貴南縣23年草原生態(tài)系統(tǒng)凈第一性生產(chǎn)力與氣候變化趨勢

周 雷

（青海省共和縣沙珠玉鄉(xiāng)畜牧獸醫(yī)工作站，青海 共和 813000）

植被凈第一性生產(chǎn)力（NPP）是指綠色植物在單位面積、單位時間內(nèi)所積累的有機物數(shù)量，是光合作用所產(chǎn)生的有機質(zhì)總量減去呼吸消耗后的剩余部分［1］。植被生產(chǎn)力受到氣候、土壤、植物特性及其他自然和人為因素的影響，反映了植物群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力。近年，對NPP的研究陪受重視，建立了許多區(qū)域或全球尺度的植被凈第一性生產(chǎn)力估算模型?，F(xiàn)有的NPP模型對不同調(diào)控因子的側(cè)重點有差別，模型在方法和復雜度上也不同。其中，以生理生態(tài)學為基礎(chǔ)的半經(jīng)驗半理論模型［2－5］在不同區(qū)域得到不同程度的驗證且被廣泛應用，特別是在干旱、半干旱地區(qū)應用時效果較好。

1 研究區(qū)概況

青海省貴南縣位于青藏高原東北部，地理坐標為E 98°46′～101°22′，N 35°27′～36°56′，屬于高原溫帶半干旱草原和干旱荒漠草原的過渡生物氣候帶，是我國重點牧區(qū)之一，環(huán)青海湖牧區(qū)的一部分，也是青海省畜牧業(yè)生產(chǎn)的主要基地和半細毛羊改良培育的重點地區(qū)之一。境內(nèi)海拔3 000～3 400m，年均氣溫2.0～3.3℃，年均降水311.1～402.1mm，年均蒸發(fā)量為1 558.2～1 841.2mm，年濕潤度0.41～0.52，年均風速2.1～2.7m/s，年均大風日數(shù)17.7～43.2d，最多可達75d，草原植被類型以溫性草原類、溫性荒漠草原類。

2 研究數(shù)據(jù)及方法

2.1 研究數(shù)據(jù)

研究利用位于全國重點牧區(qū)環(huán)青海湖共和盆地草原區(qū)的貴南縣氣象站1985～2007年的溫度、降水及牧草生物量監(jiān)測資料。研究區(qū)處于典型溫性草原、溫性荒漠草原區(qū)。

2.2 研究方法

根據(jù)周光勝，張新時［1］建立的自然植被的凈第一性生產(chǎn)力模型可知，利用陸地表面所獲得的降水量及其所獲得的凈輻射即可求取該區(qū)潛在的自然植被凈第一性生產(chǎn)力。

式中：NPP為自然植被凈第一性生產(chǎn)力，t/（hm2·a）DM ；RDI為輻射干燥度；P為年降水量（mm）。

周光勝，張新時［1］針對中國各植被地帶的可能蒸散率（PER）與年輻射干燥度（RDI）進行分析得到RDI與PER的回歸方程：

RDI＝（0.629 0＋0.273 0PER－0.0031PER2）2

其相關(guān)系數(shù)達0.9。其中，PER為利用Holdridge生命地帶系統(tǒng)的氣候指標計算的可能蒸散率。

式中：PER為可能蒸散率，r為降水量（mm），PET為可能蒸散（mm），BT為生物溫度（℃），指出現(xiàn)植物營養(yǎng)生長范圍內(nèi)的平均溫度，在0～30℃，日均溫低于0℃和高于30℃的均排除在外。

式中：BT為年（或月）平均生物溫度；t為＞0℃和＜30℃的日均溫；T為＞0℃和＜30℃的月均溫。

3 結(jié)果與分析

通過模型計算的凈第一性生產(chǎn)力，由于實測NPP時間序列不長，使得模擬NPP結(jié)果的準確性驗證難以進行，多以地上生物量的變化趨勢與模擬NPP結(jié)果的趨勢進行分析對比，兩者間的相關(guān)性越高就證明NPP模型的模擬結(jié)果越好，與實際NPP僅存在一個系統(tǒng)誤差。因而本文也采用實測的地上生物量對模擬NPP結(jié)果的準確性進行驗證比較（圖1）。

