割草对群落刈割生产力衰减指数的影响

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*通讯作者,E-mail:17842984@qq.com收稿日期:2019-04-22;修回日期:2019-07-
08基金项目:国家重点基础研发计划项目(2016YFC0500604);公益性行业(农业)科研专项经费资助(201303060)内蒙古自治区科技计划项目“
退化草地生态修复与草牧业可持续发展技术集成及家庭牧场示范”(2016);国家牧草产业技术体系(CARS34
)作者简介:宝音陶格涛(1961-),男(蒙古族),辽宁康平人,内蒙古大学教授,主要从事草地生态学研究工作,E-mail:bytgtnm@126.com.
DOI:10.16742/j.zg
cdxb.20190075割草对群落刈割生产力衰减指数的影响
宝音陶格涛1,2,3,邢小青3,时 光3,
*(1.蒙古高原生态学与资源利用教育部重点实验室,内蒙古 呼和浩特 010021;2.省部共建草地生态学国家重点实验室培育基地,内蒙古 呼和浩特 010021;3.内蒙古大学生态与环境学院,内蒙古 呼和浩特 010021
)摘要:为了量化由刈割造成的割草场可收获牧草产量的下降程度,引入刈割生产力衰减指数(Mowing ReducingProductivity Index,MRPI)这一概念及相应的计算公式,对典型草原区羊草割草场一年一割的连续割草制度下31年的指数动态过程进行了计算分析。

研究结果表明:(1)指数呈现波动上升趋势且随着刈割年限的增加波动幅度变小;(2)前一年的牧草刈割收获量和当年牧草刈割收获量是影响指数变化的主要因子;(3)特殊降水年份往往会导致下一个年度指数的快速升高和再下一年度的大幅度下降;(4)多年刈割累积收获量的指数值相对稳定,CMRPI在0.3~0.35之间窄幅波动。

关键词:割草场;刈割生产力衰减指数;草原退化;生产力
中图分类号:S812.8 文献标识码:A 文章编号:1673-5021(2019)06-0111-
05 刈割是草地资源的主要利用方式之一,与放牧相辅相成,
共同保障草食家畜的食料供给,构成草地资源的利用和由牧草到草食家畜产品的转化过程。

目前我国天然割草场约有8.66×106
hm2。

随着国
家“草原补奖政策”、“草原退牧还草”及“草原区春季休牧”
等各项政策的实施,割草场面积逐步增加。

如何管理好大面积的割草场,使其能够持续的为草原牧区畜牧业提供冬春季饲草,是一个无法回避的现实问题。

合理的刈割制度对草原畜牧业发展以及推进生态环境的治理具有重要保障作用。

国内许多关于割草地的研究已取得丰硕成果,
尤其是在确定合理刈割制度、选择合适的割草时期和刈割留茬高度
方面做了大量研究。

其中Taogetao Baoy
in等[1~3]
对割草制度和气候变化对群落生产力和刈割对群落生活型组成和光合特性的影响进行了研究,仲延凯
等[4]
研究了不同留茬高度对植物损耗以及不同刈割强度对天然割草场群落的影响[5~6],王德平等[7
]研
究了刈割对大针茅草原产量和牧草营养品质的影
响;王平平等[8]
对草原化荒漠中自然分布的驼绒藜
进行刈割处理后,通过测定光合生理和水分生理指标,
分析和探讨了刈割对驼绒藜补偿性光合作用及水分生理状况的影响。

除群落和种群层面上的研究外,王泽环
[9]
等研究了割草制度对群落植物多样性
的影响;LI Xiliang等
[10~11]研究了长期刈割对植物功能性状的影响和主要种群功能性状对不同刈割制
度的响应;张峰等[12]研究表明,刈割过程中,随着枯落物量增加,物种丰富度降低;邵玉琴等[13]对割草
频率对土壤微生物的影响进行了研究;郭明英等
[14
]对不同刈割年限对天然草地土壤呼吸进行研究,而
对于割草场退化与培育问题,刘美玲等[15~17]
研究了
施肥对典型草原割草场群落组成及草场质量的影
响;白天晓等[18]从养分平衡角度对割草的影响进行了研究;仲延凯等[19]对割草影响下的土壤种子库进行了研究;仲延凯等[20]针对元素在刈割影响下的贮
存和运转进行了研究。

