新疆尼勒克縣荒漠草原生產(chǎn)性能與降雨量的關(guān)系研究

李建偉，張生楹，羅志娜，范天文

(1.新疆伊犁州草原工作站，新疆 伊寧市 835000；2.新疆尼勒克縣草原工作站，新疆 尼勒克縣 835700；3.新疆伊犁州治蝗滅鼠指揮中心，新疆 伊寧市 835000)

光、熱、水是天然牧草生長(zhǎng)不可缺少的氣候因子，光是最本質(zhì)的要素，直接參與光合作用，而水分則是天然草原牧草生長(zhǎng)最直接的限制因子[1,2]。水分對(duì)植物生物量的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是在一定限度內(nèi)，總降雨量與生物量呈正相關(guān)；二是降雨量的空間分布對(duì)植物地上生物量的變化亦有重大影響[2]。新疆尼勒克縣有天然可利用草地61.30萬(wàn)hm2，其中荒漠草原(溫性荒漠類(lèi)、溫性荒漠草原類(lèi)草地)6.25萬(wàn)hm2[3]，是當(dāng)?shù)刂饕拇呵锓拍翀?chǎng)，由于其生態(tài)環(huán)境脆弱，且春秋兩季草地載畜壓力大，極易受損退化[4]。尼勒克縣荒漠草原光熱充足，降雨量是限制荒漠草原植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要制約因素，本文以降雨的空間分布為切入點(diǎn)，分析荒漠草原的鮮草重量、草群平均高度和蓋度與降雨量空間分布的關(guān)系，探討不同時(shí)期降雨量對(duì)荒漠草原生產(chǎn)性能的影響，以期為實(shí)現(xiàn)荒漠草原的科學(xué)管理、合理開(kāi)發(fā)利用、實(shí)施退化草原的修復(fù)治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

尼勒克縣地處新疆西部中天山西段，位于伊犁河谷東北部，東高西低，北高南低，由東北向西南傾斜，呈柳葉狀，山地氣候特性明顯。天然草地有高寒草甸類(lèi)、山地草甸類(lèi)、溫性草甸草原類(lèi)、溫性草原類(lèi)、溫性荒漠草原類(lèi)、溫性荒漠類(lèi)、低地草甸類(lèi)和沼澤類(lèi)8個(gè)草地類(lèi)[3]。本文的研究區(qū)域?yàn)闇匦曰哪?lèi)和溫性荒漠草原類(lèi)草地，是當(dāng)?shù)刂饕拇呵锊輬?chǎng)，主要分布在縣域西部的低山地區(qū)，海拔850～1 300 m，土壤主要為灰鈣土，生長(zhǎng)著伊犁絹蒿(Seriphidium transiliense Poljak.)、灰毛木地膚(Kochia prostrata var.canescens Moq.)、網(wǎng)脈胡盧巴 (Trigonella cancellata Desf.)、駝絨藜 (Krascheninnikovia ceratoides(Linnaeus)Gueldenstaedt)、角果藜(Ceratocarpus arenarius L.)等牧草。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年至2020年，每年在牧草產(chǎn)量的高峰期(7月中旬)對(duì)研究區(qū)域開(kāi)展地面監(jiān)測(cè)。共選取樣地11個(gè)(溫性荒漠類(lèi)草地4個(gè)、溫性荒漠草原類(lèi)草地7個(gè))，每個(gè)樣地內(nèi)選擇3個(gè)具有代表性的樣方，樣方之間的間隔大于250 m，面積為1 m2(1m×1m)，測(cè)定鮮草重量、草群平均高度和蓋度。

根據(jù)研究區(qū)域的月降雨量，將降雨量分為11組，依次為：A組(年降雨量)、B組(上年度10月至7月總降雨量)、C組(上年度11月至7月總降雨量)、D組(上年度12月至7月總降雨量)、E組(1月至7月總降雨量)、F組(2月至7月總降雨量)、G組(3月至7月總降雨量)、H組(4月至7月總降雨量)、I組(5月至7月總降雨量)、J組(6月、7月總降雨量)、K組(7月降雨量)。通過(guò)相關(guān)分析，探討各組降雨量與鮮草產(chǎn)量、草群平均高度和蓋度的相關(guān)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，故將上年度10月、11月、12月的降雨量納入到降雨量分組；因測(cè)定牧草產(chǎn)量在7月份，且8月、9月的降雨無(wú)法留存至下年度使用，故8月、9月的降雨量?jī)H在年降雨量?jī)?nèi)體現(xiàn)。

