内蒙古东乌珠穆沁旗草地植物群落营养成分分析

玉 涛，萨仁高娃，金 国，贾利娟，李治国，吕世杰

（1.内蒙古自治区锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗畜牧工作站，内蒙古 东乌珠穆沁旗 026300；2.内蒙古自治区锡林郭勒盟东乌珠穆沁旗草原工作站，内蒙古 东乌珠穆沁旗 026300；3.内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗草原工作站，内蒙古 苏尼特右旗 011200；4.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010011）

东乌珠穆沁旗草原地处世界四大草原之一的内蒙古锡林郭勒大草原腹地， 自然景观以草原为主，地域辽阔，蕴含丰富的草地资源。 作为锡林郭勒草原的重要组成部分， 东乌珠穆沁旗草原是目前世界上温带草原中原生植被保存比较完整，生物多样性以及饲用牧草较为丰富的天然牧场［1-5］。伴随全球气候变暖和降雨格局的改变， 以放牧利用为主的东乌珠穆沁旗草原承受着自然环境变化和人为干扰的双重压力［6-7］。 东乌珠穆沁旗草原畜牧业的可持续发展离不开草地植物植被的健康维护。研究显示，气候变化不确定性的增加和现代工业化进程的加速， 导致东乌珠穆沁旗草原灾害严重并影响牧民的生活，草地退化现象严重［2，5，8］。 这些研究主要集中在草地植物群落地上生物量和物种多样性变化上， 对草地植物群落营养品质的研究相对较少。 为促进东乌珠穆沁旗草地畜牧业的可持续发展和对草地生态环境的改善， 该研究以东乌珠穆沁旗草原植物群落营养成分为研究对象，结合对应分析方法，阐释不同乡镇（苏木）草地植物群落营养成分含量差异及特点， 对东乌珠穆沁旗的草原保护以及草地生态质量评价提供基础数据。

1 研究区概况

东乌珠穆沁旗（以下简称东乌旗），位于内蒙古自治区中部，锡林郭勒盟东北部，地理坐标为东经115°10′～120°07′，北纬44°40′～46°46′，地貌类型以高平原为主。 东乌旗属北温带大陆性气候，处于高海拔和中、高纬度带的内陆地区，自然条件较为恶劣。 年平均气温1.6 ℃，最冷月（1 月）平均气温-18.9 ℃，最热月（7 月）平均气温21 ℃，极端最高气温39.7 ℃，最低气温-40.7 ℃。 年降水量300 mm，主要集中在6—8 月，占年降水量的70%；年蒸发量在3 000 mm 以上，是降水量的7.5倍。

东乌旗草原生产力为1 073.10 kg/hm2，比内蒙古全区的平均水平高出28.05%。1985 年东乌旗天然草场资源普查显示全旗共有种子植物878 种（包括亚种、变种和变形），分属345 个属、79 个科［8］。 在以上各科属种植物中，对畜牧业有重要意义的饲用植物近300 种，约占草种总数的34%，主要是禾本科（Gramineae）的 羊草（Leymus chinensis）、冰草（Agropyron cristatum）、糙隐子草（Cleistogenes squarrosa）、无芒隐子草（Cleistogenes songorica）、 大 针 茅 （Stipa grandis）、 克 氏 针 茅（Stipa krylovii）， 豆科 （Leguminosae） 的黄芪属（Astragalus）、苜 蓿 属（Medicago）、草 木 樨 属（Melilotus）等，菊科（Compositae）的蒿属（Artemisia）和百合科（Liliaceae）的葱属（Allium）等物种。 土壤水平地带性分布非常明显，由东向西依次有灰色森林土、黑钙土、栗钙土，非地带性土壤有沼泽土、草甸土、风沙土。

2 数据来源与分析方法

2.1 数据来源

2020 年8 月， 调查33 个家庭牧场天然草原共计168 个样点，每一样点随机选取3 个1 m×1 m的样方，分别测定植物种群的高度、盖度、密度和地上生物量，带回实验室于烘箱内65 ℃烘干至恒重。 将烘干后的植物样品根据测定指标分别进行样品分析的前处理 （168 个样点植物样品根据牧户草场分为33 个草样）， 采用对应方法进行具体指标测定。 测定指标包括：粗蛋白（crude protein，CP）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）、中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）、粗脂肪（crude fat，EE）、粗灰分（crude ash，CA）。 将测得的数据，根据行政区划进行平均，得到不同乡镇（苏木）草地地上植物群落营养成分含量。

