昭苏县天然草地牧草产量与气象因素的关系研究

李建伟，罗志娜，王 超，范天文

（1伊犁州草原工作站，新疆伊宁 835000；2伊犁州治蝗灭鼠指挥中心，新疆伊宁 835000；3伊犁州统计局，新疆伊宁 835000）

0 引言

草地作为中国陆地上面积最大的生态系统，是一种可再生的自然资源，对生态环境、经济社会的可持续发展都具有十分重要的意义[1-4]。天然草地长期以来都是牧民赖以生存的生产资料和草地畜牧业发展的物质基础，牧草产量的高低直接关系着牧民群众的生活质量和草地畜牧业生产。天然草地牧草产量的形成与高低在很大程度上受制于地域气候、土壤和牧草本身的生长机能等因素，人为干预的影响较轻[1]。对于一个区域来说，在一定时间内，土壤的理化性质、牧草的种类等变化相对平稳[5-6]，气候变化成了影响牧草产量的制约因素。昭苏县是新疆境内唯一一个没有荒漠的县，年均降雨量为全疆之冠，有可利用天然草地49.13万hm2[7]，为畜牧业的发展提供着不可或缺的饲草资源，草地的保护建设和调控措施投入还不大，牧草产量的变化还是取决于气候因素。在天然草地牧草产量与气候因素的关系上，国内已有大量的研究，尤其是降雨方面，研究结果表明，水热条件是影响天然草原牧草生长发育的主要因素[8-12]，降雨和温度共同影响牧草的生长和产量[13]，降雨量充沛、热量充足的年份，天然草原牧草产量高[14-16]。然而，即使年降雨量充足，可是降雨分配与牧草生长过程不匹配，产量也会受到影响[17-18]，降雨量的空间分布对植物地上生物量的变化亦有重大影响[19]，温度、日照等其它气候因素亦是如此。不同地域的气候条件不同，气象因素的空间分布不同，造成气象因素对牧草产量的影响各异，尤其像昭苏县这种高位山间盆地，地域特殊，冬长夏短，没有明显的四季之分，只有冷暖之别，降雨量、平均温度、日照时数等气象因素有其独有的规律。因此，本研究以气象因素的空间分布为切入点，研究昭苏县不同时间段的降雨量、平均温度、日照时数与天然草地牧草产量的相关性，探讨分析降雨量、平均温度、日照时数与牧草产量间的定量关系，以期为实现草地的科学管理、草产量的预测预报以及指导草原监测工作提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

昭苏县位于新疆维吾尔自治区西北部，伊犁河谷的西南部，为中亚内陆腹地的一个群山环抱的高位山间盆地，海拔在1323～6995 m之间，县城海拔2018 m。属于大陆性温带山区半干旱半湿润冷凉气候类型，有可利用天然草地49.13万hm2，包含高寒草甸类、山地草甸类、温性草甸草原类、温性草原类、低地草甸类和沼泽类6个草地类[7]。

1.2 试验设计及方法

2012—2019年，每年7月中旬在牧草产量高峰时对天然草地产量进行测定。共选取样地29个，每个样地内选择3个具有代表性的样方，样方之间的间隔大于250 m，面积为1 m×1 m=1 m2。样方内齐地面刈割牧草的地上部分，测定鲜草重量。将鲜草重量按照草地类分类取平均值，计该草地类的鲜草产量，加权草地面积后，折算出天然草地的鲜草产量。

根据逐月气象数据，将降雨量、平均气温和日照时数分别分成13组，依次为：A组（全年）、B组（上年度8月至7月）、C组（上年度9月至7月）、D组（上年度10月至7月）、E组（上年度11月至7月）、F组（上年度12月至7月）、G组（1月至7月）、H组（2月至7月）、I组（3月至7月）、J组（4月至7月）、K组（5月至7月）、L组（6月、7月）、M组（7月）。通过相关分析，探讨鲜草产量与各组气候因子的相关性。

