（草业科学专业论文）退化草地牧草营养与土壤特性的相关关系研究.pdf

摘要 在草甸草原、典型草原区设胃不同退化梯度天然草地试验样地，应用野外调 查与实验室分析法对其植被特征、多样性及牧草营养含量进行研究，同时对退化 草地土壤进行理化性质的分析。在此基础上，分别研究牧草营养、群落植物多样 性与土壤特性之日j 的相关关系。结论如下： ( 1 ) 随着退化程度的加剧，草地群落现存量、植被盖度呈递减趋势，群落植 物多样性符合中度干扰假说。( 2 ) 随着退化程度的加剧，牧草粗纤维含量逐渐减 少，粗蛋白质含量逐渐增加，即退化程度越高，植物群落牧草营养品质越好。( 3 ) 未利用区的土壤养分( 有机质、全氮、碱解氮) 含量高于重度退化区，而且随土 壤深度的增加，养分含量呈下降趋势。( 4 ) 土壤电导率随退化程度的加剧而减小。 草甸草原、典型草原样地各土层对照区土壤密度均低于重度退化区。( 5 ) 天然草 地牧草可消化总养分与土壤中1 0 3 0 e m 土层有机质、全氮、碱解氮含量呈显著 正相关关系，相关系数分别为o 9 3 1 9 、o 8 2 7 1 、o 8 4 2 3 。此外，草甸草原、典型 草原牧草可消化总养分均与土壤密度里显著负相关关系，相关系数分别为 o 9 6 0 7 、o 9 9 1 4 。( 6 ) 草甸草原群落植物多样性与整个土壤中p h 值和电导率存在 显著的负相关关系；土壤中养分含量的增加能够促进典型草原多样性指数的增 多，土壤密度在一定程度上制约典型草原多样性的发展。 关键词：草甸草原：典型草原；退化梯度；t d n - 土壤特性；多样性；相关性 r e s e a r c ho nt h ec o r r e l a t i v i t yb e t w e e nf o r a g eg r a s s n u t r i t i o na n ds o i lc h a r a c t e r i s t i c si nd e g e n e r a t i o ng r a s s l a n d a b s t r a c t s e r i n ge x p e r i m e n t a ls a m p l ep l o t s o fn a t u r a l g r a s s l a n d u n d e rd i f f e r e n t d e g e n e r a t i o ng r a d i e n t si nm e a d o ws t e p p ea n dt y p i c a ls t e p p e ，w i t ht h em e t h o d so f f i e l d s u r v e ya n dt h el a b o r a t o r yc a r r y i n gt h ea n a l y s i so ni t sv e g e t a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s t h e d i v e r s i t ya n dt h ec o n t e n to ff o r a g eg r a s sn u t r i t i o n ，m e a n w h i l ec a r r y i n go nt h e p h y s i c a la n dc h e m i c a la n a l y s i st ot h ed e g e n e r a t e dg r a s s l a n ds o i l i nt h i sf o u n d a t i o n , m a k i n gs e p a r a t er e s e a r c ho nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nf o r a g eg r a s sn u t r i t i o n ，s p e c i e s d i v e r s i t yo f p l a n tc o m m u n i t ya n ds o i lc h a r a c t e r i s t i c s t h ec o n c l u s i o na sf o l l o w s ； ( 1 ) w i t ht h ei n t e n s i f y i n go fd e g e n e r a t i o nd e g r e e ，t h eg r a s s l a n dp o p u l a t i o n s t a n d i n gc r o p ，v e g e t a t i o nc o v e r a g eo ng r a s s l a n dp r e s e n td e c r e a s i n gt e n d e n c y ，t h e s p e c m