青海省天然草地牧草营养成分的主成分分析

侯留飞，唐俊伟

（青海省草原总站，青海 西宁 810001）

近年来，灰色关联系数、模糊系数、欧氏距离及回归分析、方差分析、聚类分析等方法不断地被广泛应用在青海省天然草地各项变量的综合评价之中，特别是主成分分析，利用降维的思想将多个原始变量通过线性组合提炼出少数彼此独立的新变量（主成分）［1］，在主成分分析中每个主成分所含信息互不重复，可以消除原有变量间的相互影响，且能够反映原始变量的大部分信息，是复杂的数据分析过程简单化，被广泛地应用于青海省天然草地相关领域研究的相应指标的综合评价，如张玉、王建民等对高山嵩草（Kobresia pygmaea）等12种草地植物常规营养成分进行了分析［2-3］，马成德［4］对青海湖流域各类型天然草地质量进行了评价，若毛吉［5］对共和盆地天然草地产草量的影响因子进行了研究，为后人利用主成分分析方法研究青海省天然草地奠定了基础。笔者尝试利用主成分分析方法，对青海省9个天然草地类牧草营养成分进行分析，以期综合评价不同天然草地类牧草营养价值的优劣。

表1 青海省天然草地牧草营养成分含量及标准化值

表2 青海省天然草地牧草营养成分解释的总方差

1 研究区概况［6-9］

青海省位于青藏高原东北部，北纬31°39′～39°21′，东经 89°35′～103°4′，平均海拔 3 000 m 以上，全省80%以上为高原地形，可分为环湖片区、青南片区、柴达木片区、祁连山片区。属典型的高原大陆性气候，干燥少雨，年降水量14.9～774.3 mm；寒冷期长，年平均温度-5.9～8.7℃；光能资源丰富，日照时数2 250～3 602 h。全省天然草地面积41 917 172 hm2，其中可利用天然草地面积38 645 762 hm2，分属9个天然草地类93个天然草地型，常见的牧草有79科398属1 491种，主要优势种植物高山嵩草（Kobresia pygmaea）、矮生嵩草（Kobresia humilis）、藏嵩草（Kobresia littledalei）、苔草（Carex rigescens）、披碱草（Elymus dahuricus）等。

2 研究材料与方法

2.1 研究材料

委托中国科学院西北高原生物研究所分析测试中心对青海省天然草地第二次草地资源调查采集的牧草样品进行粗蛋白质（CP）、粗脂肪（EE）、粗纤维（CF）、无氮浸出物（NFE）、粗灰分（Ash）测定，得出研究所用基础数据。

2.2 研究方法

利用IBM SPSS Statistics V 22.0软件抽取统计功能对原始数据进行标准化处理，并利用降维功能对标准化数据进行主成分因子分析。

3 结果与分析

3.1 天然草地牧草营养成分分析

对天然草地牧草样本进行粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、无氮浸出物、粗灰分5种营养成分分析，并对营养成分数据进行标准化处理，结果如表1、表2所示，粗蛋白质含量（%）全部大于10%，温性荒漠类最高为17.37%；粗脂肪含量（%）大多居于2.50%～3.50%，高寒荒漠类含量最高为4.36%，高寒草甸草原类含量最低为2.01%；粗纤维含量（%）大多居于20.00%～30.00%，温性荒漠类、高寒草甸草原类含量较低；无氮浸出物在各营养成分中含量最高，多居于40.00%～50.00%，高寒草甸草原类含量最高为54.56%；粗灰分含量可分为3个层次，温性荒漠类含量最高为19.90%，高寒荒漠类次之，其他天然草地类粗灰分含量较低。整体来说，研究中牧草营养成分表现出“三高一低”的特点，粗蛋白、粗脂肪、无氮浸出物含量高，粗纤维含量低，与前人研究结果一致［10］。

3.2 天然草地牧草营养成分主成分提取和特征向量计算

根据表2计算结果，提取出特征值大于1的2个主成分，贡献率分别为49.261%、33.655%，累计贡献率为82.916%，这说明2个主成分可以反映天然草地牧草营养成分82.916%的信息。结合表2中特征值除以表3中主成分载荷矩阵值，然后取平方根，得到2个主成分的特征向量，结果如表3所示。

表3 青海省天然草地牧草营养成分主成分载荷矩阵及特征向量

3.3 天然草地牧草营养成分主成分得分计算

利用表3中2个特征向量值乘以表1中相应天然草地牧草营养成分标准化值，得出该种天然草地类牧草营养成分对于2个主成分的单项得分F1、F2，单项得分乘以相应贡献率后相加，得出综合得分F值并排序，如表4所示，温性荒漠类综合得分最高为12.494，高寒荒漠类次之为3.025。

表4 青海省天然草地牧草营养成分主成分综合得分及排序

4 讨论

根据主成分分析结果，温性荒漠类综合得分最高，这是因为其生境昼夜温差大，白天温度高、光合作用强，夜间气温低、呼吸作用弱，利于牧草营养物质的积累。另外，虽然温性荒漠类、高寒荒漠类天然草地牧草营养成分在主成分评价中表现较好，但是这类草地主要分布于柴达木盆地，气候干旱且植被分布较少，应充分发挥其防风固沙的重要生态作用，不易过度利用。

：

［1］张水清，黄绍敏，郭斗斗.主成分分析在潮土土壤肥力评价中的应用［J］.河南农业科学，2011，40（4）：82-86.

［2］张玉.SPSS软件和主成分分析法在牧草营养价值评价中的应用 ［J］. 安徽农业科学，2012，40（12）：7186-7188.

［3］王建民，魏永林，宋理明，等.环湖地区不同草场类型优势牧草主要生育期营养成分分析 ［J］.青海气象，2009（4）：31-34，36.

［4］马成德.应用主成分分析评价青海湖流域各类型天然草地质量［J］.中国草食动物，2008，28（3）：48-51.

［5］若毛吉.用主成分和灰色关联度分析法评价共和盆地天然草地产草量的影响因子 ［J］.草业与畜牧，2010（2）：13-16.

［6］青海省草原总站.青海草地资源［M］.西宁：青海人民出版社，2012.

［7］侯留飞.基于MODIS影像的青海省天然草地植被覆盖度分析［J］.黑龙江畜牧兽医，2011（12）：88-89.

［8］陈钟，冯琦胜，黄晓东，等.青海省主要类型天然草地EVI动态变化［J］.草业科学，2010，27（5）：23-29.

［9］张丛，陈全功，梁天刚.青海省天然草地的收益分析及分类经营［J］.草业科学，2010，27（8）：15-22.

［10］侯留飞.天然牧草能值和能量载畜能力分析［J］.青海草业，2011，20（3）：33-35.