巴 音，乌日恒

(乌海市环境监测中心站，内蒙古乌海市 016000；乌拉特后旗第一中学，内蒙古乌拉特后旗 015500)

放牧强度对克氏针茅草原地下生物量及其垂直分布的影响

巴 音，乌日恒

(乌海市环境监测中心站，内蒙古乌海市016000；乌拉特后旗第一中学，内蒙古乌拉特后旗015500)

本文以内蒙古克氏针茅典型草原为研究对象，通过测定不同放牧强度下土壤各个层次中的地下生物量和地上生物量，分析随放牧强度增加植物地下生物量及其垂直分布的变化情况。结果表明:地下生物量大小依次为L>CK>M>H。对植物地下生物量进行逐层分析发现，轻度放牧可以增加地下生物量，但是中度和重度放牧均使其减少。各放牧强度下植物地下生物量都随着深度增加而减少，而减少的幅度逐渐降低。但是放牧会影响植物地下生物量的垂直分布格局，放牧使地下生物量垂直分布的不均匀性增加，同时中度和重度放牧使地下生物量垂直分布趋向于表层化的现象更明显。

克氏针茅群落；放牧强度；地下生物量

引言

草地是人类生存的重要自然资源和生态屏障，起着对气候的调节、控制水源的流失、加强土壤的固着、净化空气和美化环境等生态作用，但它最主要的功能是为家畜提供食物〔1〕〔2〕。放牧是作为最普遍、最简单、最经济的草地利用方式，成为影响草地生物量的主要人为因素〔3〕。影响主要表现在地下生物量和地上生物量两个方面。本研究在前人工作的基础上以自由放牧的家庭牧场为研究地点，用定量划分法确定放牧强度界限，分区取样，就放牧强度对克氏针茅草原地下生物量的影响进行了研究，为确定草地合理载畜量提供依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1研究区概况

试验地位于内蒙古锡林郭勒盟镶黄旗境内，其地形地貌单一，气候属于温带半干旱大陆性气候，年平均气温3.1℃，最热月为7月份(20.4℃)，最冷月为1月份(-16.5℃)。年降水量267.9mm，主要降水集中在夏季(6-8月份)。终霜晚，初霜早，无霜期较短，平均为120d，全年盛行西风、西北风，年平均风速4.7m/s，月平均最大风速6.1m/s，其土壤主要由淡栗钙土和栗钙土组成，植被类型主要是典型草原，主要建群种有克氏针茅(Stipakrylovii)，优势种有糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)、冰草(Agropyroncristatun)、冷蒿(Artemisiafrigida)、银灰旋花(Convolvulsammanii)等草本植物以及小叶锦鸡儿(Caraganamicrophylla)等灌木植物。

1.2取样点确定

根据研究的需要，我们选择的样地是以居民点为中心的自由放牧方式家庭牧场，根据与居民点的距离远近和群落结构组成及生物量将放牧区划分为轻度放牧(L)、中度放牧(M)、重度放牧(H)3个等级，划分方法是以居民点为中心在放牧地上放射状拉数条样线，根据植物群落的基本特征定性划分〔4〕，再选择牧户围封打草靠近围栏基本不受干扰的样地作为对照区(CK)。

1.3地下生物量取样

2007年，在每个放牧强度区分别随机选5个1×1m的样方，将地上部分齐地刈割，利用壕沟法，按照0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm、40-45cm、45-50cm、50-55cm、55-60cm、60-65cm、65-70cm、70-75cm、75-80cm、80-85cm、85-90cm、90-95cm分19层取样，将样品分层装入塑料自封袋带回。用水洗法将根样漂出，65℃烘干称重。

2 结果与分析

2.1不同放牧强度下地下生物量

图1 地上生物量在不同放牧强度下的变化情况

图2 各深度的地下生物量在不同放牧强度下的变化情况

0-95cm总地下生物量变化趋势L>CK>M>H，它们的值分别是871.23g/m、752.23g/m、577.14g/m、245.13g/m；由图1可以看出，地上生物量变化趋势L>CK>M>H，它们的值分别是151.12g/m、120.22g/m、89.52g/m、53.53g/m；轻度放牧时的地下生物量可以达到对照区的118.81%，方差分析显示轻度区与对照区总地下生物量有显著差异(P<0.05)。而中度、重度放牧区的地下生物量只有对照区的76.72%、32.59%，减少的幅度特别大，两者之间差异显著(P<0.05)。经观察，轻度放牧区克氏针茅株丛的枝条总数、营养枝和生殖枝数量均显著高于其它，同时其地上生物量也明显高于其它，因此植物光合面积增大，有助于光合物质向根系分配；中度和重度放牧区由于家畜过度采食导致克氏针茅株丛发生破碎和小型化，生殖生长的株丛密度减少，枝条比例下降，地上生物量急剧减少，植物光合面积减少，影响了植物光合作用，减弱了其光合产物向根系的分配，因而供给地下根系的营养物质减少，其结果势必影响了植物根系的生长发育。而且重度放牧区由于家畜的过度采食导致群落植物种类发生更替，尤其是建群种、优势种被不同程度替代，因而使地下生物量急剧减少。