sd i v e r s i t yo fp l a n tc o m m u n i t yc o n f o r m st ot h em o d e r a t ed i s t u r b a n c e h y p o t h e s i s ；( 2 ) w i t ht h ei n t e n s i f y i n go fd e g e n e r a t i o nd e g r e e ，t h ec o n t e n to ff o r a g e g r a s sc r u d ef i b e rr e d u c e sg r a d u a l l y ，t h ec o n t e n to fc r u d ep r o t e i ni n c r e a s e sg r a d u a l l y n a m e l yt h ed e g r e eo f d e g e n e r a t i o ni sh i g h e r ，t h eq u a l i t yo f p l a n tc o m m u n i t yn u t r i t i o n i sb e t t e r ；o ) t h ec o n t e n to fs o i ln u l x i e n t ( o r g a n i cm a t t e r ，t h ee n t i r en i 仃o g e i l ，a l k a l i n e h y d r o l y s i sn i t r o g e n ) i nu n e m p l o y e da r e ai sh i g h e rt h a nt h es e v e d e g e n e r a t i o na r e a , m o r e o v e rw i t ht h ei n c r e a s eo fs o i ld e p t h , t h ec o n t e n to fn u t r i e n tp r e s e n tt h ed r o p t e n d e n c y ；( 4 ) ms o i le l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yr e d u c e sa l o n gw i t ht h ed e g e n e r a t i o n i n t e u s i f y i n g t h es o i ld e n s i t yo f c o n t r o la r e ao f e v e r ys o i ll a y e r so f f o u rs a m p l ep l o t s i nt h em e a d o ws t e p p ea n d t y p i c a ls t e p p ei sl o w e rt h a nt h es e v e r ed e g e n e r a t i o na r e a ；( 5 ) 1 r i 塘t o t a ld i s s o l v e dn i 仃o g e no f f o r a g eo nn a t u r a lg r a s s l a n d sa n do r g a n i cm a t t e r 、t o t a l n i t r o g e na n d a l k a l i n en i t r o g e ni n1 0 - 3 0 c ms o i ll a y e rs h o w sp o s i t i v ec o r r e l a t i o n , t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tw e r eo 9 31 9 、o 8 2 7 1a n do 8 4 2 3r e s p e c t i v e l y b e s i d e s ，t h e t o t a ld i s s o l v e dn i t r o g e no f f o r a g eg r a s si nm e , a d o ws t e p p ea n dt y p i c a ls t e p p ea l ls h o w n e g a t i v ec o r r e l a t i o n 、】i ，i t l ls o i ld e n s i t y t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tw e r e - o 9 6 0 7a n d 一0 9 9 1 4r e s p e c t i v e l y ；( 6 ) t h e r ei so b v i o u sn e g a t i v ee o r r e