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理和草地恢復(fù)機制，研究家畜對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)的研究報道較少，極大地削弱了我們對草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的主體-草畜界面生態(tài)動力機制的整體認識。基于上述原因，在我國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)野外實驗點，通過灘羊夏季輪牧試驗踐踏強度的跟群觀測、踐踏同質(zhì)性試驗、模擬降水與試驗踐踏的

2、雙因子試驗進行了為期2年的野外試驗系列研究。首先建立了踐踏強度指標和嚴格的踐踏試驗方法，然后圍繞踐踏強度這一主線重點揭示土(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制，對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，探討家畜踐踏對草地的作用。主要結(jié)果如下： 1、提出踐踏強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單位時間內(nèi)(通常指一個

3、放牧季內(nèi))對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，以明確踐踏強度的計算標準和折算標準，有助于使當(dāng)前不統(tǒng)一的踐踏強度表示方法規(guī)范化。 2、通過在環(huán)縣典型草原不同放牧強度下輪牧試驗的跟群觀測，獲得了家畜踐踏強度依放牧強度的冪函數(shù)式增大的定量結(jié)論，揭示了放牧強度與踐踏強度的關(guān)系，該定量結(jié)論為調(diào)控踐踏提供了實踐途徑，為制定科學(xué)的放牧制度提供了又一

4、新的理論與實踐的基礎(chǔ)。 3、研制了模擬踐踏器，通過對試驗踐踏樣區(qū)與傳統(tǒng)的灘羊夏季輪牧樣區(qū)的土壤和植被的6項指標的對比研究表明，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)分開來的試驗手段，使能對踐踏進行精確的研究。 4、根系是植物體受放牧家畜采食影響較小, 而受放牧活動機械干擾(踐踏>較大的部位，但踐踏對草地地下生物量影響的專項研究較少。對以0-10cm地下生物量為目標函數(shù)，以踐踏強度、牧

5、草生長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則，進行解析和尋優(yōu)分析，確定出環(huán)縣典型草原適宜的草地放牧強度是3.84-5.09羊單位/hm<'2>。 5、對模擬降水與試驗踐踏的雙因子野外控制試驗的48個試驗處理組合的5項土壤化學(xué)指標進行分析，結(jié)果表明在踐踏強度梯度上堿解氮(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)和有機質(zhì)(％)差異顯著，表明

6、土壤化學(xué)性狀對模擬降水更為敏感。踐踏強度與模擬降水量交互效應(yīng)對堿解氮(mg/kg)、全磷(％)、有機質(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)動力因素。 6、通過模擬降水與試驗踐踏的野外控制試驗，對不同試驗組合樣區(qū)表土(0-15cm)質(zhì)地的機械組成，利用分形模型計算了土壤粒徑分形維數(shù)，計算結(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)<對照區(qū)，說明分維數(shù)指標對踐踏強度呈一定的負相關(guān)，即踐踏強度

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，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

8、算對土壤侵蝕程度的評估具有一定的指示意義，對進一步研究放牧草地土壤侵蝕機理可能具有推動作用。 7、降水和踐踏通過各種不同強度的侵蝕外營力組合方式，改變土壤可蝕性。以牧草生長期單位面積累計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)測能力，說明直接從輸入到草地生態(tài)系統(tǒng)的外侵蝕營力著手，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值與土壤侵蝕外營力的ANN(Artificial Neural Networks)關(guān)系模型是準確確定土壤可蝕性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，從而起到對草地土壤侵蝕的增減作用。在牧草生長期，中、高強度踐踏對土壤的擾動，加劇了干旱狀況下土壤風(fēng)蝕的風(fēng)險，降水具有雙向調(diào)節(jié)作用，即在踐踏強度升高時具有降低土壤侵蝕的作用，而在踐踏強度降低時又具有升高土壤侵蝕的作用，但

10、顯然模擬降水對土壤侵蝕的限制作用小于踐踏對侵蝕的增加作用。構(gòu)建的以試驗期土壤侵蝕模數(shù)為因變量，以踐踏、模擬降水累計量為自變量的機理模型，可為黃土高原放牧地土壤侵蝕產(chǎn)沙量提供計算方法。據(jù)此以土壤侵蝕最小化為目標，對于不同的牧草生育期降水量，解析得到的最適放牧強度顯然是對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)遠遠不夠，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