李志剛，侯扶江， 安 淵

(1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)(南方)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，上海 201101；2.種苗生物工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750004； 3.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

栽培草地不僅在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中占有重要地位，而且在環(huán)境保護(hù)和環(huán)境產(chǎn)業(yè)中極具重要意義。放牧是最簡單而經(jīng)濟(jì)的家畜飼養(yǎng)方式，關(guān)于放牧強(qiáng)度對(duì)栽培草地群落等特征的影響，國內(nèi)外學(xué)者已有較多研究報(bào)道[1-3]，但對(duì)于林草牧復(fù)合系統(tǒng)(silvipastoral system)下放牧對(duì)栽培草地的研究未見系統(tǒng)報(bào)道。而當(dāng)前，由于人口劇增、糧食短缺、資源危機(jī)、環(huán)境惡化等全球性問題的出現(xiàn)，林草復(fù)合經(jīng)營作為一種既能得到木材、燃料和食品，又能保護(hù)土地和環(huán)境資源的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)已經(jīng)倍受世界上眾多國家特別是發(fā)展中國家的普遍關(guān)注和日益重視，也成為近年來生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[4]。

已有研究報(bào)道，林下種植可以促進(jìn)林、草的生長，還可以改善牧草的品質(zhì)[5-6]；此外，林草間作可以改善草地的生態(tài)環(huán)境，夏季降低林下環(huán)境的氣溫和土溫[7]，降低風(fēng)速和減少土壤水分的蒸發(fā)[8]；還可以改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力[9]。對(duì)林下草地上放牧家畜的研究表明，林下微環(huán)境的改善對(duì)放牧家畜的活動(dòng)和生長有利，夏季可以起到遮蔭降溫，冬季有擋風(fēng)保暖的效果，這對(duì)家畜的采食和生長均十分有益[10]，這說明林草牧復(fù)合經(jīng)營具十分有價(jià)值的應(yīng)用前景。本研究以上海崇明地區(qū)林下栽培草地作為研究對(duì)象，通過研究放牧和光照對(duì)栽培草地生產(chǎn)力的影響，旨在為當(dāng)?shù)貙砹植菽翉?fù)合系統(tǒng)的建立和科學(xué)管理提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1研究區(qū)自然地理概況 上海市崇明縣，位于長江入?？谔?，121°09′30″～121°54′00″ E，31°27′00″～31°51′15″ N，地處北亞熱帶，氣候溫和濕潤，四季分明，年平均氣溫15.2℃，最熱月(7-8月)的月平均氣溫為26.8～26.9℃，最冷月(1-2月)的月平均氣溫為3.0～3.9℃；年平均降水量為1 022 mm，主要集中在5-9月，年相對(duì)濕度82%；全年平均日照時(shí)數(shù)為2 104 h，日照百分率為47%，全年有霜期136 d，無霜期229 d[11]。試驗(yàn)地設(shè)在崇明縣中北部的前衛(wèi)生態(tài)村。

1.2樣地設(shè)置 2007年5月，選擇當(dāng)?shù)?年齡的林分成分為香樟(Cinnamomumcamphora)的樣地為試驗(yàn)地。研究地香樟林在試驗(yàn)前均為苗圃，且逐年的商品木出售使得林地間香樟的株行距不一致，根據(jù)試驗(yàn)對(duì)郁閉度的要求和林地的實(shí)際狀況，選擇了樹木行間距在林地內(nèi)分布均勻并且林地間有明顯差異的2塊林地作為試驗(yàn)地。其中，高光照強(qiáng)度(低郁閉度)要求的林地樹間平均行間距為4 m×4 m，低光照強(qiáng)度(高郁閉度)要求的林地樹間平均間距為4 m×2.5 m，各樣地香樟的平均胸徑為6.34 cm，平均高度為2.43 m，樣地間樹木長勢基本一致。結(jié)合林地面積的實(shí)際狀況，用鐵絲網(wǎng)將香樟林圍封成8個(gè)面積為10 m×27 m的輪牧小區(qū)，以上每8個(gè)輪牧小區(qū)中有高光照強(qiáng)度和低光照強(qiáng)度的林地各4塊；然后再分別圍封面積為10 m×27 m的沒有種植香樟的空地2塊(全光照)；再分別設(shè)高光照強(qiáng)度、低光照強(qiáng)度和全光照的不放牧對(duì)照小區(qū)1個(gè)，面積均為10 m×10 m。在以上林地中建植葦狀羊茅(Festucaarundinacea)(40%)+百喜草(Paspalumnotatum)(30%)+狗牙根(Cynodondactylon)(20%)+紫花苜蓿(Medicagosativa)(10%)的混播草地。牧草種子購于百綠(天津)國際草業(yè)有限公司。