l a t i o nb e t w e e nt h es p e c i e s d i v e r s i t yo fp l a n tc o m m u n i t yo ft h em e a d o ws t e p p ea n dt h ep hv a l u ea n dt h e e l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y ；i nt h es o i l ，t h ei n c r e a s e dn u t r i e n tc o n t e n tc a np r o m o t et h e i n c r e a s eo f i n d e x o f d i v e r s i t yo f t y p i c a ls t e p p e ，i nt h ed e g r e e ，t h es o i ld e n s i t yr e s t r i c t s t h ed e v e l o p m e n to f d i v e r s i t yo f t y p i c a ls t e p p e k e y w o r d s ：m e a d o ws t e p p e ? t y p i c a ls t e p p e ；d e g e n e r a t i o ng r a d i e n t s ；t d n ；s o i l c h a r a c t e r i s t i c s ；d i v e r s i t y ；c o r r e l a t i o n d ir e c t e db y ：p r o f j i ay u s h a n v i o ep r o f g eg e n t u a p e li o a n tf o rm a s t e rd e g r e e ：p a n gy a j u a n ( g r a s s l a n ds c i e n c e ) ( c o l l e g eo f e c o l o g ya n de n v i r o n m e n t ，i n n e rm o n g o l i au m v e r s g y ，h u h b o t0 1 0 0 1 8 c h i n a ) 插图和附表清单 1 图l不同退化梯度草地地上生物嫱1 3 2 圈2a 样地不同十层十壤密度 1 7 3 图3b 样地不同十层十r 壤密度1 7 4 图4c 样地不同士层土壤密度1 8 5 图5d 样地不同土层土壤密度1 8 6 图6a 样地对照区颗粒级配累积曲线2 0 7 图7a 样地重度退化区颗粒级配累积曲线2 0 8 图8b 样地对照区颗粒级配累积曲线2 l 9 图9b 样地重度退化区颗粒级配累积曲线2 l l o 图l oc 样地对照区颗粒级配累积曲线2 l 1 1 图1 lc 样地重度退化区颗粒级配累积曲线2 l 1 2 翻1 2d 样地对照区颗粒级配累积曲线2 2 1 3 冒1 3d 样地重度退化犀颗粒级配累积益线2 2 1 4 图1 4a 样地对照区水分特征曲线2 2 1 5 图1 5a 样地重度退化区水分特祉曲线2 2 1 6 图1 6b 样地对照区水分特征曲线2 3 1 7 图1 7b 样地重度退化区水分特祉曲线2 3 1 8 图1 8c 样地对照区水分特征曲线2 3 1 9 图1 9c 样地重度退化区水分特祉曲线2 3 2 0 翻2 0d 样地对照水分特征蓝线” 2 1 图2 ld 样地重度退化区水分特征曲线。2 3 2 2 表l 样地墓本概况7 2 3 表2 试验地植物种类8 2 4 表3 不同退化梯度草地地上生物茸( g ，m 2 ) 。1 3 2 5 表4 不同退化梯度群落植物多样性指数) 。1 4 2 6 表5 不同退化梯度群落多样性指数比较) 。】4 2 7 表6 不同退化梯度群落地表植被盖度) 1 5 2 8 表7 牧草的土要营养成分( 以干物质计) ) 1 6 2 9 表8 士壤p h 值1 9 3 0 表9 土壤电导率( m s m ) 。2 0 3 1 表1 0 3 2 袭l l 3 3 表1 2 3 4 表1 3 3 5 表1 4 3 6 表，5 3 7 表1 6 3 8 表1 7 3 9 表1 8 土壤含水蟹( ) 2 4 十壤有机质含晕( ) 2 5 不同十层十壤全氮禽鼙( r a g ) 2 s 不同十层十壤碱解氮含越( ) 2 5 大然草地牧草可消化总养分( t d n ) 与十壤特性的相芙关系2 7 草甸草原牧草可消化总养分( t d n ) 与十壤特性的相关笑系2 8 典璎草原牧草可消化总养分( t d n ) 与十壤特性的相关关系2 9 草甸草原多样性指数与十壤特性的相戈关系3 0 典犁草原多样性指数与十壤特性的相荚关系3 1 t d n ( t o t a ld i g e s