牦牛和藏羊单牧、混牧对高寒...菜营养与生殖生长权衡的影响_王芳草.pdf
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1、DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0453王芳草,董全民,冯斌,刘玉祯,俞旸,杨晓霞,张春平,曹铨,刘文亭.牦牛和藏羊单牧、混牧对高寒草地星毛委陵菜营养与生殖生长权衡的影响.草业科学,2023,40(7):1866-1874.WANGFC,DONGQM,FENGB,LIUYZ,YUY,YANGXX,ZHANGCP,CAOQ,LIUWT.EffectsofsingleandmixedgrazingofyakandTibetansheeponthebalancebetweenvegetativeandreproductivegrowthofPotentilla
2、acaulisinalpinegrassland.PrataculturalScience,2023,40(7):1866-1874.牦牛和藏羊单牧、混牧对高寒草地星毛委陵菜营养与生殖生长权衡的影响王芳草1,董全民1,2,冯斌1,刘玉祯1,俞旸1,杨晓霞1,张春平1,曹铨1,刘文亭1(1.青海大学畜牧兽医科学院/青海省畜牧兽医科学院/青海省高寒草地适应性管理重点实验室,青海西宁810016;2.青海大学省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室,青海西宁810018)摘要:放牧是草地利用与管理的主要方式,不同的放牧方式对草地优势物种存在不同的影响。探究不同放牧方式下草地植物营养枝与生殖枝的权
3、衡关系,对研究草地植被恢复具有一定的科学意义。本研究依托于青藏高原高寒草地-家畜系统适应性管理技术平台,在中度放牧压力下,设置了牦牛单牧、藏羊单牧、牦牛藏羊 12 混牧、牦牛藏羊 14混牧、牦牛藏羊 16 混牧以及不放牧处理,分析了高寒草地退化指示物种星毛委陵菜(Potentilla acaulis)营养枝与生殖枝的高度、数量、重量及权衡关系。研究结果显示:1)在星毛委陵菜营养枝与生殖枝高度、数量和重量的相关指标变化中,牦牛与藏羊 16 混牧的植株总体显著高于其他处理,牦牛与藏羊 14 混牧的植株数据总体低于其他处理;2)在不同放牧方式下星毛委陵菜营养枝与生殖枝的权衡指数,牦牛与藏羊 14 混
4、牧是除不放牧外时最低的,牦牛与藏羊 16 混牧的权衡指数倾向于营养枝,牦牛单牧、藏羊单牧和牦牛藏羊 12 混牧处理的权衡指数倾向于生殖枝,不放牧和牦牛与藏羊 14 混牧时营养枝与生殖枝之间协同生长。结果表明,高寒草地牦牛与藏羊 14 的家畜组合是较为不利于草地健康的放牧方式。本研究提出有利于草原可持续发展的放牧利用调控方式,为高寒草甸草原合理利用和草地生态环境保护提供理论依据。关键词:高寒草地;放牧方式;星毛委陵菜;营养枝;生殖枝;权衡指数;草地退化文献标识码:A文章编号:1001-0629(2023)07-1866-09Effects of single and mixed grazing
5、of yak and Tibetan sheep on the balance betweenvegetative and reproductive growth of Potentilla acaulis in alpine grasslandWANGFangcao1,DONGQuanmin1,2,FENGBin1,LIUYuzhen1,YUYang1,YANGXiaoxia1,ZHANGChunping1,CAOQuan1,LIUWenting1(1.AcademyofAnimalHusbandryandVeterinarySciences,QinghaiUniversity,Qingha
6、iAcademyofAnimalHusbandryandVeterinarySciences,QinghaiKeyLaboratoryofAlpineGrasslandAdaptiveManagement,Xining810016,Qinghai,China;2.StateKeyLaboratoryofSanjiangyuanEcologyandPlateauAgricultureandAnimalHusbandry,QinghaiUniversity,Xining810018,Qinghai,China)Abstract:Grazingisthemainmethodofgrasslandut
7、ilizationandmanagement.Differentgrazingmethodshavedifferent收稿日期:2022-05-31接受日期:2022-11-26基金项目:青海省科技厅创新团队项目(2021-ZJ-901);国家自然科学基金(U20A2007、32160340)第一作者:王芳草(1998-),女,内蒙古巴彦淖尔人,在读硕士生,研究方向为草地生态与环境保护。E-mail:通信作者:刘文亭(1990-),男,内蒙古呼和浩特人,副研究员,博士,研究方向为草地生态与环境保护。E-mail:1866-1874草业科学第40卷第7期7/2023PRATACULTURALSC
8、IENCEVol.40,No.7http:/effectsonthedominantspeciesofgrasslandplants.Thetrade-offrelationshipbetweenvegetativeandreproductivegrowthofgrassland plants under different grazing conditions has scientific significance for the study of grassland vegetationrestoration.This study relied on the Qinghai Tibet P
