全 文 ：BU E I L L T NO F BO TA NIC A L RE SE A RC H
第 15卷
VO I
.
15
第 l期
NO
.
l
19 5 年 l月
Ja n
.,
19 5
东北羊草草原羊草种群生长与环境关系的研究
张崇邦 张忠恒 杨靖春
T H E S T U D Y O F T H E R E A L A T I O N S H I P B E TW E EN
L E Y M U S C H I N E N S I S P O P U L A T IO N G R O W T H A N D
E N V I R O N M EN T O N T H E G R A S S L A N D
I N T H E N O R T H E A S T C H I N A
Z h a n g hC
o gn 一 ban g Z h an g Z h o n g 一 he gn Y an g j in g 一 e ho n
〔摘 要〕 本文研究了东北羊草草原羊草种群的生长 , 并利用灰色系统理论
考查了环境因子对羊草生长的作用规律 . 结果表明 : 羊草种群的生长具有明显的季
节进程 , 7一 8月份生长最快 , 生长速率为 。. 20 一 。. 40 39 /m Z · d , 相对羊草的生
长 , 土壤水解氮 、 速效钾 、 活性有机质 、 温度 、 p H 值和有效磷具有较大的灰色关
联度 , 其中水解氮 、 速效钾和活性有机质是羊草生长的优势因子 , p H 位是限制因
子 . 羊草生长的最优模型为 y = 4 . 74xl + 6 . 15 勺 + .2 48x3 一 73 · 64 .
关键词 : 羊草草原 ; 羊草种群生长 ; 环境
前 言
东北羊草草原是目前保留的面积最大 、 最完好的羊草草原之一 , 以羊草 ( 乙叮阴us
cl ien
n s i S ) 为主要建群种 , 素以草质优良, 产草量高而著称 , 是我国优良的天然放牧场和割
草场之一 〔 7 〕 . 但近年来 , 由于人们盲目地利用草原 , 使草原受到严重破坏 , 主要表现为
碱斑大量出现 , 土壤肥力下降 , 产草量降低 , 严重地影响了畜牧业生产的发展 . 鉴于此 ,
我们于 1991 年对羊草种群的生长及其与土壤环境的关系进行了较系统地研究 , 目的在于为
今后在东北羊草草原上建立高效 、 和谐 、 优质 、 低耗的草原生态系统提供科学的依据 .
本文作者单位 : 克山 . 黑龙江省克 lj 师专生物系 ( 仆e b i o , o盯 d .件 r tm . m t o f K e s恤 n n o r m a l c 0 1. e` e·
H e i lo n幼抓皿 P r o访 n ce , 16 1 60 1 K . s ha n ) 。
在研究过粗中. 褥到祝廷成教授和李建东教授的大力支持 . 在此谨表谢t 。
19 4 年 3月收到本文。
植 物 研 究
一 、 研究地点和方法
15卷
l
、 研究地点 : 此项研究是在吉林省长岭种马场进行的 。 地理位置为东经 l加 。 31
` 2 14 0 0 1,. 北纬 4 0 30 ,- 科 。 45 ,o 该区地势平坦 , 海拔高度约为 140 一 160 m , 平均
气温为 4 . 6一 6 . 4 ℃ , > 10 ℃的年积温为 2545一 3374 ℃ , 无霜期为 136一 163d , 平均降
雨量为 4 34 . sm m , 主要集中于 6一 9 月 , 年蒸发量为 136 8m m , 约为降雨量的三倍 . 由于徽
地形的起伏 , 土壤多呈复区分布 . 在低平地上 , 由于排水不良 , 地下水矿化度较高 , 主要
呈碱性 〔 5 〕 .
2
、 方法 : 本项砍究始于 19 91 年 5 月 , 至 10 月结束 , 样地设在种马场北甸子上 . 在
比较纯一的羊草群落中 , 设 10 个 10 0m 2的样方 , 按月取样 , 进行分析 .
2
.
1
称重 .
2
.
2
羊草生物量 : 利用收割法 〔 2, 10 〕在每个样方中取三个重复 , 去除杂草后 , 烘干
徽生物生物量 : 用干重换算法 〔 8 〕分别测定土壤细菌 , 真菌和放线菌的生物
量 , 最后相加得出 .
2
.
3
2
.