t i b l en u t r i e n t ) d m ( d i e t a r ym a t t e r ) c p ( c r u d ep r o t e i n ) c f ( c r u d ef i b e r ) a s h ( d i e t a r ya s h ) e e ( e t h e re x t r a c t ) n f e ( n i t r o g e nf r e ee x t r a c t ) 缩略词 牧草可消化总养分 干物质 粗蟹白 粗纤维 粗灰分 租脂肪 无氮漫出物 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：筐坠垫日期：迎：! ! 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，印：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或其他手段保存论文 论文作者签名：逢垒蛰 指导教师签名：委量幽 日期： 内蒙古农业大学硕士学位论文 l l 引言 1 1 天然草地资源概况 草地是世界上分布最广泛的植被类型之一，是陆地生态系统的重要组成部分， 约占全球植被植物量的3 6 ，约占陆地面积的2 4 ”1 。草地不仅提供了放牧家畜的 大部分饲草，同时可以涵养水源，改善生态环境“1 。 天然草地是草食家畜赖以生存的基础条件，其面积的大小、质量的好坏、生产 力的高低、载畜能力、适宜畜种和畜产品属性等，均列为草地资源的研究范畴。 在我国现有不同类型草地面积约近4 亿h m 2 ，占世界草地面积的1 2 5 ，占国 土面积的4 1 7 ，是我国农用厦积的3 倍多。耳前我国可利用草地资源面积为3 。l 亿h m 2 ，是我国陆地上面积最大的生态系统“1 。 内蒙古的草地不仅是我国重要的畜牧业基地，也是津京地区重要的绿色生态屏 障。内蒙古的草地资源是内蒙古畜牧业发展和农牧民生产生活的最重要的物质与环 境基础，而且是中国北方最重要的生态防线。其总面积为8 6 6 6 7 万h m 2 ，占全区土 地总面积的7 3 5 ，占全国草地面积3 9 2 亿h m 2 的2 2 1 ，其中可利用草地面积6 8 1 7 9 9 万h m 2 ，占草地总面积的7 8 7 ，是我国5 大草原之首嗍州。 草地生态系统( g r a s s l a n d r a n g e l a n de c o s y s t e m ) 是维持草地生产力和草地生态系 统结构、功能的载体，是由土壤、生物和环境三要素组成的具有特定结构与功能的 一个“开放系统”和“能量转换器”( 徐琪，1 9 8 2 ) ，也是一个可解剖的具三维空间 的样快或实体( 黄瑞采1 9 7 9 ；章家恩，1 9 9 6 ) ：在草地生态系统中，生物系统、土壤 系统和环境系统之间通过物质循环、能量流动和信息传递相互联系、相互制约和相 互协调而构成有机的功能性整体( 杨力勤，1 9 9 9 ) 。因此。健康的草地生态系统是结 构合理、功能协调，且系统处于良性循环状态的有机整体，而退化的草地生态系统 则是结构破坏、功能失调的组合体“。 1 2 天然草地退化现状 近年束，由于人类活动的影响使草地成为目前人类活动影响最为严重的区域“”。 入口的不断增长和经济的迅速发展，使草地的载畜量急速上升，再加上掠夺式的放 牧利用和低水平管理，以及气候的变化等自然因素的干扰，造成了大面积天然草地 的退化。这其中人类不合理的活动如人们对草地的农业用地丌垦和过度放牧等加剧 了我国天然草地的退化过程n “。 尽管我国草地面积在数量上是世界草地资源最多的国家之一，但在陆地生态系 统中又是全球退化最严重的国家之一“”。 草地退化是草地生态学中同益引人注意的问题“”。对草地退化的概念，不同研 究者有着不同的理解，并对草地退化给出了不同的定义。李博( 1 9 9 7 ) 认为，草地退 化是荒漠化的主要表现形式之一，他认为由于人为活动或不利自然因素所引起的草 2 退化草地牧草营养与土壤特性的相关关系研究 地( 包括植物及土壤) 质量衰退，生产力、经济潜力及服务功能降低，环境变劣以及 生物多样性或复杂程度降低，恢复功能减弱或失去恢复功能，即称之为草地退化 ”“”。从土壤角度，李绍良等人( 1 9 9 7 ) 认为，土壤沙化，有机质含量下降，养分减 少，土壤结构性变差，土壤紧实度增加，通透性变坏，有的向盐碱化方向发展，是 草地土壤退化的指标。陈佐忠( 1 9 9 4 ，1 9 9 8 ) 认为，草地退化是草地生态系统在其演化 过程中，其结构特征、能量流动与物质循环等功能过程的恶化，即生物群落( 植物、 动物、微生物群落) 及其赖以生存环境的恶化“叭”“。广义地讲，退化包括沙化和碱 化，而沙化和碱化则是退化的两种具体表现形式。狭义地看，草地退化是草地植被 的盖度、植物种类、草层高度的明显变化，主要体现在植被的退化上。