1.3 測(cè)定方法[5-8]

1.3.1 鮮草產(chǎn)量

樣方內(nèi)齊地面刈割地上部分，測(cè)定鮮草重量；取平均值，折算成荒漠草原的鮮草產(chǎn)量。

1.3.2 草群平均高度指草地植物群落在自然狀態(tài)下的高度。測(cè)量樣方內(nèi)大多數(shù)植物枝條或草層葉片集中分布的自然高度，取平均值。

1.3.3 蓋度采用投影蓋度目測(cè)法測(cè)定。樣方內(nèi)植物地上部分垂直投影的面積占樣方面積的比率。

1.4 氣象數(shù)據(jù)

月降雨量數(shù)據(jù)來(lái)源于尼勒克縣氣象局。11個(gè)降雨量分組的數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。

表1 尼勒克縣2017-2020年年度降雨量分組數(shù)據(jù)

1.5 數(shù)據(jù)處理

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

2 結(jié)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(qiáng)弱的重要指標(biāo)[8-10]。由圖1可以看出，2017年的鮮草產(chǎn)量最高，較其它3個(gè)年份差異顯著(P＜0.05)。2018年和2019年的鮮草產(chǎn)量接近，差異不顯著(P＞0.05)。2020年的鮮草產(chǎn)量最低，顯著低于其它年份(P＜0.05)。4個(gè)年份的鮮草產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，最高年份2017年較最低年份2020高出了701.5 kg/hm2。這可能與降雨量有關(guān)，2017年較2020年，降雨量分組中的B組(上年度10月至7月總降雨量)、C組(上年度11月至7月總降雨量)、D組(上年度12月至7月總降雨量)、E組(1月至7月總降雨量)、F組(2月至7月總降雨量)、G組(3月至7月總降雨量)和H組(4月至7月總降雨量)7組的降雨量差值均100 mm以上。

圖1 鮮草產(chǎn)量的年際變化

2.2 草群平均高度對(duì)比

高度是反映植物群落樣貌的主要特征之一，可以作為一種標(biāo)識(shí)來(lái)判斷植物生長(zhǎng)是否健康[8-10]。由圖2可知，草群平均高度的整體表現(xiàn)趨勢(shì)和鮮草產(chǎn)量一致，2017年最高，之后逐漸降低，2020年最低。2017年顯著高于其它3個(gè)年份(P＜0.05)，2020年顯著低于其它3個(gè)年份(P＜0.05)，2018年和2019年之間差異不顯著(P＞0.05)。

圖2 草群平均高度的年際變化

2.3 蓋度對(duì)比

蓋度是草地植被的一個(gè)重要衡量指標(biāo)，可間接反映植物的生長(zhǎng)繁茂程度以及光合能力[8-10]。由圖3可知：4個(gè)年度的蓋度高低表現(xiàn)為2019年＞2017年＞2018年＞2020年，最高年份2019年與最低年份2020年相差1.8%，差異不顯著(P＞0.05)。4個(gè)年度間的蓋度差異均不顯著(P＞0.05)。

圖3 蓋度的年際變化

2.4 生產(chǎn)性能間的相關(guān)性分析

將4個(gè)年度的鮮草產(chǎn)量、草群平均高度和蓋度做相關(guān)性分析，結(jié)果顯示：鮮草產(chǎn)量與草群平均高度之間存在極其顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r=1.000，P=0.000＜0.01。鮮草產(chǎn)量與蓋度之間的相關(guān)性不顯著，相關(guān)系數(shù)r=0.739，P=0.261＞0.01。草群平均高度和蓋度之間的相關(guān)性不顯著，相關(guān)系數(shù)r=0.728，P=0.272＞0.01。(見(jiàn)表2)。

表2 各生產(chǎn)性能間的相關(guān)性分析

2.5 生產(chǎn)性能與降雨量的相關(guān)性分析

將4個(gè)年度的鮮草產(chǎn)量、草群平均高度和蓋度與11組降雨量做相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表3。鮮草產(chǎn)量與11組降雨量之間，僅與H組(4月至7月總降雨量)之間存在顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r=0.959，P=0.041＜0.05；與其它10組均相關(guān)性不顯著，相關(guān)系數(shù)r＞0.9的有3組，分別是B組(上年度10月至7月總降雨量)、C組(上年度11月至7月總降雨量)、D組(上年度12月至7月總降雨量)，相關(guān)系數(shù)r＞0.8的有3組，分別是E組(1月至7月總降雨量)、F組(2月至7月總降雨量)、G組(3月至7月總降雨量)，與K組(7月)顯示負(fù)向影響。

