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        昭蘇縣天然草地牧草產(chǎn)量與氣象因素的關系研究

        2022-05-31 08:39:30李建偉羅志娜范天文
        中國農(nóng)學通報 2022年11期
        關鍵詞:昭蘇縣鮮草日照時數(shù)

        李建偉,羅志娜,王 超,范天文

        (1伊犁州草原工作站,新疆伊寧 835000;2伊犁州治蝗滅鼠指揮中心,新疆伊寧 835000;3伊犁州統(tǒng)計局,新疆伊寧 835000)

        0 引言

        草地作為中國陸地上面積最大的生態(tài)系統(tǒng),是一種可再生的自然資源,對生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義[1-4]。天然草地長期以來都是牧民賴以生存的生產(chǎn)資料和草地畜牧業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎,牧草產(chǎn)量的高低直接關系著牧民群眾的生活質(zhì)量和草地畜牧業(yè)生產(chǎn)。天然草地牧草產(chǎn)量的形成與高低在很大程度上受制于地域氣候、土壤和牧草本身的生長機能等因素,人為干預的影響較輕[1]。對于一個區(qū)域來說,在一定時間內(nèi),土壤的理化性質(zhì)、牧草的種類等變化相對平穩(wěn)[5-6],氣候變化成了影響牧草產(chǎn)量的制約因素。昭蘇縣是新疆境內(nèi)唯一一個沒有荒漠的縣,年均降雨量為全疆之冠,有可利用天然草地49.13萬hm2[7],為畜牧業(yè)的發(fā)展提供著不可或缺的飼草資源,草地的保護建設和調(diào)控措施投入還不大,牧草產(chǎn)量的變化還是取決于氣候因素。在天然草地牧草產(chǎn)量與氣候因素的關系上,國內(nèi)已有大量的研究,尤其是降雨方面,研究結果表明,水熱條件是影響天然草原牧草生長發(fā)育的主要因素[8-12],降雨和溫度共同影響牧草的生長和產(chǎn)量[13],降雨量充沛、熱量充足的年份,天然草原牧草產(chǎn)量高[14-16]。然而,即使年降雨量充足,可是降雨分配與牧草生長過程不匹配,產(chǎn)量也會受到影響[17-18],降雨量的空間分布對植物地上生物量的變化亦有重大影響[19],溫度、日照等其它氣候因素亦是如此。不同地域的氣候條件不同,氣象因素的空間分布不同,造成氣象因素對牧草產(chǎn)量的影響各異,尤其像昭蘇縣這種高位山間盆地,地域特殊,冬長夏短,沒有明顯的四季之分,只有冷暖之別,降雨量、平均溫度、日照時數(shù)等氣象因素有其獨有的規(guī)律。因此,本研究以氣象因素的空間分布為切入點,研究昭蘇縣不同時間段的降雨量、平均溫度、日照時數(shù)與天然草地牧草產(chǎn)量的相關性,探討分析降雨量、平均溫度、日照時數(shù)與牧草產(chǎn)量間的定量關系,以期為實現(xiàn)草地的科學管理、草產(chǎn)量的預測預報以及指導草原監(jiān)測工作提供科學依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究區(qū)域概況

        昭蘇縣位于新疆維吾爾自治區(qū)西北部,伊犁河谷的西南部,為中亞內(nèi)陸腹地的一個群山環(huán)抱的高位山間盆地,海拔在1323~6995 m之間,縣城海拔2018 m。屬于大陸性溫帶山區(qū)半干旱半濕潤冷涼氣候類型,有可利用天然草地49.13萬hm2,包含高寒草甸類、山地草甸類、溫性草甸草原類、溫性草原類、低地草甸類和沼澤類6個草地類[7]。