另外，為確定不同郁閉度樣地的光照強(qiáng)度，試驗(yàn)期間在以上各樣地中分別選全光照空地、高光照強(qiáng)度和低光照強(qiáng)度的林地分別安裝一臺(tái)HOBO H8溫濕度記錄儀，每30 min讀一次數(shù)，連續(xù)測量光輻射量，所得全光照下的平均光輻射密度為416 cd；低郁閉度下的平均光輻射密度為286 cd，為全光照的68.83%；高郁閉度下的平均光輻射為226 cd，為全光照的54.29%(圖1)。

圖1 不同郁閉度下光輻射的變化

1.3放牧設(shè)置 放牧制度為劃區(qū)輪牧，選擇5個(gè)輪牧小區(qū)放牧3只崇明白山羊，其中全光照的小區(qū)1塊，高光照強(qiáng)度和低光照強(qiáng)度的小區(qū)各2塊，放牧強(qiáng)度為22.2只/hm2；另5個(gè)輪牧小區(qū)放牧6只崇明白山羊，放牧強(qiáng)度為44.4只/hm2。每小區(qū)每天下午放牧3 h，2種處理的山羊?yàn)轶w況均一且牧前驅(qū)蟲的健康母羊，平均體質(zhì)量為17.08±0.30 kg(22.2只/hm2)和17.07±0.40 kg(44.4只/hm2)，組間差異不明顯(P>0.05)。

放牧強(qiáng)度0、22.2和44.4只/hm2分別用G0、G1和G2表示，全光照、高光強(qiáng)和低光強(qiáng)分別用F、H和L表示，處理組合表示為放牧強(qiáng)度+光照條件，如G0F。2007年7月開始放牧試驗(yàn)，次年8月結(jié)束，其中11、12、1、2和3月不放牧。

1.4取樣方法 每個(gè)處理小區(qū)每次放牧前后用0.5 m×0.5 m的樣方取樣，以小區(qū)對(duì)角線設(shè)置取樣路線，每次在取樣路線上等距離做4個(gè)樣方。將牧草用剪刀齊地面刈割，裝入密封袋，帶回實(shí)驗(yàn)室于85℃烘干至質(zhì)量不變，稱量。

1.5計(jì)算方法與數(shù)據(jù)處理 用本次放牧前與上次放牧后地上生物量的差值計(jì)算再生草量；用放牧前后地上生物量的差值計(jì)算被家畜采食牧草量；用地上現(xiàn)存量與被采食量之和代表地上凈初級(jí)生產(chǎn)力。

以EXCEL 2003建立數(shù)據(jù)庫和繪圖，利用SPSS 13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的多因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1放牧和光照對(duì)草地現(xiàn)存量的影響 放牧強(qiáng)度、光照條件以及牧草生長時(shí)期均明顯影響草地現(xiàn)存量，且差異極顯著(P<0.01)(表1、2)。草地的地上現(xiàn)存量首先受氣候條件的影響而具有明顯的季節(jié)性特點(diǎn)，各樣地均呈明顯的“單峰型”規(guī)律變化，總體上9月草地現(xiàn)存量最大(338.41 g/m2)，4月最小(117.41 g/m2)。整個(gè)生長季，同一放牧強(qiáng)度下不同光強(qiáng)間的草地現(xiàn)存量基本呈現(xiàn)F>H>L的趨勢；同一光照條件不同放牧強(qiáng)度下，草地現(xiàn)存量表現(xiàn)為G1>G0>G2的趨勢。方差分析結(jié)果表明(表2)，不但放牧強(qiáng)度、光照條件以及牧草的生長日期對(duì)現(xiàn)存量的影響均達(dá)到了極顯著(P<0.01)，而且它們之間的互作下草地現(xiàn)存量差異極顯著(P<0.01)。