9、lateau alpine grassland livestock system adaptive managementtechnologyplatformand,undermoderategrazingpressure,setupyaksinglegrazing1),Tibetansheepsinglegrazing2),yakTibetansheep12mixedgrazing,yakTibetansheep14mixedgrazing,yakTibetansheep16mixedgrazing,andnograzing treatments.The height,quantity,and
10、 weight of vegetative and reproductive branches of Potentilla acaulis,anindicatorspeciesofalpinegrasslanddegradation,andthetrade-offrelationshipbetweenitsvegetativeandreproductivegrowthwereanalyzed.Theresultsshowedthefollowing:1)inheight,number,andweightofvegetativeandreproductivebranchesofPotentill
11、a acaulis,the16mixedgrazingofyakandTibetansheepconditionyieldedsignificantlyhighervaluesthanthoseofothertreatments,whilethevaluesforthe14mixedgrazingofyakandTibetansheepweregenerallylowerthanthoseofothertreatments;2)amongthedifferentgrazingmethods,thetrade-offindexofvegetativeandreproductivebranches
12、ofPotentilla acauliswasthelowestwhenyakandTibetansheepweremixedat14;thetrade-offindexofyakandTibetansheep16wasinclinedtovegetativebranches;thetrade-offindexofsinglegrazingofyak,singlegrazingofTibetansheepand12mixedgrazingofyakandTibetansheepfavoredreproductivebranches;andthegrowthofvegetativeandrepr
13、oductivebrancheswascomparableinthetreatmentsemployingnograzing,14mixedgrazingofyakandTibetansheep.TheresultsshowedthatinXihaiTown,HaiyanCounty,HaibeiPrefecture,QinghaiProvince,the14livestockcombinationofyakandTibetansheeponthealpinemeadowgrasslandwithhightotalcoverage(morethan85%)andasimplecommunity
14、structurewasalesshealthygrazingmethod.Thisstudysuggestsaregulationmodeofgrazingutilizationthatisconducivetothesustainabledevelopmentofgrasslandandprovidesatheoreticalbasisfortherationalutilizationofalpinemeadowgrasslandandtheprotectionofthegrasslandecologicalenvironment.Keywords:alpine grassland;gra
15、zing mode;Potentilla acaulis;vegetative branch;reproductive branch;trade index;grasslanddegradationCorresponding author:LIUWentingE-mail:青藏高原有“地球第三极”之称,高寒草地是青藏高原的重要组成部分,是我国重要的生态安全屏障1。放牧是草地较为经济有效的利用方式2,其中,采食过程是草地利用的最重要环节之一3。研究发现,单一畜种放牧会导致家畜偏食性物种的持续采食,甚至引起偏食性物种的灭绝,故而,基于不同体尺家畜的混合放牧利用方式逐渐被研究人员重视4,即不同种类的
16、家畜有计划地在同一时期或不同时期内同一草地上放牧3-6。合理放牧能够改善植物群落结构7-11、缓解草畜矛盾,从而避免草地生态系统功能退化,是实现青藏高原高寒草地可持续利用的前提3。因此,制定合理的牦牛、藏羊放牧方式对青藏高原高寒草地高效利用具有重要意义3。放牧会显著影响草地优势植物的营养和繁殖分配,从而改变植物群落的物种组成、生物多样性等。根据周围环境的变化,植物通过调节各个器官的资源分配,以获取最大化地资源。植物在整个生长发育过程中,不同功能器官对资源的利用始终处于权衡状态12。研究发现,植物在繁殖期的资源竞争异常激烈,生殖生长与营养生长的权衡关系也十分明显13。植物繁殖策略是生存、生长和生
17、殖等活动中资源或能量最适分配的结果14。在生长与繁殖的过程中,植物通常会受到外界环境资源的限制,为了应对不同的环境胁迫,植物会通过调节生长与生殖之间的资源分配比率来提高其物种适合度15。放牧家畜通过对植物叶面积的减少而影响其生殖生长,对优势种单位面积上的生殖枝数、营养枝数和重量等因素产生影响,使群落中各植物种群生殖生长受到制约14。星毛委陵菜(Potentilla acaulis)大多生长于北半球温带、寒带及高山地带,是多年生、贴地表生长型草本,能够适应高强度的放牧16,是草地生态系统退化的指示性物种17。星毛委陵菜冬季茎叶保留情第7期王芳草等:牦牛和藏羊单牧、混牧对高寒草地星毛委陵菜营养与生