4
土壤呼吸强度 : 利用 w a r bur g 检压法 〔 4 〕 测出 .
其余因素 : 均采用常规方法 〔均 进行 .
二 、 结果与分析
l
、 羊草种群生物量的季节变化
从表 l 可以看出 , 羊草种群的生物量具有明显的季节变化 . 5 月份由于羊草处于返青
状态 , 生物量较小 , 进人 6一 7 月份 , 由于该时期属于羊草的拔节期 , 再加上水热条件适
宜 , 生物量逐步增大 , 生长加快 (生长速率为 0 . 13 一 0 . 209 /m Z · d) . 8月份生物量最
大 . 生长最快 (生长速率为 0 . 40 39 / m Z · d) . 8月份以后 , 随着秋季的到来 , 生物量由于
枯枝落叶的增加而逐渐减小 , 10 月份最小 , 呈负生长 (生长速率为 一 0 . 24 一 一 0 . 4 7
g /m Z
·
d)
. 羊草种群的生长进程表明 : 在东北羊草草原上 , 由于 6一 7月份属于羊草拔
节期 , 对养份和水份需求较大 , 应当抓紧施肥和灌溉 , 以促使羊草种群在 7一 8 月份生长
更快 , 获得最大生物量 . 9一 10 月份是羊草种群生长的衰减期 , 在不影响下一年生长的前
提下 , 应抓紧收割 , 使羊草的品质达到最优 .
2
、 土壤环境因子的季节变化
在所测的 9种环境因子中 (表 l ) , 含水量 、 温度 、 速效钾 、 水解氮 、 活性有机质 、 微生
物生物量和土壤呼吸的季节变化与羊草的生长趋势一致 , 最高值都在 8 月份 , 说明这 7种
因子与羊草生长呈正相关 . p H 值和有效磷的季节变化与羊草的生长完全相反 , 8 月份有
最小值 , 这表明 p H 值和有效磷与羊草生长呈负相关 。 但我们认为 p H 值与羊草生长的负
相关性是真实的 , 因为在东北羊草草原上 , , 由于人们不合理地利用草原 , 使 p H 值 ( 8 . 0
以上 ) 已经超出了羊草种群正常生长的 p H 值 ( 7 . 0左右 ) 范围 , 8 月份由于降雨量大 ,
增强了土壤的淋溶效应 , 使 p H 值降低 , 有利于羊草的生长 . 而有效磷与羊草生长的负相
关性是不真实的 , 因为按国家划定的土壤普查标准 〔 9 〕 , 东北羊草草原属于严重缺磷区 ,
现有的磷含量不可能抑制羊草的生长 。 有效磷之所以表现出这种特殊规律 , 可能主要是由
l期 张祟邦等 :刹匕羊草草原羊草种群生长与环境关系的研究 9
于 8月份羊草生长最旺盛 , 对磷的需求量大所致 . 这就要求我们在今后的草原管理实践中
必须采取有效措施 , 降低土壤 p H 值 , 在结合按比例使用氮肥和钾肥的前提下 , 重视磷肥
的施用 , 以便促进草原生产力的提高 .
表 1 . 羊草生物里和环境因子的季节变化
aT 从 e 1 n e seas o n a l v a r i a U o n o f U y m此 e h址 e n幼s 址o m as
a n d e n v i ot n .口e n t fa e t o sr
指 标 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月
In d e X M a y J u n e J u l y A u g u s t S e P t e m b e r O c t o b e r
羊草生物 t 69 . 9 7 7 3 . 9 7 79 . 9 1 9 2 . 0 8 4 . 8 7 0 。 5
L ey’ 川 u s e h i n e n s i s
b i o m a s s ( g l m Z )
含 水 量 1 1 . 4 14 . 9 18 . 4 5 2 5 . 6 2 19 . 2 5 6 . 5 2
W a t e r e o n t e n t (% )
温 度 17 . 5 19 . 6 3 2 1 . 7 2 6 . 3 2 2 . 5 13 . 2
T e m p e r a t u r e (℃ )
PH 8
.
5 3 8
.
5 2 8
.
5 0 5 8
.
4 8 8
.
7 7 9
.
