內蒙古東烏珠穆沁旗草地植物群落營養成分分析

玉 濤，薩仁高娃，金 國，賈利娟，李治國，呂世杰

（1.內蒙古自治區錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗畜牧工作站，內蒙古 東烏珠穆沁旗 026300；2.內蒙古自治區錫林郭勒盟東烏珠穆沁旗草原工作站，內蒙古 東烏珠穆沁旗 026300；3.內蒙古自治區錫林郭勒盟蘇尼特右旗草原工作站，內蒙古 蘇尼特右旗 011200；4.內蒙古農業大學草原與資源環境學院，內蒙古 呼和浩特 010011）

東烏珠穆沁旗草原地處世界四大草原之一的內蒙古錫林郭勒大草原腹地， 自然景觀以草原為主，地域遼闊，蘊含豐富的草地資源。 作為錫林郭勒草原的重要組成部分， 東烏珠穆沁旗草原是目前世界上溫帶草原中原生植被保存比較完整，生物多樣性以及飼用牧草較為豐富的天然牧場［1-5］。伴隨全球氣候變暖和降雨格局的改變， 以放牧利用為主的東烏珠穆沁旗草原承受著自然環境變化和人為干擾的雙重壓力［6-7］。 東烏珠穆沁旗草原畜牧業的可持續發展離不開草地植物植被的健康維護。研究顯示，氣候變化不確定性的增加和現代工業化進程的加速， 導致東烏珠穆沁旗草原災害嚴重并影響牧民的生活，草地退化現象嚴重［2，5，8］。 這些研究主要集中在草地植物群落地上生物量和物種多樣性變化上， 對草地植物群落營養品質的研究相對較少。 為促進東烏珠穆沁旗草地畜牧業的可持續發展和對草地生態環境的改善， 該研究以東烏珠穆沁旗草原植物群落營養成分為研究對象，結合對應分析方法，闡釋不同鄉鎮（蘇木）草地植物群落營養成分含量差異及特點， 對東烏珠穆沁旗的草原保護以及草地生態質量評價提供基礎數據。

1 研究區概況

東烏珠穆沁旗（以下簡稱東烏旗），位于內蒙古自治區中部，錫林郭勒盟東北部，地理坐標為東經115°10′～120°07′，北緯44°40′～46°46′，地貌類型以高平原為主。 東烏旗屬北溫帶大陸性氣候，處于高海拔和中、高緯度帶的內陸地區，自然條件較為惡劣。 年平均氣溫1.6 ℃，最冷月（1 月）平均氣溫-18.9 ℃，最熱月（7 月）平均氣溫21 ℃，極端最高氣溫39.7 ℃，最低氣溫-40.7 ℃。 年降水量300 mm，主要集中在6—8 月，占年降水量的70%；年蒸發量在3 000 mm 以上，是降水量的7.5倍。

東烏旗草原生產力為1 073.10 kg/hm2，比內蒙古全區的平均水平高出28.05%。1985 年東烏旗天然草場資源普查顯示全旗共有種子植物878 種（包括亞種、變種和變形），分屬345 個屬、79 個科［8］。 在以上各科屬種植物中，對畜牧業有重要意義的飼用植物近300 種，約占草種總數的34%，主要是禾本科（Gramineae）的 羊草（Leymus chinensis）、冰草（Agropyron cristatum）、糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）、無芒隱子草（Cleistogenes songorica）、 大 針 茅 （Stipa grandis）、 克 氏 針 茅（Stipa krylovii）， 豆科 （Leguminosae） 的黃芪屬（Astragalus）、苜 蓿 屬（Medicago）、草 木 樨 屬（Melilotus）等，菊科（Compositae）的蒿屬（Artemisia）和百合科（Liliaceae）的蔥屬（Allium）等物種。 土壤水平地帶性分布非常明顯，由東向西依次有灰色森林土、黑鈣土、栗鈣土，非地帶性土壤有沼澤土、草甸土、風沙土。

2 數據來源與分析方法

2.1 數據來源

2020 年8 月， 調查33 個家庭牧場天然草原共計168 個樣點，每一樣點隨機選取3 個1 m×1 m的樣方，分別測定植物種群的高度、蓋度、密度和地上生物量，帶回實驗室于烘箱內65 ℃烘干至恒重。 將烘干后的植物樣品根據測定指標分別進行樣品分析的前處理 （168 個樣點植物樣品根據牧戶草場分為33 個草樣）， 采用對應方法進行具體指標測定。 測定指標包括：粗蛋白（crude protein，CP）、酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）、中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）、粗脂肪（crude fat，EE）、粗灰分（crude ash，CA）。 將測得的數據，根據行政區劃進行平均，得到不同鄉鎮（蘇木）草地地上植物群落營養成分含量。

