十五草业攻关项目课题验收报告(三)

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第三部分 草畜平衡草地持续利用技术研究

1. 人工草地奶牛放牧系统可持续利用研究

2004-2005年在河北省沽源牧场以2003年播种的紫花苜蓿、无芒雀麦、蓝茎冰草和新麦草混播人工草地为研究对象，选用了36头荷斯坦奶牛较为系统地研究了放牧制度（划区轮牧和连续放牧）以及放牧强度（轻，0.38hm²/头，中等，0.26 hm²/头）下混播人工草地土壤、植被以及奶牛生产性能的变化，以期获得适合北方人工草地的最合理的放牧方式及技术，为北方草地畜牧业的健康发展提供科学依据。

1.1 放牧对混播草地植物种群以及群落特征的影响

1.1.1牧草生物量与植被成份

牧草生物量随着放牧强度的增加而降低(图3-1a)。随着试验的进行放牧强度及放牧制度对牧草生物量积累的负面影响越来越大，到试验末期最为明显。每年放牧季牧草生物量积累LRG、MRG和MCG处理分别为15168、14125和13870 kgDM/hm²，同一放牧制度下LRG大于MRG，同一放牧强度下MRG大于MCG。从总体来看，七、八月份草地积累的牧草生物量最大。Holechek等(1999)在北美的研究发现牧草产量中牧比重牧高23%，而轻牧比重牧高36%。他们同时发现试验后3年平均牧草产量与试验前相比，重牧草地下降20%，中牧无明显变化，而轻牧则增加了8%。在干旱年份，中牧草地比重牧草地多产牧草20%，轻牧比重牧重牧多产49%，而轻牧比中牧多产24%。

放牧期间留茬高度2cm的牧草生物量中无芒雀麦占优势，占群落总生物量的55%，而紫花苜蓿、蓝茎冰草、新麦草及杂草所占比例较小，分别为27%、

图3-1. 试验期间不同放牧处理的平均牧草生物量(a)和草地总盖度(b)动态变化(I，II—轮牧周期)

6%、11%和1%。LRG的紫花苜蓿和无芒雀麦的比例高于MRG和MCG处理，但蓝茎冰草和新麦草的比例则以MCG较高。杂草在各处理中比例均很小，且LRG处理略高于MCG处理(图3-1b)。

1.1.2植物种群密度和草地盖度

随着放牧率的增加，紫花苜蓿和无芒雀麦的平均种群密度下降，而蓝茎冰草和新麦草则相反，这表明新麦草和蓝茎冰草的耐牧性高于无芒雀麦。

两个放牧季3个放牧处理从2004年到2005年草地总盖度都有增加的趋势。紫花苜蓿和无芒雀麦的盖度以轮牧制较高，轮牧制下则以轻度轮牧较高。连续放牧下蓝茎冰草和新麦草的盖度有增大的趋势，而轮牧处理下紫花苜蓿和无芒雀麦的盖度有所增大。2005年与2004年相比，紫花苜蓿和无芒雀麦在所有处理中的

图3-2. 不同放牧处理的各种牧草种群持久性比较

盖度都有显著的增加(p<0.05)，而两个放牧季内放牧制度与放牧强度对蓝茎冰草和新麦草盖度的影响均不显著(p>0.05)。

1.1.3 根量动态及分布

如图3-3所示，大多数根量分布于土壤表层10cm内，0-10cm、10-20cm土层LRG、MRG和MCG根量分别为1079.43 g/m² 和346.35 g /m²；1051.56 g/m² 和344.92 g/m²以及1042.04 g/m² 和286.34 g/m²，三个放牧处理0-10cm根量分别占到0-30cm总根量的69.80%、69.62% 和 72.88%。0-30cm土层中三个放牧处理间根量差异不显著(p >0.05)。

经过2个放牧季的奶牛放牧，0-30cm土层中总根量LRG、MRG和MCG分别增加了2.43、2.35和2.50倍，但三个放牧处理间增幅差异不显著(p >0.05)。增幅主要是由于0-20cm土层中根量的增加，10-20cm土层中变化不太大。放牧强度对根量有一定的影响，随着放牧强度的增加根量下降。中等强度的放牧对根量的不利影响随着放牧季的延长越来越明显，并且在试验结束时最为明显。最后一次取样期MCG和MRG处理的根量明显低于LRG处理，分别为1994g/m²_、2180 g/m²和2446 g/m²。