1.3 气象数据

气象数据来源于2013—2020年伊犁哈萨克自治州统计年鉴。分组的数据详见表1～3。

表1 年度降雨量分组数据 mm

表2 年度平均气温分组数据 ℃

表3 年度日照时数分组数据 h

1.4 数据处理

通过Excel软件和SPSS软件进行数据处理、分析及图表制作。

2 结果与分析

2.1 鲜草产量变化

地上生物量是反映草地生产能力强弱的重要指标[20-21]。由图1可以看出，2018年的鲜草产量最高，是鲜草产量最低年份2014年的近2倍，2个年份相差4588 kg/hm2。2018年和2019年的鲜草产量较接近，均在9000 kg/hm2以上，属于高产年份。2013、2015、2016、2017年4个年份的鲜草产量较接近，在8000 kg/hm2左右，均略高于8年的平均鲜草产量(7655 kg/hm2)，属于中产年份。2012年和2014年2个年份属于低产年份，鲜草产量分别低于8年的平均鲜草产量(7655 kg/hm2)1471、3032 kg/hm2。

图1 鲜草产量的年际变化

2014年度，降雨量分组中的10个分组（B组、C组、D组、E组、F组、G组、H组、I组、J组和K组）降雨量数值在8年中为最低值，且这10组的日照时数均较长，这或许是造成2014年度鲜草产量最低的原因。

2.2 降雨量与鲜草产量的相关性分析

将13组降雨量与鲜草产量做相关性分析，结果见表4。8组降雨量与鲜草产量之间存在显著正相关性，分别为C组（上年度9—7月总降雨量）、D组（上年度10—7月总降雨量）、E组（上年度11—7月总降雨量）、F组（上年度12—7月总降雨量）、G组（1—7月总降雨量）、H组（2—7月总降雨量）、I组（3月至7月总降雨量）、J组（4—7月总降雨量），相关系数r均在0.8以上，其中相关系数r最高的为I组（3—7月总降雨量），正相关性达到极显著水平。

表4 降雨量与鲜草产量的相关性分析

8个降雨量分组与鲜草产量的正向相关性显著，说明上年度9—4月的降雨量对鲜草产量的影响较大。上年度9月之后的降雨对鲜草产量产生显著影响，这可能有2个方面的原因，一是上年度9月之后的降雨促进了牧草生长，为安全越冬、翌年返青后牧草生长积蓄了能量；二是9月之后的降雨有可能以冰雪的形式留存，待翌年融化后供牧草返青、生长使用。

I组（3—7月总降雨量）与鲜草产量的正相关性达到了极显著水平，J组（4—7月总降雨量）与鲜草产量的正相关性为显著水平，而之后的K组（5—7月总降雨量）、L组（6、7月总降雨量）、M组（7月降雨量）与鲜草产量的相关性均不显著，说明3、4月的降雨对牧草产量的影响最大，此时正值昭苏县天然草原牧草陆续返青的时期，充足的降雨将有效促进牧草返青后的生长，提高牧草产量。

A组（全年总降雨量）、B组（上年度8—7月总降雨量）、K组（5—7月总降雨量）、L组（6、7月总降雨量）、M组（7月降雨量）5个降雨量分组与鲜草产量的相关性不显著，相关系数r均小于0.7，其中，M组（7月降雨量）显示负向影响。

2.3 平均气温与鲜草产量的相关性分析

13组平均气温与鲜草产量的相关性分析结果见表5。A组（年度平均气温）、B组（上年度8—7月平均气温）、C组（上年度9—7月平均气温）、D组（上年度10—7月平均气温）、E组（上年度11—7月平均气温）、F组（上年度12—7月平均气温）、G组（1—7月平均气温）、H组（2—7月平均气温）、I组（3—7月平均气温）和M组（7月平均气温）10组平均气温与鲜草产量之间有正相关性，但是仅A组（年度平均气温）和H组（2—7月平均气温）的正相关性达到了显著水平，其他8组的相关性均不显著。

表5 平均气温与鲜草产量的相关性分析

H组（2—7月平均气温）与鲜草产量的正相关性达到了极显著水平，而之后的5个分组与鲜草产量的相关性均不显著，说明2月的平均气温对牧草产量的影响最大，原因可能是2月的平均气温较高会加速积雪融化，能让天然草原牧草提前返青的缘故。

