周立業(yè)，吳建軍

(1.內(nèi)蒙古民族大學農(nóng)學院，內(nèi)蒙古 通遼 028042；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學草業(yè)學院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省中醫(yī)學院，甘肅 蘭州 730000)

青海湖地區(qū)作為青藏高原的重要組成部分，屬于全球變化的敏感區(qū)和生態(tài)系統(tǒng)典型脆弱區(qū)[1]，青海湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境的變化對中國乃至全球的生態(tài)變化都有指示意義[2]，青海湖盆地與相鄰的區(qū)域，已成為世界最瀕危的有蹄類動物之一普氏原羚(Procapraprzewalskii)的唯一棲息地[3]，其中，青海湖東地區(qū)是普氏原羚主要棲息地[4]。近百年來，隨著全球氣候的變化，人口增長，人類活動加劇，使得青海湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境不斷惡化[5]，也使得普氏原羚種群數(shù)量不斷減少。作為標志著自然環(huán)境變化重要指示意義的植被[6]，環(huán)境中比較敏銳的要素之一——植物中微量元素含量也在改變[7]。因此，開展普氏原羚生境地牧草的研究，對濕地和野生動物保護、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和畜牧業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。從20世紀70年代后期，隨著人們對畜禽微量元素營養(yǎng)的研究，許多科研工作者對環(huán)青海湖地區(qū)土壤、牧草及畜體中微量元素也展開了研究?？党袀惖萚8-9]研究表明，青海湖三角城和河卡種羊場綿羊因采食的牧草中缺乏Se、Cu而導致體內(nèi)的Se、Cu等微量元素短缺；張才駿等[10]對青海省環(huán)湖綿羊放牧地牧草中的微量元素研究發(fā)現(xiàn)，牧草中Cu、Zn、Mn含量明顯低于正常值，而Mo含量超過正常范圍。焦婷等[11]于2005年對青海省三角羊場綿羊采食牧草進行檢測，發(fā)現(xiàn)夏、秋、冬季采食牧草平均值中Zn處于臨界缺乏狀態(tài)。以上所有研究均是針對土壤、牧草、動物間微量元素的相互關(guān)系展開的。據(jù)報道[12]，普氏原羚在不同季節(jié)對不同草地類型選擇不同，以選擇芨芨草(Achnatherumsplendens)草地以及食物豐富度高、隱蔽條件好和人類干擾少的地方作為主要采食生境。

Fisher線性判別分析也稱典則判別，其基本思想是投影降維，即將原來高維的自變量組合通過投影進行降維[13]。在判別函數(shù)中，通過找到最大的判別系數(shù)，來說明判別函數(shù)對某一指數(shù)值的敏感程度，可以根據(jù)判別準則(如函數(shù)值大于某值)判斷未知分類的個體應屬于已知分類中哪一類[14]。吳啟勛等[15]對青海土族、藏族和回族青年頭發(fā)中微量元素進行判別分析，指出3個民族的人發(fā)中7 種元素含量的綜合水平存在著較顯著的差別；馬威和管競環(huán)[16]對植物類中藥42種元素檢測后判別分析，結(jié)束了幾千年來依靠使用“口嘗”及“推論”藥味的歷史，對中藥味提出了一個新的定量方法。近年來，隨著青海湖地區(qū)生態(tài)因子的變化，各草地類型的比例也發(fā)生了變化，在普氏原羚生境地，原來占很小比例的狼毒草(Stellerachamaejas)逐年增加[17]。而不同草地類型(按優(yōu)勢種劃分)牧草，因優(yōu)勢種和建群種不同，根系深淺不一及對微量元素需求不同，存在著長期對環(huán)境的一種適應性。本研究通過Fisher法對青海湖東普氏原羚生境地不同草地類型所測定的微量元素進行線性判別，來確定表述草地類型變化的主要微量元素，并在該地區(qū)建立不同季節(jié)不同草地類型數(shù)學模型，為進一步研究湖東地區(qū)不同草地類型微量元素變化奠定科學基礎(chǔ)。