3 5
速 效 钾 15 . 0 15 . 7 3 16 . 4 2 1 8 . 0 17 . 8 3 16 . 8
Q u i c k a e t i n g P o s t a s s i u m
(m g l 100 9
.
d r y 5 0 11)
有 效 磷 1 . 1 2 1 . 0 9 1 . 0 6 0 . 96 1 . 0 6 1 . 2 8
E f f e e t i v e P h o s P h o r u s
( m g l 10 0 9
.
d r y 5 0 11)
水 解 氮 9 . 6 0 10 . 2 8 10 . 9 6 1 2 . 3 3 1 2 . 18 1 1 . 9
H y d r o l y t e d n i t r o g e n
( m g l 1 00 9
.
d r y s o i l )
活性有机质 1 . 7 4 1 . 7 8 1 . 8 1 1 . 8 5 1 . 7 9 1 . 6 9
A c t i v e o r g a n i e m a t t e r (% )
微生物生物且 13 . 0 6 17 . 7 6 2 0 . 3 1 2 5 . 4 1 17 . 9 2 5 . 8 9
M IC r o b i a l b i o m a S S
( x 一。一 3 9 29 . d r y 5 0 1一)
土壤呼吸强度 16 . 0 9 2 1 . 8 5 2 4 . 0 1 2 8 . 3 4 2 2 . 9 9 1 2 . 2 8
R e s P i r a t i o n i n t e n s i t y o f 5 0 11
( u l l g
·
d r y 5 0 11
·
h r )
3
、 环境因子对羊草生长的灰色分析
羊草的生长是多维环境因子综合作用的结果 , 不同环境因子对其生长的影响有所不
,加 植 物 研 究 15 卷
同 . 为此 , 我们采用灰色系统的方法一灰色关联分析 , 以考查各环境因子对羊草生长的相
对重要性 。
3
.
1 灰色关联分析的理论
灰色关联分析是依据空间理论为数学基础 , 按照规范性 , 偶对称性 , 整体性和接近性
这四条原则 , 对信息部分明确和部分不明确的系统一灰色系统的发展态势进行定量描述和
比较 , 以确定参考数列 (母数列 ) 和若干比较数列 (子数列 ) 之间的灰色关系 , 进而评价
各子数列对母数列的相对重要程度 〔 6 〕 .
3
.
2 环境因子与羊草生长的灰色关联分析
3
.
2
.
1 环境一羊草生长的灰色定义
由于羊草生长与环境之间的关系对于人们来说介于知与未知之间 , 因此我们把这种关
系定义为灰色关系 . 羊草的生长定义为母因素 y , 其生物量组成的数列定义为母数列
( y (ak D
.
9种环境因子分别定义为比较因素介, 它们各自组成的数列分别定义为子数列
( 礼(bk) )
.
3
.
2
.
2 原始数据的灰色变换
由于分析中各因素的物理意义不同 , 数值的数量级相差悬殊 , 导致各因素的量纲也不
一定相同 . 为了便于分析 , 保证各因素具有等效性和同序性 , 因此需要对原始数据进行无
蚤纲化处理 . 在本文中 , 我们采用初值化的方法 , 也就是将每个数列所有数据均用它的第
一个数去除 , 从而得到一个新数列的方法 . 采用公式 :
I =
a , (b 。 )
a z (b I )
( l )
I一初值化的数值
a k
,
b k一 K 时刻的白化值
计算结果见表 2
表 2 羊草生物且与环境因子的初值化
aT U
e Z T五e I n i it al v a l u e e a l e u l a U o n o f U ym us e h i n e sn i s b io m a s
a n d e n v i r o n . e n t fa e ot sr
1
.
0 57
1
.
307
1
.
122
0
. 卯 9
1
.
04 9
0
.
% 9
1
.
0 70
1
.
0 2 3
1
.
360
1
.
309
1
.
14 2 1
.
3 15
1
.
6 18 2
.
24 7
1
.
24 0 1
.
5 03
0
.
9 7 0
.
9 4
1
. 的 5 1 . 2 0
0
.
946 0
.
8 57
1
.
14 1 1
.
2 83
1
. 例 0 1 . 06 3
1
.
5 55 1
.
946
1
.
4 39 1
.
69 8
l
.
1
.
,
。
0
.
94 7
1
.
26 8
1
.
0 2 9
1
.
37 2
!
.
37 7
1
.
0 8
0
。
5 72
0
.
754
1
. 的 6
1
.
