落盤式測定法在云南亞熱帶人工草地產量估測中的應用

龍顯靜，謝堂民，宗彩虹，吳文榮，袁福錦，陳 功

（1.云南農業大學 動物科學技術學院，云南 昆明 650201；2.云南省草地動物科學研究院，云南 昆明 650212）

牧草產量是評價草地初級生產力的重要指標，國外對草地生物量的研究始于20世紀90年代［1］，多根據植被指數和地面樣方的草地生物量來建立統計模型［2，3］，或是結合環境和氣候等相關變量建模［4］，這些方法比較準確但耗時較多?？焖俣鴾蚀_地估測草地牧草產量，對于草地動態監測和生產經營管理具有十分重要的意義。傳統刈割測定法破壞草地植被，也難以滿足多種試驗所需要的連續定位測定的要求。為了克服刈割測定法所存在的缺陷，國內外學者研究開發了許多非破壞性草地產草量的測定技術，如遙感監測［5－6］、近地面光譜分析［7］、氣象模擬估測［8］、Markov預測［9］以及落盤式測產法等。落盤式測產儀測定草產量的基本原理是具有一定面積和質量的圓盤由上而下落到草地上時，由于受到牧草的支撐而使圓盤停留在距離地面的一定高度上，圓盤所停留的高度是牧草受重力壓迫后的高度（簡稱壓縮高度），分析草層壓縮高度與牧草產量之間的相關關系并建立回歸模型，將草層壓縮高度換算成牧草產量。目前，落盤式測產儀已應用于澳大利亞［10－12］、德國［13］、美國加利福尼亞［14］、中國內蒙古［15］等人工刈割草地和人工放牧草地的產量測定［16－21］。試驗使用落盤式測產儀對云南亞熱帶人工混播草地進行測定，建立并驗證草層壓縮高度和草產量之間的回歸模型，為試驗區草地產量的快速準確估測提供技術支撐和實踐依據。

2 材料和方法

2.1 試驗地概況

試驗點位于云南省草地動物科學研究院示范牧場，地處 N 25°21′，E 102°58′，海拔1 960m，年均溫13.7℃，最高月均溫為6月，20.2℃，最低月均溫為1月，6.8℃。年均降水量990mm，主要集中于7、8、9月。年均蒸發量2 384mm，年日照時數2 617.4h，無霜期301d。土壤為山地紅壤，pH 5.3～5.7，有機質含量2.18%～3.44%，全氮0.10%～0.66%，全磷0.049%～0.052%，全鉀1.85%～2.36%，每100g土壤含有效磷0.034mg，鉀9.7mg，硫1.128mg，水解氮5.68mg。

2.2 試驗材料

白三葉（Trifoliumrepens）與東非狼尾草（Pennisetumclandestinum）混播人工草地，植被蓋度95%以上，刈割利用為目的。白三葉處于初花期，植株高度15～22cm；東非狼尾草大部分枝條處于營養生長狀態，在少量枝條上出現開花現象，植株高度23～29cm。

落盤式測產儀產地為新西蘭，測產盤直徑36cm，手柄高度1.1m，0.1m2樣圓，0.01g電子天平。

2.3 試驗設計

2.3.1 樣地和樣方 2013年6月11日，選取長方形樣地5hm2，在兩條對角線上選取樣方40次，分別測定壓縮高度和地上生物量。2013年6月24日，在相同的樣地上隨機選取樣方15次，分別測定壓縮高度和地上生物量。

2.3.2 草層壓縮高度 使用落盤式測產儀時，選取地勢平整、牧草長勢均勻、沒有石塊和硬葉植物的草地，將落盤式測產儀輕輕提起，記錄初始刻度，平穩放置于草層上之后，讓手柄緩慢下落，直到手柄不再下降為止，再次記錄刻度，兩次刻度之差即為草層壓縮高度。

2.3.3 牧草鮮重 在測定壓縮高度之處，齊地面刈割0.1m2樣圓內的牧草，分撿白三葉和東非狼尾草并分別用0.01g電子天平稱重，牧草總鮮重等于白三葉和東非狼尾草的鮮重之和。

2.3.4 牧草干物質 取樣白三葉和東非狼尾草各3份，每份約500g，帶回實驗室用65℃烘箱烘干48h至恒重，計算干鮮比，將牧草鮮重折算成牧草干物質產量。

2.3.5 數據分析 6月11日，共測取了40組數據，其中的20組用于分析壓縮高度與牧草鮮重、牧草干物質之間的相關關系，建立回歸模型；另外20組數據以及6月24日測取的15組數據分別用于驗證模型。試驗數據用SPSS 19.0軟件進行統計分析。

