張彩云

(內(nèi)蒙古鄂爾多斯市氣象局，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017010)

我國(guó)天然草原主要分布在北方地區(qū)，大部分為干旱或者半干旱氣候區(qū)，光熱充足、干旱少雨是其主要的氣候特點(diǎn)[1]。鄂爾多斯市地處草原向荒漠的過(guò)渡地帶，自東向西依次分布有溫性典型草原、溫性荒漠草原、溫性草原化荒漠、溫性荒漠4類(lèi)地帶性植被，由于其處于幾個(gè)自然地段的交接地帶，造就了全市草原類(lèi)型多樣，植物資源豐富的特點(diǎn)。但由于受干旱少雨、風(fēng)多沙大、土層薄、土壤貧瘠等因素影響，草原生態(tài)系統(tǒng)存在著一定的脆弱性和不穩(wěn)定性。天然草原牧草是草食畜賴以生存的基礎(chǔ)，合理運(yùn)用草原地上生物量和牧草營(yíng)養(yǎng)成分含量確定載畜量，使草地經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益最優(yōu)化，是實(shí)現(xiàn)草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。而不同地區(qū)的天然草原牧草，由于受地域、土壤環(huán)境、氣候條件、海拔高度等影響，其產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)成分也大不相同[2-6]。研究以鄂爾多斯地區(qū)天然草原牧草為研究對(duì)象，利用4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)7月下旬至8月上旬測(cè)定的牧草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)資料(2005～2016年)，對(duì)不同地區(qū)天然草原牧草的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行差異性分析及綜合排序，分析各個(gè)地區(qū)天然牧草產(chǎn)量的高低和營(yíng)養(yǎng)成分的大小。最后運(yùn)用相關(guān)分析方法，揭示天然草原牧草產(chǎn)量及各營(yíng)養(yǎng)成分與氣候條件的相互關(guān)系。為鄂爾多斯地區(qū)合理利用氣候資源、維護(hù)草地生態(tài)系統(tǒng)、合理確定載畜量、實(shí)現(xiàn)草地畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市，地處N 37°35′24″～40°51′40″，E 106°42′40″～111°27′20″。西、北、東三面為黃河環(huán)繞，平均海拔在1 000～1 500 m，全市東西長(zhǎng)約400 km，南北寬約340 km，總面積為8.7萬(wàn)km2。氣候類(lèi)型屬典型的溫帶大陸性氣候，全市年平均氣溫7.4℃，年降水量在317.7 mm，年日照時(shí)數(shù)2 999.7 h,無(wú)霜期為148 d。草原是鄂爾多斯生態(tài)系統(tǒng)的主體，全市共有草原面積6 523 473.3 hm2，占國(guó)土總面積的75.3%，其中可利用草原面積5 826 046.7 hm2，占草原總面積的89.3%。4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，烏審旗位于鄂爾多斯東南部地區(qū)，為溫性典型草原，杭錦旗、鄂托克旗、鄂托克前旗位于鄂爾多斯西部地區(qū)，為溫性荒漠草原。克氏針茅(Stipakrylovii)、錦雞兒(Caraganasinica)、小針茅(Stipaklemenzii)、糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)等為優(yōu)勢(shì)種。

1.2 試驗(yàn)方法

4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)牧草觀測(cè)場(chǎng)地面積均為100 m×100 m，場(chǎng)地內(nèi)設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，為50 m×50 m，每年輪換監(jiān)測(cè)，并設(shè)置圍欄保護(hù)，圍欄內(nèi)草地常年無(wú)放牧活動(dòng)。牧草地上生物量與營(yíng)養(yǎng)成分取樣面積為1 m×1 m，共4個(gè)重復(fù)。每年7月下旬至8月上旬，測(cè)量牧草地上生物量，包括牧草的鮮重與干重，計(jì)算干鮮比，并對(duì)取得的混合牧草樣品的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)量，選取天然草原牧草測(cè)定的粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、粗纖維、無(wú)氮浸出物、吸附水、鈣、磷含量8項(xiàng)成分作為天然草原牧草營(yíng)養(yǎng)成分綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

氣候資料選擇2005～2016年4個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的生長(zhǎng)季的降水量、平均氣溫、日照時(shí)數(shù)及5℃積溫。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2007軟件對(duì)2005～2016年12年的天然牧草的鮮重、干重以及牧草各營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)?shù)據(jù)資料進(jìn)行初步處理并統(tǒng)計(jì)平均值，采用SPSS 17.0對(duì)4個(gè)地區(qū)的牧草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)成分含量進(jìn)行方差分析及多重比較，并對(duì)牧草的營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行主成份分析和綜合排序。最后通過(guò)相關(guān)分析法，分析氣象因子對(duì)牧草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)成分的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 天然草原牧草產(chǎn)量分析

