全 文 ：第20卷 第4期
Vol.20 No.4
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2012年 7月
Jul. 2012
羊草品质与气象因子和土壤因子的相关性研究
谢 越,石 丹,李品红,张英俊*
(中国农业大学草地所,北京 100193)
摘要:运用逐步回归分析方法对我国不同区域的开花期羊草(Leymuschinensis)品质与环境因子的相关性进行研
究,以期了解影响羊草品质的主要环境因子。结果表明:羊草粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维
(ADF)含量在地区间存在着显著差异。土壤中碱解氮含量与羊草CP,NDF和ADF含量相关性最大,土壤有机质、
全磷含量以及pH与羊草品质的相关性较小;平均有效积温、平均降水、相对湿度、日照长度与上述3项指标都极显
著相关,而日较差与NDF和ADF显著相关;气象因子对羊草品质影响大于土壤环境,平均有效积温对开花期羊草
CP含量贡献最大(复相关系数为0.940),湿度和日照长度对NDF含量作用明显(R14,3>R13,4,R21(4)>R21(3)),相对
湿度对羊草ADF含量贡献最大(复相关系数为0.941),平均有效积温低、相对湿度小的地区品质较好。因此,羊草
品质主要受到气象因子综合影响。
关键词:相关性;气象因子;土壤因子;羊草品质
中图分类号:S812 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2012)04-0631-06
EffectsofMeteorologicalandSoilFactorsontheQualityofLeymuschinensis
XIEYue,SHIDan,LIPin-hong,ZHANGYing-jun*
(GrasslandInstitute,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)
Abstract:ThecorrelationbetweenenvironmentalfactorsandqualityofLeymuschinensis(involvingcrude
protein(CP),neutraldetergentfiber(NDF)andaciddetergentfiber(ADF))innorthernpasturesofChi-
nawasstudiedbystepwiseregressioninordertounderstandmajorenvironmentalfactorsthataffectthe
qualityofLeymuschinensis.ResultsshowedthatCP,NDFandADFcontentshadsignificantdifferences
amongthethreedistricts.EfficientnitrogeninsoilhasgreatereffectsonCP,NDFandADFcontentsthan
organicmaterials,totalphosphorusandvalueofpH.Theaverageofeffectiveaccumulatedtemperature,
averageprecipitation,relativehumidityanddaylengthhadsignificantcorrelationwithCP,NDFandADF
contents.DailyrangehadsignificantcorrelationwithNDFandADFcontents.Meteorologicalfactorsin-
fluencedthequalityofLeymuschinensismoregreatlythansoilfactors.Theaverageofeffectiveaccumula-
tedtemperaturewasthemostimportantfactoraffectingCPcontentofLeymuschinensis(R=0.940).Rel-
ativehumidityanddaylengthsignificantlyaffectedNDFcontentofLeymuschinensis(R14,3>R13,4,R21(4)>
R21(3)).RelativehumidityismoreactiveinADFcontentofLeymuschinensis(0.941).Leymuschinensis
hadbetterqualityinthedistrictsoflowaverageofeffectiveaccumulatedtemperatureandrelativehumidi-
ty.Thus,thequalityofLeymuschinensiswasgreatlyaffectedbymultiplemeteorologicalfactors.