3 結果與分析

3.1 草群組成

在6月11日和6月24日，白三葉、東非狼尾草分別在草群中所占鮮草比例、干物質比例、以及各自的干鮮比見表1。隨著時間推移，白三葉在草群中的比例有所下降，而東非狼尾草表現出增長趨勢；白三葉、東非狼尾草的干物質／鮮重分別從18.5%和20.0%增加到20.5%和22.1%。

表1 混播草地中鮮草、干物質及干鮮比Table1 The botanical composition and ratio of dry matter to fresh weight %

3.2 產草量與草層壓縮高度的相關性

6月11日，草層壓縮高度為6.5～24.6cm，鮮草產量和干物質產量分別為71.7～254.9g／（0.1m2）和13.6～47.7g／（0.1m2）。圖1分析表明，壓縮高度與鮮草產量、干物質產量之間均存在極顯著的相關關系（P＜0.01）。

鮮草產量（Y1）與壓縮高度（X）回歸模型為：

干物質產量（Y2）與壓縮高度（X）回歸模型為：

3.3 草產量與壓縮高度回歸模型的驗證

將6月11日第21～40次測定的草層壓縮高度值分別代入方程1和方程2，得出鮮草產量和干物質產量的模擬值。分析表明，鮮草產量、干物質產量的模擬值與實測值之間存在極顯著相關關系（P＜0.01），回歸模型如表2，圖2所示。

6月24日，草層壓縮高度在7.8～24.8cm，鮮草產量和干物質產量分別為96.5～262.4g／（0.1m2）和21.2～59.0g／（0.1m2）。將6月24日測定的草層壓縮高度值分別代入回歸方程1和回歸方程2，得出鮮草產量和干物質產量的模擬值。結果表明，鮮草產量、干產草量的模擬值與實測值之間也表現為顯著相關關系（P＜0.01）（表3）。

圖1 草層壓縮高度與鮮草產量及干物質產量之間的回歸模型Fig.1 The regression models between fresh yield，dry matter yield and compressed sward height

表2 6月11日草產量實測重與模擬重之間的回歸關系Table2 Regression between measured value and estimated value on 11th June

表3 6月24日草產量實測重與模擬值之間的回歸關系Table3 Regression between measured value and estimated value on 24th June

4 討論與結論

（1）草層壓縮高度與草地鮮草產量、干物質產量之間均存在極顯著相關關系，牧草產量估測值與實測值之間顯著相關。試驗結果與陳功等［10］在澳大利亞混播放牧草地上的研究結果，以及趙鋼等［13，15］在德國和內蒙古放牧草地上的研究結果相一致。Scrivner J H等［14］在美國加利福尼亞州輪牧試驗結果證明，使用落盤式測產儀可以快速準確估測牧草生長量和家畜采食量，說明利用落盤式測產儀估測草地的牧草產量是可行的。

（2）隨著牧草的生長發育，草群組成、牧草植株高度和草產量不斷發生改變。在某一時期建立的估產模型能否適用于其他時期，值得研究探討。本次試驗結果表明，利用6月11日建立的模型可以準確估測6月24日草地鮮草產量和干物質產量。研究者報道，在澳大利亞人工草地—輪牧羔羊試驗中，利用7月下旬建立的估產模型，可以準確估測8～9月的干物質產量［10］。在內蒙古天然草地上的試驗報道表明，對放牧草地而言，7d的間隔時間即可引起草層壓縮高度與牧草產量之間的回歸關系發生顯著變化，休閑草地中老化的植株莖稈也容易導致回歸關系的失真［15］。因此，利用落盤式測產儀估測草地產量時，應根據不同的草地類型和利用方式，建立不同時期相應的估產模型。

（3）使用落盤式測產儀估測草產量，取樣點要求地面平整、草層均勻、沒有石塊、家畜糞便和立枯物，否則估測結果會受到明顯影響。如硬葉植物、不平整的地表、小塊石頭、甚至家畜糞便都可能影響測產儀的讀數，致使牧草產量的估測值出現誤差。當牧草產量較低、生長不整齊時，對牧草產量估測值的影響更大。在一年之中，牧草生長初期或末期，估測值最易出現誤差，牧草生長初期對牧草產量進行估測特別易受上年殘留枯草的影響［14］。在休閑草地中，由于排除了放牧家畜的食草作用，導致草地植被的異質性加強，在取樣數量較低的情況下，有可能導致測定精度誤差加大，而且在休閑草地中，一些老化的牧草莖干變粗變硬，也是引起牧草產量與牧草壓縮高度回歸關系失真的重要原因之一，在休閑草地中，必須增加取樣數目，以增加測定結果的正確性［15］。

［1］ Kanemasu E T，Demit raids Shah T H，Su H，etal.Estimating grassland biomass using remotely sensed data［M］／／Steven M D，Clark J A.London and Boston：Butter worth Heinemann，1990：185－1991.

