環(huán)縣典型草原放牧家畜踐踏的模擬研究.pdf

1、踐踏是放牧家畜對(duì)草地的三大影響因素之一，也是導(dǎo)致草原全面退化的最主要的原因。為了深入探索草地退化機(jī)理和草地恢復(fù)機(jī)制，研究家畜對(duì)草地的踐踏作用是非常必要的，但是由于技術(shù)和方法的限制，相關(guān)的研究報(bào)道較少，極大地削弱了我們對(duì)草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的主體-草畜界面生態(tài)動(dòng)力機(jī)制的整體認(rèn)識(shí)。基于上述原因，在我國(guó)干旱半干旱的黃土高原典型草原區(qū)——蘭州大學(xué)環(huán)縣草畜生產(chǎn)系統(tǒng)野外實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，通過灘羊夏季輪牧試驗(yàn)踐踏強(qiáng)度的跟群觀測(cè)、踐踏同質(zhì)性試驗(yàn)、模擬降水與試驗(yàn)踐踏的

2、雙因子試驗(yàn)進(jìn)行了為期2年的野外試驗(yàn)系列研究。首先建立了踐踏強(qiáng)度指標(biāo)和嚴(yán)格的踐踏試驗(yàn)方法，然后圍繞踐踏強(qiáng)度這一主線重點(diǎn)揭示土(土壤理化性質(zhì)，土壤侵蝕)-草(地下生物量)-畜(踐踏)在不同降水條件下的互作機(jī)制，對(duì)家畜踐踏這一不受關(guān)注的“小”問題，應(yīng)用數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)的原理和方法開展綜合性、系統(tǒng)性的研究，探討家畜踐踏對(duì)草地的作用。主要結(jié)果如下： 1、提出踐踏強(qiáng)度是在特定的放牧方式(自由放牧或輪牧)下，單一種或組合種畜群?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)(通常指一個(gè)

3、放牧季內(nèi))對(duì)單位草地面積所施加的踐踏重力或踐踏面積，它應(yīng)有三種表示方法：重力表示法、面積表示法、頻率表示法。首次提出了踐踏單位和踐踏當(dāng)量概念，以明確踐踏強(qiáng)度的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和折算標(biāo)準(zhǔn)，有助于使當(dāng)前不統(tǒng)一的踐踏強(qiáng)度表示方法規(guī)范化。 2、通過在環(huán)縣典型草原不同放牧強(qiáng)度下輪牧試驗(yàn)的跟群觀測(cè)，獲得了家畜踐踏強(qiáng)度依放牧強(qiáng)度的冪函數(shù)式增大的定量結(jié)論，揭示了放牧強(qiáng)度與踐踏強(qiáng)度的關(guān)系，該定量結(jié)論為調(diào)控踐踏提供了實(shí)踐途徑，為制定科學(xué)的放牧制度提供了又一

4、新的理論與實(shí)踐的基礎(chǔ)。 3、研制了模擬踐踏器，通過對(duì)試驗(yàn)踐踏樣區(qū)與傳統(tǒng)的灘羊夏季輪牧樣區(qū)的土壤和植被的6項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比研究表明，模擬踐踏與放牧灘羊的踐踏具有同質(zhì)性，為本研究提供了將踐踏與采食和排泄的影響區(qū)分開來的試驗(yàn)手段，使能對(duì)踐踏進(jìn)行精確的研究。 4、根系是植物體受放牧家畜采食影響較小, 而受放牧活動(dòng)機(jī)械干擾(踐踏>較大的部位，但踐踏對(duì)草地地下生物量影響的專項(xiàng)研究較少。對(duì)以0-10cm地下生物量為目標(biāo)函數(shù)，以踐踏強(qiáng)度、牧

5、草生長(zhǎng)期降水量為決策變量的踐踏、降水耦合模型，以地下生物量最大化為準(zhǔn)則，進(jìn)行解析和尋優(yōu)分析，確定出環(huán)縣典型草原適宜的草地放牧強(qiáng)度是3.84-5.09羊單位/hm<'2>。 5、對(duì)模擬降水與試驗(yàn)踐踏的雙因子野外控制試驗(yàn)的48個(gè)試驗(yàn)處理組合的5項(xiàng)土壤化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果表明在踐踏強(qiáng)度梯度上堿解氮(mg/kg)和全磷(％)差異顯著：在模擬降水量梯度上，堿解氮(mg/kg)、全磷(％)、速效磷(mg/kg)和有機(jī)質(zhì)(％)差異顯著，表明