J组（4—7月平均气温）、K组（5—7月平均气温）和L组（6、7月平均气温）3组平均气温与鲜草产量之间显示负向影响，但均不显著。

2.4 日照时数与鲜草产量的相关性分析

13组日照时数与鲜草产量的相关性分析结果见表6。结果显示，13组日照时数与鲜草产量之间均显示为负向影响、不显著。

表6 日照时数与鲜草产量的相关性分析

牧草在生长季内需要依靠光照做为媒介来完成物质转化、完成生长。昭苏县海拔高，日照充足，在光照满足牧草的生长需求后，日照时数的增加会加速土壤水分的蒸发，进而影响牧草的生长、产量的形成，这可能是13组日照时数与鲜草产量之间均显示负向影响的原因。

2.5 降雨量、平均气温与鲜草产量的定量分析

通过上述相关性分析，选出与鲜草产量相关系数r较大的3组（降雨量I组、H组和平均气温H组）气候因子进行多元回归分析。

回归方程如式(1)所示。

式中，JI为降雨量I组（3—7月总降雨量），JH为降雨量H组（2—7月总降雨量），WH为平均气温H组（2—7月平均气温）。

回归结果显示，3—7月的总降雨量每增加1 mm，鲜草产量增加289.693 kg/hm2，2—7月的平均气温每增加0.1℃，鲜草产量增加144.93 kg/hm2。

3 结论

（1）昭苏县天然草地8年的鲜草产量变化无明显的走势规律。2018年和2019年属于高产年份。2013、2015、2016、2017年4个年份属于中产年份，均略高于8年的平均鲜草产量。2012年和2014年属于低产年份。

（2）相关性分析结果显示，降雨量与鲜草产量的相关性最高，8个降雨量分组与鲜草产量呈现正向影响显著，3月至7月总降雨量与鲜草产量的正相关性达到了极显著水平，3月、4月的降雨量对牧草产量的影响最大。2个平均气温分组与鲜草产量的正向影响显著，2月至7月平均气温与鲜草产量的正相关性达到了极显著水平，2月的平均气温对牧草产量的影响最大。日照时数与鲜草产量的相关性不显著。

（3）多元回归定量分析显示，3月至7月的总降雨量每增加1 mm，鲜草产量增加289.693 kg/hm2，2月至7月的平均气温每增加0.1℃，鲜草产量增加144.93 kg/hm2。降雨变化对鲜草产量的变化量影响较平均气温的大。

4 讨论

（1）降雨量分组与鲜草产量的相关系数整体高于平均气温、日照时数与鲜草产量的相关系数，且达到显著水平的分组较多，说明降雨量对鲜草产量的影响大于平均气温和日照时数，是影响昭苏县牧草产量的关键气候因子。这与黄敬峰[22]的观点一致，新疆降雨量少，降雨量多少制约着牧草产量的高低。昭苏县的年均降雨量虽然为全疆之冠，达到了500 mm，但是天然草地整体还是处于缺水的状况，且降雨的分配不均。高寒草甸类和山地草甸类草地所处的区域海拔较高，降雨量较多。温性草甸草原类、温性草原类草地处于昭苏盆地内海拔相对较低的区域，降雨量较少，容易出现干旱，而这2类草地的面积占到了昭苏县天然草地面积的56%，直接关系着昭苏县天然草地的牧草产量，如何提升这2类草地的降水就成为了提升昭苏县牧草产量的关键，尤其是3—7月的总降雨量。

（2）将2016年度和2018年度的各气象要素进行整体比较，2016年度的降雨量、平均气温整体高于2018年度，日照时数2016年度整体低于2018年度，但是鲜草产量2018年度却高于2016年度，说明昭苏县牧草产量的高低不是由1个或者2个气候因子决定的，而是由各方因素综合交互形成的。昭苏县地形复杂、草地类多样，同一时间段内各草地类的气象因素需求是不一的，高寒草甸类、山地草甸类草地需要温度，而温性草甸草原类和温性草原类草地则需要降雨。单一的气候因子只能影响牧草产量的形成，但是不能决定牧草产量的高低。例如，降雨量是影响昭苏县牧草产量的关键气候因子，对牧草产量起促进作用，但是昭苏县牧草产量的高低不是由降雨量所决定的。