新疆尼勒克县荒漠草原生产性能与降雨量的关系研究

李建伟，张生楹，罗志娜，范天文

(1.新疆伊犁州草原工作站，新疆 伊宁市 835000；2.新疆尼勒克县草原工作站，新疆 尼勒克县 835700；3.新疆伊犁州治蝗灭鼠指挥中心，新疆 伊宁市 835000)

光、热、水是天然牧草生长不可缺少的气候因子，光是最本质的要素，直接参与光合作用，而水分则是天然草原牧草生长最直接的限制因子[1,2]。水分对植物生物量的影响主要体现在两个方面，一是在一定限度内，总降雨量与生物量呈正相关；二是降雨量的空间分布对植物地上生物量的变化亦有重大影响[2]。新疆尼勒克县有天然可利用草地61.30万hm2，其中荒漠草原(温性荒漠类、温性荒漠草原类草地)6.25万hm2[3]，是当地主要的春秋放牧场，由于其生态环境脆弱，且春秋两季草地载畜压力大，极易受损退化[4]。尼勒克县荒漠草原光热充足，降雨量是限制荒漠草原植物生长发育的重要制约因素，本文以降雨的空间分布为切入点，分析荒漠草原的鲜草重量、草群平均高度和盖度与降雨量空间分布的关系，探讨不同时期降雨量对荒漠草原生产性能的影响，以期为实现荒漠草原的科学管理、合理开发利用、实施退化草原的修复治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

尼勒克县地处新疆西部中天山西段，位于伊犁河谷东北部，东高西低，北高南低，由东北向西南倾斜，呈柳叶状，山地气候特性明显。天然草地有高寒草甸类、山地草甸类、温性草甸草原类、温性草原类、温性荒漠草原类、温性荒漠类、低地草甸类和沼泽类8个草地类[3]。本文的研究区域为温性荒漠类和温性荒漠草原类草地，是当地主要的春秋草场，主要分布在县域西部的低山地区，海拔850～1 300 m，土壤主要为灰钙土，生长着伊犁绢蒿(Seriphidium transiliense Poljak.)、灰毛木地肤(Kochia prostrata var.canescens Moq.)、网脉胡卢巴 (Trigonella cancellata Desf.)、驼绒藜 (Krascheninnikovia ceratoides(Linnaeus)Gueldenstaedt)、角果藜(Ceratocarpus arenarius L.)等牧草。

1.2 试验设计

2017年至2020年，每年在牧草产量的高峰期(7月中旬)对研究区域开展地面监测。共选取样地11个(温性荒漠类草地4个、温性荒漠草原类草地7个)，每个样地内选择3个具有代表性的样方，样方之间的间隔大于250 m，面积为1 m2(1m×1m)，测定鲜草重量、草群平均高度和盖度。

根据研究区域的月降雨量，将降雨量分为11组，依次为：A组(年降雨量)、B组(上年度10月至7月总降雨量)、C组(上年度11月至7月总降雨量)、D组(上年度12月至7月总降雨量)、E组(1月至7月总降雨量)、F组(2月至7月总降雨量)、G组(3月至7月总降雨量)、H组(4月至7月总降雨量)、I组(5月至7月总降雨量)、J组(6月、7月总降雨量)、K组(7月降雨量)。通过相关分析，探讨各组降雨量与鲜草产量、草群平均高度和盖度的相关性。因上年度10月份之后的降雨有可能以冰雪的形式留存至下年度融化供牧草返青使用，故将上年度10月、11月、12月的降雨量纳入到降雨量分组；因测定牧草产量在7月份，且8月、9月的降雨无法留存至下年度使用，故8月、9月的降雨量仅在年降雨量内体现。

1.3 测定方法[5-8]

1.3.1 鲜草产量

样方内齐地面刈割地上部分，测定鲜草重量；取平均值，折算成荒漠草原的鲜草产量。

1.3.2 草群平均高度指草地植物群落在自然状态下的高度。测量样方内大多数植物枝条或草层叶片集中分布的自然高度，取平均值。

1.3.3 盖度采用投影盖度目测法测定。样方内植物地上部分垂直投影的面积占样方面积的比率。

1.4 气象数据

月降雨量数据来源于尼勒克县气象局。11个降雨量分组的数据详见表1。

表1 尼勒克县2017-2020年年度降雨量分组数据

1.5 数据处理

通过Excel软件和SPSS软件进行数据处理、分析及图表制作。

2 结果与分析

2.1 鲜草产量变化

地上生物量是反映草地生产能力强弱的重要指标[8-10]。由图1可以看出，2017年的鲜草产量最高，较其它3个年份差异显著(P＜0.05)。2018年和2019年的鲜草产量接近，差异不显著(P＞0.05)。2020年的鲜草产量最低，显著低于其它年份(P＜0.05)。4个年份的鲜草产量呈现逐渐降低的趋势，最高年份2017年较最低年份2020高出了701.5 kg/hm2。这可能与降雨量有关，2017年较2020年，降雨量分组中的B组(上年度10月至7月总降雨量)、C组(上年度11月至7月总降雨量)、D组(上年度12月至7月总降雨量)、E组(1月至7月总降雨量)、F组(2月至7月总降雨量)、G组(3月至7月总降雨量)和H组(4月至7月总降雨量)7组的降雨量差值均100 mm以上。