图3-3. 不同放牧处理及深度草地根量动态变化(BG-牧前；AG-牧后，不同字母表示差异显著 )

1.2放牧奶牛对人工草地土壤理化性质的影响

1.2.1 对土壤含水量的影响

不同放牧处理土壤含水量变化见表3-1。0～20cm土壤含水量LRG最高，MCG最低，二者相比下降了5.8%，并且MCG与LRG和CK间差异显著(P < 0.05)，三个放牧处理土壤含水量均显著低于对照。随着放牧强度的增加，草地0～20cm土壤的含水量有下降趋势。主要原因是随着放牧强度的增加，奶牛对草地的啃食和践踏强度增加，使草地表层土壤紧实度相应增加，导致土壤孔隙度减少，因此土壤含水量也相应减少。20～30cm土壤含水量变化则相对较小。

表3-1　不同放牧处理对草地土壤含水量的影响

测定

项目

0-10cm

10-20cm

20-30cm

LRG

MRG

MCG

CK

LRG

MRG

MCG

CK

LRG

MRG

MCG

CK

含水量（%）

7/2004

9.44a

8.66ab

8.30b

9.50b

7.75a

7.60a

7.49a

7.80a

7.71a

7.85a

7.54a

7.93a

9/2004

15.53a

15.32ab

15.09b

15.74a

15.52a

15.32ab

15.06b

15.85a

9.85a

10.64b

9.81a

10.74b

6/2005

7.80a

7.62ab

7.49b

8.21c

8.55ab

8.38ab

8.24b

8.62a

7.74a

8.51b

7.41a

8.70b

9/2005

10.10a

9.95ab

9.36b

10.25a

9.32a

8.98b

8.11c

9.76a

8.62a

8.52a

7.09b

9.11a

注: 多重比较仅限于同层之间, 同一行中标有不同字母表示差异显著(P < 0.05)。

1.2.2 对土壤硬度值的影响

不同处理草地的土壤硬度测定结果见图3-4。经方差分析，不同放牧处理间

图3-4　不同放牧处理对土壤硬度的影响（a－第1个放牧季结束；b－第2个放牧季结束）

和不同深度间草地土壤硬度差异显著（P＜0.05）。对土壤硬度影响最大的深度值为4～12cm，然后逐步递减，即放牧主要对土壤表层的硬度值产生影响。同一深度草地土壤硬度随着放牧强度的增加而增大，三个放牧处理草地明显高于对照草地，同一放牧处理第2个放牧季结束与第1个放牧季结束相比，土壤硬度均明显上升（P <0.05），增长幅度也有随放牧强度而加大（P <0.05）的趋势，即CK最小，MCG最大。

1.2.3 对草地土壤有机质含量的影响

本试验结果表明（表3-2），土壤有机质在不同的放牧处理下，表现出了明显的变化。0-20cm土层中，放牧初期有机质含量均是MCG＞MRG＞LRG，表现为连续放牧有机质含量高于轮牧，轮牧制下中牧大于轻牧，并且0－30cm土层随深度加大有机质含量降低。放牧末期的土壤有机质含量均有明显的增加。在放牧末期，则是MRG含量最大，LRG最小。到试验结束时，0-10cm中度放牧的有机质含量大于轻牧和对照（p<0.05）。这表明奶牛的放牧采食可以改变草地土壤的有机质含量。在轻度和中度放牧强度下，各放牧处理的土壤有机质含量均有逐渐增加的趋势。

表3-2 不同放牧处理土壤营养成分分析结果

分析项目

0-10cm

10-20cm

20-30cm

LRG

MRG

MCG

CK

LRG

MRG

MCG

CK

LRG

MRG

MCG

CK

有机质(%)

7/2004

2.71a

2.95a

2.89a

2.85a

2.10a

2.44b

2.72c

2.35ab

1.72a

1.74a

1.66a

1.73a

9/2004

3.11a

3.35b

3.19a

3.15a

2.71a

3.21b

3.04ab

2.89ab

1.65a

2.23b

1.91ab

1.95ab

6/2005

3.21a

3.43b

3.13a

3.30ab

2.71a

3.20b

2.99ab

2.90ab

1.64a

2.33b

1.91ba

2.04ab

9/2005

3.42a

3.65b

3.56b

3.46a

2.92a

3.32b

3.12ab

3.21b

1.85a

2.35b

1.95a

2.42b

全N(%)