4個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，牧草鮮重最高的地區(qū)在烏審旗，11年平均產(chǎn)量為2 276.08 kg/hm2，顯著(P<0.05)高于鄂托克旗(1 455.08 kg/hm2)、鄂托克前旗(1 328.83 kg/hm2)以及杭錦旗(826.00 kg/hm2)，而后三者之間牧草鮮重產(chǎn)量差異并不顯著(P<0.05)。牧草干重最多的地區(qū)仍然是在烏審旗，干草產(chǎn)量為962.84 kg/hm2，其次為鄂托克前旗(655.43 kg/hm2)，再次為鄂托克旗(634.42 kg/hm2)，干草產(chǎn)量最少的地區(qū)仍然是杭錦旗(463.75 kg/hm2)，其中烏審旗牧草干重與其他3個(gè)地區(qū)牧草的干重同樣存在著顯著差異。牧草干鮮比最高的地區(qū)在杭錦旗為59.40%，其次為鄂托克前旗(52.44%)，兩者之間差異不顯著，鄂托克旗草原與烏審旗牧草的干鮮比相對(duì)較低，分別為47.90%和42.64%，且兩者之間也無(wú)顯著差異。杭錦旗牧草的干鮮比顯著(P<0.05)高于烏審旗以及鄂托克旗。因?yàn)槎跬锌饲捌炷敛莞甚r比高于鄂托克旗，因此，雖然鄂托克旗牧草鮮草產(chǎn)量高于鄂托克前旗，但干草產(chǎn)量卻不及鄂托克前旗(表1)。

表1 4個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)天然牧草產(chǎn)量

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)

2.2 天然牧草營(yíng)養(yǎng)成分分析

4個(gè)地區(qū)天然牧草營(yíng)養(yǎng)成分中的粗脂肪、粗蛋白、無(wú)氮浸出物、吸附水、鈣、磷均無(wú)顯著的差異(P<0.05)，而粗纖維含量最高的在烏審旗，占30.94%，顯著(P<0.05)高于鄂托克旗(25.07%)、鄂托克前旗(24.55%)以及杭錦旗(24.23%)，后三者之間粗纖維的含量無(wú)明顯的差異。粗灰分含量最高的地區(qū)在杭錦旗為12.58%，顯著高于鄂托克前旗(9.15%)、鄂托克旗(8.63%)和烏審旗(8.56%)，后三者兩兩之間粗灰分的含量也無(wú)顯著差異(表2)。

為進(jìn)一步研究各地天然草原牧草營(yíng)養(yǎng)成分的高低，運(yùn)用主成分分析方法對(duì)鄂爾多斯市4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)12年平均營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行主成份分析，選取了2個(gè)主成份。其中，粗蛋白、鈣、磷、吸附水、粗纖維、無(wú)氮浸出物在第1主成分上有較高的載荷，說(shuō)明第1主成分基本反映了以上6個(gè)指標(biāo)的信息。粗脂肪、粗灰分在第2主成分上有較高的載荷，說(shuō)明第2主成分基本反映了粗脂肪、粗灰分兩個(gè)指標(biāo)信息。兩個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別是59.095%和27.367%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.462%，代表了牧草樣品86.462%的信息，信息損失量為13.538%。應(yīng)用主成分分析方法對(duì)鄂爾多斯市 牧區(qū)天然草原牧草營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，就是利用主成分綜合得分的大小來(lái)評(píng)價(jià)各個(gè)地區(qū)天然草地牧草營(yíng)養(yǎng)成分的高低，主成分綜合得分越大，牧草營(yíng)養(yǎng)成分越高，反之則越低。結(jié)果顯示，鄂爾多斯市西南部地區(qū)的鄂托克前旗牧草營(yíng)養(yǎng)成分最高，綜合主成分得分為1.482，其次為西北部地區(qū)的杭錦旗，再次為鄂托克旗，而東南部的烏審旗牧草營(yíng)養(yǎng)成分最低，綜合主成分得分為-1.897(表4)。

表2 4個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)天然牧草營(yíng)養(yǎng)成分

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)

表3 選取指標(biāo)與主成分因子載荷矩陣

2.3 天然草原牧草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)成分與氣候條件的關(guān)系

選取4個(gè)地區(qū)生長(zhǎng)季平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)以及5℃積溫，研究牧草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)成分與氣候之間的關(guān)系。對(duì)4個(gè)地區(qū)每年牧草的鮮重、干重、干鮮比以及各營(yíng)養(yǎng)成分構(gòu)成與對(duì)應(yīng)年份的氣象因子進(jìn)行相關(guān)分 析。結(jié)果表明，牧草產(chǎn)量與降水量呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系(N=48，P<0.01)，牧草鮮重、干重與降水量的相關(guān)系數(shù)分別為0.551和0.525，而降水量與牧草的干鮮比呈極顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.401。生長(zhǎng)季的平均氣溫、日照時(shí)數(shù)、5℃積溫對(duì)牧草的產(chǎn)量影響相對(duì)較小，沒(méi)有達(dá)到顯著相關(guān)水平(表5)。

