魏 學(xué)，吳建華，王志春，胡桂杰，周學(xué)超

(1.內(nèi)蒙古赤峰市氣象局，內(nèi)蒙古 赤峰 024000；2.赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 赤峰 024031)

我國天然草地主要分布于北方地區(qū)，大部分是干旱或半干旱氣候區(qū)，氣候特點為熱量充足、干旱少雨。有研究認為[1]，在干旱和半干旱區(qū)，植物生長常因缺水而受到限制，而天然草地的牧草多為鄉(xiāng)土草種，對本地的氣候條件具有極強的適應(yīng)能力，它們之間已經(jīng)形成了一種長期的依賴和制約關(guān)系。一般而言，天然牧草的生長發(fā)育主要決定于區(qū)域氣候條件、土壤性狀和牧草本身的生物學(xué)特性，而某一特定區(qū)域內(nèi)土壤性狀和鄉(xiāng)土牧草生物學(xué)特性在短期內(nèi)保持相對穩(wěn)定[2-3]，因此，牧草生長發(fā)育主要受氣象條件的制約。在諸多氣象要素中，光、熱、水顯得尤為重要，它們相互依存、相互制約、相互配合對牧草生長發(fā)育起到直接或間接作用[4-5]。為了探明牧草生長發(fā)育與諸多氣象因子的關(guān)系，本研究選擇赤峰地區(qū)天然草地為研究對象，利用3個監(jiān)測站的平行觀測資料(2005-2011年)，對天然牧草產(chǎn)量與氣象條件進行通徑分析，以揭示北方干旱區(qū)天然牧草生長及產(chǎn)量與氣象條件的相互關(guān)系，為合理利用氣候資源和維護草地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗區(qū)概況及試驗方法

1.1試驗區(qū)概況 研究區(qū)設(shè)在內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)，位于41°17′-45°24′ N，116°21′-120°58′ E，屬中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)[6]。全市年均氣溫6.2 ℃，年均降水量391 mm，年均蒸發(fā)量為1 733 mm，約為年降水量的4倍；年日照時數(shù)為2 897 h，無霜期155 d。3個監(jiān)測站[克什克騰旗(克旗)、巴林右旗(右旗)、阿魯科爾沁旗(阿旗)]均位于赤峰市北部(圖1)，草地類型均屬于典型草原類，天然草地面積占全市總天然草地面積60%以上，以羊草(Leymuschinensis)、克氏針茅(Stipakrylovii)和糙隱子草(Cleistogenessquarrosa)為優(yōu)勢種。

1.2試驗方法 氣候資料：選擇2005-2011年3個監(jiān)測站的降水、氣溫和光照等氣象資料。

牧草觀測場地面積為100 m×100 m，場地內(nèi)設(shè)置4個監(jiān)測區(qū)域(50 m×50 m)，每年輪換監(jiān)測，并設(shè)置圍欄保護，圍欄內(nèi)草地常年無放牧活動。

牧草生育期和草層高度：每2 d進行1次生育期監(jiān)測，并記錄返青期、開花期和黃枯期的日期；每月末測定1次草層高度，4次重復(fù)，每個小區(qū)面積1 m×22 m。

牧草產(chǎn)量：8月末測定干草產(chǎn)量，取樣面積為1 m×1 m，10次重復(fù)，將樣品帶回室內(nèi)自然風(fēng)干后稱質(zhì)量(精度為0.01 g)。

1.3數(shù)據(jù)處理 氣候資料和牧草資料均利用平均值進行比較，采用Excel軟件對氣象資料和牧草監(jiān)測資料進行初步處理并計算7個年份(2005-2011年)的平均值，使用SPSS 15.0 統(tǒng)計分析軟件對牧草產(chǎn)量與各氣象因子進行通徑分析及顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1氣象條件在3個監(jiān)測站的分異性 阿旗日照時數(shù)(3 087 h)顯著高于右旗(2 956 h)、克旗(2 899 h)(P<0.05)，而后兩者之間無顯著差異(P>0.05)，年均氣溫阿旗(6.5 ℃)、右旗(5.8 ℃)之間無顯著差異，但二者均顯著高于克旗(3.3 ℃)，均約相當(dāng)于克旗的2倍(表1)。克旗、右旗、阿旗≥5 ℃積溫值分別為2 703、3 246、3 517 ℃·d，三者之間均存在顯著差異，阿旗比克旗、右旗分別高271、814 ℃·d。盡管3個地區(qū)光熱條件存在差異，但光熱資源非常豐富，均能夠滿足牧草正常生長發(fā)育需要。3個地區(qū)年、生長季降水量均存在顯著差異，克旗年、生長季降水量最高，分別為391、350 mm，阿旗年、生長季降水量最低，分別為343、318 mm。

2.2牧草生育期及生長動態(tài) 每年以4月1日作為第1天，依次類推，計算每個監(jiān)測站混合牧草進入返青期、開花期和枯黃期所需的天數(shù)，以便于進行統(tǒng)計分析?？似熘饕敛葸M入返青期、開花期所需天數(shù)分別為46和103 d，均顯著多于右旗(27、73 d)和阿旗(25、91 d)(P<0.05)，而進入枯黃期天數(shù)(155 d)卻顯著少于右旗(169 d)、阿旗(173 d)(P<0.05)(表2)。說明克旗混合牧草青綠期(返青期-枯黃期)天數(shù)(110 d)顯著少于右旗(143 d)和阿旗(149 d)(P<0.05)，而右旗和阿旗僅在進入開花期天數(shù)存在顯著差異(P<0.05)?？似旄刹莓a(chǎn)量(984 kg·hm-2)顯著高于右旗(880 kg·hm-2)、阿旗(725 kg·hm-2)，阿旗干草產(chǎn)量顯著低于右旗和克旗。