Keywords:Correlationanalysis;Climaticfactors;Soilfactors;QualityofLeymuschinensis
我国的天然羊草(Leymuschinensis)草原主要
分布在东北和内蒙古东部地区。羊草为多年生禾本
科根茎型植物,营养价值高,生产力高,是我国北方
草地上的主要优势植物和重要牧草资源。在天然羊
草草地上,羊草的整个生长发育过程都是在自然条
件下完成的,其生长和产量的形成很大程度上受到
气候、土壤等因素的制约,而羊草品质的好坏也会受
到气候的影响。近年来,许多学者采用数理统计的
方法分析了气候因子与羊草生产力[1-2]、生理[3]、物
候[4-5]等的关系,有些学者还建立了两者间的回归方
程[5]。但是,关于气候因子对羊草品质影响的研究
却鲜见报道。本研究采用逐步回归分析方法,通过
收稿日期:2011-12-13;修回日期:2012-03-05
基金项目:牧草产业技术体系(CARS-35);草业科学北京市重点实验室共建项目资助
作者简介:谢越(1988-),女,四川乐山人,硕士研究生,研究方向为草地生态学,E-mail:xieyuede@gmail.com;*通信作者 Authorforcor-
respondence,E-mail:zhangyj@cau.edu.cn
草 地 学 报 第20卷
分析不同地区天然草原上羊草品质(粗蛋白、中性洗
涤纤维和酸性洗涤纤维)和气象因素的关系,揭示天
然草地上羊草品质与气象因子之间的关系,确定与
羊草品质相关的气象参数,为天然草原上羊草的合
理开发利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 采样地点
本试验在北方地区选取了3个典型的羊草草原
作为研究对象,取样地点分别为:A内蒙古锡林浩特
市的典型草原(N43°41′,E116°06′),B内蒙古乌兰
察布市四子王旗的荒漠草原(N41°47′,E111°
52′),C黑龙江省肇东市的草甸草原(N46°33′,E
125°58′)。选取的3个地点沿着东西方向,气候沿
该方向呈现出降水量减少,积温减少的趋势。
1.2 取样方法及加工
取样时间选择在羊草的盛花期,具体时间为A:
2010年7月13日,B:6月15日,C:6月23日,取样
地点选择为每隔500米取样一次,共5个点,每个点
重复取样3次,样方大小为50cm×50cm,共15个
重复。采集草样时用镰刀割取整株羊草,留茬高度
为3cm,采集的样品带回实验室在65℃的烘箱内烘
干48h,粉碎过筛后测定营养成分。采集土壤样品
时,采用土钻取表面0~30cm的土壤,风干。
1.3 样品的测定
1.3.1 羊草CP,NDF和ADF含量测定 粗蛋白
(crudeprotein,CP)含量利用全自动凯氏定氮仪
(Foss公司),采用凯氏定氮法进行测定[6],中性洗
涤纤维(neutraldetergentfiber,NDF)和酸性洗涤
纤维(aciddetergentfiber,ADF)含量依据范氏纤维
测定法进行测定[7],所使用的仪器为 ANKOM
A2000i全自动纤维仪。
1.3.2 土壤化学性质测定 将风干的土壤样品过
1mm的筛,然后进行pH、有机质、全氮、碱解氮、全
磷、全钾和速效钾的测定。土壤pH 采用pH 计进
行测定;土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定;土壤
全氮含量采用凯氏定氮仪测定;碱解氮测定采用碱
解扩散法;土壤全磷含量采用 H2SO4-HClO4 消煮-
钼锑抗比色法测定;土壤全钾测定采用 NaOH 熔
融-火焰光度法测定[8]。
1.4 数据来源与处理
本研究气象数据来源于中国气象科学数据共享
服务网。试验用气象数据为从羊草返青期(2010年
4月中旬)到取样期间(开花期)的气象参数数据。
表1所示为中国气象科学数据共享服务网获取
的羊草返青期到开花期的气象数据。其中,平均有
效积温为返青期到取样时≥10℃的日平均有效积
温,日较差为返青期到取样时的每日温差的平均值,
平均降水量为返青期到取样时间的日平均降水量。
日照长度为返青期到取样时间日照长度的日平均
值,相对湿度为返青期到取样时间相对湿度的日平
均值。由表1可知,试验期间肇东市的降水量和相
对湿度最高,温差最小,相对其他2个地方更为湿