沙化和碱化 主要表现在地表土壤基质发生的显著变化“”。1 。 草地退化包括“草”和“地”的演苔，这种演替过程主要是由于气候变化或人为干 扰超过了草地生态系统自我调节能力的阂值，自身难以恢复而向相反方向发展造成 的“”。1 。对此，任继周院士依据土壤稳定性和流域功能、营养和能流分配、恢复 机制3 个指标，提出了“三阈”，即健康阈、警戒阈、不健康阈划分标准，建立了评 价草地健康与功能和谐的尺度。并指出从健康闽向系统崩溃的发展就是草地退化的 过程“。这些退化草地的等级标准及其生物环境指示在退化草地理论研究和实践 应用上发挥着重要作用。李博( 1 9 9 7 ) 在研究草地类型演替的基础上，将草地退化 程度划分为轻度退化、中度退化、重度退化和极度退化等四个等级，并根据植物种 类组成、地上生物量、盖度、植被覆盖情况及土壤等指标拟定了中国北方草地退化 分级指杯体系”。苏大学( 1 9 9 4 ) 经过多年的调查研究，根据草地的群落特征( 草群 结构、地上及地下生物量) 和土壤特征( 草地地表状况、土壤理化性质及土壤养分含 量) 将退化草地划分为未退化、轻度退化、中度退化和重度退化四个等级，并拟定了 草地退化程度的等级与划分指标”。马玉寿等人把受损的生态系统按照植被覆盖度、 优良牧草的比率等因子把退化草地分为轻度、中度、重度和极度退化4 类嗍。 按照我国草地退化程度及分布区域来看，草地生态系统退化面积较大，退化程 度较严重的地区，大多分布在我国西部地区，以每年1 4 3 x 1 0 8 h m 2 的速度在退化嘲。 在我国西部六省轻度退化面积7 2 9 8 6 2h m 2 ，占退化总面积的5 1 。中度退化4 9 3 3 6 h m 2 ，占退化总面积的3 5 ；重度退化面积2 0 2 1 1 2h m 2 ，占退化总面积的1 4 。 内蒙古草地面积辽阔，草地资源丰富，不仅是畜牧业赖以生存和发展的物质基 础，也是广大牧民的生产生活之本。然而近年束由于人为及自然因素的干扰，内蒙 古草地也出现了大面积的退化现象。通过卫星遥感和地面监测结果显示，全区草地 退化、沙化、盐渍化面积共4 6 7 8 8 0 2 力h m 2 ，占全区草地面积的6 2 3 8 ，占可利用 草地面积的7 5 ，其中，退化草地占全区草地面积的4 5 6 6 、沙化草地占1 1 7 8 、 盐渍化草地占5 。全区草地“三化”强度以轻度和中度为主，分别占全区草地“三化” 面积的4 6 3 5 和4 0 8 3 ，重度占1 2 8 2 。与8 0 年代对比，轻度“三化”面积增加 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 o 8 3 倍，中度“三化”面积增加1 1 6 倍，重度“三化”面积增加0 3 8 倍”。 地上植被是草地生念系统中构成生物系统的重要组成部分。是由当地气候、土 壤、地形及人类活动干扰等内外因素综合作用的结果，其演替特征也是当地环境条 件可视景观的综合反映( 张荣祖，1 9 9 2 ) ；而土壤则是由特殊的气候条件、成土母质、 地形地貌、生物及人类活动等因素综合作用的产物( 钟祥浴，2 0 0 0 ) 。 许多研究表明，草地生态系统的退化，核心是土壤系统和生物系统的退化，其 中地上植被的逆向演替、生物多样性的丧失，与土壤养分含量及土壤生物活性的退 化具有极大的相关性( 杨万勤，1 9 9 9 ；李绍良，2 0 0 2 ) 。因此，从草地生态系统角度出 发，对退化草地植被及退化草地土壤特性进行分析，研究草地退化过程中牧草营养 与土壤系统的退化特征，对于天然草地牧草营养评价及植被恢复更具有现实意义。 1 3 退化草地和土壤特性的研究进展 土壤是植物生长的基础物质，土壤各方面的性质都将影响到植物的生长。 在陆地生态系统中土壤不仅为植物生长提供机械的支撑物质，而且为植物生长 提供养分、水分、热量、空问等。土壤元素特征是地质大循环和生物小循环共同作 用的产物，植物吸收空气、土壤中的养分并转化为生物量。以枯落物的形式归还到 土壤中。植物和土壤是生态系统中2 个主要的营养物质贮存库。 植物与土壤的关系是植物生态学研究的一个重要内容，也是退化草地恢复重建 的重要理论基础。在同一气候条件下，土壤分异导致了植被的变化，同时，植物 对土壤也有适应和改造的过程。在植物与土壤的相互作用过程中，再加上植物种间 的竞争作用，便形成了各种植物的种群分向格局，也就决定了各种植物在植被演替 中的地位和作用n ”。 草地退化既包括“草”的退化也包括“地”的退化m ”。因为土壤是草地生态 系统的重要组成部分，是植物的生长基础，也是保证植物币常生长的营养供给体； 在土壤供给植物营养的同时，植物也通过新陈代谢影响着土壤的发育。二者之间相 互影响，相互制约，是一对对立统一的矛盾体。 草地群落的退化演替有许多表现特征，其中包括植物个体、种群及群落层次上 的变化，也包括土壤理化性状的改变”。( 李志月等，2 0 0 4 ) 所有的草地生态系统的 组成因素对草地退化都会作出响应，但有的因素较为敏感( 如草地植被) ，有的因素 响应较为迟缓( 如土壤) 。 