        1.2 試驗設計及方法

        2012—2019年,每年7月中旬在牧草產(chǎn)量高峰時對天然草地產(chǎn)量進行測定。共選取樣地29個,每個樣地內(nèi)選擇3個具有代表性的樣方,樣方之間的間隔大于250 m,面積為1 m×1 m=1 m2。樣方內(nèi)齊地面刈割牧草的地上部分,測定鮮草重量。將鮮草重量按照草地類分類取平均值,計該草地類的鮮草產(chǎn)量,加權草地面積后,折算出天然草地的鮮草產(chǎn)量。

        根據(jù)逐月氣象數(shù)據(jù),將降雨量、平均氣溫和日照時數(shù)分別分成13組,依次為:A組(全年)、B組(上年度8月至7月)、C組(上年度9月至7月)、D組(上年度10月至7月)、E組(上年度11月至7月)、F組(上年度12月至7月)、G組(1月至7月)、H組(2月至7月)、I組(3月至7月)、J組(4月至7月)、K組(5月至7月)、L組(6月、7月)、M組(7月)。通過相關分析,探討鮮草產(chǎn)量與各組氣候因子的相關性。

        1.3 氣象數(shù)據(jù)

        氣象數(shù)據(jù)來源于2013—2020年伊犁哈薩克自治州統(tǒng)計年鑒。分組的數(shù)據(jù)詳見表1~3。

        表1 年度降雨量分組數(shù)據(jù) mm

        表2 年度平均氣溫分組數(shù)據(jù) ℃

        表3 年度日照時數(shù)分組數(shù)據(jù) h

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        通過Excel軟件和SPSS軟件進行數(shù)據(jù)處理、分析及圖表制作。

        2 結果與分析

        2.1 鮮草產(chǎn)量變化

        地上生物量是反映草地生產(chǎn)能力強弱的重要指標[20-21]。由圖1可以看出,2018年的鮮草產(chǎn)量最高,是鮮草產(chǎn)量最低年份2014年的近2倍,2個年份相差4588 kg/hm2。2018年和2019年的鮮草產(chǎn)量較接近,均在9000 kg/hm2以上,屬于高產(chǎn)年份。2013、2015、2016、2017年4個年份的鮮草產(chǎn)量較接近,在8000 kg/hm2左右,均略高于8年的平均鮮草產(chǎn)量(7655 kg/hm2),屬于中產(chǎn)年份。2012年和2014年2個年份屬于低產(chǎn)年份,鮮草產(chǎn)量分別低于8年的平均鮮草產(chǎn)量(7655 kg/hm2)1471、3032 kg/hm2。

        圖1 鮮草產(chǎn)量的年際變化

        2014年度,降雨量分組中的10個分組(B組、C組、D組、E組、F組、G組、H組、I組、J組和K組)降雨量數(shù)值在8年中為最低值,且這10組的日照時數(shù)均較長,這或許是造成2014年度鮮草產(chǎn)量最低的原因。

        2.2 降雨量與鮮草產(chǎn)量的相關性分析

        將13組降雨量與鮮草產(chǎn)量做相關性分析,結果見表4。8組降雨量與鮮草產(chǎn)量之間存在顯著正相關性,分別為C組(上年度9—7月總降雨量)、D組(上年度10—7月總降雨量)、E組(上年度11—7月總降雨量)、F組(上年度12—7月總降雨量)、G組(1—7月總降雨量)、H組(2—7月總降雨量)、I組(3月至7月總降雨量)、J組(4—7月總降雨量),相關系數(shù)r均在0.8以上,其中相關系數(shù)r最高的為I組(3—7月總降雨量),正相關性達到極顯著水平。

        表4 降雨量與鮮草產(chǎn)量的相關性分析

        8個降雨量分組與鮮草產(chǎn)量的正向相關性顯著,說明上年度9—4月的降雨量對鮮草產(chǎn)量的影響較大。上年度9月之后的降雨對鮮草產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響,這可能有2個方面的原因,一是上年度9月之后的降雨促進了牧草生長,為安全越冬、翌年返青后牧草生長積蓄了能量;二是9月之后的降雨有可能以冰雪的形式留存,待翌年融化后供牧草返青、生長使用。

