赤峰地区牧草生长与气候因素的关系

魏 学，吴建华，王志春，胡桂杰，周学超

(1.内蒙古赤峰市气象局，内蒙古 赤峰 024000；2.赤峰市农牧科学研究院，内蒙古 赤峰 024031)

我国天然草地主要分布于北方地区，大部分是干旱或半干旱气候区，气候特点为热量充足、干旱少雨。有研究认为[1]，在干旱和半干旱区，植物生长常因缺水而受到限制，而天然草地的牧草多为乡土草种，对本地的气候条件具有极强的适应能力，它们之间已经形成了一种长期的依赖和制约关系。一般而言，天然牧草的生长发育主要决定于区域气候条件、土壤性状和牧草本身的生物学特性，而某一特定区域内土壤性状和乡土牧草生物学特性在短期内保持相对稳定[2-3]，因此，牧草生长发育主要受气象条件的制约。在诸多气象要素中，光、热、水显得尤为重要，它们相互依存、相互制约、相互配合对牧草生长发育起到直接或间接作用[4-5]。为了探明牧草生长发育与诸多气象因子的关系，本研究选择赤峰地区天然草地为研究对象，利用3个监测站的平行观测资料(2005-2011年)，对天然牧草产量与气象条件进行通径分析，以揭示北方干旱区天然牧草生长及产量与气象条件的相互关系，为合理利用气候资源和维护草地生态系统的稳定提供科学依据。

1 试验区概况及试验方法

1.1试验区概况 研究区设在内蒙古赤峰地区，位于41°17′-45°24′ N，116°21′-120°58′ E，属中温带半干旱大陆性季风气候区[6]。全市年均气温6.2 ℃，年均降水量391 mm，年均蒸发量为1 733 mm，约为年降水量的4倍；年日照时数为2 897 h，无霜期155 d。3个监测站[克什克腾旗(克旗)、巴林右旗(右旗)、阿鲁科尔沁旗(阿旗)]均位于赤峰市北部(图1)，草地类型均属于典型草原类，天然草地面积占全市总天然草地面积60%以上，以羊草(Leymuschinensis)、克氏针茅(Stipakrylovii)和糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)为优势种。

1.2试验方法 气候资料：选择2005-2011年3个监测站的降水、气温和光照等气象资料。

牧草观测场地面积为100 m×100 m，场地内设置4个监测区域(50 m×50 m)，每年轮换监测，并设置围栏保护，围栏内草地常年无放牧活动。

牧草生育期和草层高度：每2 d进行1次生育期监测，并记录返青期、开花期和黄枯期的日期；每月末测定1次草层高度，4次重复，每个小区面积1 m×22 m。

牧草产量：8月末测定干草产量，取样面积为1 m×1 m，10次重复，将样品带回室内自然风干后称质量(精度为0.01 g)。

1.3数据处理 气候资料和牧草资料均利用平均值进行比较，采用Excel软件对气象资料和牧草监测资料进行初步处理并计算7个年份(2005-2011年)的平均值，使用SPSS 15.0 统计分析软件对牧草产量与各气象因子进行通径分析及显著性检验。

2 结果与分析

2.1气象条件在3个监测站的分异性 阿旗日照时数(3 087 h)显著高于右旗(2 956 h)、克旗(2 899 h)(P<0.05)，而后两者之间无显著差异(P>0.05)，年均气温阿旗(6.5 ℃)、右旗(5.8 ℃)之间无显著差异，但二者均显著高于克旗(3.3 ℃)，均约相当于克旗的2倍(表1)。克旗、右旗、阿旗≥5 ℃积温值分别为2 703、3 246、3 517 ℃·d，三者之间均存在显著差异，阿旗比克旗、右旗分别高271、814 ℃·d。尽管3个地区光热条件存在差异，但光热资源非常丰富，均能够满足牧草正常生长发育需要。3个地区年、生长季降水量均存在显著差异，克旗年、生长季降水量最高，分别为391、350 mm，阿旗年、生长季降水量最低，分别为343、318 mm。

2.2牧草生育期及生长动态 每年以4月1日作为第1天，依次类推，计算每个监测站混合牧草进入返青期、开花期和枯黄期所需的天数，以便于进行统计分析。克旗主要牧草进入返青期、开花期所需天数分别为46和103 d，均显著多于右旗(27、73 d)和阿旗(25、91 d)(P<0.05)，而进入枯黄期天数(155 d)却显著少于右旗(169 d)、阿旗(173 d)(P<0.05)(表2)。说明克旗混合牧草青绿期(返青期-枯黄期)天数(110 d)显著少于右旗(143 d)和阿旗(149 d)(P<0.05)，而右旗和阿旗仅在进入开花期天数存在显著差异(P<0.05)。克旗干草产量(984 kg·hm-2)显著高于右旗(880 kg·hm-2)、阿旗(725 kg·hm-2)，阿旗干草产量显著低于右旗和克旗。