润;四子王旗的日照时间最长,相对湿度最小。
利用Excel2007对收集到的数据进行整理,采
用SPSS11.5对其进行方差分析和相关分析。
表1 各地区返青期到取样期的气象数据
Table1 Dataofeachdistrictfromgreenstagetosamplingtime
取样地点
Samplingsite
平均有效积温
Averageofeffectiveaccumulatedtemperature/℃
日较差
Dailyrange/℃
日照长度
Daylength/h
平均降水
Averageofprecipitation/mm
相对湿度
Relativehumidity/%
锡林浩特 Xilinhot 6.9 13.58 9.34 1.52 50.19
四子王旗Siziwang 3.99 12.48 9.21 0.86 42.39
肇东Zhaodong 7.58 11.33 7.69 2.33 62.62
2 结果与分析
2.1 不同地区土壤化学性质分析
表2所示为土壤样品化学性质测定结果。各地
区土壤在pH上存在显著差异;锡林浩特和四子王旗
的土壤有机质、碱解氮含量和全钾含量差异不明显,
但与肇东市存在显著差异(P<0.05);四子王旗的全
磷含量与肇东市之间存在显著差异(P<0.05);而锡
林浩特与肇东市的土壤速效钾含量差异显著(P<
0.05);3个地区的土壤全氮含量差异不显著。
236
第4期 谢越等:羊草品质与气象因子和土壤因子的相关性研究
表2 各地区的土壤数据
Table2 Dataofsoilfromdifferentdistricts
pH
有机质
Organicmatter
/%
全氮
Totalnitrogen
/%
碱解氮
Efficientnitrogen
/mg·kg-1
全磷
Totalphosphorus
/g·kg-1
全钾
Totalpotassium
/g·kg-1
锡林浩特Xilinhot 7.55±0.08a 2.29±0.41a 0.19±0.02a 144.16±15.07a 10.85±0.67ab 65.49±1.81a
四子王旗Siziwang 8.22±0.03b 3.21±0.32a 0.21±0.03a 140.50±21.55a 10.82±0.70a 64.73±3.72a
肇东Zhaodong 8.52±0.11c 4.88±0.31b 0.17±002a 282.54±14.51b 13.22±0.70b 61.44±1.49b
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)
Note:Differentsmallettersindicatesignificantdifference(P<0.05)
2.2 不同地区的羊草品质
天然草地上植物的生长主要受到气候和土壤的
限制。气候条件在一定程度上影响牧草的生长发
育。试验结果表明,不同地区羊草的CP,NDF和
ADF含量具有显著性差异(图1~3)。由图1可知,
各地羊草的 CP含量之间具有显著性差异(P<
0.05),四子王旗羊草的CP含量最高,肇东市的羊
草CP含量最低;四子王旗的羊草NDF含量最低,
肇东市最高(图2);由图3可知,不同地区草原的羊
草ADF含量存在显著性差异(P<0.05),四子王旗
羊草ADF含量最低,肇东市最高。由此可知,内蒙
古四子王旗开花期的羊草品质明显优于其他2个地
方的羊草。
图1 羊草CP含量
Fig.1 CPcontentsofLeymuschinensis
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05),下同
Note:Differentsmallettersindicatesignificantdifference
(P<0.05),thesameasbelow
2.3 羊草品质与土壤的关系
通过对羊草3项指标与土壤化学指标进行相关
性分析,羊草粗蛋白含量只与土壤中碱解氮含量成
显著负相关,相关系数为-0.467(P=0.001),而与
其他土壤化学指标无显著相关性。羊草NDF含量
与土壤中碱解氮、pH、有机质、全磷含量之间极显著
图2 羊草NDF含量
Fig.2 NDFcontentsofLeymuschinensis
图3 羊草ADF含量