7/2004

0.191a

0.219ab

0.220b

0.202ab

0.148a

0.208b

0.185ab

0.190ab

0.117a

0.141b

0.115a

0.160c

9/2004

0.208a

0.227a

0.218a

0.214a

0.193a

0.227b

0.218b

0.20a

0.107a

0.165b

0.136ab

0.141ab

6/2005

0.205a

0.222b

0.215b

0.222b

0.192a

0.212b

0.210b

0.204b

0.100a

0.129b

0.143b

0.181c

9/2005

0.190a

0.213b

0.206b

0.206b

0.186ab

0.205a

0.177b

0.194ab

0.110a

0.140b

0.132b

0.184c

速效N(mg/kg)

7/2004

109.67a

125.85b

123.64b

123.19b

81.24a

96.52b

108.29c

100.95bc

61.27a

63.84ab

74.66c

70.65bc

9/2004

1162a

121.99ab

125.63b

125.54b

107.18ab

110.38a

113.02b

105.35ab

55.92a

58.65a

61.98a

75.42b

6/2005

126.84a

142.13b

134.96b

122.81a

117.99a

135.85b

152.17c

113.58a

83.65a

78.60a

79.52a

78.39a

9/2005

137.80a

159.26a

145.54a

141.51a

136.88ab

142.18a

148.84c

130.66b

83.58a

101.18b

103.21b

83.17a

速效P(mg/kg)

7/2004

7.288a

8.498b

9.61c

7.123a

4.673a

3.933a

4.03a

5.123a

2.688a

2.72ab

2.668a

2.947b

9/2004

6.938a

5.438b

5.613ab

6.930a

4.380a

3.432a

3.784a

4.682a

2.023a

2.122a

1.950a

2.294a

6/2005

5.453a

4.938a

6.108b

6.499b

5.257a

3.365b

5.329a

6.305c

3.181a

3.339ab

3.895ab

3.792b

9/2005

7.313a

7.055a

7.269a

6.388a

5.910a

4.978a

4.269b

6.36c

2.101a

2.283a

4.456a

3.360a

速效K(mg/kg)

7/2004

113.88a

119.54a

126.15a

120.65a

94.14a

114.88b

118.56b

110.58ab

91.03a

96.07b

94.09ab

95.65b

9/2004

139.15a

130.52a

136.52a

122.44a

98.87a

110.53b

111.04b

108.73b

89.89a

91.76a

92.89a

93.54a

6/2005

123.36a

126.33ab

128.84b

120.85a

89.38a

94.52a

100.01a

105.31a

73.18a

72.79a

75.85a

94.84b

9/2005

127.47a

128.83a

129.31a

123.25b

95.10a

97.35a

97.50a

105.15b

79.62a

70.10a

79.16a

95.35b

1.2.4 对草地土壤速效氮、磷和钾及全氮含量的影响

随着放牧强度的增加，土壤速效氮和钾的含量逐渐增加，土壤速效磷含量先减少后增加。三个放牧处理间0～30 cm土壤速效氮和全氮含量差异均达到显著水平(P＜0.05)。全氮含量随着放牧强度增加有升高的趋势，而随土层的加深则呈下降趋势，0～30cm土层中均表现出MRG>MCG>LRG的规律。两个放牧季后各层土壤中全氮含量均有不同程度地增加(表3-2)。

速效磷含量随土壤深度增加均呈现出显著减小的趋势（P<0.05）。试验初期，0～10cm土壤的速效磷随着放牧强度的增大而稍有上升，试验末期则随放牧强度加大而下降。

土壤速效钾呈现出MCG＞MRG＞LRG的趋势(表3-2)。0～10cm土层土壤速效钾含量在放牧后期，随放牧强度增大有升高的趋势，但各放牧处理间差异仍不显著(P＞0.05)。总体来看，土壤速效钾含量随深度增加而降低。本试验区0～30cm土壤的供钾能力较高，草地土壤不缺钾。