图1 赤峰市3个牧草监测站点分布图Fig.1 The distribution of three experiment stations in Chifeng City

表1 3个监测站气象条件的分异性Table 1 Differences of meteorological conditions of three experiment stations

表2 3个监测站天然牧草发育期及产量Table 2 Growing period and yield of natural forage in three stations

牧草返青至5月末，生长缓慢，克旗牧草草层高度仅为3 cm，显著低于右旗(8 cm)、阿旗(7 cm)(P<0.05)，而后两者间无显著差异(图2)。6-7月，牧草生长迅速，与5月相比，克旗草层高度增加了25 cm，右旗增加了17 cm，二者均显著高于阿旗(P<0.05)。7-8月，牧草进入营养生长和生殖生长并进阶段，克旗草层高度最高为32 cm，显著高于阿旗(24 cm)(P<0.05)，而与右旗(30 cm)无显著差异。

图2 3个监测站天然牧草生长动态Fig.2 Growth dynamics of natural forage in three stations

2.3牧草产量与气象条件的通径分析 用3个监测站的日照时数、积温、年均气温和年降水量4个牧草产量影响因子对牧草产量进行通径分析，同时分析各气象因子之间的间接通径效应。通径分析结果表明，4个气象因子对牧草产量的直接通径系数大小顺序如下：克旗，年降水量>年均气温>日照时数>积温；右旗和阿旗，年降水量>年均气温>积温>日照时数(表3)。结合相关和通径分析，克旗、右旗和阿旗的年降水量与牧草产量的相关系数分别为0.830、0.727和0.613，均达到极显著正相关(P<0.01)，它们之间的直接通径系数分别为0.872、0.753和0.788，说明这3个地区降水量对牧草产量的总效应和直接效应最为显著。同时，3个监测站日照时数、积温和年均气温3个因子之间均存在不同程度的直接促进效应，而三者又与年降水量之间存在间接抑制作用。

3 讨论

气象条件是影响牧草生长发育的主要环境因素，不同天然草原区牧草生育期出现时间会因气象条件不同而存在较大差异。有研究表明[4,7]，干旱区典型草原天然牧草返青期和枯黄期主要受热量条件的制约，枯黄期的年际变化与日平均气温≥5 ℃终日具有较好的拟合现象，仅当0-30 cm土壤水分总贮存量低于20 mm时，水分才会对牧草返青产生抑制作用。张传道等[2]、孙志强等[8]研究发现，不同草原类型天然牧草返青期与枯黄期的出现主要取决于温度条件，返青至展叶期出现日期与≥0 ℃积温值呈极显著正相关(P<0.01)，而春季降水对牧草返青至展叶期的出现无显著影响(P>0.05)，但在典型草原和荒漠区适当的干旱会导致牧草出现早熟现象。本研究表明，赤峰地区3个监测站气象条件和牧草生育期均具有明显的分异性，二者之间具有较好的拟合效应。阿旗较克旗和右旗混合牧草返青早、枯黄晚，这主要是温度条件的差异所致，与以上研究结果一致。

表3 3个监测站牧草产量与气象因素的通径分析Table 3 Path analysis between grass yield and meteorological conditions in three stations

在干旱区或半干旱区，牧草往往因为缺水生长发育受到影响，进而影响牧草的产量和品质。一般来讲，北方干旱区天然牧草长势呈现单峰态变化，草层高度以7月或8月最高，降水量是影响牧草长势的主要气候因子，尤其是7-8月的降水量[9-10],这与本研究的结果相一致。有研究认为[8,11]，北方干旱区热量较为充足，大气降水是天然牧草生长发育需水的唯一来源，因此，牧草产量形成主要取决于自然降水条件，二者之间呈显著正相关(P<0.05)。田宏和张德罡[3]、王英舜等[12]研究认为，在干旱或半干旱地区，年降水量对牧草产量形成具有主导作用，二者呈显著正相关(P<0.05)。本研究表明，在4个气象因子中，克旗、右旗和阿旗的年降水量与牧草产量均达到显著正相关(P<0.05)，相关系数分别为0.830、0.727和0.613，直接通径系数分别为0.872、0.753和0.788，二者接近且达到最大值，说明3个监测站降水量多少是影响牧草产量形成的最主要气象因子，对牧草产量的直接效应最大，这与以往研究结论相一致。

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