［2］ Ro y P S，Janna S，Pant D N.Evaluation of grassland sand spectral reflectance relationship to its biomass in Kanha National Park（M.P.）［J］.India Grocer to International，1991（6）：39－45.

［3］ Purvey or J T，Tate＇s R I，Siyanda T，etal.Relationship between percent vegetation cover and vegetation indices［J］.International Journal of Remote Sensing，1998，19：3519－3535.

［4］ Rasmussen M S.Developing simple，operational，consistent models by apply environmental and climatic information：Part iv Assessment of net primary production［J］.International Journal of Remote Sensing，1998，19：97－117.

［5］ 黃敬峰，王秀珍，王人潮.天然草地牧草產量遙感綜合監測預測模型研究［J］.遙感學報，2001，5（1）：69－74.

［6］ 俞聯平，李發弟，李新媛，等.基于3S技術的甘肅省甘州區荒漠草地生產力評價［J］.草原與草坪，2008（5）：36－39.

［7］ 陳功，王建偉.封育條件下草地光譜反射特征及地上生物量估測［J］.云南農業大學學報，2008，23（4）：462－467.

［8］ 梁萬鵬，楊云貴，程杰，等.建立數學模型估測牧草產量研究［J］.水土保持通報，2010，30（5）：138－142.

［9］ 郭連云.共和盆地天然草地牧草產量的Markov預測模型［J］.草原與草坪，2008（3）：73－77.

［10］ Chen G，Li G D，Conyers M K，etal.Long－term liming regime increases prime lamb production on acid soils［J］.Experimental Agriculture，2009，45（2）：221－234.

［11］ Li G D，Helyar K R，Evans C M.Effects of lime on the botanical composition of pasture over nine years in a field experiment on the south－western slopes of New South Wales［J］.Australian Journal of Experimental Agriculture，2003，43，61－69.

［12］ Li G D，Helyar K R，Welham S J.Pasture and sheep responses to lime application in a grazing experiment in a high－rainfall area，south－eastern Australia.I.Pasture production［J］.Australian Journal of Agricultural Research，57，1045－1055.

［13］ 趙鋼，HOFMANN M，ISSELSTE IN J.非破壞性產量測定方法在放牧草地產量動態研究中的應用［J］.中國草地，2004，26（5）：54－58.

［14］ Scrivner J H，李光棣.估測牧草產量和家畜采食量的提升式圓盤計［J］.草原與草坪，1987（4）：53－55.

［15］ 趙鋼，劉芳，杜玉珍.非破壞性牧草產量測定法在天然草地中的應用研究［J］.華南農業大學學報，2007，28（2）：13－16.

［16］ Correll O，Ieeelstein J，Pavlu V.Studying spatial and temporal dynamics of sward structure at low stocking densities：the use of an extended rising－plate meter method［J］.Grass and Forage Science，2003，58（4）：450－454.

［17］ Aiken G E，Bransby D I.Observer variability for disk meter measurements of forage mass［J］.Agronomy Journal，1992，84（3）：603－605.

［18］ Harmoney K R，Moore K J，George J R，etal.Determination of pasture biomass using four indirect methods［J］.Agronomy Journal，1997，89（4）：665－672.

［19］ Martin R C，Astatkie T，Cooper J M，etal.A comparison of methods used to determine biomass on naturalized swards ［J］.Journal of Agronomy and Crop Science，2005，191（2）：152－160.

［20］ Rayburn E B，Rayburn S B.A standardized plate meter for estimating pasture mass in on farm research trials［J］.Agronomy Journal，1998，90（2）：238－241.

［21］ Sanderson M A，Rotz C A，Fultz S W，etal.Estimating forage mass with a commercial capacitance meter，rising plate meter，and pasture ruler［J］.Agronomy Journal，2001，93（6）：1281－1286.