关于退化草地植被和土壤关系，已有相关研究表明：土壤理化特性会影响到植 物的生长和发育，如土壤的p h 值、含水量、电导率、各养分含量等都将影响到植 物对各营养成分的吸收。同时 直物也会对土壤的发育、理化特性产生影响。众多学 者从各自的角度如退化草地的植被特征，牧草营养成分、土壤理化性质等诸多方面 都进行了相关研究，但从退化草地的牧草营养与土壤特性的相关分析上研究甚少。 4 退化草地牧草营养与土壤特性的相关关系研究 ( 安渊等，1 9 9 9 ) 通过对锡林郭勒大针茅草原土壤的研究表明，随着草地退化程度 的加剧，草地土壤有机质、氮、磷的含量下降，土壤有机质含量与土壤全氮、全磷 和速效氮的含量里明显的正相关。龙章富等( 1 9 9 4 ) 通过对四川若尔盖草原的3 种 不同退化程度的退化草地土壤生化活性进行测定和统计学分析，得出退化草地土壤 生化活性的大小具有随着退化程度增高而减小的趋势：对川西北退化草地土壤微生 物( 龙章富等，1 9 9 6 ) 生化活性的研究表明，草地退化后其土壤生化活性受到了不 同程度的影响，土壤生化活性大小有随着退化程度的增高而减小的趋势，从而影响 土壤碳氮循环代谢途径，降低土壤肥力水平“”。 总之，植物一土壤生态系统是一个复杂开放的系统。植被对于各营养成分可通 过植物根系与土壤间的离子交换进行吸收，我们可以采用化学分析方法，对土壤中 的养分进行测试，确定土壤中各养分含量，根掘植物各生育期营养需要，进行配方 施肥。据此，研究不同退化梯度下，牧草营养与土壤理化性质l 日j 相关关系。以期为 退化草地的植被饮复及草场的精细耕作提供一定的科学依掘。 1 4 物种多样性 群落中包含着多种植物种类，但每个种的个体数量不同，群落多样性指数是指 群落中包含的物种数目和个体在空日】的分布特征。丰富度指数是指群落中的物种数 目。均匀度指数是代表群落中不同物种多度分布的均匀程度，也是群落生物多样性 研究的重要概念( p i e l o u ，1 9 6 9 ) ”。 生物多样性是自然多样性程度的一个总称，可分为三级。即基因、物种和生态 系统( 世界资源研究所，联合国坏境计划署，联合国丌发计划署编，1 9 9 3 ) 。从生物 多样性的组织层次上讲，主要包括基因多样性、物种多样性、生态系统的多样性( 李 博，1 9 9 3 ；赵士洞，1 9 9 7 ) 。在生物多样性的三个组织层次中，物种多样性占有重 要的地位。物种多样性依研究尺度不同，r h w h i t t a k e r ( 1 9 6 0 ，1 9 6 7 ，1 9 7 2 ，1 9 7 5 ) 总结出3 种类型的生物多样性：a 多样性是群落内( 或尘境内) 生物多样性，也是 生物群落学研究中常用的一个测度指标，主要从物种丰富度、物种相对多度模型、 物种多样性和物种均匀度等方面测度( 马克平，1 9 9 4 ) ：b 多样性即群落间( 或生境 甸) 生物多样性，它反映了不同群落制物种组成的差异，不同群落或某环境梯度上 不同点之间的共有种越少。b 多样性越大；r 多样性即地理区域的生物多样性。它 是小多样性和b 多样性的总合( 马克平，1 9 9 4 ；郭勤峰，1 9 9 5 ) ，反映了一定区域内总 的物种多样性的组合。根据本项研究的目的，本论文只讨论了渺多样性办即生物群 落多样性。 m a r e 等( 1 9 9 8 ) 认为放牧对群落物种丰富度的影响和群落所处系统的贫瘠 ( n u t r i e n t p o o r ) 和富有( n u t r i e n t d c h ) 程度有关，在生态系统较贫瘠的群落上，放 牧减少植物丰富度；反之，放牧增加植物丰富度。北美混合草原的物种丰富度和植 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 物多样性在适当放牧条件下显著增加( c o l l i n s 。1 9 8 5 1 9 8 7 ) 还有的研究表明放牧活动增加群落的丰富度和多样性( 李永宏，1 9 9 3 ；w e l c h e t a 1 ，1 9 9 5 ) 。李永宏( 1 9 9 3 ) 认为，无牧群落中强烈的种f 日j 竞争排斥和重牧群落强度 的放牧影响，均抑制了大多数植物的生长发育群落的植物多样性较低；而中度的 放牧既削弱了群落中的种间竞争，又不抑制植物的生长，群落具有较高的生物多样 性，符合“中度干扰”假说。杨利民等( 1 9 9 9 ) 对松嫩平原草原进行研究的结论与李永 宏的结论是一致的。放牧导致物种的更替程度变大( b 多样性) ，群落性质变化加剧。 且与土壤特性密切相关。杨利民等( 1 9 9 9 ) 用b 多样性分析草原干湿耐牧性结果为， 较干旱的类型的草原有较强的耐牧性，湿润类型的不耐牧。有潜在次生盐碱化的类 型不耐牧舢1 。 1 5 牧草营养价值评价 1 5 1 牧草营养评价的意义 按照中国草地资源评价原则及标准，产草量并不是评定草地资源质与量的唯一 标准。