12 0
1
.
14 3
1
.
2 39
0
.
9 7 1
0
.
4 5 1
0
.
7 36
,山O沙ù6一X矛216800咖yxl勺、枯析9
l 期 张豢邦等 : 东北羊草草原羊草种群生长与环境关系的研究
3
.
2
.
3对母数列和子数列求算灰色级差 , 采用公式 :
△ K~ m( in) = x(I ak) 一球k)I ( 2)△ K 一 K 时刻两数列的绝对差
m ax
、
m in 一分别为各时刻绝对差中的最大值与最小值 , 由于进行比较时 , 数列经数
据变换后互相相交 , 所以一般上 im n = 。, 计算结果为△ K~ 二 .0 932 , △ K m in = 0
.
3
.
2
.
4 计算母数列与子数列的灰色关联系数
采用公式 :
` 亡 (K 少, △凡加 一 p △心叮△ K + p△凡以 ( 3 )
考(K )一关联系数
p一分辨系数 , 其作用在于提高关联系数间的差异显著性 , p 〔 ( 0 , l ), 本文采用 0 . .5
结果见表 3 .
表 3 羊草生物 t 与各环境因子的关联系数
aT b l
e 3 kT
e c o n
cn
e et d e oc m
e二e n t of U ym此 c h i n e sn 卜 址。 . ` 侣 仙 d
e n v i r o n皿 e n t · fa C ot 玲
1
.
00
1
.
0 0
1
.
00
1
.
00()
1
.
0伪
1
.
00
1
.
0 0
1
.
0 0()
1
.
0 0
0
.
6 5 1
0
.
87 8
0
.
8 89
0
.
98 2
0
.
84 1
0
.
97 2
0
.
93 2
0
.
606
0
.
64 9
0
.
4 95
0
.
826
0
.
7 63
0
.
90 8
0
.
7 04
0
.
9 8
0
.
82 1
0
.
530
0
.
6 11
0
.
3 33
0
.
7 13
0
.
59 2
0
.
80 2
0
.
50 5
0
.
9 37
0
.
64 9
0
.
4 25
0
.
5 49
0
.
494
O
。
8 63
0
.
7 17
0
。
9 52
0
.
63 8
0
.
89 2
0
。
7 18
0
.
74
0
。
73 8
0
.
5 17
0
.
64 8
0
.
840
0
.
806
0
.
7 75
0
. “ 8
0
。
9 28
0
.
4 56
0
.
6 3 2
xl勺、耘朽s
3
.
2
.
5 计算母数列与子数列的灰色关联度甩公式 :
~
_ _
I 票 , , , 、`四 r = 弋了 ` . ` f几 /刀 盆一 I (4 )
O r 一各子数列与母数列的关联度
N 一数列的灰长
结果如下 :
r行, x l ) = 0 · 58 2 r ( y , x Z) = 0 · 82 1
r臼, x 3)二 0 · 0 · 80 0 r ( y , x4 ) = 0 · 90 8
r (y
, x s ) = 0
·
7科 r ( y , x6 ) 二 0 · 9 11
r y(
, x 7) = 0
·
84 l r (y
, x s )二 0
·
627
植 物 研 究 15卷
r (y
,
x g ) = 0
.
6 97
3
.
2
.
6 母数列与子数列的关联矩阵和关联序
根据 ( 4) 式的结果建立灰色矩阵和关联序 :
。 F = 〔 0 . 5 82 , 0 . 82 1, 0 . 80 0 , 0 . 9 08 , 0 . 744 , 0 . 9 11, 0 . 84 1, 0 . 6 27 , 0 . 69 7 〕
x 6 > 权 > 朴 > x Z > X 3 > x s > x9 > x s > x l
从上述分析中可以看出 , 在东北羊草草原上 , 土壤水解氮 , 速效钾 、 活性有机质 , 温
度 , p H 值和有效磷的关联度较大 , 其中水解氮 , 速效钾 、 活性有机质最大 , 是羊草生长
的优势因素 , 而含水量 , 微生物生物量和土壤呼吸的关联度相对较小 , 对羊草的生长不构
成制约作用 .
3
.
