全 文 :文章编号: 1007-0435( 2007) 03-0263-06
刈割对羊草草原生长性能的影响
王国良, 李向林* , 万里强, 何 峰, 王 琥
(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所, 北京 100094)
摘要: 研究刈割强度对羊草草原生长性能的影响。结果表明: 随着刈割强度的增大,地上现存量呈连续下降趋势,群
落和羊草变化趋势相同; 处理间生长量和生长速率均呈单峰型变化; 生长速率对留茬高度的响应为二次曲线形式;
相对生长速率在处理间差异不显著; 本文参照生长速率的二次曲线形式, 以留茬15 cm( D1)作为刈割强度的参数。
关键词: 羊草草原; 群落; 刈割强度; 留茬高度; 生长性能
中图分类号: S 812 文献标识码: A
Effect of Cutting on the Growth Capability of Leymus chinensis Grassland
WANG Guo-liang , LI Xiang-lin
*
, WA N Li-qiang , HE Feng, WANG Hu
( Inst itute of Anim al S cien ces, Chinese Academy of Agricu ltural Sciences, Beijin g 100094, China)
Abstract: An experiment w as carried out to study the ef fect o f cut t ing intensity on the growth capability of
L eymus chinensi s ( T rin. ) Tzvel . and the vegetat ive community on L . chinensis gr assland. The results
show ed that the abovegr ound standing biomass of both vegetative community and L . chinensis decreased
along w ith the increased cut ting intensity . Tr eatments resulted in the sim ilar changes in regrowth biomass
and reg row th rate w ith one-peak dynam ics. T he response of regr ow th rate of community and L . chinensis
to cut t ing height follow ed the conic format . T he relat ive reg row th rates of community and L . chinensis
under dif ferent t reatments had no signif icant differences. Based on the analysis of the relat ionship betw een
regrowth r ate and cut ting height , the opt imum cutt ing height w as at 15 cent imeter.
Key words : Leymus chinensi s g rassland; Community ; Cut t ing intensity ; Cut t ing height ; Grow th capability
近几十年来, 由于放牧压力的增大, 草原退化加
剧, 草原生态系统受到破坏, 不仅制约了牧区和农牧
交错带地区畜牧业的发展[ 1] ,而且导致沙尘暴频发等
系列环境生态问题。国内外研究普遍认为, 气候变化
和人类活动是造成草原退化的两大因素。在大气候一
致的区域,利用率对植物施加的影响超过其它环境因
子的影响,成为控制群落特征的主导因子[ 2]。刈牧直
接影响着草原的发展方向。适宜的利用强度,不仅不
会破坏草原, 而且还能促进其初级生产力的增长,在
一定程度上提高草原的利用率; 利用过度, 不仅导致
生产力下降, 还将带来一系列的负面影响, 再想恢复
相当困难,该结论得到了许多试验结果证实[ 3~8]。
羊草草原是欧亚大陆东部温带半湿润地区特有
的草原类型,在我国主要分布在内蒙古东部和东北
西部等地区[ 9]。由于羊草草原在畜牧业和生态环境
保护方面的地位重要,许多学者对其进行了深入研
究[ 10~14] ,而对坝上高寒地区羊草草原报道较少。本
文从草原生长性能出发, 通过小区试验,研究刈割强
度对羊草草原生长的影响, 克服了家畜放牧研究中
的困难[ 15] ,为该地区羊草草原的保护与可持续利用
提供理论和技术依据。
1 材料与方法
1. 1 试验区自然概况[ 16]
试验区位于张家口市国家草原生态系统野外观
收稿日期: 2006-11-30; 修回日期: 2007-03-13
基金项目: 国家科技攻关项目( 2004BA528B-1-4) ;国家科技支撑计划项目( 2006BAD16B05)资助