图1 鲜草产量的年际变化

2.2 草群平均高度对比

高度是反映植物群落样貌的主要特征之一，可以作为一种标识来判断植物生长是否健康[8-10]。由图2可知，草群平均高度的整体表现趋势和鲜草产量一致，2017年最高，之后逐渐降低，2020年最低。2017年显著高于其它3个年份(P＜0.05)，2020年显著低于其它3个年份(P＜0.05)，2018年和2019年之间差异不显著(P＞0.05)。

图2 草群平均高度的年际变化

2.3 盖度对比

盖度是草地植被的一个重要衡量指标，可间接反映植物的生长繁茂程度以及光合能力[8-10]。由图3可知：4个年度的盖度高低表现为2019年＞2017年＞2018年＞2020年，最高年份2019年与最低年份2020年相差1.8%，差异不显著(P＞0.05)。4个年度间的盖度差异均不显著(P＞0.05)。

图3 盖度的年际变化

2.4 生产性能间的相关性分析

将4个年度的鲜草产量、草群平均高度和盖度做相关性分析，结果显示：鲜草产量与草群平均高度之间存在极其显著正相关性，相关系数r=1.000，P=0.000＜0.01。鲜草产量与盖度之间的相关性不显著，相关系数r=0.739，P=0.261＞0.01。草群平均高度和盖度之间的相关性不显著，相关系数r=0.728，P=0.272＞0.01。(见表2)。

表2 各生产性能间的相关性分析

2.5 生产性能与降雨量的相关性分析

将4个年度的鲜草产量、草群平均高度和盖度与11组降雨量做相关性分析，结果见表3。鲜草产量与11组降雨量之间，仅与H组(4月至7月总降雨量)之间存在显著正相关性，相关系数r=0.959，P=0.041＜0.05；与其它10组均相关性不显著，相关系数r＞0.9的有3组，分别是B组(上年度10月至7月总降雨量)、C组(上年度11月至7月总降雨量)、D组(上年度12月至7月总降雨量)，相关系数r＞0.8的有3组，分别是E组(1月至7月总降雨量)、F组(2月至7月总降雨量)、G组(3月至7月总降雨量)，与K组(7月)显示负向影响。

表3 生产性能与降雨量的相关性分析

草群平均高度与11组降雨量之间的相关性与鲜草产量的表现基本一致。相关系数r＞0.8的共有7组，仅与H组(4月至7月总降雨量)之间存在显著正相关性，相关系数r=0.965，P=0.035＜0.05；与B组(上年度10月至7月总降雨量)、C组(上年度11月至7月总降雨量)、D组(上年度12月至7月总降雨量)的相关系数r＞0.9，但不显著；与E组(1月至7月总降雨量)、F组(2月至7月总降雨量)、G组(3月至7月总降雨量)3组之间的相关性不显著。与K组(7月降雨量)显示负向影响。

盖度与11组降雨量之间相关性均不显著；与I组(5月至7月总降雨量)、J组(6月、7月总降雨量)、K组(7月降雨量)3组呈现负向影响；与其它8组为正向影响，但相关系数r值较低，均低于0.60。

3 讨 论

天然草场牧草返青后，牧草生长随时间呈“缓慢生长--积极生长--缓慢生长”的趋势[3]，而对于水分的需求规律也基本一致。尼勒克县荒漠草原，牧草在生长初期和末期，温度比较低，牧草生长缓慢，对水分的需求量少，此时草原的土壤水分含量往往能满足牧草的生长，尤其是生长初期，冬季融雪为土壤提供了充足的水分。4月至7月，光照和温度充盈，天然牧草进入发育旺盛的积极生长期，对土壤水分的需求量大大增加，水分成为最显著的限制因子，但此时土壤中的水分已不能满足牧草的生长，亟需降雨，有效的降雨将大大促进牧草的生长，提升鲜草产量和草群平均高度。

尼勒克县荒漠草原地处干旱少雨地区，生态环境严酷，生产力较低，但是具有维护生物多样性、保持水土等不容忽视的生态价值，生长着伊犁绢蒿、木地肤、胡卢巴、驼绒藜、角果藜等超旱生牧草。由于生态环境严酷，外来植物很难适应并长久生长，受损后修复难度大，目前采用的主要修复措施是补播乡土草种，在入冬第一场雪后撒播伊犁绢蒿、木地肤、驼绒藜等草种，待翌年伴随融雪发芽生长，但在生长季一旦遭遇长时间无有效降雨，将大大降低幼苗的成活率。如果能在生长季适当的对修复草地进行补水，将会有效的提高补播幼苗的存活率、促进原生植被的生长，提升修复效果。荒漠草原修复一般都是大面积、区域性的，灌溉补水的可操作性不强，试想是否可以将人工影响天气作业纳入改善、修复荒漠草原的一种措施，在牧草生长发育的水分关键期人工干预天气补充水分，达到修复的目的，但具体的成效，还有待进一步研究。

4 结 论

鲜草产量和草群平均高度的年际变化基本一致，两者之间存在极显著正相关性。盖度与鲜草产量、草群平均高度之间的相关性不显著。

鲜草产量、草群平均高度与4月至7月总降雨量之间存在显著正相关性，这与钟玲[11]的研究结果一致，牧草产量与牧草生长季降雨量之间的相关性显著。