        I組(3—7月總降雨量)與鮮草產(chǎn)量的正相關性達到了極顯著水平,J組(4—7月總降雨量)與鮮草產(chǎn)量的正相關性為顯著水平,而之后的K組(5—7月總降雨量)、L組(6、7月總降雨量)、M組(7月降雨量)與鮮草產(chǎn)量的相關性均不顯著,說明3、4月的降雨對牧草產(chǎn)量的影響最大,此時正值昭蘇縣天然草原牧草陸續(xù)返青的時期,充足的降雨將有效促進牧草返青后的生長,提高牧草產(chǎn)量。

        A組(全年總降雨量)、B組(上年度8—7月總降雨量)、K組(5—7月總降雨量)、L組(6、7月總降雨量)、M組(7月降雨量)5個降雨量分組與鮮草產(chǎn)量的相關性不顯著,相關系數(shù)r均小于0.7,其中,M組(7月降雨量)顯示負向影響。

        2.3 平均氣溫與鮮草產(chǎn)量的相關性分析

        13組平均氣溫與鮮草產(chǎn)量的相關性分析結果見表5。A組(年度平均氣溫)、B組(上年度8—7月平均氣溫)、C組(上年度9—7月平均氣溫)、D組(上年度10—7月平均氣溫)、E組(上年度11—7月平均氣溫)、F組(上年度12—7月平均氣溫)、G組(1—7月平均氣溫)、H組(2—7月平均氣溫)、I組(3—7月平均氣溫)和M組(7月平均氣溫)10組平均氣溫與鮮草產(chǎn)量之間有正相關性,但是僅A組(年度平均氣溫)和H組(2—7月平均氣溫)的正相關性達到了顯著水平,其他8組的相關性均不顯著。

        表5 平均氣溫與鮮草產(chǎn)量的相關性分析

        H組(2—7月平均氣溫)與鮮草產(chǎn)量的正相關性達到了極顯著水平,而之后的5個分組與鮮草產(chǎn)量的相關性均不顯著,說明2月的平均氣溫對牧草產(chǎn)量的影響最大,原因可能是2月的平均氣溫較高會加速積雪融化,能讓天然草原牧草提前返青的緣故。

        J組(4—7月平均氣溫)、K組(5—7月平均氣溫)和L組(6、7月平均氣溫)3組平均氣溫與鮮草產(chǎn)量之間顯示負向影響,但均不顯著。

        2.4 日照時數(shù)與鮮草產(chǎn)量的相關性分析

        13組日照時數(shù)與鮮草產(chǎn)量的相關性分析結果見表6。結果顯示,13組日照時數(shù)與鮮草產(chǎn)量之間均顯示為負向影響、不顯著。

        表6 日照時數(shù)與鮮草產(chǎn)量的相關性分析

        牧草在生長季內(nèi)需要依靠光照做為媒介來完成物質(zhì)轉(zhuǎn)化、完成生長。昭蘇縣海拔高,日照充足,在光照滿足牧草的生長需求后,日照時數(shù)的增加會加速土壤水分的蒸發(fā),進而影響牧草的生長、產(chǎn)量的形成,這可能是13組日照時數(shù)與鮮草產(chǎn)量之間均顯示負向影響的原因。

        2.5 降雨量、平均氣溫與鮮草產(chǎn)量的定量分析

        通過上述相關性分析,選出與鮮草產(chǎn)量相關系數(shù)r較大的3組(降雨量I組、H組和平均氣溫H組)氣候因子進行多元回歸分析。

        回歸方程如式(1)所示。

        式中,JI為降雨量I組(3—7月總降雨量),JH為降雨量H組(2—7月總降雨量),WH為平均氣溫H組(2—7月平均氣溫)。

        回歸結果顯示,3—7月的總降雨量每增加1 mm,鮮草產(chǎn)量增加289.693 kg/hm2,2—7月的平均氣溫每增加0.1℃,鮮草產(chǎn)量增加144.93 kg/hm2。