作者简介: 王国良( 1977-) ,男,山东汶上人,博士研究生,研究方向为草地生态与草地资源管理, E -m ail : w angg uoliang@ 126. com ; * 通讯
作者 Auth or for correspondence, E-m ail : l ixl@ iascaas. net . cn
第 15 卷 第3 期
Vol. 15 No . 3
草 地 学 报
ACTA AGREST IA SIN ICA
2007年 5月
M ay 2007
测站(东经 115°39′~48′,北纬 41°45′~57′)。海拔
1400 m ,年均气温 1. 4℃,≥0℃积温1513. 1℃, 年均
降水量 297 mm(主要集中在7- 9 月) ,年均蒸发量
1785 mm。土壤属栗钙土, pH 值7. 0~8. 5, 有机质含
量 2. 5%。植被类型为草甸草原, 以优势种羊草
( L eymus chinensis ( T rin. ) Tzvel. )为主, 盖度 70%
以上。样地已封育5年, 每年9月底割草一次。羊草
占绝对优势, 伴生种为糙隐子草( Cleistogenes squ-
ar rosa ( T r in. ) Keng)、扁蓿豆( Medicago ruthenica
( L . ) Trautv. )、克氏针茅( St ip a kry lov ii Roshev. )
等优良牧草, 并伴有菊叶委陵菜( Potent illa tana-
cet if olia Willd. ex Schlecht . )、南牡蒿( Ar temisia
eriop oda Bunge )、瓣蕊唐松草 ( T hal ictr um p eta-
loideum L. )、北柴胡( Bup leur um chinensis DC. )等
杂类草。
1. 2 试验设计
试验于2005年6月15日至9月10日和2006年
6月1日至9月14日进行,在地势平坦、植被一致的
地段选样地, 共设: 不刈割( D0) ,留茬 15 cm ( D1) ,
10 cm ( D2) , 5 cm ( D3)及 2 cm ( D4) , 随机区组设
计, 4次重复,小区面积96 m2( 12 m×8 m ) ,共20个
小区。用剪草机( CG330)割草。在样区沿对角线随机
标定样点。在草层5 cm 时刈割,所以没有固定的刈
割时间,割草频率见表1。
表1 生长期间割草频率(次) ( 2005、2006)
T able 1 F requency o f cutting on L . chinensis gr assland
in 2005 and 2006
期间( Du rat ion) D0 D1 D2 D3 D4
15/ 06/ 2005- 10/ 09/ 2005 0 3 4 5 7
01/ 06/ 2006- 14/ 09/ 2006 0 6 6 8 10
1. 3 取样方法
在小区随机设置3个0. 5 m×0. 5 m 的样方,以
配对法取样,以第 2次测定的生物量(即不刈割)减
去第1次,即为该期生长量。再重复上述过程, 测定
下个生长期。每月中旬,齐地面刈割, 装入密封袋,将
草样分为羊草和其它种类,在65℃下48 h烘干至恒
重,称干物质量。以2006年测定值为基础进行分析。
1. 4 数据处理与计算公式
1. 4. 1 生长量 生长量( g/ m 2) :用本次测定前与
上次刈割后地上干物质量的差值估算 [ 14] ,即:
$W = W 2- W 1
1. 4. 2 生长速率 植被生长速率表示单位时间单
位面积内生物量增加或减少的速度,即:
生长速率( g/ m 2·d) = (W 2- W 1) / ( t2- t1 )
1. 4. 3 相对生长速率 相对生长速率是指单位生
长时间内单位质量植物有机质的增长率,是衡量植
被再生的综合性参数之一,即:
相对生长速率( g / m 2·d·g) = ( lnW 2- lnW 1 ) /
( t2- t1 )
[ 17]
式中$W 为生长量,W 1和W 2 为测定时间 t 1和 t2 的
干物质量。
1. 5 数据处理
数据分析采用 SAS9. 0 统计软件, 作图采用
M icr oso ft Excel软件。
2 结果与分析
2. 1 刈割强度对地上现存量的影响
地上现存量是反映草原生态环境的指标[ 14]。
2005 年进行预处理试验, 2006 年从返青到试验前
D0、D1、D2显著高于D3和D4( P< 0. 05) ;随着时间
的推移,光合产物增多,生物量速增。在4次测定中,
以8月14日现存量最大, 其中D0是D4的2. 4倍。之
后天气变冷,现存量开始降低。变化趋势相同,说明
现存量的变化不受刈割强度的影响; 刈割是现存量
产生差异的主要因素,在生长季D0始终最高, D3和
D4最小,二者差异显著( P< 0. 05)。
羊草的变化趋势与群落相同。8月14日D0羊草
现存量显著高于其它处理( P< 0. 05) , 是D4的9. 4
倍,羊草的比例在群落中急剧下降。两年试验结果,
羊草为D0: 151. 8、D1: 96. 5、D2: 78. 5、D3: 34. 7、D4:
17. 1 g / m
2, 分别占群落的 86. 54%、71. 92%、63.
