降水量對(duì)天山北坡中山帶天然牧草生長(zhǎng)的影響分析

刁曉蕓，周德偉 ，馮麗曄，樊瑞瑞，刁 平

（1.烏魯木齊市氣象局，新疆 烏魯木齊 830002；2.瓦房店市氣象局；3.臨汾市氣象局）

0 引言

本文以位于烏魯木齊地區(qū)天山北坡中山帶的烏魯木齊牧業(yè)氣象試驗(yàn)站的氣象觀測(cè)資料、牧草觀測(cè)資料為基礎(chǔ)。通過(guò)分析降水對(duì)天然牧草發(fā)育期、生長(zhǎng)高度和產(chǎn)量等生長(zhǎng)發(fā)育性狀的效應(yīng)，從而掌握天山北坡中山帶天然牧草對(duì)降水或者水分條件的需求，對(duì)了解這一區(qū)域氣候變化規(guī)律，開(kāi)發(fā)和利用氣候資源，以及畜牧業(yè)生產(chǎn)具有一定的理論參考價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。

1 資料

1.1 氣候概況

研究地烏魯木齊市牧業(yè)氣象試驗(yàn)站，地處天山北坡中山帶，烏魯木齊南山自然生態(tài)保護(hù)區(qū)西白楊溝境內(nèi)，海拔1 941.0 m，占地面積0.5 hm2，野外牧業(yè)氣象觀測(cè)場(chǎng)占地面積2.73 hm2，離烏魯木齊市區(qū)60 km。研究區(qū)年平均氣溫3.2℃，極端最低氣溫-31.2℃，極端最高氣溫32.7℃，年平均總?cè)照諘r(shí)數(shù)2 484.2.2 h，年降水量483.7 mm，年平均蒸發(fā)量1 193.6 mm，年平均無(wú)霜期243 d。草場(chǎng)類型屬典型山地草甸草原草場(chǎng)，土壤為山地栗鈣土。該基地對(duì)天山北坡中山帶烏魯木齊境內(nèi)草甸草原的氣候特點(diǎn)和自然植被類型具有較好的代表性[1-2]。

1.2 資料來(lái)源

資料來(lái)源于烏魯木齊牧業(yè)氣象試驗(yàn)站逐日氣象觀測(cè)記錄及2004—2016年天然牧草資料觀測(cè)記錄。觀測(cè)項(xiàng)為當(dāng)?shù)刂饕敛萜贩N：老芒麥（Elymus sibiricus）、 早熟禾 （Poa annua）、 黃芪（Astragalus hoantchy）、草原老鸛草（Geranium pratense）和千葉蓍（Achillea millefolium），內(nèi)容包括牧草發(fā)育期、生長(zhǎng)高度和牧草產(chǎn)量測(cè)定。

圖1 2004—2016年5種牧草5～8月高度變化

2 研究方法

統(tǒng)計(jì)2004—2016年13年間以月為基本單位的各時(shí)期降水量，采用回歸計(jì)算方法[3-5]，分析牧草返青期至黃枯期、7月下旬生長(zhǎng)高度及6月牧草高度增加值、6～7月鮮草產(chǎn)量及其月增加量等模擬對(duì)象與其前期不同時(shí)段降水量的相關(guān)顯著性。牧草資料和對(duì)應(yīng)的降水記錄序列長(zhǎng)度均為13年，建立其與模擬對(duì)象的一元回歸方程。

3 結(jié)果與分析

3.1 降水對(duì)牧草生長(zhǎng)過(guò)程的影響

3.1.1 返青期和抽穗期

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，天山北坡中山帶牧草平均返青日期為 4月 15日，2004—2016年間最早為 4月 3日（2008年、2016年），最晚為 5月 4日（2010年），前后相差31 d，可見(jiàn)氣象條件對(duì)年際間牧草返青時(shí)間有較大影響。

但相關(guān)分析也表明，牧草返青時(shí)間以及開(kāi)始抽穗（花序形成）的日期與冬季、上年秋季和秋冬季降水量相關(guān)性并不明顯。由此可見(jiàn)，天山北坡中山帶牧草的返青時(shí)間及開(kāi)始抽穗的日期并不是由降水單因子決定的，需要結(jié)合其他氣象條件另做分析，但此后的生長(zhǎng)狀況卻與降水密切相關(guān)。

3.1.2 黃枯期

經(jīng)分析，前期降水的多少對(duì)黃芪的黃枯時(shí)間影響不大，而7～9月總降水量與其他4種牧草有較顯著的相關(guān)性，其中老芒麥相關(guān)性極其顯著 （r=0.828）。降水與牧草黃枯時(shí)間回歸模式為：

式中，Y為黃枯期距離9月1日的天數(shù)，R7-9為7～9月的總降水量，除黃芪外，其他牧草平均黃枯日期為9月24日，由上式可得，7～9月總降水量增加或減少12.1 mm，牧草黃枯日期將推遲或提前1 d。

3.2 降水對(duì)牧草生長(zhǎng)高度的影響

3.2.1 生長(zhǎng)高度

據(jù)統(tǒng)計(jì)，牧草生長(zhǎng)高度呈單峰性，除老麥芒生長(zhǎng)高度在8月下旬達(dá)到峰值外，其他4種牧草均在8月中旬高度達(dá)到峰值（如圖1）。