上述研究尽管涉及了有关刈割对群落生产力、多样性,植物养分,土壤微生物等特征变化的影响,研究尺度也从个体功能性状到群落组成结构多个层次。

但缺乏割草对生产力影响的量化评价研究,
例如每刈割收获单位牧草,会对草地下一个收获季的产量产生多大的影响?因此,本研究选择“刈割生产力衰减指数”(Mowing 
ReducingProductivity Index,MRPI)作为评价指标,刈割生产力衰减指数MRPI定义为收获单位重量牧草,
造成下一个收获期群落刈割可收获生物量(或群落地上总生物量)减少量的比率(损失量比)。

通过这一指标的变化,量化割草对群落生产力的动态影响,为割草制度和割草技术的评价提供评价指标及科学依据。


111—第41卷 第6期
Vol.41 No.6 中 国 草 地 学 报Chinese Journal of 
Grassland
2019年11月
Nov.2019
1 试验区概况和研究方法
1.1 试验区概况
试验区选在内蒙古锡林郭勒盟白音锡勒牧场,中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站羊草样地(43°30′~48°30′N、113°30′~1
17°E)内,该区属于温带大陆性半干旱气候,年均温-1℃,年降水量300~400mm,雨量集中在6~8月,占全年降水量的70%,年蒸发量大于降水量,土壤类型为暗栗钙土。

植被属典型草原区羊草(Leymus chinensis)+大针茅(Stip
agrandis)+旱生杂类草群落,羊草草原群落是当地优良的割草草场类型[6]。

1.2 试验方法
试验始自1982年,小区面积2m×2m,每年8月中旬进行刈割,小区间隔2m。

6次重复,刈割留茬6cm。

于每处理小区正中央设置1m×1m的固定取样区。

1982~2016年,每年割草前在固定取样区调查种群高度(cm)、密度(株(丛)/m2)、地上生物量(g/m2)等群落特征指标,地上生物量是植物体距地面6cm以上部分的干物质量(刈割收获量)。

对照群落不做刈割处理,
地上生物量取样也是植物体距地面6cm以上部分的干物质量[3]。

1.3 数据处理
刈割生产力衰减指数:MRPI=(∑Ci-∑Mi)/∑Mi-1,式中,Ci为割草对照处理地上现存生物量或可收获生物量;Mi为刈割处理实际刈割收获量,Mi-
1为刈割处理上一次刈割收获牧草的量;本文Ci采用的是牧草可收获生物量。

2 试验结果与分析
2.1 不同割草次数对群落刈割生产力衰减指数的影响
由图1可知,连年刈割影响下,刈割生产力衰减指数(MRPI)整体由三个峰值构成。

具体可以划分为6个阶段,第一阶段,刈割的前6年,该指数呈现快速增长,由刈割第2年经一次割草造成的衰减值不足0.09到刈割5次的第6年达到0.71,增长近7倍;第二阶段为恢复调整期,指数呈现波动下降趋势,自刈割第7~13年,指数由第6年的0.71,下降为0.1,降幅达到85%;第三阶段为快速增长期,自刈割第14~18年,指数由第13年的0.1,到第18年达到1.1,增幅达到10倍;第4个阶段为波动维持期,自刈割第19~23年,指数由第18年的在1.1到第23年降到0.54,降幅达到50%;第5阶段是第24~28年,指数呈波动上升期,指数由第23年的
0.54,上升到第28年1.12增长1倍;第6阶段第28~31年,指数下降期,由第27年的1.2下降到第31年的0.64刈割。