1.3 小结

1.3.1 不同放牧处理对混播草地群落特征有不同的影响。牧草生物量随着放牧强度的增加而降低，相同放牧强度下划区轮牧处理草地的牧草生物量高于连续放牧，轮牧处理下轻牧高于中等放牧。随放牧强度增加，紫花苜蓿和无芒雀麦的重要值下降，而相对较耐牧的蓝茎冰草和新麦草重要值增加。轮牧有利于紫花苜蓿和无芒雀麦的再生，放牧制度对蓝茎冰草影响不显著。

1.3.2 草地的地下根系主要集中在土壤表层0-10cm土层中，并且各处理草地各层根系生物量也以轮牧制较高；而轮牧制下随着放牧强度的增加，根系生物量在各土层均呈现出下降的势头，特别在表层10cm最为明显，中等放牧对草地根系生物量的不利影响随着的时间的延长越来越明显。经过2个放牧季放牧后，三年放牧处理草地的根系生物量都成倍增加，增幅以连续放牧最高，但不同放牧制度与放牧强度间差异却都不明显。

1.3.3 划区轮牧处理草地中土壤含水量大于连续放牧。而连续放牧的硬度值较大。奶牛放牧对土壤表层0-10cm土层影响较大，放牧使表层4-12cm土壤的硬度显著增大，但对10-20cm深度土壤也会产生一定的影响。轮牧制下土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量均低于连续放牧。随着放牧强度的增加，土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾含量增加，而速效磷含量则下降。

1.3.4 轮牧制下奶牛有较高的平均日增重和较小的体况分损失，而不同放牧强度间则以轻度放牧奶牛体增重较大，体况分损失较少。

1.3.5 试验期间轮牧制的产奶量显著高于连续放牧，在轮牧制下不同放牧强度间则以中度轮牧产奶量最高。随着放牧期的推进及产奶期的延续，各处理日均产奶量都呈现出先升高后下降的趋势，降幅以连续放牧最大，中度轮牧最低。乳糖和乳干物质含量轻度轮牧高于中度轮牧，同一放牧率下轮牧处理高于连续放牧处理。

1.3.6 不同放牧制度与放牧强度对奶牛血液的生化指标有一定的影响。试验后期血糖均有显著提高，且LRG大于MRG和MCG，说明LRG处理促进了奶牛机体的健康。

2. 草原主要食草动物食性和食量研究

本研究以内蒙古天然草原不同群落类型为研究对象，于2003-2004年用链烷技术对不同放牧强度下主要食草动物食性和食量进行了研究，探讨了不同放牧强度下主要食草动物食性食量变化与群落多样性的关系，以及主要食草动物营养生态位重叠等科学问题，揭示了草原放牧演替与草原退化的机理，从而为天然草原合理载畜量的制定以及草原的合理利用和保护提供科学的理论依据。

2.1 不同放牧率绵羊食性和食量研究

试验于2004年在中国科学院内蒙古草原生态系统定位研究站放牧样地进行。用链烷技术对不同放牧强度下绵羊的食性和食量进行了研究。选择体重及体况相近，健康无病的二岁羯羊（内蒙古细毛羊×蒙古羊）60只，按体重（36.9 kg ±2.6）聚类分组，设置六种放牧率（0.00、1.33、2.67、4.00、5.33和6.67羊/公顷）的轮牧试验，从2004年6月20日开始放牧，9月20日终牧，即在整个暖季每公顷小区轮牧2次。

2.1.1不同放牧率和放牧季节绵羊食性

不同放牧率和放牧季节的绵羊消耗了近10种牧草，羊草（L. chinensis）、米氏冰草（A. cristatum）和糙隐子草（C. squarrosa）首先被采食，然后是木地肤（Kochia prostrate）、冷蒿（A. frigida）和双齿葱（Allium bidentatum）。在所有放牧率下，绵羊采食的禾草、木地肤和冷蒿的比例分别是12-24%, 21-30％和31-45％，是主要的食物资源。

羊草在食性中的比例随放牧率的增加显著降低，并且在八月份的采食比例显著（P < 0.05）高于六月和九月份；克氏针茅（Stipa kylovii）在食性中的比例九月份显著（P < 0.05）高于六月和八月份，但放牧率间差异不显著；米氏冰草和糙隐子草在食性中的比例随放牧率变化没有显著的变化，但米氏冰草在食性中的比例随放牧季节的后移显著降低，糙隐子草显著增加；冷蒿在食性中的比例除放牧率6.67 羊/公顷处理外，随放牧率的增加而增加；星毛萎陵菜（P. acaulis）在食性中的比例随放牧率的增加显著（P < 0.05）增加，但随放牧季节的后移显著（P < 0.05）降低；双齿葱在食性中的比例随放牧率的增加显著降低；木地肤随放牧