由于從7月下旬開(kāi)始牧草高度變化較緩慢，且數(shù)據(jù)完整性較好，故選取7月下旬牧草高度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，黃芪的生長(zhǎng)高度與R4-7相關(guān)性極其顯著（r=0.826），千葉耆（r=0.582）和早熟禾（r=0.571）有較好的相關(guān)性，回歸方程如下：

由此可見(jiàn)，當(dāng)年4～7月水汽條件越好，這3種牧草的長(zhǎng)勢(shì)越佳，尤其是黃芪的生長(zhǎng)高度對(duì)降水的反映極其敏感，生長(zhǎng)過(guò)程需水量較大。例如：在2004年、2008年和2012年，4～7月總降水量在200～250 mm之間時(shí)，黃芪的生長(zhǎng)高度僅在30 cm左右；而同時(shí)期降水量在300～400 mm的年份，其生長(zhǎng)高度可達(dá)50～60 cm。相比之下，老麥芒的生長(zhǎng)高度與同時(shí)期降水相關(guān)系數(shù)極低（r=0.249），表明老麥芒在生長(zhǎng)過(guò)程中具有一定的抗旱能力。

3.2.2 牧草高度增加量

如圖2所示，經(jīng)過(guò)5、6、7三個(gè)月數(shù)據(jù)對(duì)比，6月牧草高度增長(zhǎng)最快。

6月正是牧草抽穗（花序形成）到開(kāi)花的關(guān)鍵時(shí)期，故選取6月牧草高度數(shù)據(jù)與前期降水量進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明，黃芪（r=0.797）、千葉耆（r=0.719）、老鸛草（r=0.694）、早熟禾（r=0.54）與 R4 ～6有較好的相關(guān)性，回歸方程如下：

進(jìn)一步證明牧草抽穗（花序形成）到開(kāi)花過(guò)程是需水關(guān)鍵時(shí)期。而老麥芒高度增加與降水量相關(guān)性不大（r=0.438），也印證了其生長(zhǎng)時(shí)期的抗旱能力。

圖2 2004—2016年5種牧草5～7月高度增長(zhǎng)變化

3.3 降水對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

通過(guò)對(duì)觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，牧草總產(chǎn)量的干草產(chǎn)量變化表現(xiàn)出月際和年際的較大不穩(wěn)定性。在2004—2016年的13年中分別有4年在6月底和7月底達(dá)到最高值，有3年在8月底達(dá)到最高值，有2年在9月底達(dá)到最高值。比較而言，牧草鮮重的變化規(guī)律性較強(qiáng)，有9年在6月底達(dá)到最高，其余4年為7月底。因此，本文選擇鮮草產(chǎn)量持續(xù)增加的6月和7月的產(chǎn)量測(cè)定值作為模擬對(duì)象（單位為g/m2）進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，6月鮮草重量與R4-6有較好的相關(guān)性，7月鮮草重量與R4-7有較好的相關(guān)性。回歸方程如下：

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析表明，上年秋冬季的降水量與6月、7月牧草鮮草重量相關(guān)性不大，但當(dāng)年4～7月降水量對(duì)6月、7月牧草鮮草重量有一定影響，充分說(shuō)明天山北坡中山帶牧草產(chǎn)量的高低一定程度上取決于當(dāng)年牧草生長(zhǎng)季的降水狀況。

此外，分別計(jì)算5種牧草6月、7月鮮草重量與降水量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)黃芪在6月的鮮草重量與R4-6相關(guān)性較顯著?；貧w方程如下：

從而進(jìn)一步驗(yàn)證生長(zhǎng)季的降水量對(duì)黃芪生長(zhǎng)過(guò)程及產(chǎn)量的重要影響。

4 結(jié)論

（1）7～9月總降水量增加或減少12.1 mm，牧草黃枯日期將推遲或提前1d。（2）對(duì)7月下旬牧草高度的分析及6月牧草高度增長(zhǎng)量的分析，進(jìn)一步證明牧草抽穗 （花序形成）到開(kāi)花過(guò)程是需水關(guān)鍵時(shí)期。黃芪的生長(zhǎng)對(duì)降水的反映極其敏感，生長(zhǎng)過(guò)程需水量較大；老芒麥的生長(zhǎng)高度及高度增加與降水量相關(guān)性并不大，也印證了其生長(zhǎng)時(shí)期的抗旱能力。（3）通過(guò)分析6月、7月牧草鮮草重量與降水量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)牧草產(chǎn)量的高低一定程度上取決于當(dāng)年牧草生長(zhǎng)季（4～7月）的降水狀況。

綜上所述，無(wú)論是天然牧草的發(fā)育期，還是牧草的生長(zhǎng)高度和產(chǎn)量，均與相關(guān)時(shí)段的降水量有著密切關(guān)系，正是由于降水在很大程度上決定了牧草的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，從而對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生決定性的影響[6]，并且降水因素對(duì)于其生長(zhǎng)過(guò)程的影響程度由大到小分別為黃芪、千葉耆、老鸛草、早熟禾和老芒麥。研究中發(fā)現(xiàn)，黃芪的生長(zhǎng)與降水因子有顯著相關(guān)性，但降水因素對(duì)其黃枯的時(shí)間并沒(méi)有決定性影響；老芒麥在生長(zhǎng)過(guò)程中有較強(qiáng)的抗旱能力，但前期降水量對(duì)其黃枯期的時(shí)間有很大影響。

參考文獻(xiàn)

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