降水量对天山北坡中山带天然牧草生长的影响分析

刁晓芸，周德伟 ，冯丽晔，樊瑞瑞，刁 平

（1.乌鲁木齐市气象局，新疆 乌鲁木齐 830002；2.瓦房店市气象局；3.临汾市气象局）

0 引言

本文以位于乌鲁木齐地区天山北坡中山带的乌鲁木齐牧业气象试验站的气象观测资料、牧草观测资料为基础。通过分析降水对天然牧草发育期、生长高度和产量等生长发育性状的效应，从而掌握天山北坡中山带天然牧草对降水或者水分条件的需求，对了解这一区域气候变化规律，开发和利用气候资源，以及畜牧业生产具有一定的理论参考价值和实际应用意义。

1 资料

1.1 气候概况

研究地乌鲁木齐市牧业气象试验站，地处天山北坡中山带，乌鲁木齐南山自然生态保护区西白杨沟境内，海拔1 941.0 m，占地面积0.5 hm2，野外牧业气象观测场占地面积2.73 hm2，离乌鲁木齐市区60 km。研究区年平均气温3.2℃，极端最低气温-31.2℃，极端最高气温32.7℃，年平均总日照时数2 484.2.2 h，年降水量483.7 mm，年平均蒸发量1 193.6 mm，年平均无霜期243 d。草场类型属典型山地草甸草原草场，土壤为山地栗钙土。该基地对天山北坡中山带乌鲁木齐境内草甸草原的气候特点和自然植被类型具有较好的代表性[1-2]。

1.2 资料来源

资料来源于乌鲁木齐牧业气象试验站逐日气象观测记录及2004—2016年天然牧草资料观测记录。观测项为当地主要牧草品种：老芒麦（Elymus sibiricus）、 早熟禾 （Poa annua）、 黄芪（Astragalus hoantchy）、草原老鹳草（Geranium pratense）和千叶蓍（Achillea millefolium），内容包括牧草发育期、生长高度和牧草产量测定。

图1 2004—2016年5种牧草5～8月高度变化

2 研究方法

统计2004—2016年13年间以月为基本单位的各时期降水量，采用回归计算方法[3-5]，分析牧草返青期至黄枯期、7月下旬生长高度及6月牧草高度增加值、6～7月鲜草产量及其月增加量等模拟对象与其前期不同时段降水量的相关显著性。牧草资料和对应的降水记录序列长度均为13年，建立其与模拟对象的一元回归方程。

3 结果与分析

3.1 降水对牧草生长过程的影响

3.1.1 返青期和抽穗期

经统计，天山北坡中山带牧草平均返青日期为 4月 15日，2004—2016年间最早为 4月 3日（2008年、2016年），最晚为 5月 4日（2010年），前后相差31 d，可见气象条件对年际间牧草返青时间有较大影响。

但相关分析也表明，牧草返青时间以及开始抽穗（花序形成）的日期与冬季、上年秋季和秋冬季降水量相关性并不明显。由此可见，天山北坡中山带牧草的返青时间及开始抽穗的日期并不是由降水单因子决定的，需要结合其他气象条件另做分析，但此后的生长状况却与降水密切相关。

3.1.2 黄枯期

经分析，前期降水的多少对黄芪的黄枯时间影响不大，而7～9月总降水量与其他4种牧草有较显著的相关性，其中老芒麦相关性极其显著 （r=0.828）。降水与牧草黄枯时间回归模式为：

式中，Y为黄枯期距离9月1日的天数，R7-9为7～9月的总降水量，除黄芪外，其他牧草平均黄枯日期为9月24日，由上式可得，7～9月总降水量增加或减少12.1 mm，牧草黄枯日期将推迟或提前1 d。

3.2 降水对牧草生长高度的影响

3.2.1 生长高度

据统计，牧草生长高度呈单峰性，除老麦芒生长高度在8月下旬达到峰值外，其他4种牧草均在8月中旬高度达到峰值（如图1）。

由于从7月下旬开始牧草高度变化较缓慢，且数据完整性较好，故选取7月下旬牧草高度数据进行分析。结果表明，黄芪的生长高度与R4-7相关性极其显著（r=0.826），千叶耆（r=0.582）和早熟禾（r=0.571）有较好的相关性，回归方程如下：

