放牧和光照对林下栽培草地生产力的影响

李志刚，侯扶江， 安 渊

(1.上海交通大学农业与生物学院，农业部都市农业(南方)重点开放实验室，上海 201101；2.种苗生物工程国家重点实验室，宁夏 银川 750004； 3.兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

栽培草地不仅在农牧业生产和发展中占有重要地位，而且在环境保护和环境产业中极具重要意义。放牧是最简单而经济的家畜饲养方式，关于放牧强度对栽培草地群落等特征的影响，国内外学者已有较多研究报道[1-3]，但对于林草牧复合系统(silvipastoral system)下放牧对栽培草地的研究未见系统报道。而当前，由于人口剧增、粮食短缺、资源危机、环境恶化等全球性问题的出现，林草复合经营作为一种既能得到木材、燃料和食品，又能保护土地和环境资源的应用科学技术已经倍受世界上众多国家特别是发展中国家的普遍关注和日益重视，也成为近年来生态学研究的热点之一[4]。

已有研究报道，林下种植可以促进林、草的生长，还可以改善牧草的品质[5-6]；此外，林草间作可以改善草地的生态环境，夏季降低林下环境的气温和土温[7]，降低风速和减少土壤水分的蒸发[8]；还可以改良土壤结构，提高土壤肥力[9]。对林下草地上放牧家畜的研究表明，林下微环境的改善对放牧家畜的活动和生长有利，夏季可以起到遮荫降温，冬季有挡风保暖的效果，这对家畜的采食和生长均十分有益[10]，这说明林草牧复合经营具十分有价值的应用前景。本研究以上海崇明地区林下栽培草地作为研究对象，通过研究放牧和光照对栽培草地生产力的影响，旨在为当地将来林草牧复合系统的建立和科学管理提供基础依据。

1 材料与方法

1.1研究区自然地理概况 上海市崇明县，位于长江入海口处，121°09′30″～121°54′00″ E，31°27′00″～31°51′15″ N，地处北亚热带，气候温和湿润，四季分明，年平均气温15.2℃，最热月(7-8月)的月平均气温为26.8～26.9℃，最冷月(1-2月)的月平均气温为3.0～3.9℃；年平均降水量为1 022 mm，主要集中在5-9月，年相对湿度82%；全年平均日照时数为2 104 h，日照百分率为47%，全年有霜期136 d，无霜期229 d[11]。试验地设在崇明县中北部的前卫生态村。

1.2样地设置 2007年5月，选择当地5年龄的林分成分为香樟(Cinnamomumcamphora)的样地为试验地。研究地香樟林在试验前均为苗圃，且逐年的商品木出售使得林地间香樟的株行距不一致，根据试验对郁闭度的要求和林地的实际状况，选择了树木行间距在林地内分布均匀并且林地间有明显差异的2块林地作为试验地。其中，高光照强度(低郁闭度)要求的林地树间平均行间距为4 m×4 m，低光照强度(高郁闭度)要求的林地树间平均间距为4 m×2.5 m，各样地香樟的平均胸径为6.34 cm，平均高度为2.43 m，样地间树木长势基本一致。结合林地面积的实际状况，用铁丝网将香樟林围封成8个面积为10 m×27 m的轮牧小区，以上每8个轮牧小区中有高光照强度和低光照强度的林地各4块；然后再分别围封面积为10 m×27 m的没有种植香樟的空地2块(全光照)；再分别设高光照强度、低光照强度和全光照的不放牧对照小区1个，面积均为10 m×10 m。在以上林地中建植苇状羊茅(Festucaarundinacea)(40%)+百喜草(Paspalumnotatum)(30%)+狗牙根(Cynodondactylon)(20%)+紫花苜蓿(Medicagosativa)(10%)的混播草地。牧草种子购于百绿(天津)国际草业有限公司。

另外，为确定不同郁闭度样地的光照强度，试验期间在以上各样地中分别选全光照空地、高光照强度和低光照强度的林地分别安装一台HOBO H8温湿度记录仪，每30 min读一次数，连续测量光辐射量，所得全光照下的平均光辐射密度为416 cd；低郁闭度下的平均光辐射密度为286 cd，为全光照的68.83%；高郁闭度下的平均光辐射为226 cd，为全光照的54.29%(图1)。

图1 不同郁闭度下光辐射的变化

1.3放牧设置 放牧制度为划区轮牧，选择5个轮牧小区放牧3只崇明白山羊，其中全光照的小区1块，高光照强度和低光照强度的小区各2块，放牧强度为22.2只/hm2；另5个轮牧小区放牧6只崇明白山羊，放牧强度为44.4只/hm2。每小区每天下午放牧3 h，2种处理的山羊为体况均一且牧前驱虫的健康母羊，平均体质量为17.08±0.30 kg(22.2只/hm2)和17.07±0.40 kg(44.4只/hm2)，组间差异不明显(P>0.05)。

放牧强度0、22.2和44.4只/hm2分别用G0、G1和G2表示，全光照、高光强和低光强分别用F、H和L表示，处理组合表示为放牧强度+光照条件，如G0F。2007年7月开始放牧试验，次年8月结束，其中11、12、1、2和3月不放牧。