76%、40. 61%和23. 80% ,随着刈割强度的增大羊草
现存量逐渐下降(图1)。上述差异是刈割和气候条件
共同作用的结果,气候是现存量变化的重要因素, 而
在环境条件相似的情况下, 刈割强度则是导致差异
的主要原因。
2. 2 刈割强度对生长量的影响
群落和羊草生长量变化趋势一致, D0、D1、D2
的峰值出现在6月1日- 7月14日,而D3、D4出现
在7月15日- 8月14日。一定强度的刈割改变了羊
草生长规律和群落组成结构, 峰值延迟出现, 导致
D3和D4的峰值向后推迟。在8月15日- 9月14日,
除D3外,其它处理生长量出现负值, 因为该期气温
264 草 地 学 报 第 15卷
逐渐降低,降水减少,羊草渐渐停止生长, 9月14日 生物量小于8月14日,所以出现负值(表2)。
图1 刈割对群落和羊草现存量的影响
F ig . 1 Effect o f different cutting intensities on aboveg round standing biom ass o f community and L . chinensis
表2 刈割对群落和羊草生长量的影响( g/m2)
T able 2 Effect of differ ent cutting intensities on reg row th biomass of community and L . chinensis
项目 Item 期间( d/ m- d/ m ) Durat ion D0 D1 D2 D3 D4
群落 Community 30/ 04- 31/ 05 55. 4 48. 32 57. 08 25. 12 22. 68
01/ 06- 14/ 07 113. 1 94. 52 93. 08 85. 48 74. 16
15/ 07- 14/ 08 100. 3 89. 64 76. 36 102. 68 76. 88
15/ 08- 14/ 09 - 60. 0 - 9. 96 - 16. 52 7. 64 - 9. 24
总和 T otal 208. 8a 222. 52a 210. 00a 220. 92a 164. 48b
〗羊草L . chinensis 30/ 04- 31/ 05 52. 0 42. 92 41. 28 13. 49 9. 51
1/ 06- 14/ 07 100. 9 90. 67 72. 69 37. 58 20. 30
15/ 07- 14/ 08 91. 4 61. 83 27. 04 48. 03 20. 74
15/ 08- 14/ 09 - 86. 1 - 12. 58 - 6. 32 15. 56 - 7. 73
总和 T otal 158. 2ab 182. 84a 134. 69ab 114. 66bc 42. 82c
注:同行中不同字母间差异显著( P < 0. 05) ; Note: T he d ifferent letters in th e same row indicate signi ficant dif ference at P < 0. 05 level
D0、D1、D2和D3的群落生长总量间差异不显
著, 以 D4 最少, 但与其它处理间差异显著( P <
0. 05) ,进一步分析发现, D1、D2、D3 总量生长均比
D0高,群落可能存在超补偿性生长的机制。羊草生
长总量以D1最大,与D0、D2间差异不显著,但显著
高于D3和D4( P< 0. 05)。
2. 3 刈割强度对生长速率影响
2. 3. 1 群落生长速率变化 群落生长速率与生长
量相同,呈单峰型变化, 处理间的峰值均出现在7月
15日到 8月14日,之后则下降,到生长末期生长速
率出现了负值。生长后期,气温降低,进入衰老期, 生
长速度下降,消耗大于合成,出现负值, 而生长前期
则相反。刈割对生长速率产生了影响,以D4生长速
率最低,其它4个处理间差异不显著, 但刈割使群落
生长速率呈增加趋势(表3)。
表3 刈割对群落和羊草生长速率的影响( g/m2·d)
T able 3 Effect o f different cutting intensities on r eg rowth r ate o f community and L . chinensis
项目 Item 期间( d/ m- d/ m ) Durat ion D0 D1 D2 D3 D4
群落 Community 30/ 04- 31/ 05 1. 9 1. 6 1. 9 0. 8 0. 8
01/ 06- 14/ 07 2. 6 2. 2 2. 0 1. 9 1. 7
15/ 07- 14/ 08 3. 5 3. 1 2. 6 3. 5 2. 7