整个动态过程表现为随刈割次数的增加,峰值逐渐升高,谷值底部逐渐抬升的动态趋势,同时波幅也随刈割年限的增加呈变窄趋势。

刈割生产力衰减指数表现出逐渐趋稳的趋势。

图1 连年割草群落刈割生产力衰减指数动态Fig.1 Dynamics of mowing reducing productivity 
index insuccessive mowing 
communities 作为群落生产力变化的指标,上述结果说明,连续3年刈割,群落生产力下降了第一个20%,再经过3年的刈割(5次刈割),下降了第二个20%,又经过12年刈割(18次刈割),下降了第三个20%。

同时,结合降水量分析表明,高降水年(2001年和2012年降水分别为329mm和514mm)的次年,指数值均有一个明显的增加,然后是断崖式下降,说明极端的降水年,会对指数产生短期影响。

2.2 累积刈割次数对累积刈割生产力衰减指数的影响
为了更好的说明刈割累积收获牧草量对刈割生产力衰减指数的影响,将不同年份的刈割生产力衰减指数相加得到累积刈割生产力衰减指数(CMR-PI
),由图2可以看出,前5年的累积刈割生产力衰减指数呈快速增加趋势,由0.15迅速升高到0.34。

此后基本在0.3~0.35之间窄幅波动,并未像每个年度刈割衰减指数那样大幅波动,说明就一年割一次的割草制度来讲,随刈割次数的增加,累积刈割收获的牧草对累积生产力衰减量的影响是一个基本稳定的值,并没有随刈割次数的增加而持续增加。

2.3 群落刈割生产力衰减指数与刈割次数的关系
为了更好的说明,刈割次数与年度刈割生产力衰减指数的变化趋势的相关性,对指数与刈割次数进行了回归分析,结果表明二者之间的关系可以用

211—中国草地学报 2019年 第41卷 第6期
图2 累积割草量对刈割生产力衰减指数的影响
Fig.2 Effect of cumulative mowing amount on mowing
reducing productivity index
y=0.019x+0.346(r2=0.343)来表示。

随刈割年限的持续增加,年度刈割损伤指数将在刈割较高水平上波动。

与年度指数不同的是,累积刈割衰减指数与累积刈割次数的回归分析表明,其关系可以用y=0.227+lnx(r2=0.605)描述,经过5~6年的刈割,刈割累积的刈割衰减指数呈现基本恒定的值,不会随着刈割年限的增加和降水等影响,剧烈波动。

2.4 刈割生产力衰减指数与主要因子的相关关系为了更清楚的了解构成刈割生产力衰减指数的各个因子对其影响的程度,对各个因子与指数的相关关系做了分析,如表1所示,对该指数影响最大的是刈割群落前一年的牧草收获量,其次是刈割群落当年的牧草收获量,而作为指数构成因子之一的对照群落当年牧草产量跟指数相关关系并不显著。

说明,该指数主要受刈割收获量的影响,同时该结果也说明,作为衡量刈割致使生产力衰减程度的指数,该指数是可信的。

表1 刈割生产力衰减指数与主要因子的相关关系Table1 Correlation between mowing reducing
productivity index and main factors
因子Factors
相关系数
Correlation coefficient
对照群落当年生物量-0.171
刈割群落前一年收获生物量-0.7018
刈割群落当年收获生物量-0.4457
前一年降水量-0.05
当年降水量0.15
3 讨论
影响割草场产量的因素很多,既包括刈割等影响同时也包括降水的波动造成的影响。

包青海等[21]研究表明,与不刈割对照相比较,不同刈割制度均造成群落生产力的下降和优质牧草比例的降低,然而就本研究结果看来,尽管不刈割对照牧草产量作为主要因子参与了公式的计算,但刈割生产力
衰减指数与其相关程度并不大,说明作为衡量刈割影响程度的指数,主要受刈割牧草量的影响是可信的。