1 材料與方法

于2007年6月至2008年1月分3季[分別為2007年的夏季(6月20日)、秋季(9月20日)、冬季(12月20日)]在青海湖東地區(qū)對普氏原羚生境地牧草類型進行取樣，采樣時分草地類型分別采集狼毒草地、沙蒿灌叢(Artmisiadesertorum)、冷蒿草地(A.frigida)、馬藺草地(Irislacteal)、芨芨草草地、疏花針茅草地(Stipapenicillata)和沙生針茅草地(S.glareosa)的混合牧草樣本，每個草地類型設(shè)樣方10個，每個樣方面積為100 m2，每個樣方取5個點，每個點采集草樣200 g，每5個點草樣混合(約1 000 g)，共70個混合牧草樣本。為了減少土壤污染及模擬動物采食，采集離地面1～2 cm以上的部分，撿出雜質(zhì)，采集草樣裝袋標記帶回試驗室后，自然風干備用。采回草樣自然風干后，微型高速萬能粉碎機粉碎，過0.175 mm細篩，裝袋備用，試驗時取草樣0.5 g左右放入消化管內(nèi)，加6 mL HNO3和1 mL H2O2(均為優(yōu)級純)，消化管壁用少量去離子水沖洗，搖勻,靜置10 min，上蓋,旋緊，插上導管放入微波爐轉(zhuǎn)盤中。用程序消解，冷卻，旋松蓋帽，將溶液移入100 mL容量瓶中，并稀釋至刻度，做好標記，同時做空白對照，在選定的工作條件下進行測定。用原子熒光光譜法測定Se的含量，用ICP-AES法測定Cu、Fe、Mn、Zn、Mo的含量。對測定結(jié)果用費歇爾線性判別分析[18]。

2 數(shù)據(jù)分析

采用one-way ANOVA比較各草地3個季節(jié)6種微量元素，采用SPSS軟件逐步多類Fisher判別方法，對各草地3個季節(jié)6種微量元素進行分析求得不同季節(jié)的線性判別函數(shù)，并用SPSS軟件做散點分布圖。

表1 不同草地微量元素均值(F)的差異顯著性檢驗

3 結(jié)果與分析

3.1狼毒草地 狼毒草地上不同元素含量間均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)(表1)。

不同季節(jié)的線性判別函數(shù)為：

G夏季=284.62XCu+2.039XFe+27.94XMn+6.30XZn+406.13XMo-2 346.19；

G秋季=174.53XCu+0.97XFe+32.45XMn+3.43XZn+288.83XMo-1 660.80；

G冬季=200.50XCu+0.67XFe+14.88XMn+0.49XZn+176.94XMo-748.43。

引入水準為0.10，Se沒有被引入判別函數(shù)中，若提高引入水準至0.05，則函數(shù)中Mo不被引入。

未見散點落入錯判區(qū)域，而且類均數(shù)在判別區(qū)域較為集中，表明用5種微量元素建立的判別函數(shù)對疏花針茅草地3個季節(jié)判斷較好，而且尚未見錯判，誤判率接近0(圖1)。

圖1 狼毒草地Fisher判別函數(shù)值散點圖

3.2沙蒿灌叢草地 沙蒿灌叢草地不同元素含量間均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)(表1)。不同季節(jié)的線性判別函數(shù)為：

G夏季=394.59XCu+4.19XFe+43.78XZn+778.75XMo-2 166.63；

G秋季=403.54XCu+3.15XFe+34.93XZn+553.18XMo-1 652.19；

G冬季=313.98XCu+1.22XFe+19.96XZn+477.22XMo-737.88。

引入水準為0.10，Mn、Se未被引入判別函數(shù)。

未見散點落入錯判區(qū)域，而且類均數(shù)在判別區(qū)域較為集中，表明用5種微量元素建立的判別函數(shù)對疏花針茅草地3個季節(jié)判斷較好，而且尚未見錯判，誤判率接近0(圖2)。

圖2 沙蒿灌叢Fisher判別函數(shù)值散點圖

3.3冷蒿草地 冷蒿草地不同元素含量間均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)(表1)。不同季節(jié)的線性判別函數(shù)為：

G夏季=1 895.43XCu+2.64XFe+8.85XMn+7.81XZn-4 834.71；

G秋季=1 997.82XCu+2.02XFe+8.36XMn+1.82XZn-4 881.52；

G冬季=1 664.02XCu+0.83XFe+4.39XMn-4.21XZn-3 068.15。

引入水準為0.10，Mo、 Se未被引入判別函數(shù)。

圖3 冷蒿草地Fisher判別函數(shù)值散點圖

夏季有一散點落入秋季錯判區(qū)域，其余類均數(shù)在判別區(qū)域較為集中，表明用5種微量元素建立的判別函數(shù)對冷蒿草地3個季節(jié)判斷較好(圖3)。