牧草各營(yíng)養(yǎng)成分中，粗脂肪的含量與生長(zhǎng)季的降水量呈現(xiàn)極顯著的負(fù)相關(guān)(N=48，P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為-0.355，說(shuō)明降水量偏多反而不利于牧草中粗脂肪的積累。生長(zhǎng)季的日照時(shí)數(shù)與粗纖維的含量呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.314，與無(wú)氮浸出物的含量呈顯著的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.395，說(shuō)明生長(zhǎng)季的日照時(shí)數(shù)偏多，牧草中的粗纖維含量則高，而無(wú)氮浸出物的含量則會(huì)變少。其他營(yíng)養(yǎng)成分的含量與氣象因子的相關(guān)性較小，沒(méi)有達(dá)到顯著性檢驗(yàn)(表5)。

表4 各主成分得分、綜合得分及牧草營(yíng)養(yǎng)成分排序

表5 牧草產(chǎn)量及營(yíng)養(yǎng)成分與氣候因子的相關(guān)關(guān)系

注：*表示顯著影響(P<0.05)，**表示極顯著影響(P<0.01)

3 討論

不同地區(qū)的天然草原牧草的產(chǎn)量及其營(yíng)養(yǎng)成分不同，不同刈割期對(duì)牧草的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值影響很大，北方干旱區(qū)天然牧草草層高度在7月或者8月最高。水熱條件是影響牧草生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成的主要因素[7-9]，但一些研究報(bào)道，北方干旱地區(qū)，熱量條件充足，大氣降水是牧草生長(zhǎng)發(fā)育的主要水分來(lái)源，牧草產(chǎn)量的形成主要取決于自然降水條件[10-11]，這與本研究的結(jié)果基本一致，烏審旗地區(qū)位于鄂爾多斯市東部地區(qū)，降水量多于西部地區(qū)，因此，牧草產(chǎn)量也高于西部另外3個(gè)地區(qū)。

天然草原牧草的營(yíng)養(yǎng)成分是形成畜產(chǎn)品的基礎(chǔ)，也是評(píng)定牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)之一。不同類(lèi)型天然草原及不同植被類(lèi)型構(gòu)成是牧草營(yíng)養(yǎng)成分高低的決定因素，同一種牧草生長(zhǎng)在不同地區(qū)，不同氣候條件下，營(yíng)養(yǎng)成分也不僅相同。天然牧草中各種營(yíng)養(yǎng)成分的高低是評(píng)價(jià)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要因素，粗蛋白質(zhì)、灰分含量越高，粗纖維含量越低，則天然牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值就越高，反之，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值則越低。但單一的營(yíng)養(yǎng)成分絕對(duì)含量指標(biāo)不能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)牧草的營(yíng)養(yǎng)成分，試驗(yàn)運(yùn)用主成分分析方法，可以綜合量化各指標(biāo)的權(quán)重，避免人為的主觀性，提高分析結(jié)果的精確度。

4 結(jié)論

鄂爾多斯市4個(gè)天然牧草監(jiān)測(cè)站點(diǎn)中，烏審旗牧草產(chǎn)量顯著高于其他3個(gè)地區(qū)，但是牧草綜合營(yíng)養(yǎng)成分卻不及其他3個(gè)地區(qū)，主成分分析結(jié)果顯示，鄂托克前旗牧草的營(yíng)養(yǎng)成分最高，其次為杭錦旗，再次為鄂托克旗，這也說(shuō)明典型草原牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值小于荒漠草原牧草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。杭錦旗地區(qū)的天然草原牧草產(chǎn)量雖然較低，但牧草營(yíng)養(yǎng)成分相對(duì)較高。自然降水是影響鄂爾多斯地區(qū)天然草原牧草產(chǎn)量的主要因素，4～9月的降水量與牧草的鮮重、干重和干鮮比均達(dá)到極顯著的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別是0.551，0.525和-0.355。天然草原牧草營(yíng)養(yǎng)成分，只有少數(shù)幾個(gè)成分與氣象因素達(dá)到顯著相關(guān)水平，其中粗脂肪的含量與降水量呈極顯著的負(fù)相關(guān)，日照時(shí)數(shù)與粗纖維含量呈顯著的正相關(guān)，而與無(wú)氮浸出物呈顯著的負(fù)相關(guān)。