一種精確計(jì)算多年生禾本科牧草越冬率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域，特別是涉及一種精確計(jì)算多年生禾本科牧草越冬率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]禾本科牧草是畜牧養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)中必不可少的主要飼草料之一，在我國分布廣泛、資源量大，且營養(yǎng)豐富、易加工，便于儲藏運(yùn)輸，也可以與其它成分混合制作不同用途飼料，為畜禽喜食。禾本科牧草抗逆性強(qiáng)、耐刈割、耐踐踏，也是我國北方地區(qū)庭園綠化、防風(fēng)固沙及水土保持的優(yōu)良植物，在草地農(nóng)業(yè)與草原生態(tài)系統(tǒng)中具有重要作用。禾本科牧草包括野生和栽培兩類，依據(jù)壽命長短可以分為一年生、二年生和多年生，其中，二年生和多年生禾本科牧草在人工草地建植與牧草栽培生產(chǎn)中占有絕對優(yōu)勢地位。然而我國北方大部分地區(qū)氣候寒冷，冬季少雪，尤其是西北干旱區(qū)、河北壩上高原及東北地區(qū)，極端氣溫可達(dá)零下20-40 V，給普通禾本科牧草及國外引進(jìn)優(yōu)質(zhì)多年生禾本科牧草越冬帶來極大挑戰(zhàn)，由此，如何確保栽培牧草在寒冷的冬春季安全越冬存活并返青，便成為生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)鍵問題。
[0003]由牧草栽培學(xué)或草地生態(tài)學(xué)可知，衡量禾本科牧草越冬存活效率的主要指標(biāo)是越冬率，g卩，單位面積上禾本科牧草越冬返青后的存活數(shù)量占越冬前數(shù)量的比例，理論上講，該定義是越冬率的本質(zhì)含義，也是生產(chǎn)實(shí)際中迫切求知的指標(biāo)，但該指標(biāo)在實(shí)際操作中卻難以準(zhǔn)確獲得，其主要原因與牧草生長特性有關(guān)，多年生禾本科牧草類型多樣、分蘗與新生枝條繁殖方式復(fù)雜，且整個生長階段植株數(shù)量始終處于動態(tài)變化狀態(tài)，即，在進(jìn)行植株數(shù)量統(tǒng)計(jì)時，哪一時間點(diǎn)記錄的數(shù)據(jù)才能成為最具代表性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將成為越冬率準(zhǔn)確計(jì)算關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，由此，如果有一種方法能夠精準(zhǔn)確定越冬前后牧草植株數(shù)量統(tǒng)計(jì)的時間點(diǎn)，或者多年生禾本科牧草越冬率計(jì)算過程中，植株數(shù)量統(tǒng)計(jì)均以統(tǒng)一方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)，那么，不同種類的多年生禾本科牧草越冬率數(shù)據(jù)之間才可能存在有效的可比性。
[0004]2006年10月頒布實(shí)施的中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“草品種審定技術(shù)規(guī)程”(NY/T 1091-2006)中，對禾本科牧草越冬率的描述是“在小區(qū)中選擇有代表性的樣段兩處，每段長lm，在越冬前及第二年返青后分別計(jì)算樣段中植株總數(shù)及返青數(shù)，便可統(tǒng)計(jì)越冬率”，其中，越冬前及第二年返青后的具體計(jì)數(shù)時間指定不明，實(shí)際測定中難以操作，其原因是多年生禾本科牧草越冬前及第二年返青后物候時間較長，尤其是第二年返青期有的甚至達(dá)到1-2個月，在此期間，植株數(shù)量一直處于變化狀態(tài)，不同時間點(diǎn)樣段內(nèi)植株數(shù)量不同，則選擇不同的時間點(diǎn)計(jì)數(shù)時，計(jì)算結(jié)果差異很大，則不同物種或處理間得出的越冬率缺乏可比性，另外，每個試驗(yàn)處理僅僅取兩樣段，則不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)的方面的差異顯著性分析，再次降低了該試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性和實(shí)用性。
[0005]2014年7月頒布實(shí)施的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)“草品種審定技術(shù)規(guī)程”(GB/T30395-2013)中的描述是“在同一區(qū)組的小區(qū)中隨機(jī)選擇有代表性的樣段3處，每段長lm，在越冬前后分別計(jì)數(shù)樣段中植株數(shù)量，計(jì)算越冬率”，其中，將2006版中“在小區(qū)中選擇有代表性的樣段兩處”修改為“在同一區(qū)組的小區(qū)中隨機(jī)選擇有代表性的樣段3處”，避免了差異顯著性分析時的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不足，但將“越冬前及第二年返青后分別計(jì)算樣段中植株總數(shù)及返青數(shù)”修改為“越冬前后分別計(jì)數(shù)樣段中植株數(shù)量”，使實(shí)際測定時植株計(jì)數(shù)時間點(diǎn)的選擇更加寬泛和模糊，進(jìn)一步降低了不同物種或處理間計(jì)算結(jié)果的可比性，由此，需要結(jié)合多年生禾本科牧草生長發(fā)育等生物學(xué)特性和物候特征，選擇一種準(zhǔn)確性高、可比性強(qiáng)、執(zhí)行中容易操作的測定方法，才是解決越冬率計(jì)算問題的關(guān)鍵所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決目前多年生禾本科牧草越冬率計(jì)算過程中，植株計(jì)數(shù)時間點(diǎn)難以準(zhǔn)確選擇、越冬率計(jì)算結(jié)果不唯一、測定數(shù)據(jù)缺乏有效性和可比性等主要問題，進(jìn)一步提高該指標(biāo)測定中的可操作性及其在生產(chǎn)實(shí)踐中的指導(dǎo)意義，本發(fā)明的目的是提供一種精確計(jì)算多年生禾本科牧草越冬率的方法。