Fig.3 ADFcontentsofLeymuschinensis
正相关,相关系数分别为0.617(P<0.01),0.421(P
<0.05),0.475(P<0.01),0.37(P<0.05),土壤碱解
氮对羊草NDF含量的影响大于其他几项指标。羊
草ADF含量与土壤中碱解氮、有机质、全磷含量存
在显 著 正 相 关 关 系,相 关 系 数 分 别 为 0.6449
(P<0.01),0.438(P<0.01),0.374(P<0.05),
土壤碱解氮对羊草 ADF 含量的影响大于其他
指标。
336
草 地 学 报 第20卷
表3 羊草品质指标与土壤的相关性
Table3 CorrelationbetweenthequalityofLeymuschinensisandeachsoilfactor
pH
有机质
Organicmatter
全氮
Totalnitrogen
碱解氮
Efficientnitrogen
全磷
Totalphosphorus
全钾
Totalpotassium
粗蛋白CP 0.002 -0.146 0.134 -0.467* -0.278 0.050
中性洗涤纤维NDF 0.421* 0.475** 0.278 0.617* 0.370* -0.144
酸性洗涤纤维ADF 0.266 0.438** -0.189 0.644** 0.374* -0.149
注:**为极显著相关(P<0.01);*为显著相关(P<0.05);下同
Note:**indicatessignificantcorrelationatthe0.01level,*indicatessignificantcorrelationatthe0.05level;thesameasbelow
2.4 羊草品质与气象因子的关系
羊草品质与各气象因子的相关性分析结果如表
2所示,平均有效积温、日照长度、平均降水和相对
湿度与羊草的CP含量成极显著负相关,日照长度
与CP含量成极显著正相关,而日较差与羊草CP含
量之间无显著相关性。其相关性由大到小依次为:
平均有效积温、平均降水、相对湿度、日照长度。
羊草纤维指标与气候因子之间的相关性分析结
果如表2所示。平均降水、平均有效积温和相对湿
度与羊草NDF和ADF含量之间成极显著正相关;
而日较差和日照长度与 NDF和 ADF含量之间成
极显著负相关。与羊草NDF含量的相关性由大到
小依次为:相对湿度、日照长度、平均降水、平均有效
积温、日较差。与羊草 ADF含量的相关性由大到
小依次为:相对湿度、平均降水、平均有效积温、日照
长度、日较差。
表4 羊草品质与各气候因子的相关性
Table4 CorrelationbetweenthequalityofLeymuschinensisandeachclimaticfactor
测定指标
Measuredindex
平均有效积温
Averageofeffectiveaccumulatedtemperature
日较差
Dailyrange
日照长度
Lengthofday
平均降水
Averageofprecipitation
相对湿度
Relativehumidity
粗蛋白CP -0.940** 0.243 0.610** -0.887** -0.862**
中性洗涤纤维NDF 0.702** -0.691** -0.873** 0.867** 0.883**
酸性洗涤纤维ADF 0.846** -0.567** -0.834** 0.940** 0.941**
2.5 羊草品质与环境因子的多元相关分析
羊草品质指标与环境因子的相关性分析显示,
羊草的品质与土壤和气候因子都有或多或少的相关
性,为了进一步找出影响羊草各项品质指标最大的
因子,更准确的描述各环境因子对羊草品质的影响
差异,选取相关分析中与羊草品质有显著相关的环
境因子,利用多元相关分析方法中的逐步回归法筛
选出影响显著的环境因子,考察其偏回归系数,确定
它们对羊草品质的贡献大小,逐步回归分析结果如
表5所示。分析结果显示,只有特定的几个气候因
子入选了回归方程,且不同气候因子对方程的贡献
大小是不同的,对羊草品质的影响也是有差异的。
由表5可知,3个回归方程的回归系数分别达到了
0.884,0.814和0.886。其中对于羊草NDF含量的
分析中,羊草 NDF含量与相对湿度的偏相关系数
高于与日照长度的偏相关系数。