2.2 数据分析

将东乌旗各个乡镇（苏木）草地植物群落营养成分采用对应分析方法阐释其相互关系。其中，营养成分作为指标，各个乡镇（苏木）作为观测。分别探讨各个乡镇（苏木）及营养成分因子分析结果，根据因子分析结果绘制对应分析图。 数据分析在SAS 9.2 中进行，调用CORRESP 过程。图表绘制在Excel 2010 中完成。

3 结果

3.1 不同乡镇（苏木）之间的公因子分析

特征向量横坐标、纵坐标代表各乡镇（苏木）在2 个公因子上的载荷（见表1），萨麦苏木（SM）在2 个公因子上的载荷为：SM=-0.036 9x-0.020 6y，其余乡镇（苏木）在2 个公因子上的载荷见表1。由此可以看到，第一公因子x 主要承载萨麦苏木、满都胡宝拉格镇、额吉淖尔镇、道特淖尔镇及阿拉坦合力苏木的信息， 第二公因子y 主要承载呼热图淖尔苏木、嘎达布其镇、乌里雅斯太镇的信息，而嘎海乐苏木在第一公因子和第二公因子上的载荷信息相差不大。 贡献率之和表征两公因子提取乡镇（苏木）植物营养成分含量信息情况，由表1可以看到，萨麦苏木、呼热图淖尔苏木、嘎海乐苏木、额吉淖尔镇、道特淖尔镇、阿拉坦合力苏木能够提取的信息量均达到95.00%以上 （即大于0.950 0），满都胡宝拉格镇、嘎达布其镇能够提取的信息量分别为60.56%和64.92%（信息量大于等于25.00%，小于75.00%），乌里雅斯太镇能够提取的信息量仅为23.47%（小于25.00%）。 所以，两公因子提取的信息量乌里雅斯太镇最少， 满都胡宝拉格镇和嘎达布其镇可提取中等程度信息量，其余乡镇（苏木）提取信息量较为完整。 和占百分比显示， 额吉淖尔镇草地植物群落营养成分整体加和最小（仅为9.94%）。 变量占特征值比，贡献率之和较小的乡镇（苏木），对总特征值的贡献比较小。

表1 不同乡镇（苏木）之间特征向量

公因子对变量的承载率显示，额吉淖尔镇、道特淖尔镇和阿拉坦合力苏木被第一公因子x 承载率处于绝对较高的地位， 达到了10.00%以上，而呼热图淖尔苏木和乌里雅斯太镇被第一公因子承载率较少，小于1.50%，其余乡镇（苏木）居于两者之间，各乡镇（苏木）被第二公因子y 的承载率见表2。 变量在公因子上的贡献率与公因子对变量的承载率存在对应关系， 即较高的承载率存在较大的贡献率。提取的信息量相对量化后显示，额吉淖尔镇、 道特淖尔镇和阿拉坦合力苏木在第一公因子x 上的信息量处于中等，数值为1；呼热图淖尔镇和嘎海乐苏木在第二公因子y 上的信息量较高，数值为2；整体来看，各乡镇（苏木）中呼热图淖尔苏木、嘎海乐苏木、嘎达布其镇和乌里雅斯太镇提取的总信息量较高，其余乡镇（苏木）总信息量处于中等。

3.2 不同营养成分之间的公因子分析

特征向量横坐标、 纵坐标代表各营养成分在2 个公因子上的载荷（见表3），粗蛋白（CP）在2 个公因子上的载荷为：CP=0.134 8x-0.048 7y，其余营养成分指标在2 个公因子上的载荷见表1。 由此可以看到，第一公因子x 主要承载粗蛋白、中性洗涤纤维和粗脂肪的信息， 第二公因子y 主要承载粗灰分的信息， 而酸性洗涤纤维在第一公因子和第二公因子上的载荷信息相差不大。 贡献率之和表征两公因子提取植物营养成分含量信息情况，由表1 可以看到，粗蛋白、中性洗涤纤维、粗脂肪和粗灰分能够提取的信息量均达到75.00%以上（即大于0.750 0），酸性洗涤纤维能够提取的信息量为34.12%（信息量大于等于25.00%， 小于75.00%）。 所以，两公因子提取的信息量酸性洗涤纤维最少，其余营养成分提取信息量较为完整。和占百分比显示，各乡镇（苏木）粗蛋白、粗脂肪和粗灰分加和较小 （均小于10.00%）。 变量占特征值比，贡献率之和较小的植物群落营养成分指标，对总特征值的贡献比较小。

