降水量對天山北坡中山帶天然牧草生長的影響分析

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天山北坡中山帶的烏魯木齊牧業氣象試驗站的氣象觀測資料、牧草觀測資料為基礎。通過分析降水對天然牧草發育期、生長高度和產量等生長發育性狀的效應，從而掌握天山北坡中山帶天然牧草對降水或者水分條件的需求，對了解這一區域氣候變化規律，開發和利用氣候資源，以及畜牧業生產具有一定的理論參考價值和實際應用意義。

1 資料

1.1 氣候概況

研究地烏魯木齊市牧業氣象試驗站，地處天山北坡中山帶，烏魯木齊南山自然生態保護區西白楊溝境內，海拔1 941.0 m，占地面積0.5 hm2，野外牧業氣象觀測場占地面積2.73 hm2，離烏魯木齊市區60 km。研究區年平均氣溫3.2℃，極端最低氣溫-31.2℃，極端最高氣溫32.7℃，年平均總日照時數2 484.2.2 h，年降水量483.7 mm，年平均蒸發量1 193.6 mm，年平均無霜期243 d。草場類型屬典型山地草甸草原草場，土壤為山地栗鈣土。該基地對天山北坡中山帶烏魯木齊境內草甸草原的氣候特點和自然植被類型具有較好的代表性[1-2]。

1.2 資料來源

資料來源于烏魯木齊牧業氣象試驗站逐日氣象觀測記錄及2004—2016年天然牧草資料觀測記錄。觀測項為當地主要牧草品種：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），內容包括牧草發育期、生長高度和牧草產量測定。

圖1 2004—2016年5種牧草5～8月高度變化

2 研究方法

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

3 結果與分析

3.1 降水對牧草生長過程的影響

3.1.1 返青期和抽穗期

經統計，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，可見氣象條件對年際間牧草返青時間有較大影響。

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

3.1.2 黃枯期

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

式中，Y為黃枯期距離9月1日的天數，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 降水對牧草生長高度的影響

3.2.1 生長高度

據統計，牧草生長高度呈單峰性，除老麥芒生長高度在8月下旬達到峰值外，其他4種牧草均在8月中旬高度達到峰值（如圖1）。

由于從7月下旬開始牧草高度變化較緩慢，且數據完整性較好，故選取7月下旬牧草高度數據進行分析。結果表明，黃芪的生長高度與R4-7相關性極其顯著（r=0.826），千葉耆（r=0.582）和早熟禾（r=0.571）有較好的相關性，回歸方程如下：

由此可見，當年4～7月水汽條件越好，這3種牧草的長勢越佳，尤其是黃芪的生長高度對降水的反映極其敏感，生長過程需水量較大。例如：在2004年、2008年和2012年，4～7月總降水量在200～250 mm之間時，黃芪的生長高度僅在30 cm左右；而同時期降水量在300～400 mm的年份，其生長高度可達50～60 cm。相比之下，老麥芒的生長高度與同時期降水相關系數極低（r=0.249），表明老麥芒在生長過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，經過5、6、7三個月數據對比，6月牧草高度增長最快。

6月正是牧草抽穗（花序形成）到開花的關鍵時期，故選取6月牧草高度數據與前期降水量進行相關分析。結果表明，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有較好的相關性，回歸方程如下：

進一步證明牧草抽穗（花序形成）到開花過程是需水關鍵時期。而老麥芒高度增加與降水量相關性不大（r=0.438），也印證了其生長時期的抗旱能力。

圖2 2004—2016年5種牧草5～7月高度增長變化

3.3 降水對牧草產量的影響

通過對觀測資料的統計分析發現，牧草總產量的干草產量變化表現出月際和年際的較大不穩定性。在2004—2016年的13年中分別有4年在6月底和7月底達到最高值，有3年在8月底達到最高值，有2年在9月底達到最高值。比較而言，牧草鮮重的變化規律性較強，有9年在6月底達到最高，其余4年為7月底。因此，本文選擇鮮草產量持續增加的6月和7月的產量測定值作為模擬對象（單位為g/m2）進行相關分析，結果表明，6月鮮草重量與R4-6有較好的相關性，7月鮮草重量與R4-7有較好的相關性。回歸方程如下：

經過統計分析表明，上年秋冬季的降水量與6月、7月牧草鮮草重量相關性不大，但當年4～7月降水量對6月、7月牧草鮮草重量有一定影響，充分說明天山北坡中山帶牧草產量的高低一定程度上取決于當年牧草生長季的降水狀況。

此外，分別計算5種牧草6月、7月鮮草重量與降水量的關系，發現黃芪在6月的鮮草重量與R4-6相關性較顯著。回歸方程如下：

從而進一步驗證生長季的降水量對黃芪生長過程及產量的重要影響。

4 結論

（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7月下旬牧草高度的分析及6月牧草高度增長量的分析，進一步證明牧草抽穗 （花序形成）到開花過程是需水關鍵時期。黃芪的生長對降水的反映極其敏感，生長過程需水量較大；老芒麥的生長高度及高度增加與降水量相關性并不大，也印證了其生長時期的抗旱能力。（3）通過分析6月、7月牧草鮮草重量與降水量的關系，發現牧草產量的高低一定程度上取決于當年牧草生長季（4～7月）的降水狀況。

綜上所述，無論是天然牧草的發育期，還是牧草的生長高度和產量，均與相關時段的降水量有著密切關系，正是由于降水在很大程度上決定了牧草的生長發育狀況，從而對產量產生決定性的影響[6]，并且降水因素對于其生長過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。研究中發現，黃芪的生長與降水因子有顯著相關性，但降水因素對其黃枯的時間并沒有決定性影響；老芒麥在生長過程中有較強的抗旱能力，但前期降水量對其黃枯期的時間有很大影響。

參考文獻

[1]買買提·阿布來提，巴特爾·巴克，成鵬，等.天山北坡5種天然牧草生長發育及氣象條件分析[J].新疆農業大學學報，2011，34（4）：292-296.

[2]買買提.阿布來提，沙拉木，普宗朝.2006年烏魯木齊天然牧草長勢初報[J].新疆農業科學，2007，44（s2）：206-208.

[3]宋理明，魏永林，馬宗泰，等.降水對青海環湖天然牧草生長的長期效應分析[J].青海草業，2012，21（1）：6-9.

[4]嚴應存，高貴生，宋理明，等.環青海湖地區天然牧草對水分條件的反應特性[J].青海氣象，2005（4）：25-29.

[5]汪青春.牧草生長發育與氣象條件的關系及氣候年景研究[J].中國農業氣象，1998，19（3）：1-7.

[6]黃敬峰，李建龍.天山北坡冬草場牧草產量與氣象條件的統計分析[J].植物生態學與地植物學學報，1992，16（3）：258-265.