表5 羊草品质指标与气侯因子的多元回归分析结果
Table5 Multi-regressionanalysisbetweenthequalityofLeymuschinensisandclimaticfactors
测定指标 Measuredindex 粗蛋白CP 中性洗涤纤维NDF 酸性洗涤纤维ADF
回归模型Regressionmodel a1=39.553-4.025b a2=72.055-3.044c+0.34d a3=-3.682+0.689d
F值Fvalue 319.086** 91.725** 333.149**
(复)相关系数(multi)Correlationcoefficient -0.94 0.902 0.941
标准误Standarderror 2.35 2.47 2.11
回归系数Regressioncoefficient 0.884 0.814 0.886
偏相关系数Partialcorrelationcoefficient -
R13,4 R14,3
-0.392** 0.467**
-
决定系数Determinationcoefficient -
R21(3) R21(4)
0.762** 0.780**
-
显著性检验Testofsignificance P≤0.01 P≤0.01 P≤0.01
注:b-平均有效积温(℃),c-日照长度(h),d-相对湿度(%),均为返青期到取样时的日平均值;a1,a2,a3分别为CP,NDF和ADF含量,单位
均为%;R13,4表示剔除d后,a与c之间的偏相关系数,R14,3也同此;而R21(3)和R21(4)分别表示a与c及a与d进行回归分析的决定系数
Note:b-averageofeffectiveaccumulatedtemperature(℃),c-daylength(h),d-relativehumidity(%)arethedailyaverageofdatafrom
greenstagetosamplingtime.a1,a2,a3representthecontentsofCP,NDFandADFrespectively,whichunitsare%.R13,4meanspartial
correlationcoefficientregardlessofb,R14,3hasasimilarmeaning;R21(3)andR21(4)aredeterminationcoefficientsbetweenaandcandbetweena
andd
436
第4期 谢越等:羊草品质与气象因子和土壤因子的相关性研究
3 讨论
从羊草与土壤因子的相关性分析结果中可以看
出,碱解氮与3项品质指标的相关性都明显高于有
机质、pH和全磷,说明土壤养分中碱解氮对羊草的
3项品质指标影响最大,其中与羊草CP含量是负相
关,与NDF和ADF含量成显著正相关。说明土壤
中碱解氮含量越高,羊草品质越低。许多施肥研究
指出,土壤中的氮含量越高将促进牧草对氮的吸收,
进而增加牧草粗蛋白含量并降低牧草纤维含量,提
高牧草品质[9-11],这些研究结果都不同于本研究结
果;而在本研究中出现碱解氮增加CP含量减少的
现象可能是由于气候因子的作用导致了碱解氮转化
为速效氮的速度慢,晋德馨[12]也得出了相似的推
测。Lopez[13]指出,增加施氮肥量会改变植物的糖
类组成,从而导致纤维含量的增加;Colins[14]发现
施氮量增加牧草NDF含量也随之增加;Wikeem[15]
也发现了 ADF随着施氮量的增加而增加。John-
son[10]和Tuma[11]认为气候条件会引起牧草品质的
变换。其他研究也指出,牧草品质不仅受到土壤因
素的影响,周围的环境因子,如温度、CO2 和水分等
也会影响牧草的品质[16-17]。
在对羊草品质与气象因子的分析中,由相关系
数可以看出,各气象因子对羊草CP含量的影响并
不一致。在所有气象因子中,平均有效积温与CP
含量的相关性最高,说明温度对牧草CP含量的影
响大于其他因子,Buxon[17]也有相同的结论。本研
究发现羊草粗蛋白含量与日较差之间无显著的相关
性,这与冯西博[18]的研究结果类似。平均有效积温
与CP含量的相关系数为-0.940,即随着温度的升
高,牧草CP含量会逐渐降低,这与其他研究结果相
一致[17]。有效积温是考察植物生长发育的一项重
要参数,植物的生长需要一定的热量条件,当温度积