而就降水等气候因素来讲,尽管许多研究认为,降水与生产力呈现正相关关系[1],但作为衡量生产力变化的指数与降水的相关程度并不显著,说明在刈割的影响下,生产力受刈割的影响要大于降水的影响,极端的降水事件,只是在降水当年和次年对指数造成了影响,而对整体趋势的影响并不大。

4 结论
4.1 指数呈现波动上升趋势且随着刈割年限的增加波动幅度变小。

4.2 前一年的牧草刈割收获量和当年牧草刈割收获量是影响指数变化的主要因子。

4.3 特殊降水年份往往会导致下一个年度指数的快速升高和再下一年度的大幅度下降。

4.4 多年刈割累积收获量的指数值相对稳定,CMRPI在0.3~0.35之间窄幅波动。

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411—中国草地学报 2019年 第41卷 第6期
Effects of mowing on the Mowing Reducing Productivity 
IndexBaoyintaogetao1,2,
3,XING Xiao-qing3,SHI Guang

(1.Ministry of Education Key Laboratory of Ecology and Resource Utilization of 
the MongolianPlateau,Hohhot 010021,China;2.Provincial and State Key Laboratory Breeding Base f
orGrassland Ecology,Hohhot 010021,China;3.College of Ecology 
and Environmental Science,Inner Mongolia University,Hohhot 010021,China)Abstract:In order to quantify 
the reduction of mown pasture yield due to mowing,the concept ofMowing Reducing Productivity Index(MRPI)and its corresponding 
calculation formula were introduced.In this experiment,the index dynamic process of leymus chinensis grassland in a typical steppe under an-nual cutting 
system for 31years was calculated and analyzed.The results showed that:(1)The indexshowed a fluctuating upward trend and the fluctuation range decreases with the increase of mowing 
years;(2)The forage mowing yield of the previous year and the current forage mowing yield were the main fac-tors affecting 
the index change;(3)The special precipitation year often lead to a rapid increase of the nextannual index and a sig
nificant decline in the next year;(4)The index value of the cumulative harvest ofmowing was relatively stable,and the CMEPI fluctuated in a narrow range between 0.3and 0.35.Key 
words:Mowing pasture;MRPI(Mowing Reducing Productivity Index);Grassland degradation;Productivity
【责任编辑 胡卉芳】
檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾

上接第71页)Development of Diploid Alfalfa Cutting 
Propagation andTransplanting Technology and Analysis of InbredPod Setting 
PercentageXU Bo,SHI Feng-ling,GAO Xia,WU Ri-na,YANG Yan-ting
,YANG Jie,WANG Fen(College of Grassland,Resources and Environment,Inner MongoliaAgricultural University,H
ohhot 010011,China)Abstract:In order to rapidly 
propagate haploid plants and solve the problem that it is difficult for alfal-fa haploid to survive after transplanting.On the basis of previous research,the tetrap
loid tissue cultureseedlings of alfalfa were used as the control,the haploid were propagated by tissue culture cutting,the nu-trient soil suitable for haploid hardening-seedling transplanting was screened,and the transplanted haploidplants were self-pollinated to observe their growth and p
od fermentation.The results showed that the suit-able rooting medium for diploid cuttings of Medicago sativa L.cv.Xinjiang Daye was 1/2MS+0.1mg/LNAA+2%sucrose+0.7%agar,and the rooting rate was 83%.When the seedlings were transplanted,thesurvival rate of diploid plants could reach 41.7%by using aseptic nutrient soil.The inbred pod setting per-centage and seed vigor index of alfalfa diploid plants was significantly 
higher than that of tetraploid plants.Key words:Haploid;Medicago sativa L.cv.Xinjiang Daye;Tissue culture cutting;Seedling trans-planting;Inbred pod setting 
percentage【责任编辑 胡卉芳】

511—宝音陶格涛 邢小青 时 光 割草对群落刈割生产力衰减指数的影响。

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