3.4馬藺草地 馬藺草地不同元素含量間均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)(表1)。不同季節(jié)的線性判別函數(shù)為：

G夏季=659.77XCu+53.89XFe+35.58XMn+23.29XZn+6 336.64XMo-7 327.26；

G秋季=439.69XCu+30.10XFe+27.05XMn+22.22XZn+5 728.30XMo-3 408.84；

G冬季=349.22XCu+22.41XFe+17.34XMn+16.18XZn+4 841.58XMo-1 957.96。

引入水準為0.10， Se未被引入判別函數(shù)中。

未見散點落入錯判區(qū)域，而且類均數(shù)在判別區(qū)域較為集中，表明用5種微量元素建立的判別函數(shù)對馬藺草地3個季節(jié)判斷較好，而且尚未見錯判，誤判率接近0(圖4)。

圖4 馬藺草地Fisher判別函數(shù)值散點圖

3.5芨芨草草地 芨芨草草地不同元素含量間均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)(表1)。不同季節(jié)的線性判別函數(shù)為：

G夏季=2 800.14XCu+52.37XFe+51.28XZn+3 486.31XMo-2 508.82XSe-11 529.86；

G秋季=2 441.87XCu+39.76XFe+57.54XZn+8 733.14XMo+119.10XSe-10 163.81；

G冬季=887.27XCu+10.37XFe+19.45XZn+9 188.69XMo+10 326.43XSe-2 870.58。

引入水準為0.10，Mn未被引入判別函數(shù)中。

未見散點落入錯判區(qū)域，而且類均數(shù)在判別區(qū)域較為集中，表明用5種微量元素建立的判別函數(shù)對芨芨草草地3個季節(jié)判斷較好，而且尚未見錯判，誤判率接近0(圖5)。

圖5 芨芨草草地Fisher判別函數(shù)值散點圖

3.6疏花針茅草地 疏花針茅草地不同元素含量間均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)(表1)。不同季節(jié)的線性判別函數(shù)為：

G夏季=112.31XCu+17.24XFe+20.99XMn+68.29XZn+16 142.04XMo-5 744.27；

G秋季=93.90XCu+119.09XFe+21.79XMn+59.25XZn+13 709.45XMo-4 890.29；

G冬季=38.90XCu+8.84XFe+11.26XMn+25.55XZn+11 891.52XMo-2 064.18。

引入水準為0.10，Se未被引入判別函數(shù)中。

未見散點落入錯判區(qū)域，而且類均數(shù)在判別區(qū)域較為集中，表明用5種微量元素建立的判別函數(shù)對疏花針茅草地3個季節(jié)判斷較好，而且尚未見錯判，誤判率接近0(圖6)。

圖6 疏花針茅Fisher判別函數(shù)值散點圖

3.7沙生針茅草地 沙生針茅草地不同元素含量間均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)(表1)。不同季節(jié)的線性判別函數(shù)為：

G夏季=861.88XCu+41.16XFe+30.95XZn+10 993.37XMo-9 614.30；

G秋季=612.90XCu+37.08XFe+24.40XZn+8 247.89XMo-5 986.52；

G冬季=263.38XCu+24.99XFe+9.89XZn+4 230.29XMo-1 828.97。

引入水準為0.10，Mn、Se未被引入判別函數(shù)中。

未見散點落入錯判區(qū)域，而且類均數(shù)在判別區(qū)域較為集中，提示用4種微量元素建立的判別函數(shù)對沙生針茅草地3個季節(jié)判斷較好，而且尚未見錯判，誤判率為0(圖7)。

圖7 沙生針茅Fisher判別函數(shù)值散點圖

4 討論

4.1判別分析方法的選擇 對于復雜的多類總體的判別與預報，可供選擇的方法有Fisher、Bayes、距離、邏輯判別等方法，F(xiàn)isher判別是多元邏輯概率判別的典型代表。本研究中的誤判率基本為0，主要原因是樣本為多元正態(tài)分布，分類間存在等協(xié)方差，符合Fisher分析法對數(shù)據(jù)分布、協(xié)方差齊次性檢驗等要求較高之故[19]。