從圖1和表1可以看出：不同年份間，貴南縣NPP的模擬結(jié)果均在3.0～4.5t/hm2，與實測的地上生物量存在較大的差異，具有相同的變化趨勢，并且相關(guān)性比較顯著，相關(guān)系數(shù)為0.763，通過0.01水平上的顯著性檢驗，可以證明周光勝模型用來模擬貴南縣牧草NPP具有較高的可行性。通過模擬結(jié)果一致性來看，利用氣候資料和模型對該地區(qū)的植被NPP進行模擬預測.其模擬結(jié)果與植被類型的劃分相符合，但與實測的地上生物量存在較大的差異，特別是實測的地上生物量存在逐年減少的趨勢，這可能與植被受到當?shù)氐姆拍燎闆r、土壤、沙漠化狀況等人為和自然因素影響程度有關(guān)。如果利用模型去預測該區(qū)牧草產(chǎn)量導致估算結(jié)果較粗，誤差較大的情形?？梢?，用模型去預測同氣候區(qū)的凈第一性生產(chǎn)力需具體考慮整個區(qū)域內(nèi)受到的人為影響和本身自然環(huán)境差異等因素的不同。

從降水量和年均溫分布圖2可見，降水量的趨勢與NPP曲線的變化趨勢基本一致［6］，相關(guān)系數(shù)為0.897 3；溫度變化對NPP的影響不明顯，相關(guān)系數(shù)為0.568 9；降水量較溫度更影響一個區(qū)域牧草的產(chǎn)量。

圖1 貴南縣歷年地上生物量與模型模擬NPP的對比分析Fig.1 Comparison between aboveground biomass and NPP estimated witn the model

表1 貴南縣地上生物量的實測值與第一性生產(chǎn)力模型預測值的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis between measured values and estimated values of aboveground biomass

圖2 貴南縣歷年年降水量、年均溫度與模型模擬NPP的變化分析Fig.2 Variation of precipitation，annual temperature and estimated NPP

4 討論

（1）利用溫度和降水量建立的NPP模型在共和盆地模擬效果較好，用來模擬該區(qū)域的牧草產(chǎn)量可行，但在處于同一植被類型區(qū)的貴南縣的NPP模擬值和地上生物量實測值相關(guān)性系數(shù)只有0.763，這可能與當?shù)氐姆拍燎闆r、土壤差異、沙漠化程度等因素有關(guān)。因此，利用模型預測一個區(qū)域的牧草產(chǎn)量應結(jié)合實際情況對模型進行修正，以提高模型的模擬精度。

（2）當?shù)氐臍夂蛉Q于溫度和降水量的結(jié)合情況，雨熱同期的配置最有利于牧草的生長。影響牧草生長的主要限制因素是降水量，溫度的變化對NPP值的影響不是很大。

（3）采用的NPP模型的特點決定NPP的環(huán)境因子形式簡單，且在不同區(qū)域得到了不同程度的驗證，被廣泛應用。由于忽略了許多影響NPP的植物生態(tài)生理反應、復雜生態(tài)系統(tǒng)過程和植物對環(huán)境的反饋作用等，估算結(jié)果也只是一種潛在的NPP。同時，目前驗證NPP模型的準確性大都采用地上生物量，沒有考慮復雜的地下系統(tǒng)，使得模型準確性的驗證受到限制［6－8］。開展生態(tài)系統(tǒng)定位研究，建立NPP模型中參數(shù)數(shù)據(jù)庫，為研究生態(tài)生理過程模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為NPP估算結(jié)果的驗證提供直接的地面數(shù)據(jù)。

［1］ 周光勝，張時新.全球氣候變化的中國自然植被的凈第一性生產(chǎn)力研究［J］.植物生態(tài)學報，1996，20（1）：11－19.

［2］ 柯金虎，樸世龍，方精云.長江流域植被凈第一性生產(chǎn)力及其時空格局研究［J］.植物生態(tài)學報，2003，27（6）：764－77.

［3］ 崔林麗，史軍.中國陸地凈初級生產(chǎn)力的季節(jié)變化研究［J］.地理科學進展，2005，24（3）：8－17.

［4］ 柳小妮，任正超，李純斌，等.氣候變化下中國草地NPP的研究［J］.草原與草坪，2010（3）：12－16.

［5］ 張旭萍，郭連云，田輝春.環(huán)青海湖盆地氣候變化對草地生態(tài)環(huán)境的影響［J］.草原與草坪，2008（2）：36－38.

［6］ 王艷，楊劍虹，潘潔.川西北高寒草原退化沙化成因分析－以紅原縣為例［J］.草原與草坪，2009（1）：23－25.

［7］ 李志剛，段煥娥.西北高寒民族地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題及農(nóng)牧業(yè)發(fā)展－以甘南藏族自治州為例［J］.地理科學，2005，25（5）：551－555.

［8］ 鐘誠，何宗宜，劉淑珍.西藏生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性評價研究［J］.地理科學，2005，25（5）：573－579.