季节后移而显著增加。放牧率和放牧季节对放牧绵羊的食性存在显著的互作（P < 0.05）。

表3-3 不同放牧率和放牧季节绵羊采食牧草的种类及其比例（％，平均值±标准差）

牧草种类

放牧率（羊/公顷）

放牧季节

1.33

2.67

4.00

5.33

6.67

六月

八月

九月

羊草

Leymus chinensis

7.18±1.98^a

7.06±2.67^a

3.53±1.97^b

3.48±1.49^b

1.52±0.33^b

3.30±1.79^b

6.35±3.29^a

4.02±2.57^b

克氏针茅

Stipa kylovii

3.14±2.87^a

3.75±2.09^a

5.09±2.59^a

4.83±2.94^a

5.74±3.08^a

6.12±0.53^a

6.01±2.30^a

1.40±0.93^b

米氏冰草

Agropyron cristatum

6.67±3.66^a

6.28±4.31^a

5.03±4.12^a

4.39±3.62^a

5.57±2.76^a

9.49±0.89^a

4.66±2.23^b

2.61±0.67^c

糙隐子草

Cleistegenes squarrosa

4.63±2.43^a

3.75±2.33^a

3.98±0.90^a

5.24±1.03^a

5.47±1.80^a

3.14±1.07^b

4.31±0.99^b

6.38±1.03^a

苔草

Cares duriuscula

7.58±0.71^a

6.06±0.48^b

7.12±0.56^ab

7.07±0.83^ab

8.72±2.07^a

7.76±1.19^a

7.53±1.74^a

6.64±0.69^a

冷蒿

Artemisia frigida

33.25±2.36^c

37.24±3.95^bc

42.85±3.01^a

44.28±1.48^a

39.93±1.47^ab

36.83±4.80^a

40.26±4.78^a

41.44±3.98

星毛萎陵菜

Potentilla acaulis

0.70±1.21^b

1.85±2.88^ab

1.43±1.54^ab

1.40±1.61^ab

2.41±2.33^a

3.74±1.35^a

0.26±0.46^b

0.67±0.46^b

双齿葱

Allium bidentatum

8.79±1.15^a

7.51±0.73^ab

5.32±1.18^b

4.77±2.45^b

6.17±1.90^ab

6.75±2.34^a

5.39±2.400^a

7.39±0.79^a

木地肤

Kochia prostrata

28.06±2.83^a

26.52±3.59^a

25.65±3.69^a

24.54±3.50^a

24.47±3.2

22.87±1.49^c

25.22±2.01^b

29.45±1.22

注：同一行中不同字母的数值间差异显著（p < 0.05）

2.1.2 不同放牧率和放牧季节绵羊采食量

对放牧率1.33、4.00和6.67羊/公顷的绵羊利用链烷技术评价其采食量，结果发现，采食量随放牧率和放牧季节的变化没有显著性差异，但随着放牧季节的后移，同一放牧率下绵羊的采食量有下降的趋势（图3-5），并且放牧率和放牧季节对放牧绵羊的采食量没有显著的互作（P > 0.05）。

图3-5 用链烷技术（C₃₃: C₃₂）评价的不同放牧率和放牧季节绵羊采食量

2.1.3 绵羊的体重变化

从图3-6可以看出，绵羊的个体增重与放牧率呈线性负相关关系，即随着放牧率的增大，个体增重随着降低。放牧率2.67羊/公顷的绵羊与其他放牧率处理的绵羊体增重没有显著的差异，放牧率1.33羊/公顷的的绵羊体增重最大，且显著高于后三种放牧率绵羊的个体体增重。但在整个放牧季节，绵羊的公顷增重与放牧率却呈线性正相关关系，随着放牧率的增加，公顷增重显著增加（图3-7）。

图3-6 整个放牧季节不同放牧率与绵羊体增重的关系

图3-7 整个放牧季节不同放牧率与绵羊公顷增重的关系

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