2.2 數據分析

將東烏旗各個鄉鎮（蘇木）草地植物群落營養成分采用對應分析方法闡釋其相互關系。其中，營養成分作為指標，各個鄉鎮（蘇木）作為觀測。分別探討各個鄉鎮（蘇木）及營養成分因子分析結果，根據因子分析結果繪制對應分析圖。 數據分析在SAS 9.2 中進行，調用CORRESP 過程。圖表繪制在Excel 2010 中完成。

3 結果

3.1 不同鄉鎮（蘇木）之間的公因子分析

特征向量橫坐標、縱坐標代表各鄉鎮（蘇木）在2 個公因子上的載荷（見表1），薩麥蘇木（SM）在2 個公因子上的載荷為：SM=-0.036 9x-0.020 6y，其余鄉鎮（蘇木）在2 個公因子上的載荷見表1。由此可以看到，第一公因子x 主要承載薩麥蘇木、滿都胡寶拉格鎮、額吉淖爾鎮、道特淖爾鎮及阿拉坦合力蘇木的信息， 第二公因子y 主要承載呼熱圖淖爾蘇木、嘎達布其鎮、烏里雅斯太鎮的信息，而嘎海樂蘇木在第一公因子和第二公因子上的載荷信息相差不大。 貢獻率之和表征兩公因子提取鄉鎮（蘇木）植物營養成分含量信息情況，由表1可以看到，薩麥蘇木、呼熱圖淖爾蘇木、嘎海樂蘇木、額吉淖爾鎮、道特淖爾鎮、阿拉坦合力蘇木能夠提取的信息量均達到95.00%以上 （即大于0.950 0），滿都胡寶拉格鎮、嘎達布其鎮能夠提取的信息量分別為60.56%和64.92%（信息量大于等于25.00%，小于75.00%），烏里雅斯太鎮能夠提取的信息量僅為23.47%（小于25.00%）。 所以，兩公因子提取的信息量烏里雅斯太鎮最少， 滿都胡寶拉格鎮和嘎達布其鎮可提取中等程度信息量，其余鄉鎮（蘇木）提取信息量較為完整。 和占百分比顯示， 額吉淖爾鎮草地植物群落營養成分整體加和最?。▋H為9.94%）。 變量占特征值比，貢獻率之和較小的鄉鎮（蘇木），對總特征值的貢獻比較小。

表1 不同鄉鎮（蘇木）之間特征向量

公因子對變量的承載率顯示，額吉淖爾鎮、道特淖爾鎮和阿拉坦合力蘇木被第一公因子x 承載率處于絕對較高的地位， 達到了10.00%以上，而呼熱圖淖爾蘇木和烏里雅斯太鎮被第一公因子承載率較少，小于1.50%，其余鄉鎮（蘇木）居于兩者之間，各鄉鎮（蘇木）被第二公因子y 的承載率見表2。 變量在公因子上的貢獻率與公因子對變量的承載率存在對應關系， 即較高的承載率存在較大的貢獻率。提取的信息量相對量化后顯示，額吉淖爾鎮、 道特淖爾鎮和阿拉坦合力蘇木在第一公因子x 上的信息量處于中等，數值為1；呼熱圖淖爾鎮和嘎海樂蘇木在第二公因子y 上的信息量較高，數值為2；整體來看，各鄉鎮（蘇木）中呼熱圖淖爾蘇木、嘎海樂蘇木、嘎達布其鎮和烏里雅斯太鎮提取的總信息量較高，其余鄉鎮（蘇木）總信息量處于中等。

3.2 不同營養成分之間的公因子分析

特征向量橫坐標、 縱坐標代表各營養成分在2 個公因子上的載荷（見表3），粗蛋白（CP）在2 個公因子上的載荷為：CP=0.134 8x-0.048 7y，其余營養成分指標在2 個公因子上的載荷見表1。 由此可以看到，第一公因子x 主要承載粗蛋白、中性洗滌纖維和粗脂肪的信息， 第二公因子y 主要承載粗灰分的信息， 而酸性洗滌纖維在第一公因子和第二公因子上的載荷信息相差不大。 貢獻率之和表征兩公因子提取植物營養成分含量信息情況，由表1 可以看到，粗蛋白、中性洗滌纖維、粗脂肪和粗灰分能夠提取的信息量均達到75.00%以上（即大于0.750 0），酸性洗滌纖維能夠提取的信息量為34.12%（信息量大于等于25.00%， 小于75.00%）。 所以，兩公因子提取的信息量酸性洗滌纖維最少，其余營養成分提取信息量較為完整。和占百分比顯示，各鄉鎮（蘇木）粗蛋白、粗脂肪和粗灰分加和較小 （均小于10.00%）。 變量占特征值比，貢獻率之和較小的植物群落營養成分指標，對總特征值的貢獻比較小。