6、土壤化學(xué)性狀對(duì)模擬降水更為敏感。踐踏強(qiáng)度與模擬降水量交互效應(yīng)對(duì)堿解氮(mg/kg)、全磷(％)、有機(jī)質(zhì)(％)影響顯著。說明踐踏和模擬降水均是引起土壤化學(xué)性質(zhì)變化的驅(qū)動(dòng)力因素。 6、通過模擬降水與試驗(yàn)踐踏的野外控制試驗(yàn)，對(duì)不同試驗(yàn)組合樣區(qū)表土(0-15cm)質(zhì)地的機(jī)械組成，利用分形模型計(jì)算了土壤粒徑分形維數(shù)，計(jì)算結(jié)果表明：分維數(shù)值均表現(xiàn)為重度踐踏區(qū)<中度踐踏區(qū)<輕度踐踏區(qū)<對(duì)照區(qū)，說明分維數(shù)指標(biāo)對(duì)踐踏強(qiáng)度呈一定的負(fù)相關(guān)，即踐踏強(qiáng)度

7、越大土壤的分維數(shù)值越小。但分形維數(shù)遞減幅度與模擬降水處理水平相關(guān)，在模擬降水處理水平依次為干旱、自然降水、平水、豐水時(shí)，粒徑分形維數(shù)遞減幅度依次為4.33％、2.61％、1.34％和1.23％。降水與踐踏的匹配關(guān)系，對(duì)形成確定的分形維數(shù)具有決定性作用，其回歸模型是：F=2.427+2.0982×10<'-4>W-1.3333×10<'-4>T。土壤侵蝕過程在土壤顆粒分形維數(shù)上亦可表現(xiàn)為分形維數(shù)降低，因此，在此種意義上來說，土壤分維數(shù)的測(cè)

8、算對(duì)土壤侵蝕程度的評(píng)估具有一定的指示意義，對(duì)進(jìn)一步研究放牧草地土壤侵蝕機(jī)理可能具有推動(dòng)作用。 7、降水和踐踏通過各種不同強(qiáng)度的侵蝕外營(yíng)力組合方式，改變土壤可蝕性。以牧草生長(zhǎng)期單位面積累計(jì)踐踏量和模擬降水量為自變量的土壤可蝕性K值的ANN(Artificial NeuralNetworks)關(guān)系模型具有較好的擬合結(jié)果和預(yù)測(cè)能力，說明直接從輸入到草地生態(tài)系統(tǒng)的外侵蝕營(yíng)力著手，跨越系統(tǒng)內(nèi)土壤可蝕性變化的內(nèi)在的復(fù)雜的隱含過程，建立的輸出

9、端一土壤可蝕性K值與土壤侵蝕外營(yíng)力的ANN(Artificial Neural Networks)關(guān)系模型是準(zhǔn)確確定土壤可蝕性K值的一次全新的成功嘗試。 8、模擬降水和試驗(yàn)踐踏通過各種不同的組合方式改變土壤抗蝕力，從而起到對(duì)草地土壤侵蝕的增減作用。在牧草生長(zhǎng)期，中、高強(qiáng)度踐踏對(duì)土壤的擾動(dòng)，加劇了干旱狀況下土壤風(fēng)蝕的風(fēng)險(xiǎn)，降水具有雙向調(diào)節(jié)作用，即在踐踏強(qiáng)度升高時(shí)具有降低土壤侵蝕的作用，而在踐踏強(qiáng)度降低時(shí)又具有升高土壤侵蝕的作用，但

10、顯然模擬降水對(duì)土壤侵蝕的限制作用小于踐踏對(duì)侵蝕的增加作用。構(gòu)建的以試驗(yàn)期土壤侵蝕模數(shù)為因變量，以踐踏、模擬降水累計(jì)量為自變量的機(jī)理模型，可為黃土高原放牧地土壤侵蝕產(chǎn)沙量提供計(jì)算方法。據(jù)此以土壤侵蝕最小化為目標(biāo)，對(duì)于不同的牧草生育期降水量，解析得到的最適放牧強(qiáng)度顯然是對(duì)正確確定載畜量的一次新的嘗試。 9、在可持續(xù)發(fā)展前提下，僅僅根據(jù)草畜的供求關(guān)系管理放牧系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，科學(xué)管理放牧系統(tǒng)還需要兼顧“地下生物量”和“土壤侵蝕”狀況，為此