牧草营养价值的高低，也是影响草地资源品质的重要因素牧草的营养成 分受环境、自身生育阶段的影响，是决定牧草营养价值的重要指杯。在天然草地以 家畜放牧为主要利用方式的情况下，从草地畜牧业经营效益出发，研究与评价各草 地类型的营养价值，对指导草地生产具有重要意义。 草地的营养类型是指天然草地主要草群或优势牧草在营养期或花果期所含水 分、氮物质( 粗蛋白质) 、含碳物质( 即无氮物质，包括租脂肪、粗纤维、无氮浸出 物) 和灰分( 即矿物质) 等营养成分的组合关系。 土壤养分供给能力与牧草营养需求是否适配是天然草地能否持续利用的关键。 不同的牧草具有不同的生长营养阈，不同的土壤也具有不同的营养供给阈，只有当 土壤、牧草二者营养阚相适配，牧草才能在该土壤上币常生长“。所以分析和研究 天然草地营养类型，不仅可以揭示草地的营养变化与放牧家畜营养状况之间的有机 联系及草地营养特点与家畜尘产肉、毛、乳之b j 的关系。进而合理、有效地为家畜 提供生长发育所需营养物质和能量，合理地配詈畜种，提高草地生产力提供理论依 据。同时还可以根据草地的营养类型确定其对土壤特性的影响。 1 5 2 牧草营养价值的评价方法 牧草营养价值的评定方法主要有实验室方法和动物饲养试验方法。实验室方法 是直接测定牧草营养成分如干物质d m ( d i e t a r ym a t t e r ) 、粗纤维c f ( c r u d ef i b e r ) 、粗蛋 白质c p ( c r u d ep r o t e i n ) 、粗脂肪e e ( e t h e re x t r a c t ) 和靼从分a s h ( d i e t a r ya s h ) 等来评 定牧草营养价值的方法。该方法主要包括概略养分分析法和纯养分分析法。 概略养分分析法可概略的推测牧草的营养价值，并可作为进一步分析的基础。 6 遇化草地牧草营养与土壤特性的相关关系研究 但它存在一定的局限性。 纯养分分析法主要包括纤维素、半纤维素、木质素、糖、淀粉、各种氨基酸、 维生素、常量矿物元素与微量矿物元素、脂肪和脂肪酸等的测定。 随着科学技术的发展，近代分析技术的进步，分析手段的不断改进，仪器设备 愈益精密，如氨基酸自动分析仪、原子吸收光谱仪、等离子光谱仪、气相和高效液 相色谱仪、荧光、紫外分光光度计的应用，使牧草养分的分析越来越精细、准确和 快速。n o r r i n s 等( 1 9 7 6 ) 首次将红外反射光谱法( n i r ) 应用于牧草养分的测定，显示出 了巨大的潜力t 单色扫描仪的发明使n i r 的测定更为精确( s h e n k & h o o v e r , 1 9 7 6 ) 近 红外光谱能快速准确的估测牧草成分，它己成功地应用于估测豆科植物、草地牧草 和草根的化学合成( m a r t e n 等，1 9 8 4 ) 及牧草体外瘤胃干物质和纤维素的消化率。n i r 分析法也称无损分析法，目i j 己引起化学和分析测试工作者的普遍重视，许多科学 家认为此种技术将成为2 l 世纪快速、实时分析和过程分析的先导技术。但由于n i p 法的仪器价格昂贵，数掘处理相对复杂。目前应用还较少。 饲养试验方法是一种最准确、最直观的方法，它是根掘畜产品的产量和质量变 化柬评定该牧草的营养价值“”。因为牧草中各营养物质的含量只代表牧草本身，而 不能反映牧草进入动物体后，这些养分被动物消化吸收和利用的情况，所以用牧草 中的有效养分来评定牧草营养价值更为客观、真实。e m i l ( 1 8 6 4 ) 首次发表以可消化 营养物质作为指标的饲料标准，即通过活体消化试验评价饲料营养价值，这一观点 的提出标志着动物营养科学在化学分析的基础上进入了新的阶段。v a ns o e s t 的表面 活性物质测定法和家畜体外或体内物质消化率测定在家畜营养研究中取得成功的应 用，发展到今天己比较成熟，主要包括体内法、尼龙袋法和体外法f 4 7 l 。 1 6 论文研究目的和意义 目前已有大量文章对我国草地退化的现状进行了报道，但大多数研究是从放牧 率或地表植物群落角度考虑草地退化问题“”“。”。但是，将不同程度退化草地牧 草营养物质与其土壤特性结合进行相关研究的报道所见不多。 本论文根据试验地的具体概况，选择了两个草地类型。以不同退化梯度草地及 退化草地土壤作为研究对象，从草地生态、土壤尘念系统角度出发，采用野外调查、 实验室定量分析相结合的方法对不同退化梯度草甸草原、典型草原植被特征、物种 多样性、牧草营养成分及土壤理化特性的测试及分析，揭示了随退化程度的变化， 草地地上生物量、群落盖度、物种多样性、牧草营养成分以及土壤理化特性的相应 变化。同时对退化草地牧草可消化总营养分( t d n ) 同土壤特性之间的相关关系进 行研究。进而确定退化草地对土壤亚系统的影响，为以后的退化草地牧草营养监测 以及草地资源的科学管理和天然草地生念恢复提供参考和依掘。