表2 不同鄉鎮（蘇木）之間貢獻率及信息量分析

公因子對變量的承載率顯示，粗蛋白被第一公因子x 承載率處于絕對較高的地位， 達到60.00%以上，而酸性洗滌纖維被第一公因子承載率較少，僅為0.93%，其余鄉鎮（蘇木）居于兩者之間，各鄉鎮（蘇木）被第二公因子y 的承載率見表4。 變量在公因子上的貢獻率與公因子對變量的承載率存在對應關系，即較高的承載率存在較大的貢獻率，如粗蛋白、中性洗滌纖維和粗脂肪在第一公因子x 上的貢獻率分別為87.48%、90.47%和73.41%。 提取的信息量相對量化后顯示，粗蛋白、中性洗滌纖維和粗脂肪在第一公因子x 上的信息量處于中等，數值為1；粗灰分在第二公因子y 上的信息量較高， 數值為2； 整體來看，各營養成分中酸性洗滌纖維和粗灰分提取的總信息量較高， 其余營養成分總信息量處于中等，數值為1。

3.3 不同營養成分公因子分析

對應分析結果顯示（見圖1），呼熱圖淖爾蘇木 （HR） 草地植物群落粗灰分含量較高， 達到10.53%。 額吉淖爾蘇木（EJ） 和阿拉坦合力蘇木（AL） 草地植物群落粗脂肪和粗蛋白含量較高，粗蛋白含量為10.32%～11.11%， 粗脂肪含量為3.63%～4.00%。其余鄉鎮（蘇木）草地植物群落酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量較高， 酸性洗滌纖維含量為35.53%～39.83%， 中性洗滌纖維含量為66.67%～72.50%。 可見，依據各個鄉鎮（蘇木）草地植物群落營養成分含量可以劃分為3 組， 見圖中圓形區域。

4 討論

植物群落營養成分表征草地牧草品質及其飼用價值的高低［9］。 東烏珠穆沁旗額吉淖爾鎮（EJ）和阿拉坦合力蘇木（AL）粗蛋白含量較高，這2 個鄉鎮（蘇木）位于東烏珠穆沁旗西部，草地類型屬于典型草原且比較干旱，克氏針茅、大針茅、羊草和糙隱子草多年生禾草占主導地位， 同時退化指示種銀灰旋花 （Convolvulus ammannii） 密度比較大。 呼熱圖淖爾蘇木（HR）植物群落粗灰分含量較高，植物群落以大針茅、羊草、苔草密度最高，同時菊科的麻花頭（Serratula chinensis）、委陵菜屬植物出現頻度較大。 一般而言，菊科植物占比較大，植物群落粗灰分含量比較高， 羊草占比較高的植物群落粗蛋白含量較高［10-11］。 所以額吉淖爾鎮和阿拉坦合力蘇木粗蛋白含量較高主要受羊草調控（但粗脂肪含量較高難以判定）， 而呼熱圖淖爾蘇木植物群落粗灰分含量較高主要受菊科植物調控。 其余鄉鎮（蘇木）植物群落酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量較高，部分鄉鎮（蘇木）中性洗滌纖維含量甚至高達70%以上， 表明牧草的適口性下降程度較高； 原因是牧草的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量與家畜對牧草的進食量及牧草的可消化性均呈負相關關系［12］。因此，處于東烏珠穆沁旗中部的薩麥蘇木（SM）、嘎海樂蘇木（GH）和道特淖爾鎮（DT）草地植物群落應該引起重視，需要進一步研究導致草地植物群落酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量較高的原因以及分析植物群落的組成與結構。從地理位置上看，大致存在由西向東植物群落營養成分中蛋白含量下降， 纖維含量增加的變化趨勢。綜合來看，采用對應分析能夠很好地揭示東烏珠穆沁旗草原植物群落營養成分由西到東的變化趨勢，并能夠闡釋各個鄉鎮（蘇木）草地植物群落草地營養成分含量的變化特征［13-14］。然而由于缺乏草地植物群落地上生物量數據支撐，難以計算粗蛋白等營養成分收獲量，同時由于缺乏植物群落物種組成與比例， 對于植物群落飼用牧草的適口性以及營養品質的整體評價需要進一步研究［15］。

表3 各營養成分指標的特征向量

表4 各營養成分指標貢獻率及信息量分析

圖1 東烏珠穆沁旗不同鄉鎮（蘇木）植物群落營養成分含量的對應分析

5 結論

各鄉鎮（蘇木）中烏里雅斯太鎮在公因子分析中提取的信息資料較少， 植物群落養分中酸性洗滌纖維含量在公因子分析中提取的信息資料較少。薩麥蘇木、嘎海樂蘇木和道特淖爾鎮草地植物群落中性洗滌纖維含量高達70%以上， 額吉淖爾鎮和阿拉坦合力蘇木草地植物群落粗蛋白含量高于10%， 呼熱圖淖爾蘇木草地植物群落粗灰分含量較高，達到10.53%。 東烏珠穆沁草原植物群落由西向東粗蛋白含量呈下降的變化趨勢， 酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量呈增加的變化趨勢。