表2 不同乡镇（苏木）之间贡献率及信息量分析

公因子对变量的承载率显示，粗蛋白被第一公因子x 承载率处于绝对较高的地位， 达到60.00%以上，而酸性洗涤纤维被第一公因子承载率较少，仅为0.93%，其余乡镇（苏木）居于两者之间，各乡镇（苏木）被第二公因子y 的承载率见表4。 变量在公因子上的贡献率与公因子对变量的承载率存在对应关系，即较高的承载率存在较大的贡献率，如粗蛋白、中性洗涤纤维和粗脂肪在第一公因子x 上的贡献率分别为87.48%、90.47%和73.41%。 提取的信息量相对量化后显示，粗蛋白、中性洗涤纤维和粗脂肪在第一公因子x 上的信息量处于中等，数值为1；粗灰分在第二公因子y 上的信息量较高， 数值为2； 整体来看，各营养成分中酸性洗涤纤维和粗灰分提取的总信息量较高， 其余营养成分总信息量处于中等，数值为1。

3.3 不同营养成分公因子分析

对应分析结果显示（见图1），呼热图淖尔苏木 （HR） 草地植物群落粗灰分含量较高， 达到10.53%。 额吉淖尔苏木（EJ） 和阿拉坦合力苏木（AL） 草地植物群落粗脂肪和粗蛋白含量较高，粗蛋白含量为10.32%～11.11%， 粗脂肪含量为3.63%～4.00%。其余乡镇（苏木）草地植物群落酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量较高， 酸性洗涤纤维含量为35.53%～39.83%， 中性洗涤纤维含量为66.67%～72.50%。 可见，依据各个乡镇（苏木）草地植物群落营养成分含量可以划分为3 组， 见图中圆形区域。

4 讨论

植物群落营养成分表征草地牧草品质及其饲用价值的高低［9］。 东乌珠穆沁旗额吉淖尔镇（EJ）和阿拉坦合力苏木（AL）粗蛋白含量较高，这2 个乡镇（苏木）位于东乌珠穆沁旗西部，草地类型属于典型草原且比较干旱，克氏针茅、大针茅、羊草和糙隐子草多年生禾草占主导地位， 同时退化指示种银灰旋花 （Convolvulus ammannii） 密度比较大。 呼热图淖尔苏木（HR）植物群落粗灰分含量较高，植物群落以大针茅、羊草、苔草密度最高，同时菊科的麻花头（Serratula chinensis）、委陵菜属植物出现频度较大。 一般而言，菊科植物占比较大，植物群落粗灰分含量比较高， 羊草占比较高的植物群落粗蛋白含量较高［10-11］。 所以额吉淖尔镇和阿拉坦合力苏木粗蛋白含量较高主要受羊草调控（但粗脂肪含量较高难以判定）， 而呼热图淖尔苏木植物群落粗灰分含量较高主要受菊科植物调控。 其余乡镇（苏木）植物群落酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量较高，部分乡镇（苏木）中性洗涤纤维含量甚至高达70%以上， 表明牧草的适口性下降程度较高； 原因是牧草的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量与家畜对牧草的进食量及牧草的可消化性均呈负相关关系［12］。因此，处于东乌珠穆沁旗中部的萨麦苏木（SM）、嘎海乐苏木（GH）和道特淖尔镇（DT）草地植物群落应该引起重视，需要进一步研究导致草地植物群落酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量较高的原因以及分析植物群落的组成与结构。从地理位置上看，大致存在由西向东植物群落营养成分中蛋白含量下降， 纤维含量增加的变化趋势。综合来看，采用对应分析能够很好地揭示东乌珠穆沁旗草原植物群落营养成分由西到东的变化趋势，并能够阐释各个乡镇（苏木）草地植物群落草地营养成分含量的变化特征［13-14］。然而由于缺乏草地植物群落地上生物量数据支撑，难以计算粗蛋白等营养成分收获量，同时由于缺乏植物群落物种组成与比例， 对于植物群落饲用牧草的适口性以及营养品质的整体评价需要进一步研究［15］。

表3 各营养成分指标的特征向量

表4 各营养成分指标贡献率及信息量分析

图1 东乌珠穆沁旗不同乡镇（苏木）植物群落营养成分含量的对应分析

5 结论

各乡镇（苏木）中乌里雅斯太镇在公因子分析中提取的信息资料较少， 植物群落养分中酸性洗涤纤维含量在公因子分析中提取的信息资料较少。萨麦苏木、嘎海乐苏木和道特淖尔镇草地植物群落中性洗涤纤维含量高达70%以上， 额吉淖尔镇和阿拉坦合力苏木草地植物群落粗蛋白含量高于10%， 呼热图淖尔苏木草地植物群落粗灰分含量较高，达到10.53%。 东乌珠穆沁草原植物群落由西向东粗蛋白含量呈下降的变化趋势， 酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量呈增加的变化趋势。