3 羊草种群生长的优势模型
根据环境因子对羊草生长作用的灰色分析 , 我们将匆 r = 0 . 80 一 0 . 9 1 的环境因子对
羊草生物量在 4 86 型计算机上进行逐步回归分析 〔 3 〕 , 最后得出羊草种群生长的最优模
型 :
y = 4
.
7 4 x l + 6
·
15 x 2 + 2
·
4 8x3 一 7 3
·
64 (5)
R 二 0 . 739 6
xl 一速效钾 x Z一水解氮 x3 一活性有机质
声砍找之卜 ~ ~
月 ( M o n t h )
井
.`r..LF.
12080叨
9 10
ǎ飞葱
50三。一qssu二吕`入1
朝娜州瓣拼
图 1
0 一一宁一育一 .-布一一字
羊草种群生物量的季节变化
一 一 一 模拟值 一实侧值
F i g
.
1 hT
o s e a s o n a l va r i a t io n o f L . y m u s c h i
n e n s is P o P u la t io n b i o m a s s
.
一 一 一 S i m u la tc va lu e 一 M e a s u r i n g va lu e
从图 1可以看出 , 用 ( 5) 式得出的羊草生长的理论模拟值与实测值吻合性较好 , 完全
可以反映出羊草种群的实际生长 , 具有较高的预测价值 .
结 论
1
、 在东北羊草草原上 . 羊草种群具有明显的季节变化规律 , 7一 8 月份生长最快 ,
生长速率为 .0 20 一 .0 40 39 / m 2’ d, 9一 10 月份呈负生长状态 , 生长速率为一 .0 24 一
一 0 . 4 779 / m Z
·
d
.
2
、 在 9种环境因子中 , 土壤 pH 值和有效磷的季节变化与羊草的生长相反 , 8 月份有
最低值 . 其余 7种环境因子的变化与羊草生长一致 , 8 月份有最高值 。
l期 张祟邦等: 东北羊草草原羊草种群生长与环境关系的研究 10 3
3
、 灰色关联分析表明 : 土壤水解氮 、 速效钾和活性有机质的关联度相对较大 , 是羊
草生长的优势因素 , 而 p H 值的关联度相对较小 , 是羊草生长的限制因素 .
4
、 东北羊草草原羊草种群生长的最优回归模型为 :
y = 4
·
7 4 x l + 6
·
15 x Z+ 2
·
4 8x3 一 73
·
6 4
hT i
s aP ep r s t u d i e d t he g r o w th la w o f 加 y阴 u s clt i en n is a n d e fe c t o f e n v i r o n -m
e n t fa e t o r s o n t h e 乙盯 ,m u s lC i n e sn is g r a s s l a n d in the n o rt he a s t C hi n a w i t h th e g er r
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.
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e r e s u l t s in d ie a t e d : th e g r o w th o f 乙莎用 u s lCt in e n is P o P u la t io n h a s a
di s t in ct s e a s o n a l v a r ia t io n
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2一 0 . 呜0 39 /m Z · d . ^ m o n g n in e e n v i r o n m e n t ar e t o r s , H y d r o ly t e d n i t r o g e n ,
q u ic k a e t in g P o s t a s s i u m
,
a e t i v e o r g a n ie m a t t e r
,
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r at u r e
,
PH an d e fe
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灿 o s Ph o ur s t o 乙妙阴 u s lC in e n s i s g r o w th 恤 v e t址 b e s t e o n e e t e d e o e if e i e n t s , ht o s e
o f h y d r o ly t e d n i t r o ge n
,
q u ie k ac t in g P o s s t a s s iu m a n d ac t i v e o gr an i e m at t e r a r e
P r o m o et d fa ct o r s
,
PH 15 r e s t ir c it v e fa e t o r s
.
T he b
e s t m o d e l o f L e y m u s C hi n e n s i s
梦 o w t h i s y = 4 · 7x4 l + 6
·
15x 2 + 2
·
4 8x 3一 7 3· 64 ·
K e y w o r ds 乙分用 u s lC i en n s i s g r a s s lan d ; 么吁川 u s lC in en s is P o P u la t io n gr o u t ;h
E n v iT O n m e n t
参 考 文 献
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〔 3 〕 白新桂 . 1986 : 数据分析与优化实脸设计 . 油华大学出版社 . 59 一 115 .
〔 4 〕 许光辉等 , 19 86 : 土城徽生物分析方法手册 , 农业出版社 , 226 一 23 。
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