各层地下生物量的变化趋势与总的地下生物量变化趋势有所不同。由图2可以看出0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm各层中都是L区的地下生物量最大，其次为CK，再次为M，而H区的地下生物量最低。方差分析显示M、H与L、CK的地下生物量有显著差异(P<0.05)。由于轻度放牧时，家畜对牧草少量的采食有助于植物快速生长、更新，而且适量的排泄物添加到土壤表层，可以为植物的生长提供肥料，所以在靠上层的土壤中，L区的地下生物量比CK区高。而M与H区的虽也有肥料的添加，但是过量的采食已经严重影响到群落的生长和组成，所以这两个区中的地下生物量少于CK。55cm以下土层中分布的生物量少，变异性大，各个放牧区中地下生物量差异不显著(P>0.05)。

2.2地下生物量垂直分布

图3 不同放牧强度下地下生物量垂直分布情况

由图3可以看出不同放牧强度下地下生物量垂直分布的变化趋势相同，都呈现“T”字形，既随着深度增加地下生物量逐渐减少，但是减小的幅度逐渐降低。0-20cm地下生物量最大，到20-45cm时地下生物量迅速减小，CK、L、M、H的地下生物量在0-20cm可以达到510.12g/m2、584.01g/m2、485.20g/m2、206.01g/m2，而到了20-45cm减少为161.08g/m2，210.02g/m2、80.56g/m2、31.01g/m2，减小的幅度都在60%以上。到了更深的深度，虽然也有小的波动，但总的趋势是随着深度的加深地下生物量显著减少。这主要是由克氏针茅根系分布特性所决定的，克氏针茅分蘖节入土深度为2-3cm，根系集中分布在20cm以上的土层中，根幅直径大约在60cm左右，最长的根系可以分布到55cm，甚至更深的土壤层中〔5〕。其次是因为大量的养料和有机质都分布于土壤表层，为了获取更多的资源来满足生长需要植物的主要根系都分布于土壤表层，进而使表层土壤肥沃，持水保水能力强，有利于根系生长。而随着土层深度的增加，土壤质地趋于紧实，尤其到45-60cm钙基层的出现，使养分、水分含量积聚下降，土壤温度降低，因此地下生物量一般呈迅速下降的趋势。

垂直分布格局的差异可以体现在地下垂直分布的变异性和趋向性两个方面。首先，根据图2我们可以看出对照区及各个放牧区地下生物量垂直分布的变异性情况，4个区中地下生物量的值从表层到95cm变化范围较宽，各放牧区的变异系数都大于对照区，其中变异系数最大的达到123.17%，可见放牧使地下生物量垂直分布的变异性增加。用纵向方差分析方法，可以看出地下生物量垂直分布的趋向性。CK、L区前9层地下生物仍然存在显著差异(P<0.05)，55cm以下各层地下生物量无显著差异(P>0.05)。中度与重度放牧只有前6层地下生物量有显著差异(P<0.05)，30cm以下各层则无显著差异(P>0.05)。由以上方差分析结果可以看出，轻度放促使植物根系向土壤深层延伸的趋向性，而中度和重度放牧促使植物的根系有向土壤上层集中的趋向性〔6〕〔7〕。

综合地下生物量垂直分布的变异性和趋向性，我们可以看出CK和L区垂直分布格局是变异性较小，且不明显趋于表层。这表明CK和L区的根系生长策略与M和H区有所不同，CK和L区的根系在各层中的分配比例较M和H区稳定，也就是说不放牧和轻度放牧时根系有向更深层土壤生长的趋势，因为不放牧或轻度放牧干扰时，地上生物量明显高于M和H区，植物可获得充足的光合物质来满足其自身的需要，就有更多的根系向土壤深层生长。而中度和重度放使放牧区的表层化现象更明显，由于家畜的采食，减少植物光和面积，因此植物向地下部分运送的养料减少，不利于更深层根系的生长，这样就增加了M和H区地下生物量垂直分布的变异性。

3 小结

3.1 放牧对地下生物量的影响从0-95cm总的地下生物量来看，对L区(轻度放牧)的最大，其次依次为CK、M(中度放牧)、L(轻度放牧)。而0-5cm、5-10cm、10-15cm、15-20cm、20-25cm、25-30cm、30-35cm、35-40cm，这8层中都是轻度放牧区的地下生物量最大，其次是对照区，重度放牧区最小，可见轻度放牧可以适量增加地下生物量。

3.2 地下生物量的垂直分布情况，4个研究区中总的变化状况相同，既地下生物量随着深度的增加而减少，减少的幅度也越来越小。但是它们的垂直分布格局不同，对CK、L区与M、H区相比地下生物量垂直分布变异性较小，且表层化现象较不明显。因此得出中度和重度放牧会改变根系利用土壤资源的策略。

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S812.8

A

2095—5952(2014)04—0038—04

2014-08-26

巴 音(1983-)，男，巴彦淖尔市五原县人，工程师，从事环境保护科学研究。