表1 不同放牧強(qiáng)度(GR)和光照條件(LC)下草地現(xiàn)存量的季節(jié)變化 g/m2

表2 放牧強(qiáng)度(GR)、光照條件(LC)和生長日期(GD)對(duì)現(xiàn)存量的影響

2.2放牧和光照對(duì)牧草再生量的影響 牧草再生量變化同樣受氣候變化的影響亦表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性，最大值總體上集中在8-9月，為136.14 g/m2，最小值集中在10-11月，為-82.20 g/m2。整個(gè)生長季，同一放牧強(qiáng)度下，再生量在不同光強(qiáng)間基本呈現(xiàn)出F>H>L的趨勢；同一光照條件下的再生量除2007年在F和L光強(qiáng)下表現(xiàn)為G1>G2>G0的趨勢外，其他日期和光強(qiáng)下總體上表現(xiàn)為G1>G0>G2的趨勢。另外，2007年8-11月，G1H小區(qū)牧草的再生量(-87.22～199.17 g/m2)高于G0F小區(qū) (-256.95～148.40 g/m2)(表3)。多因素方差分析的結(jié)果表明(表4)，放牧強(qiáng)度、光照條件、牧草生長時(shí)期以及它們間的互作對(duì)再生量的影響均達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01)。

表3 不同放牧強(qiáng)度(GR)和光照條件(LC)下牧草再生量的季節(jié)變化 g/m2

表4 放牧強(qiáng)度(GR)、光照條件(LC)和生長日期(GD)再生量的影響

2.3放牧和光照對(duì)草地凈初級(jí)生產(chǎn)力的影響 草地凈初級(jí)生產(chǎn)力受氣候的影響總體上在9月達(dá)到最大，為345.29 g/m2，11月又降至175.69 g/m2，次年的4月值最小，為122.20 g/m2。同一時(shí)期在同一放牧強(qiáng)度下，草地的凈初級(jí)生產(chǎn)力均隨光強(qiáng)的增強(qiáng)而逐漸增大；同一光照條件下，草地凈初級(jí)生產(chǎn)力呈現(xiàn)G1>G0>G2的趨勢(表5)。此外，方差分析結(jié)果表明(表6)，放牧強(qiáng)度、光照條件、牧草生長的時(shí)期以及它們的互作對(duì)草地凈初級(jí)生產(chǎn)力的影響均達(dá)到了極顯著的水平(P<0.01)。

表5 不同放牧強(qiáng)度(GR)和光照條件(LC)下草地凈初級(jí)生產(chǎn)力的季節(jié)變化 g/m2

表6 放牧強(qiáng)度(GR)、光照條件(LC)和生長日期(GD)對(duì)凈初級(jí)生產(chǎn)力的影響

3 討論與結(jié)論

草地生產(chǎn)力、牧草品質(zhì)以及草地的可持續(xù)經(jīng)營是草地農(nóng)業(yè)追求的最終目標(biāo)，更是林草牧復(fù)合系統(tǒng)建立的最終目的，而草地現(xiàn)存量、牧草再生量和草地凈初級(jí)生產(chǎn)力等均受水熱光等氣候條件和放牧利用的多重影響。本研究中，隨著光照強(qiáng)度的減弱，草地的生產(chǎn)力下降，和其他研究相符[12]。但是，適度或輕度的遮蔭并未造成草地生產(chǎn)力的大幅度減小，因此，也不會(huì)影響到草地的放牧利用功能。而且有研究表明，林地可以改善牧草生長的微環(huán)境，在炎熱和光照強(qiáng)烈的夏季，遮蔭可以起到消除光合午休現(xiàn)象，提高植物光合產(chǎn)物的積累[13]，林下牧草的品質(zhì)也會(huì)提高，如可溶性蛋白的含量增加等[14-15]。本研究結(jié)果還顯示，在相同的光照條件下，輕度放牧的草地現(xiàn)存量有保持和對(duì)照一致或高于對(duì)照的趨勢，與周秉榮等[16]對(duì)高寒草甸的研究結(jié)果類似。從確定適宜放牧率的重要指標(biāo)——牧草再生能力角度分析[17]，再生量和凈初級(jí)生產(chǎn)力在同一光照條件下也亦均表現(xiàn)出輕度放牧最大的趨勢，這說明適宜的放牧強(qiáng)度可以維持草地較高的生產(chǎn)力，符合前人的放牧優(yōu)化假說[18]，牧草表現(xiàn)出補(bǔ)償性或超補(bǔ)償性生長[19-21]。

從本研究得出的結(jié)果分析，在上海崇明的香樟-牧草-山羊復(fù)合經(jīng)營模式中，適度的放牧強(qiáng)度也有促進(jìn)牧草生長、提高草地生產(chǎn)力的趨勢，而適度的林分郁閉度也并未造成草地的明顯減產(chǎn)，而且還有可能促進(jìn)牧草的品質(zhì)的改善，但這還需進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證，而且不同的林分配置及林草配置都直接影響草地生產(chǎn)力，也影響放牧強(qiáng)度的確定，這都需要系統(tǒng)的研究，進(jìn)而為生產(chǎn)實(shí)際提供詳實(shí)可靠的理論依據(jù)。

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