表3 生產(chǎn)性能與降雨量的相關(guān)性分析

草群平均高度與11組降雨量之間的相關(guān)性與鮮草產(chǎn)量的表現(xiàn)基本一致。相關(guān)系數(shù)r＞0.8的共有7組，僅與H組(4月至7月總降雨量)之間存在顯著正相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r=0.965，P=0.035＜0.05；與B組(上年度10月至7月總降雨量)、C組(上年度11月至7月總降雨量)、D組(上年度12月至7月總降雨量)的相關(guān)系數(shù)r＞0.9，但不顯著；與E組(1月至7月總降雨量)、F組(2月至7月總降雨量)、G組(3月至7月總降雨量)3組之間的相關(guān)性不顯著。與K組(7月降雨量)顯示負(fù)向影響。

蓋度與11組降雨量之間相關(guān)性均不顯著；與I組(5月至7月總降雨量)、J組(6月、7月總降雨量)、K組(7月降雨量)3組呈現(xiàn)負(fù)向影響；與其它8組為正向影響，但相關(guān)系數(shù)r值較低，均低于0.60。

3 討 論

天然草場(chǎng)牧草返青后，牧草生長(zhǎng)隨時(shí)間呈“緩慢生長(zhǎng)--積極生長(zhǎng)--緩慢生長(zhǎng)”的趨勢(shì)[3]，而對(duì)于水分的需求規(guī)律也基本一致。尼勒克縣荒漠草原，牧草在生長(zhǎng)初期和末期，溫度比較低，牧草生長(zhǎng)緩慢，對(duì)水分的需求量少，此時(shí)草原的土壤水分含量往往能滿(mǎn)足牧草的生長(zhǎng)，尤其是生長(zhǎng)初期，冬季融雪為土壤提供了充足的水分。4月至7月，光照和溫度充盈，天然牧草進(jìn)入發(fā)育旺盛的積極生長(zhǎng)期，對(duì)土壤水分的需求量大大增加，水分成為最顯著的限制因子，但此時(shí)土壤中的水分已不能滿(mǎn)足牧草的生長(zhǎng)，亟需降雨，有效的降雨將大大促進(jìn)牧草的生長(zhǎng)，提升鮮草產(chǎn)量和草群平均高度。

尼勒克縣荒漠草原地處干旱少雨地區(qū)，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)酷，生產(chǎn)力較低，但是具有維護(hù)生物多樣性、保持水土等不容忽視的生態(tài)價(jià)值，生長(zhǎng)著伊犁絹蒿、木地膚、胡盧巴、駝絨藜、角果藜等超旱生牧草。由于生態(tài)環(huán)境嚴(yán)酷，外來(lái)植物很難適應(yīng)并長(zhǎng)久生長(zhǎng)，受損后修復(fù)難度大，目前采用的主要修復(fù)措施是補(bǔ)播鄉(xiāng)土草種，在入冬第一場(chǎng)雪后撒播伊犁絹蒿、木地膚、駝絨藜等草種，待翌年伴隨融雪發(fā)芽生長(zhǎng)，但在生長(zhǎng)季一旦遭遇長(zhǎng)時(shí)間無(wú)有效降雨，將大大降低幼苗的成活率。如果能在生長(zhǎng)季適當(dāng)?shù)膶?duì)修復(fù)草地進(jìn)行補(bǔ)水，將會(huì)有效的提高補(bǔ)播幼苗的存活率、促進(jìn)原生植被的生長(zhǎng)，提升修復(fù)效果?；哪菰迯?fù)一般都是大面積、區(qū)域性的，灌溉補(bǔ)水的可操作性不強(qiáng)，試想是否可以將人工影響天氣作業(yè)納入改善、修復(fù)荒漠草原的一種措施，在牧草生長(zhǎng)發(fā)育的水分關(guān)鍵期人工干預(yù)天氣補(bǔ)充水分，達(dá)到修復(fù)的目的，但具體的成效，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

鮮草產(chǎn)量和草群平均高度的年際變化基本一致，兩者之間存在極顯著正相關(guān)性。蓋度與鮮草產(chǎn)量、草群平均高度之間的相關(guān)性不顯著。

鮮草產(chǎn)量、草群平均高度與4月至7月總降雨量之間存在顯著正相關(guān)性，這與鐘玲[11]的研究結(jié)果一致，牧草產(chǎn)量與牧草生長(zhǎng)季降雨量之間的相關(guān)性顯著。