15/ 08- 14/ 09 - 2. 1 - 0. 3 - 0. 6 0. 3 - 0. 3
平均值 Mean 1. 5a 1. 7a 1. 6a 1. 7a 1. 2b
羊草L . chinensis 30/ 04- 31/ 05 1. 7 1. 4 1. 3 0. 5 0. 3
01/ 06- 14/ 07 2. 3 2. 1 1. 7 0. 9 0. 5
15/ 07- 14/ 08 3. 1 2. 1 0. 9 1. 6 0. 7
15/ 08- 14/ 09 - 2. 9 - 0. 4 - 0. 2 0. 5 - 0. 3
平均值 Mean 1. 1ab 1. 3a 0. 9ab 0. 9bc 0. 3c
265第 3期 王国良等:刈割对羊草草原生长性能的影响
2. 3. 2 羊草生长速率的变化 羊草的变化与群落
相同, 呈先增后减的趋势。在生长高峰期( 8月 14
日)之前,随着刈割强度的增大, 羊草生长速率下降,
但到末期,刈割区的生长速率大于对照区( D0) , 说
明刈割延缓了羊草的过早衰老, 有利于草原更新。
D1区羊草生长速率最高, 与D0、D2差异不显著,但
高于D3、D4( P< 0. 05) ,其中以D4最小,仅0. 30 g/
m2·d(表3)。
2. 3. 3 留茬高度对群落和羊草生长速率的影响
植被的生长速率与留茬高度密切相关, 利用强度过
大,现存量小,不能够使其再生所需的物质和能量及
时得到供应;反之,现存量过大,地上部固定的营养
物质多用于维持较强的呼吸作用,因此生长速率也
不会很大[ 14]。从对草原群落和羊草生长速率的影响
来看, D1是最适的利用强度,对群落和羊草的生长
发育是有利的(图2)。
图2 留茬高度对群落和羊草生长速率的影响
F ig . 2 Effect of differ ent cutt ing heights on r egr ow th r ate of community and L . chinens is
2. 4 刈割强度对相对生长速率的影响
与生长速率不同, 相对生长速率随着时间的推
进呈递减趋势,在生长初期为最大值,初期植被现存
量较小,光合速率却不断加快, 牧草累积量增大,因
而相对生长速率较高, 然后则下降,但生长量仍处于
增加阶段,可现存量增长得更快,造成相对生长速率
逐渐降低。后期相对生长速率出现负值,负值表明光
合产物相对积累量小于消耗量。由于受上个生长季
刈割的影响,群落和羊草本年度生长初期相对生长
速率随着刈割强度的增大而降低;群落和羊草相对
生长速率随着刈割强度的增大呈增大趋势。可能与
现存量大小有关,刈割加重使生长量降低,但现存量
也低,产生现存量低, 相对有机物质产量高的现象。
但生长期间,不论是群落还是羊草,相对生长速率间
差异不显著,羊草的相对生长速率低于群落(表4)。
表4 刈割对群落和羊草生长速率的影响( g / m2·d·g )
T able 4 Effect of differ ent cutting intensities on relative r egr ow th r ate of community and L . chinens is
项目 Item 期间( d/ m- d/ m ) Durat ion D0 D1 D2 D3 D4
群落 Community 30/ 04- 31/ 05 0. 200 0. 144 0. 150 0. 120 0. 116
01/ 06- 14/ 07 0. 028 0. 024 0. 033 0. 031 0. 032
15/ 07- 14/ 08 0. 016 0. 016 0. 017 0. 026 0. 038
15/ 08- 14/ 09 - 0. 008 - 0. 002 - 0. 003 0. 002 - 0. 002
平均值 Mean 0. 046a 0. 046a 0. 049a 0. 045a 0. 046a
羊草L . chinensis 30/ 04- 31/ 05 0. 134 0. 129 0. 135 0. 107 0. 104
01/ 06- 14/ 07 0. 025 0. 026 0. 024 0. 024 0. 029
15/ 07- 14/ 08 0. 015 0. 014 0. 010 0. 026 0. 036
15/ 08- 14/ 09 - 0. 014 - 0. 004 - 0. 002 0. 013 - 0. 014
平均值 Mean 0. 040a 0. 041a 0. 042a 0. 043a 0. 039a
3 讨 论
3. 1 放牧中家畜通过采食、经排泄物移走或再分布
营养元素及践踏植物引起机械性损失等方式影响植