        3 結論

        (1)昭蘇縣天然草地8年的鮮草產(chǎn)量變化無明顯的走勢規(guī)律。2018年和2019年屬于高產(chǎn)年份。2013、2015、2016、2017年4個年份屬于中產(chǎn)年份,均略高于8年的平均鮮草產(chǎn)量。2012年和2014年屬于低產(chǎn)年份。

        (2)相關性分析結果顯示,降雨量與鮮草產(chǎn)量的相關性最高,8個降雨量分組與鮮草產(chǎn)量呈現(xiàn)正向影響顯著,3月至7月總降雨量與鮮草產(chǎn)量的正相關性達到了極顯著水平,3月、4月的降雨量對牧草產(chǎn)量的影響最大。2個平均氣溫分組與鮮草產(chǎn)量的正向影響顯著,2月至7月平均氣溫與鮮草產(chǎn)量的正相關性達到了極顯著水平,2月的平均氣溫對牧草產(chǎn)量的影響最大。日照時數(shù)與鮮草產(chǎn)量的相關性不顯著。

        (3)多元回歸定量分析顯示,3月至7月的總降雨量每增加1 mm,鮮草產(chǎn)量增加289.693 kg/hm2,2月至7月的平均氣溫每增加0.1℃,鮮草產(chǎn)量增加144.93 kg/hm2。降雨變化對鮮草產(chǎn)量的變化量影響較平均氣溫的大。

        4 討論

        (1)降雨量分組與鮮草產(chǎn)量的相關系數(shù)整體高于平均氣溫、日照時數(shù)與鮮草產(chǎn)量的相關系數(shù),且達到顯著水平的分組較多,說明降雨量對鮮草產(chǎn)量的影響大于平均氣溫和日照時數(shù),是影響昭蘇縣牧草產(chǎn)量的關鍵氣候因子。這與黃敬峰[22]的觀點一致,新疆降雨量少,降雨量多少制約著牧草產(chǎn)量的高低。昭蘇縣的年均降雨量雖然為全疆之冠,達到了500 mm,但是天然草地整體還是處于缺水的狀況,且降雨的分配不均。高寒草甸類和山地草甸類草地所處的區(qū)域海拔較高,降雨量較多。溫性草甸草原類、溫性草原類草地處于昭蘇盆地內(nèi)海拔相對較低的區(qū)域,降雨量較少,容易出現(xiàn)干旱,而這2類草地的面積占到了昭蘇縣天然草地面積的56%,直接關系著昭蘇縣天然草地的牧草產(chǎn)量,如何提升這2類草地的降水就成為了提升昭蘇縣牧草產(chǎn)量的關鍵,尤其是3—7月的總降雨量。

        (2)將2016年度和2018年度的各氣象要素進行整體比較,2016年度的降雨量、平均氣溫整體高于2018年度,日照時數(shù)2016年度整體低于2018年度,但是鮮草產(chǎn)量2018年度卻高于2016年度,說明昭蘇縣牧草產(chǎn)量的高低不是由1個或者2個氣候因子決定的,而是由各方因素綜合交互形成的。昭蘇縣地形復雜、草地類多樣,同一時間段內(nèi)各草地類的氣象因素需求是不一的,高寒草甸類、山地草甸類草地需要溫度,而溫性草甸草原類和溫性草原類草地則需要降雨。單一的氣候因子只能影響牧草產(chǎn)量的形成,但是不能決定牧草產(chǎn)量的高低。例如,降雨量是影響昭蘇縣牧草產(chǎn)量的關鍵氣候因子,對牧草產(chǎn)量起促進作用,但是昭蘇縣牧草產(chǎn)量的高低不是由降雨量所決定的。

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