制定切合实际的草 地发展战略，推进葛地畜牧业生产和环境保护具有现实意义。 内蒙古农业大学硕士学位论文7 2 试验区域概况 2 1 地理位置 试验区位于内蒙古自治区锡林郭勒盟西乌珠穆沁旗境内。地理位置为东经 1 1 6 0 2 3 ，- 一1 1 9 。2 2 ，北纬4 3 0 5 5 4 5 。2 5 。东、南分别与赤峰市阿鲁科尔沁旗、巴林 左旗、巴林右旗、林西县、克什克腾旗接壤，西部与白音锡勒牧场、锡林浩特市相 连。在试验区内分别选择草甸草原和典型草原亚类地区向设样地，每个类型分设两 个样地，共四个样地。样地地理位胃分却详见表l 。 2 2 气候特征 全旗地处由林缘草甸草原向荒漠化草原过渡地带，属中温带半干旱大陆性气候， 冷季漫长，气温低，风沙大，降水量变率大，地下水丰富，光热水同季，有利于牧 草有机质的积累和产量的形成。无霜期为1 0 6 天。降水分布不均，年降水量平均为 3 5 0 毫米左右，且多集中在夏季。 襄l 样地基本概况 t a b l elo v e r v i e wo fs a m p l ep l o t 典型_ 荦蟓( d )对照区 n = 4 4 。2 9 0 94 ”e = i1 7 0 5 8 5 7 1 ”h = 1 1 9 0 一q 材地 轻度区 n = 4 4 。1 6 0 9l “e = 1 1 6 。4 i 3 6 i 。h = 1 2 0 0 中度区n ；“0 1 6 j 6 5 ” e - 1 1 6 。4 l 4 3 4 1h = 1 1 8 0 年度区n = 4 4 。1 6 2 47 “ e = i1 6 。4 l q l 7 ”h = 1 1 6 0 8 退化草地牧草营养与土壤特性的相关关系研究 2 3 地貌与土壤 全旗总土地面积2 2 4 3 4 5 平方公罩，草场面积2 1 1 0 1 2 平方公罩。境内河流为内 陆河，属乌拉盖水系，地表水资源较丰富，地下水资源由基岩裂隙水，高原红层孔 隙裂隙水，第四系松散岩类孔隙水，风积沙潜水组成。地势由东南向西北倾斜，海 拔8 3 5 一1 9 5 7 米。是一个以波状高平原为主体兼有中山山地区、低山丘陵区、波状 高平原区、沙丘地区等四种地貌单元的地区。该旗土壤类型有栗钙土、黑钙土、灰 色森林土、狄色草甸土、沼泽土、 h 骨土、风沙土和盐土等八种。 2 4 试验地植被组成 试验地植被种类丰富，在植被调查过程中，总共记载的植物种类有5 4 种，主要 包括禾本科、豆科、菊科、莎草科、蔷薇科、毛莨科、唇形科、十字花科、石竹科 等。详见表2 。 袭2 试验地植物种类 t a b l e2t h ev a r i e t yo f p l a n to f t h ep i l o ta r e 8 序呼植物种类 拉丁名 cd i羊聋 2线n r 菊 3f l 荫菅 4 狼毒 5垌茅 6受简 菊n 1 垫陵菜 8披针叫黄毕 9寸卑苔 l o胁风 i l 麻化义 1 2 地榆 1 3细一鸢尾 1 4火绒阜 l ，艟杖店松学 1 6篷了菜 1 7k 桂沙参 1 8窄州蔬盆花 f 9野非 2 0照花酋蓿 l e y m u s c h m e n s t s f t h f o h u m $ t b w w u r a c a r e x p e d t f o r m i $ s l e l t e r ac h a m a e j a s m e a c h n a t h e r u ms t b t r t c u r t l 彳r t e m l s l ac o m m i t t a t a p o t e n t d l at a m a c e t 咖h a t h e r m o p s t sl a n c e e l a t a c a r e xd u r t u s c u l a s a p o s h m k o v t ad t v a r w a t a s e m l l ac e n t a u r m d e s s a n g u t s o r b ao 历c m a t z s i r t sm h ”而h a l e o n t o p o d m ml e o n t o p o d t o t d e s t h a h c t r u ms q u a r r o s u m g a h u mv e r u m , 4 d e n o p h o r as t e n a l h m a s c a b t o s ac o m o s a 爿i h l 4 n lr a m o s u m m e d w a g o f a l c a m 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 2 l多叶棘豆凸眇p 扭”明晒州缸一一 无腙花旗竿 细叶蓉 叉分蓼 冷葛 嫠古籀苏 大针茅 石竹 北柴胡 达乌骧8 芭 糙酶予筚 独行菜 = 裂羹陵菜 里毛萎陵菜 碱茅 百里番 冰