被组成、群落结构、物种繁殖或更新能力和营养物质
的储存与转移[ 18]。刈割对草丛生长的影响主要是由
于它干扰了对光的截取和光合作用的进行,其强度
266 草 地 学 报 第 15卷
大小决定了叶面积及对光的有效截取恢复快慢,从
而影响草丛组织物质的合成速率 [ 19]。利用强度的大
小以留茬高度来表示, 这也是草原实际利用情况的
反应,草原利用强度增大,是以移走更多的地上生物
量来实现的, 整体降低了草层的高度。本研究中的模
拟草原利用强度, 并不等同于放牧强度,而是均匀的
给草原植物施加了一种刈割压力, 虽然这种方式不
能完全代替放牧, 诸如采食的随机性、践踏和家畜排
泄物等多种因素并没有考虑在内, 但是却能给放牧
管理提供必要的信息。该研究方法尚未见相关研究
报道,加之试验时间只有两年,因此试验结果还需要
进一步的研究和探讨。
3. 2 刈割直接影响草原的生物量,减少了植物光合
作用的面积, 降低了碳和营养物质的积累, 从而影响
生物量的形成 [ 20] , 且刈割强度越大,影响越大。从图
1可以看出, 刈割虽然改变了地上现存量,但是不同
刈割强度对现存量在生长季内单峰式的变化并没有
影响,并在8月中旬达到最大值。不同程度的刈割对
现存量的影响是明显的,以放牧区的现存量最大,随
着草层高度的降低, 现存量也随之减少, 这与王仁
忠[ 9]、汪诗平 [ 13]、董全民[ 21]等人的研究结果一致,而
刘颖等 [ 14]人则认为,一定的放牧强度可以增加生物
量。由于放牧区现存量受放牧强度和气候主要因素
及其它因子的影响,其变化规律尚需进一步验证。
3. 3 草原生长量是指一次或几次利用后, 所得总干
物质量,借以衡量在刈牧利用方式下,草原对生产实
践贡献的大小;利用的目的主要在于收获, 利用强度
和收获量的大小对生产实践具有重要意义 [ 22]。从图
2中可以得知, 各处理生长量均呈现先增加后减少
的趋势,这是因为在生长初期, 叶片没有完全伸展,
叶片对太阳光的截获能力较差, 这时牧草再生所需
的物质和能量主要是依靠储存在根部的碳水化合
物,因此再生缓慢 [ 14] ; 随着时间的推移,气温和降雨
增大,牧草和叶片数量的不断增加和伸长, 光合速率
和效率都处于急剧上升阶段, 使生物量达到快速积
累,刈割强度对这种趋势影响不大。草原植物生长速
率变化规律同生长量相似, 呈单峰型变化, 与刘颖对
羊草草原植被 [ 14]、倪红伟对小叶章( Deyeux ia angu-
stif ol ia( Kom. ) Y. L . Chang )
[ 17]、鲍志娟对芦苇( Ph-
ragmites communis T rin. ) [ 23]的研究结果一致。由于
2005年的预处理,在2006年生长季初期不论群落还
是羊草D3、D4相对生长速率均小于其它3个处理,
说明过重刈割将会影响草原来年的生长;从表4可以
看出, D3和D4群落和羊草生长速率有增高的趋势,
可见刈割强度越大, 相对生长速率越高, 与巴雷对羊
草和全叶马兰( Kal imeris integrif olia T urcz. ) [ 24]的
结果相同, 但生长期间,生长速率间差异不显著。
3. 4 经过两年的试验, 从现存量、生长量和生长速
率来看, D3、D4 对草原造成的差异比较明显, 因连
续刈割强度较大, 生物量较低,储备物质消耗过大,
生长出现延迟, 长期下去,草原会因得不到足够的养
分储存而严重退化,以致植物逐渐消失而出现裸地
或沙化。有些学者利用测定指标与刈牧强度成二次
曲线的关系得出了草原的最适利用强度 [ 14, 25] , 本研
究结合草原植被和羊草生长速率对留茬高度响应成
二次曲线形式, 确定将留茬15 cm ( D1)为刈割或放
牧强度的指导参数。
4 结 论
4. 1 处理间群落和羊草地上现存量在生长季内均
呈单峰型变化, 在8月中旬达到最大值;处理间草原
群落和羊草种群地上现存量随着刈割强度的增大而
下降,且差异显著。
4. 2 处理间群落和羊草地上部生长量均呈单峰型
变化, 生长季内群落生长量D0、D1、D2、D3间差异
不显著,但与D4间差异显著( P< 0. 05) ; 羊草生长
量 D0、D1、D2间差异不显著, 明显高于 D3 和 D4
( P< 0. 05)。
4. 3 处理间群落和羊草生长速率对留茬高度均呈
二次曲线形式响应,相对生长速率在处理间不论群
落还是羊草差异均不显著。
4. 4 参照生长速率对留茬高度的二次曲线回归形式,
将留茬15 cm ( D1)作为确定刈牧强度的指导参数。
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268 草 地 学 报 第 15卷