1.4取样方法 每个处理小区每次放牧前后用0.5 m×0.5 m的样方取样，以小区对角线设置取样路线，每次在取样路线上等距离做4个样方。将牧草用剪刀齐地面刈割，装入密封袋，带回实验室于85℃烘干至质量不变，称量。

1.5计算方法与数据处理 用本次放牧前与上次放牧后地上生物量的差值计算再生草量；用放牧前后地上生物量的差值计算被家畜采食牧草量；用地上现存量与被采食量之和代表地上净初级生产力。

以EXCEL 2003建立数据库和绘图，利用SPSS 13.0进行数据的多因素方差分析。

2 结果与分析

2.1放牧和光照对草地现存量的影响 放牧强度、光照条件以及牧草生长时期均明显影响草地现存量，且差异极显著(P<0.01)(表1、2)。草地的地上现存量首先受气候条件的影响而具有明显的季节性特点，各样地均呈明显的“单峰型”规律变化，总体上9月草地现存量最大(338.41 g/m2)，4月最小(117.41 g/m2)。整个生长季，同一放牧强度下不同光强间的草地现存量基本呈现F>H>L的趋势；同一光照条件不同放牧强度下，草地现存量表现为G1>G0>G2的趋势。方差分析结果表明(表2)，不但放牧强度、光照条件以及牧草的生长日期对现存量的影响均达到了极显著(P<0.01)，而且它们之间的互作下草地现存量差异极显著(P<0.01)。

表1 不同放牧强度(GR)和光照条件(LC)下草地现存量的季节变化 g/m2

表2 放牧强度(GR)、光照条件(LC)和生长日期(GD)对现存量的影响

2.2放牧和光照对牧草再生量的影响 牧草再生量变化同样受气候变化的影响亦表现出明显的季节性，最大值总体上集中在8-9月，为136.14 g/m2，最小值集中在10-11月，为-82.20 g/m2。整个生长季，同一放牧强度下，再生量在不同光强间基本呈现出F>H>L的趋势；同一光照条件下的再生量除2007年在F和L光强下表现为G1>G2>G0的趋势外，其他日期和光强下总体上表现为G1>G0>G2的趋势。另外，2007年8-11月，G1H小区牧草的再生量(-87.22～199.17 g/m2)高于G0F小区 (-256.95～148.40 g/m2)(表3)。多因素方差分析的结果表明(表4)，放牧强度、光照条件、牧草生长时期以及它们间的互作对再生量的影响均达到了极显著的水平(P<0.01)。

表3 不同放牧强度(GR)和光照条件(LC)下牧草再生量的季节变化 g/m2

表4 放牧强度(GR)、光照条件(LC)和生长日期(GD)再生量的影响

2.3放牧和光照对草地净初级生产力的影响 草地净初级生产力受气候的影响总体上在9月达到最大，为345.29 g/m2，11月又降至175.69 g/m2，次年的4月值最小，为122.20 g/m2。同一时期在同一放牧强度下，草地的净初级生产力均随光强的增强而逐渐增大；同一光照条件下，草地净初级生产力呈现G1>G0>G2的趋势(表5)。此外，方差分析结果表明(表6)，放牧强度、光照条件、牧草生长的时期以及它们的互作对草地净初级生产力的影响均达到了极显著的水平(P<0.01)。

表5 不同放牧强度(GR)和光照条件(LC)下草地净初级生产力的季节变化 g/m2

表6 放牧强度(GR)、光照条件(LC)和生长日期(GD)对净初级生产力的影响

3 讨论与结论

草地生产力、牧草品质以及草地的可持续经营是草地农业追求的最终目标，更是林草牧复合系统建立的最终目的，而草地现存量、牧草再生量和草地净初级生产力等均受水热光等气候条件和放牧利用的多重影响。本研究中，随着光照强度的减弱，草地的生产力下降，和其他研究相符[12]。但是，适度或轻度的遮荫并未造成草地生产力的大幅度减小，因此，也不会影响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长的微环境，在炎热和光照强烈的夏季，遮荫可以起到消除光合午休现象，提高植物光合产物的积累[13]，林下牧草的品质也会提高，如可溶性蛋白的含量增加等[14-15]。本研究结果还显示，在相同的光照条件下，轻度放牧的草地现存量有保持和对照一致或高于对照的趋势，与周秉荣等[16]对高寒草甸的研究结果类似。从确定适宜放牧率的重要指标——牧草再生能力角度分析[17]，再生量和净初级生产力在同一光照条件下也亦均表现出轻度放牧最大的趋势，这说明适宜的放牧强度可以维持草地较高的生产力，符合前人的放牧优化假说[18]，牧草表现出补偿性或超补偿性生长[19-21]。

从本研究得出的结果分析，在上海崇明的香樟-牧草-山羊复合经营模式中，适度的放牧强度也有促进牧草生长、提高草地生产力的趋势，而适度的林分郁闭度也并未造成草地的明显减产，而且还有可能促进牧草的品质的改善，但这还需进一步的试验验证，而且不同的林分配置及林草配置都直接影响草地生产力，也影响放牧强度的确定，这都需要系统的研究，进而为生产实际提供详实可靠的理论依据。

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