由此可见，当年4～7月水汽条件越好，这3种牧草的长势越佳，尤其是黄芪的生长高度对降水的反映极其敏感，生长过程需水量较大。例如：在2004年、2008年和2012年，4～7月总降水量在200～250 mm之间时，黄芪的生长高度仅在30 cm左右；而同时期降水量在300～400 mm的年份，其生长高度可达50～60 cm。相比之下，老麦芒的生长高度与同时期降水相关系数极低（r=0.249），表明老麦芒在生长过程中具有一定的抗旱能力。

3.2.2 牧草高度增加量

如图2所示，经过5、6、7三个月数据对比，6月牧草高度增长最快。

6月正是牧草抽穗（花序形成）到开花的关键时期，故选取6月牧草高度数据与前期降水量进行相关分析。结果表明，黄芪（r=0.797）、千叶耆（r=0.719）、老鹳草（r=0.694）、早熟禾（r=0.54）与 R4 ～6有较好的相关性，回归方程如下：

进一步证明牧草抽穗（花序形成）到开花过程是需水关键时期。而老麦芒高度增加与降水量相关性不大（r=0.438），也印证了其生长时期的抗旱能力。

图2 2004—2016年5种牧草5～7月高度增长变化

3.3 降水对牧草产量的影响

通过对观测资料的统计分析发现，牧草总产量的干草产量变化表现出月际和年际的较大不稳定性。在2004—2016年的13年中分别有4年在6月底和7月底达到最高值，有3年在8月底达到最高值，有2年在9月底达到最高值。比较而言，牧草鲜重的变化规律性较强，有9年在6月底达到最高，其余4年为7月底。因此，本文选择鲜草产量持续增加的6月和7月的产量测定值作为模拟对象（单位为g/m2）进行相关分析，结果表明，6月鲜草重量与R4-6有较好的相关性，7月鲜草重量与R4-7有较好的相关性。回归方程如下：

经过统计分析表明，上年秋冬季的降水量与6月、7月牧草鲜草重量相关性不大，但当年4～7月降水量对6月、7月牧草鲜草重量有一定影响，充分说明天山北坡中山带牧草产量的高低一定程度上取决于当年牧草生长季的降水状况。

此外，分别计算5种牧草6月、7月鲜草重量与降水量的关系，发现黄芪在6月的鲜草重量与R4-6相关性较显著。回归方程如下：

从而进一步验证生长季的降水量对黄芪生长过程及产量的重要影响。

4 结论

（1）7～9月总降水量增加或减少12.1 mm，牧草黄枯日期将推迟或提前1d。（2）对7月下旬牧草高度的分析及6月牧草高度增长量的分析，进一步证明牧草抽穗 （花序形成）到开花过程是需水关键时期。黄芪的生长对降水的反映极其敏感，生长过程需水量较大；老芒麦的生长高度及高度增加与降水量相关性并不大，也印证了其生长时期的抗旱能力。（3）通过分析6月、7月牧草鲜草重量与降水量的关系，发现牧草产量的高低一定程度上取决于当年牧草生长季（4～7月）的降水状况。

综上所述，无论是天然牧草的发育期，还是牧草的生长高度和产量，均与相关时段的降水量有着密切关系，正是由于降水在很大程度上决定了牧草的生长发育状况，从而对产量产生决定性的影响[6]，并且降水因素对于其生长过程的影响程度由大到小分别为黄芪、千叶耆、老鹳草、早熟禾和老芒麦。研究中发现，黄芪的生长与降水因子有显著相关性，但降水因素对其黄枯的时间并没有决定性影响；老芒麦在生长过程中有较强的抗旱能力，但前期降水量对其黄枯期的时间有很大影响。

参考文献

[1]买买提·阿布来提，巴特尔·巴克，成鹏，等.天山北坡5种天然牧草生长发育及气象条件分析[J].新疆农业大学学报，2011，34（4）：292-296.

[2]买买提.阿布来提，沙拉木，普宗朝.2006年乌鲁木齐天然牧草长势初报[J].新疆农业科学，2007，44（s2）：206-208.

[3]宋理明，魏永林，马宗泰，等.降水对青海环湖天然牧草生长的长期效应分析[J].青海草业，2012，21（1）：6-9.

[4]严应存，高贵生，宋理明，等.环青海湖地区天然牧草对水分条件的反应特性[J].青海气象，2005（4）：25-29.

[5]汪青春.牧草生长发育与气象条件的关系及气候年景研究[J].中国农业气象，1998，19（3）：1-7.

[6]黄敬峰，李建龙.天山北坡冬草场牧草产量与气象条件的统计分析[J].植物生态学与地植物学学报，1992，16（3）：258-265.