累到一定程度时,植物才能完成其生长发育。一些
文献指出,日较差会提高牧草体内的糖含量并有助
于干物质的积累[19],但是提高粗蛋白含量的结果极
少。但在一定范围内温度的增加将提高植物体内各
种酶活性,促进植物的呼吸作用,从而加速植物体内
可溶性物质的分解,因此虽然日较差大会促进羊草
粗蛋白含量的积累,但呼吸作用的增加可能减弱了
日较差对羊草粗蛋白的正向作用,这将不利于羊草
CP积累,之前也有类似报道指出温度升高将导致牧
草CP含量降低[20]。各气候因子与羊草 NDF和
ADF含量之间存在显著的相关关系。相对湿度与
羊草NDF和ADF含量的相关性最高,说明水分对
羊草纤维含量的影响大于其他气象指标[21]。相对
湿度与NDF和ADF含量都存在显著正相关关系,
即随着水分的增加,羊草的NDF和ADF含量也会
增加,从而降低羊草的品质,这与前人的研究结果相
同[15,21]。水分胁迫可以减慢牧草的成熟过程[22],因
此在水分胁迫没有导致叶片凋落的情况下,一定的
水胁迫可以改善牧草的品质[17]。6月左右充足的水
分会促进羊草的生长,羊草生长速度加快,使其生长
过程中的木质化过程加快,从而羊草的 NDF和
ADF含量升高,导致了牧草品质的降低[23],这与先
前对其他牧草的研究结果相似[16]。
从羊草品质与各环境因子的相关性研究可以看
出,不同环境因子对羊草各品质指标的贡献大小是
不相同的,因此采用多元逐步回归分析方法得出对
羊草3项品质指标影响最大的环境指标。通过多元
逐步回归分析方法所得的回归方程和偏回归系数结
果发现,在开花期羊草CP含量的回归方程中只有
平均有效积温一个气象因子入选,而土壤碱解氮也
没有入选,平均有效积温与CP含量之间的(复)相
关系数达到了-0.940,说明平均有效积温对羊草
CP含量的贡献最大。由于土壤碱解氮含量与平均
有效积温存在相关性(R=0.486,P<0.01),平均有
效积温对土壤碱解氮含量有一定的贡献性,所以土
壤碱解氮并没有入选方程。在与羊草NDF的回归
模型中,相对湿度和日照长度对羊草的 NDF含量
贡献明显,NDF含量与日照长度和相对湿度之间的
复相关系数达到了0.902,此复相关系数明显高于
日照长度和相对湿度分别与羊草品质各指标之间的
相关系数,相对湿度对 NDF含量的影响较日照长
度大(R14,3>R13,4,R21(4)>R21(3))。有研究发现,日
照长度越长,NDF含量越低,此结果与本研究结果
一致[17,24];在与羊草ADF含量的回归分析中,羊草
ADF含量的方程中只有相对湿度入选,说明相对湿
度对ADF含量贡献最大,两者的相关系数达到了
0.941。本研究结果表明,在平均有效积温短且气候
干燥的地区,开花期的羊草将更优质。而羊草的品
质是由多项环境因子综合作用的结果,同一环境因
子对不同测定指标的影响也存在差异。虽然许多环
境因子在单元相关分析中与羊草品质有显著相关关
系,但其并不一定在多元相关分析中入选。在以后
的研究中可利用不同地区的羊草品质与当地气象因
子所拟合的方程在一定范围内估测开花期天然羊草
的品质,羊草的CP含量可用返青期到取样时(开花
536
草 地 学 报 第20卷
期)的平均有效积温估测,羊草的NDF含量可用相
对湿度和日照长度估测[25],而羊草 ADF的含量可
用相对湿度预估。各项因子综合作用对羊草品质引
起的变化范围在81.4%~88.6%。
4 结论
羊草3项品质指标受土壤中碱解氮含量影响最
大,且碱解氮含量越高羊草品质越低;羊草NDF和
ADF含量也受到土壤全磷含量、有机质的影响。除
日较差对CP含量无显著影响外,其他气候因子都
对羊草CP,NDF和 ADF含量有显著影响,其中平
均有效积温与 CP含量相关性最高,相对湿度与
NDF和ADF含量相关性最高。
气候因子对开花期羊草的CP,NDF和ADF含
量的贡献大于土壤因子。其中,平均有效积温对开
花期羊草CP含量贡献较大,相对湿度和日照长度
对NDF含量贡献明显,相对湿度对ADF含量的影
响较大。羊草的品质是多项气候因子综合作用的结
果;平均有效积温少、相对湿度小的地区品质较好。
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(责任编辑 李美娟)
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