優、良等牧草只占9.4%。表1

表1 不同草地類型牧草飼用價值評價Table 1 Evaluation of forage value of different grassland types

2.2 不同草地類型群落牧草飼用價值動態

研究表明，各類型群落中牧草的地上生物量均處于波動狀態之下，一些年份波幅還較大。

2.2.1 山地荒漠草原群落牧草飼用價值動態

研究表明，山地荒漠草原是草原帶最干旱的一類草地，與山地荒漠帶鄰接，與草原植被呈復合分布，植物群落由旱生禾草、小莎草與超旱生半灌木組成。由于荒漠草原氣候具有強烈的大陸性，年際變化劇烈，草地群落的穩定性受到較大影響。1985～2001年期間，組成草地群落牧草的優勢和主要伴生種地上生物量年度間波動較大，且不同等級之間差異也大。良等牧草地上生物量的波動系數，1985～1994年間為1.5（68.4～104.7 g/m2），1995～2001年間達到2.4（45.7～109.1 g/m2）；優等與低等牧草，年度間波動幅度大，分別為8（1.3～10.4 g/m2）和3.6（4.9～17.6 g/m2）。

優等牧草平均年變率為40.8%，最低年份為3.8%，最大年份可達75.0%；良等牧草平均年變率為14.5%，最低年份為1.1%，最大年份可達33.7%；低等牧草平均年變率為29.2%，最低年份為1.8%，最大年份可達47.6%。圖1，表2

表2 荒漠草原草地不同等級牧草地上生物量年變率變化Table 2 Annual variability of biomass on different grades of grassland in desert steppe

圖1 荒漠草原草地不同等級牧草地上生物量年際動態Fig.1 Interannual dynamics of biomass on different grades of grassland in desert steppe

2.2.2 山地草原群落牧草飼用價值動態

研究表明，研究區草原草地群落是由優、良、中3種類群牧草組成，各類牧草地上生物量在群落中的波動系數，均較荒漠草原大，并顯現出年度間一直處于較大的變化之中。其中：優等牧草波動系數為4.6（8.5～39.2 g/m2），良等牧草波動系數高達5.5（15.5～85.8 g/m2），中等牧草波動系數為3.0（24.4～74.0 g/m2）。優等牧草平均年變率為23.2%，最低年份為12.5%，最大年份可達53.9%；良等牧草平均年變率為47.3%，最低年份為2.9%，最大年份可達44.9%；中等牧草平均年變率為45.8%，最低年份為6.7%，最大年份可達46.7%。圖2，表3

圖2 草原草地不同等級牧草地上生物量年際動態Fig.2 Interannual dynamics of biomass on different grades of grassland

表3 草原草地不同等級牧草地上生物量年變率變化Table 3 The annual variability of biomass on different grades of grassland

2.2.3 山地草甸群落牧草飼用價值動態

研究表明，草甸植物普遍具有中生植物形態結構與特點，耐旱性差，對氣候影響敏感。草地地上生物產量遠不及前兩類草地穩定。優等牧草波動系數達到16.1（5～80.3 g/m2），良等牧草波動系數高達34.8（1.3～45.3 g/m2），中等與低等牧草波動系數較低分別為3.5（81.0～279.9 g/m2）和2.3（241.3～548.g/m2）。再以不同等級牧草地上生物量年變化率分析，優等牧草平均年變率為23.2%，最低年份為12.5%，最大年份可達53.9%；良等牧草平均年變率為56.7%，最低年份為23.6%，最大年份可達93.1%；中等牧草平均年變率為15.0%，最低年份為2.7%，最大年份可達45.4%，低等牧草平均年變率為9.3%，最低年份為2.1%，最大年份可達38.4%。圖3，表4

圖3 草甸草地不同等級牧草地上生物量年際動態變化Fig.3 Interannual dynamics of biomass on different grades of meadow grassland

表4 草甸草地不同等級牧草地上生物量年變率Table 4 Annual variability of biomass on different grades of meadow grassland

3 討論

草地波動是天然草地固有的生物學特性，是草地與環境協調融合發展的表現。在群落波動中，其生產力，各組分的數質量比，甚至群落外貌與結構都會發生明顯變化[8-11]。研究重點討論的是組成某一類草地中不同飼用價值的牧草類群，在特定時間段內的消長變化。一個群落數量動態取決于其類群數量增加與減少的對比關系，根據研究區逐年統計分析結果，占據不同垂直帶譜位置草地，群落的波動性不同，各等級類群植物的消長變化規律也存在差異。一般觀點認為，環境條件越是嚴酷，群落的波動性越大[12]。在研究中，荒漠草原、草原草地是垂直帶譜中屬于干旱草地，從各類草地牧草優勢類群的年變率顯示，與草甸草地相比要大，與以往研究結論一致。在草地波動系數的分析結果中也反映出了這一規律。

草地中植物的生活型組成不同，其年變率、波動系數不同[13]。在本研究中的荒漠草原草地，以蒿類半灌木組成的類群，年變率與波動系數均比草原草地以草本植物組成的類群要小，說明由灌木與半灌木組成的群落，要較由草本植物組成的群落穩定性要好，這與宋永昌[13]研究草本植物群落隨環境波動發生的種類組成、數量特征的波動，要比灌木與喬木波動明顯的觀點基本一致。同時，也顯示草地牧草飼用價值不同，其年變率也存在一定差別，從研究中3 類草地的分析結果顯示，群落中飼用價值高的類群要較低的類群年變率大。如在草甸草地中，屬優等與良等牧草地上生物量的平均年變率分別達到34.6%和56.7%，而在群落中占優勢地位的低等牧草平均年變率只有9.3%。這是否與家畜的選擇性采食有關，造成飼用價值高的牧草生長勢、耐牧性以及與環境波動的協同能力減弱有關，還有待于結合家畜放牧試驗進一步研究[14-15]。

4 結論

4.1 3類草地牧草不同類群的數量消長模式，各年度間始終處于連續的波動狀態，且年度之間波動系數、年變率較大。

4.2 連續17年對3 類草地群落牧草飼用價值的連續觀察分析，占據于干旱譜帶的山地荒漠草原、山地草原草地的波動具有可逆性，而山地草甸主要類群飼用價值的變化，不能完全恢復到原有狀態，而只是向平衡狀態靠近，應由過度利用導致群落飼用價值退化的表現。