[0007]本發(fā)明提供一種精確計(jì)算多年生禾本科牧草越冬率的方法，包括以下步驟:
[0008]I)選定區(qū)域，在植株冬前休眠期時統(tǒng)計(jì)越冬前植株數(shù)量，越冬后在植株返青數(shù)量達(dá)到10 %時，統(tǒng)計(jì)首次越冬后植株數(shù)量，之后每10天計(jì)數(shù)一次，共統(tǒng)計(jì)M次越冬后植株計(jì)數(shù)；
[0009]2)以步驟I)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)擬合如下方程:
[0010]N=K/[l+e(a_rt)]
[0011]其中，t為測定日期，首次測定日期在計(jì)算公式中可以計(jì)數(shù)為10，其余測定日期均為10的倍數(shù)，N為測定日計(jì)數(shù)的植株數(shù)量，然后根據(jù)連續(xù)若干次的測定日期和植株計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，求得對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式N=f(t);
[0012]3)以步驟2)的結(jié)果，求函數(shù)N的二階導(dǎo)數(shù)等于零時的t值和N值，S卩，t是植株計(jì)數(shù)的測定日期，N是曲線拐點(diǎn)時樣段內(nèi)越冬植株的拐點(diǎn)數(shù)量；
[0013 ] 4)以步驟3)所求N值，按如下公式計(jì)算越冬率:
[0014]越冬率=越冬后樣段內(nèi)植株拐點(diǎn)數(shù)量/越冬前休眠期樣段植株數(shù)量X100 %。
[0015]其中，所述M次為5次及以上。
[0016]其中，所述選定區(qū)域?yàn)檫xIm長的樣條。樣條寬度以播種后的自然生長單壟為條寬。
[0017]其中，所述選定區(qū)域，同一處理設(shè)3個重復(fù)。
[0018]本發(fā)明還提供所述精確計(jì)算多年生禾本科牧草越冬率的方法在牧草種植中的應(yīng)用。
[0019]本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)如下:
[0020]1、越冬前后植株計(jì)數(shù)時間點(diǎn)的確定:越冬前后植株計(jì)數(shù)是獲得越冬率準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)，其中，越冬前的休眠期，植株形態(tài)與生理變化僅限于正常的生理代謝，數(shù)量基本不變，該時間段內(nèi)測定的數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定;另外，越冬返青后，由于植株生長較快，不同時間點(diǎn)測定的數(shù)量差異較大，所以需要多次連續(xù)測定，才能最終確定合理的計(jì)算結(jié)果。
[0021]2、擬合方程式的選擇:栽培后的多年生禾本科牧草草地，群落物種比較單一，基本上是由栽培種構(gòu)建的單一種群，其種群數(shù)量的發(fā)展受到環(huán)境資源影響，變化趨勢符合生態(tài)學(xué)常用的連續(xù)增長模型一一邏輯斯諦方程，所以，以該方程為模型，求得方程中的主要參數(shù)，即得植株數(shù)量變化公式，這也是栽培牧草返青后的植株數(shù)量實(shí)際發(fā)展軌跡。
[0022]3、函數(shù)方程式二階求導(dǎo):嚴(yán)格地講，越冬后計(jì)數(shù)的植株與越冬前應(yīng)該有一定的對應(yīng)性，是越冬率計(jì)算的理論基礎(chǔ)，但是，實(shí)際環(huán)境中，植株越冬返青后數(shù)量的變化一般分為2個階段，第一個階段是越冬休眠芽在春季返青后生長發(fā)育為正常成株，而這一批成株也正是越冬后應(yīng)該計(jì)入統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的植株，第二個階段是生長發(fā)育后的成株產(chǎn)生新一級分蘗，且新一級分蘗又生長發(fā)育，最終成為又一批新的成株，同時，這兩個階段形成的正常成株在形態(tài)上難以區(qū)分，從而為植株的正確選擇計(jì)數(shù)帶來很大困難。不過，從高等數(shù)學(xué)知識可知，對函數(shù)求二階導(dǎo)數(shù)，并使二階導(dǎo)數(shù)為零，即可獲得函數(shù)曲線的拐點(diǎn)值，也就是曲線斜率變化的極值，該點(diǎn)對應(yīng)的自變量是測定日期，對應(yīng)函數(shù)則是該測定日的植株拐點(diǎn)數(shù)量，正常情況下，牧草植株第一階段與第二階段的生長發(fā)育存在一定時間間隔，并在整體數(shù)量變化規(guī)律上表現(xiàn)為連續(xù)性的暫時打破，即為一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這也符合函數(shù)曲線拐點(diǎn)特征，由此，選擇方程式進(jìn)行二階求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為零，即可獲得曲線變化中的拐點(diǎn)值，這也是越冬植株返青后完成第一階段生長發(fā)育而成為正常成株關(guān)鍵點(diǎn)，同時也是第二階段植株分蘗開始生長發(fā)育的起點(diǎn)，因此，由拐點(diǎn)處植株數(shù)量值除以越冬前休眠期植株數(shù)量值即為準(zhǔn)確的植株越冬率計(jì)算結(jié)果。
[0023]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]根據(jù)多年生禾本科牧草自身生長特性和物候期特征，在植株越冬前休眠期和越冬返青后多次定期計(jì)數(shù)，符合植株生長發(fā)育基本規(guī)律，再通過生態(tài)學(xué)常用的種群增長模型邏輯斯諦方程，尋找返青植株數(shù)量增長拐點(diǎn)，計(jì)算