18、殖生长权衡的影响1867http:/况较好,可被藏羊和牦牛采食,对放牧家畜保膘有一定意义。因此,探究牦牛和藏羊单牧、混牧对高寒草地星毛委陵菜营养与生殖生长权衡的影响机理,对于草地管理极其重要,可为青藏高原高寒草地的退化及合理利用提供理论基础与数据支撑。1 材料与方法 1.1 研究区概况放牧试验区位于青海省海北州海晏县西海镇,地处 3692N,10093E,平均海拔 3050m,属高原大陆性气候,暖季短暂而凉爽湿润,冷季漫长而寒冷干燥。据当地气象站多年(19992019 年)的观测资料显示,多年年均温为 1.5 左右,年日照时数为 25802750h,多年平均降水量为 400mm 左右,降水多集
19、中在 5 月9 月,约占全年降水量的80%以上18。土壤为高山草甸土18。研究样地属于高寒草甸草原,群落总盖度较高(85%以上)、群落结构简单,一般为单层结构,初级生产力较高。植物群落以矮生嵩草(Kobresia humilis)和紫花针茅(Stipa purpurea)为优势种,次优势种主要为干生薹草(Carex aridula)、星毛委陵菜,主要伴生种包括垂穗披碱草(Elymus nutans)、赖草(Leymus secalinus)和白苞筋骨草(Ajuga lupulina)等18。1.2 样地设置放牧开始前,本研究选用的试验样地位于连续的同一块草地,地势相对平坦,环境相对均匀,有效地
20、控制了本底和空间异质性的差异。放牧试验于2014 年开始,每年的放牧时间为高寒草地植物生长季(6 月10 月)。放牧试验采用随机区组试验设计,所有放牧处理的放牧强度均为中等放牧强度(11.6 羊单位km2),牧草利用率为 50%55%,分别设置了 6 个处理,即牦牛单牧(YG)、藏羊单牧(SG)、牦牛藏羊 12 混牧(MG12)、牦牛藏羊 14 混牧(MG14)、牦牛藏羊 16 混牧(MG16)以及不放牧(NG)处理试验,每处理 3 个重复,相对应小区面积为 0.26、0.17、0.43、0.6、0.76和 0.05hm2(表 1)18。1.3 植物功能性状测定于 2021 年 6 月下旬,在
21、每个放牧小区内,随机选取器官相对完好的星毛委陵菜生殖个体各 10 株,每个处理共计 30 株,分别记录样带内所有生殖个体生殖枝数量、营养枝数量,并测量生殖枝数量、营养枝数量、生殖枝和营养枝高度,之后将植株个体用剪刀齐地剪起,测量生殖个体营养枝和生殖枝干重(齐地面刈割后在烘箱中 70 下烘干至恒重,随后用精度为 0.001g 的分析天平称量)。1.4 数据处理植株营养与生殖枝的高度(高度取营养枝或生殖枝中的最大长度)、数量和重量数值均使用 SPSS25.0 软件进行处理分析,使用 SigmaPlot12.5 软件绘图。试验数据均先进行数据方差齐性检验与正态分布检验,若不符合,则进行转换,试验数据
22、均进行以 10 为底的对数转换,使之符合正态分布,然后进行单因素方差分析(one-wayANOVA),显著性水平设为 0.0519。用 RMSE 方法对营养枝与生殖枝数量进行标准化处理20。相对效益计算如下:BA=AOBSAminAmaxAmin。BA是营养枝与生殖枝数量的相对效益(即标准值),范围从 0 到 1。AOBS是数量的观测值;Amin和Amax分别是营养枝与生殖枝数量观测值的最小值和最大值。表 1 放牧试验设计Table 1 Design of the grazing experiment处理Treatment牦牛数量Numberofyaks/head藏羊数量Numberofshe
23、ep/head小区面积Areaofplot/hm2小区数NumberofplotsYG100.263SG020.173MG12120.433MG14440.603MG16160.763NG000.053YG,牦牛单牧;SG,藏羊单牧;MG12,牦牛藏羊12混牧;MG14,牦牛藏羊14混牧;MG16,牦牛藏羊16混牧;NG,不放牧。下同。YG,yaksinglegrazing;SG,Tibetansheepsinglegrazing;MG12,yakandTibetansheep12mixedgrazing;MG14,yakandTibetansheep14mixedgrazing;MG16,y
24、akandTibetansheep16mixedgrazing;NG,Nograzing.Thisisapplicabletothefollowingfiguresandtablesaswell.1868草业科学第40卷http:/权衡指数计算如下:RMSE=1mmi=1(BAB)2。B式中:RMSE 是权衡指数,BA是营养枝与生殖枝数量的相对效益。是营养枝与生殖枝数量相对效益的平均值,RMSE 近似于与平均收益的平均偏差,并且在两个维度上是与零权衡的“11”的距离,权衡大小随距离 11 线的距离而增加20。2 结果 2.1 不同放牧处理下星毛委陵菜营养枝的变化从星毛委陵菜营养枝数量角度分析,
25、牦牛藏羊16 混牧处理的营养枝数量显著高于其他处理(P0.05),牦牛藏羊 14 混牧处理和牦牛单牧处理与不放牧处理的营养枝数量显著低于藏羊单牧和牦牛藏羊 16 混牧处理(P0.05);在营养枝高度方面,牦牛藏羊 16混牧处理的营养枝高度显著高于其他处理(P0.05),牦牛单牧处理与牦牛藏羊 14 混牧处理显著低于其他处理(P0.05);营养枝重量结果显示,牦牛藏羊 16 混牧的营养枝重量显著高于其他处理(P0.05),牦牛藏羊 12 混牧处理和牦牛藏羊 14混牧处理与不放牧显著低于除牦牛单牧以外的其他处理(图 1)。2.2 不同放牧处理下星毛委陵菜生殖枝的变化在 6 个处理中,从生殖枝高度方
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