圖1 赤峰市3個牧草監(jiān)測站點分布圖Fig.1 The distribution of three experiment stations in Chifeng City

表1 3個監(jiān)測站氣象條件的分異性Table 1 Differences of meteorological conditions of three experiment stations

表2 3個監(jiān)測站天然牧草發(fā)育期及產(chǎn)量Table 2 Growing period and yield of natural forage in three stations

牧草返青至5月末，生長緩慢，克旗牧草草層高度僅為3 cm，顯著低于右旗(8 cm)、阿旗(7 cm)(P<0.05)，而后兩者間無顯著差異(圖2)。6-7月，牧草生長迅速，與5月相比，克旗草層高度增加了25 cm，右旗增加了17 cm，二者均顯著高于阿旗(P<0.05)。7-8月，牧草進入營養(yǎng)生長和生殖生長并進階段，克旗草層高度最高為32 cm，顯著高于阿旗(24 cm)(P<0.05)，而與右旗(30 cm)無顯著差異。

圖2 3個監(jiān)測站天然牧草生長動態(tài)Fig.2 Growth dynamics of natural forage in three stations

2.3牧草產(chǎn)量與氣象條件的通徑分析 用3個監(jiān)測站的日照時數(shù)、積溫、年均氣溫和年降水量4個牧草產(chǎn)量影響因子對牧草產(chǎn)量進行通徑分析，同時分析各氣象因子之間的間接通徑效應(yīng)。通徑分析結(jié)果表明，4個氣象因子對牧草產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)大小順序如下：克旗，年降水量>年均氣溫>日照時數(shù)>積溫；右旗和阿旗，年降水量>年均氣溫>積溫>日照時數(shù)(表3)。結(jié)合相關(guān)和通徑分析，克旗、右旗和阿旗的年降水量與牧草產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.830、0.727和0.613，均達到極顯著正相關(guān)(P<0.01)，它們之間的直接通徑系數(shù)分別為0.872、0.753和0.788，說明這3個地區(qū)降水量對牧草產(chǎn)量的總效應(yīng)和直接效應(yīng)最為顯著。同時，3個監(jiān)測站日照時數(shù)、積溫和年均氣溫3個因子之間均存在不同程度的直接促進效應(yīng)，而三者又與年降水量之間存在間接抑制作用。

3 討論

氣象條件是影響牧草生長發(fā)育的主要環(huán)境因素，不同天然草原區(qū)牧草生育期出現(xiàn)時間會因氣象條件不同而存在較大差異。有研究表明[4,7]，干旱區(qū)典型草原天然牧草返青期和枯黃期主要受熱量條件的制約，枯黃期的年際變化與日平均氣溫≥5 ℃終日具有較好的擬合現(xiàn)象，僅當(dāng)0-30 cm土壤水分總貯存量低于20 mm時，水分才會對牧草返青產(chǎn)生抑制作用。張傳道等[2]、孫志強等[8]研究發(fā)現(xiàn)，不同草原類型天然牧草返青期與枯黃期的出現(xiàn)主要取決于溫度條件，返青至展葉期出現(xiàn)日期與≥0 ℃積溫值呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，而春季降水對牧草返青至展葉期的出現(xiàn)無顯著影響(P>0.05)，但在典型草原和荒漠區(qū)適當(dāng)?shù)母珊禃?dǎo)致牧草出現(xiàn)早熟現(xiàn)象。本研究表明，赤峰地區(qū)3個監(jiān)測站氣象條件和牧草生育期均具有明顯的分異性，二者之間具有較好的擬合效應(yīng)。阿旗較克旗和右旗混合牧草返青早、枯黃晚，這主要是溫度條件的差異所致，與以上研究結(jié)果一致。

表3 3個監(jiān)測站牧草產(chǎn)量與氣象因素的通徑分析Table 3 Path analysis between grass yield and meteorological conditions in three stations

在干旱區(qū)或半干旱區(qū)，牧草往往因為缺水生長發(fā)育受到影響，進而影響牧草的產(chǎn)量和品質(zhì)。一般來講，北方干旱區(qū)天然牧草長勢呈現(xiàn)單峰態(tài)變化，草層高度以7月或8月最高，降水量是影響牧草長勢的主要氣候因子，尤其是7-8月的降水量[9-10],這與本研究的結(jié)果相一致。有研究認為[8,11]，北方干旱區(qū)熱量較為充足，大氣降水是天然牧草生長發(fā)育需水的唯一來源，因此，牧草產(chǎn)量形成主要取決于自然降水條件，二者之間呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。田宏和張德罡[3]、王英舜等[12]研究認為，在干旱或半干旱地區(qū)，年降水量對牧草產(chǎn)量形成具有主導(dǎo)作用，二者呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。本研究表明，在4個氣象因子中，克旗、右旗和阿旗的年降水量與牧草產(chǎn)量均達到顯著正相關(guān)(P<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.830、0.727和0.613，直接通徑系數(shù)分別為0.872、0.753和0.788，二者接近且達到最大值，說明3個監(jiān)測站降水量多少是影響牧草產(chǎn)量形成的最主要氣象因子，對牧草產(chǎn)量的直接效應(yīng)最大，這與以往研究結(jié)論相一致。

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