4.2不同草地類型的定量判別 任何草地類型中各物種的種類和存在比例都是對環(huán)境變化長期適應的結(jié)果。總體上講，不同草地類型間判別函數(shù)中Cu、Fe、Mn、Zn、Mo、Se判別系數(shù)存在差異，草地類型在自然和社會等多種因素的影響下，其種類發(fā)生著變化，其中影響到草地群落中牧草微量元素的種類及分布。從本研究看，除了冷蒿草地外，判別系數(shù)中Mo占的比例最大，從Mo的富集基本可以推測草地類型的變化。從地理、自然生態(tài)環(huán)境即地域分布來看，植物種群生活史中的數(shù)量動態(tài)是植物種群生態(tài)學研究的基本內(nèi)容之一[20]，可以設(shè)想，隨著普氏原羚棲息地生物群落的不斷變化，現(xiàn)在確定的判別函數(shù)也會改變，可以根據(jù)不同草地類型中Mo的改變來斷定生物群落的變化。

5 結(jié)論

通過Fisher法對不同季節(jié)不同草地類型牧草中的6種微量元素進行了定量的判別分析，判別方法準確可靠，可作為與其他地區(qū)相同草地類型比較的依據(jù)；Mo是該地區(qū)主要草地類型(除冷蒿草地外)變化的敏感因素。根據(jù)普氏原羚對生境的的選擇，可以在退化草地補播芨芨草以增加普氏原羚基本食物和隱蔽場所；在夏季牧草生長季節(jié)施用Mo肥，根據(jù)試驗測定結(jié)果在對土壤施Mo時，應注意Cu、Mo之間的比例保持在(6～10)∶1。

[1]俞文正.青海湖地區(qū)土地資源可持續(xù)利用研究[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學,2005:24-26.

[2]趙曉玲.青海湖生態(tài)現(xiàn)狀及影響[J].青海農(nóng)林科技,2005(3):46-47.

[3]鄭杰. 普氏原羚種群現(xiàn)狀與保護[J].青海環(huán)境,2004,15(2):53-56.

[4]葉潤蓉,蔡平,彭敏.普氏原羚的分布和種群數(shù)量調(diào)查[J].獸類學報,2006(4):373-379.

[5]Wilcox D S,Mclellan C H,Dobson A P.Habitat fragmentation in the temperate zone[J].International Environmental Agreements，2005,5:23-34.

[6]許嘉琳,楊居榮.陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1995:238-245.

[7]陳桂琛,彭敏.青海湖地區(qū)植被及其分布規(guī)律[J].植物生態(tài)學與地植物學學報,1993,17(1):71-81.

[8]康承倫,孫維宏,宋瑛.青海省河卡種羊場綿羊體內(nèi)的礦物元素檢測[J].中國獸醫(yī)科技,1997,27(8):13-14.

[9]康承倫,孫維宏,戴鳳菊.青海省三角城種羊場綿羊提內(nèi)的礦物元素檢測[J].中國獸醫(yī)科技,1997,22(12):13-14.

[10]張才駿,尚海忠,鄭喜幫.青海省環(huán)湖地區(qū)牧草和土壤微量元素含量測定[J].青海畜牧獸醫(yī)雜志,1997,27(3):2-4.

[11]焦婷,張力,鄭中朝. 草場綿羊放牧系統(tǒng)鋅的季節(jié)變化及盈缺分析[J].家畜生態(tài)學報,2005,26(3):37-40.

[12]劉丙萬,蔣志剛.普氏原羚生境選擇的數(shù)量化分析[J].獸類學報,2002,22(1):15-21.

[13]葛和平.Fisher判別在上市公司財務困境中的應用[J].市場周刊,2003,7:27-28.

[14]袁志發(fā),周靜芋.多元統(tǒng)計分析[M].北京:科學出版社,2002:216-230.

[15]吳啟勛,龍啟萍,趙旭升.青海世居土族藏族和回族人發(fā)中微量元素的判別分析研究[J].微量元素與健康研究,2008,25(4):6-9.

[16]馬威,管競環(huán).植物類中藥辛甘苦味的定量判別研究[J].微量元素與健康研究,2004,21(1):22-24.

[17]王秀磊,李迪強,吳波.青海湖東-克圖地區(qū)普氏原羚生境適宜性評價[J].生物多樣性,2005,13(3):213-220.

[18]胡健穎,馮泰.實用統(tǒng)計學[M].北京:北京大學出版社,2004:210-298.

[19]鐘沖，郭強.費歇爾判別法及其應用[J].西南交通大學學報,2008,43(2):136-141.

[20]Harper J L.Population Biology of plants[M].London：Academic press，1977:13-68.