近40年西烏珠穆沁旗牧草氣候生產(chǎn)力變化特征分析

包學(xué)鋒，占布拉*，特古斯

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

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近40年西烏珠穆沁旗牧草氣候生產(chǎn)力變化特征分析

包學(xué)鋒1，占布拉1*，特古斯2

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)草原勘察規(guī)劃院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051)

本文通過整理西烏珠穆沁旗近40年年均氣溫及年均降水量變化，利用Thorntn waite Menorial模型計(jì)算出該旗近40年的牧草氣候生產(chǎn)力(FPCP)數(shù)據(jù)，并通過sas軟件處理得出溫度、降水與牧草氣候生產(chǎn)力之間的回歸模型。通過回歸模型分析牧草氣候生產(chǎn)力的變化特征、趨勢(shì)，并分析氣候因子對(duì)它的影響程度。分析結(jié)果表明：(1)近40年該旗年均氣溫增溫趨勢(shì)明顯，增溫率為0.41℃/10a。對(duì)牧草氣候生產(chǎn)力的影響為2.3%。降水變化幅度比較大從2.31mm到240.79mm，對(duì)牧草氣候生產(chǎn)力的影響為從0.37%到38.1%。降水是影響牧草氣候生產(chǎn)力的關(guān)鍵因子;降水變化對(duì)FPCP的影響大于溫度變化對(duì)FPCP的影響。(2)近40年西烏珠穆沁旗牧草氣候生產(chǎn)力平均值為5660.13kg/hm2，前25年呈波浪形變化，出現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，后15年出現(xiàn)下降趨勢(shì)，總體上與降水變化吻合。

氣溫；降水量；牧草氣候生產(chǎn)力；西烏珠穆沁旗

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口數(shù)量的增加以及土地的不合理利用導(dǎo)致人口、糧食、土地和環(huán)境之間的矛盾日益突出，這種矛盾越來越受到人們的重視。掌握自然生產(chǎn)力變化規(guī)律，發(fā)揮氣候生產(chǎn)潛力，提出提高生產(chǎn)力的對(duì)策，對(duì)增加植物產(chǎn)量具有重要的意義。目前流行的計(jì)算植物氣候生產(chǎn)量的模型主要有3種-邁阿密(Miami)模型、桑斯威特(Thornthwaite Memorial)模型和筑后(Chikugo)模型〔1-3〕。

一定溫度范圍之內(nèi)，植物氣候生產(chǎn)力與溫度正相關(guān)。個(gè)別地區(qū)與降水正相關(guān)〔4-5〕。阿勒泰地區(qū)植被氣候生產(chǎn)力呈增加趨勢(shì)，降水是阿勒泰地區(qū)植被氣候生產(chǎn)力的主要限制因子〔6〕。在大興安嶺中部地區(qū)，降水和氣溫呈不斷增加的趨勢(shì)，草地生產(chǎn)力同樣呈明顯增長(zhǎng)的趨勢(shì)，而在南麓與西側(cè)的草地區(qū)域，降水成為草地生產(chǎn)力提高的限制性因素，氣候變化呈暖干化趨勢(shì)〔7-8〕。內(nèi)蒙古東北部的大興安嶺西側(cè)的典型草原區(qū)，牧草氣候生產(chǎn)力受氣候變化的影響主要表現(xiàn)為：溫度每降低1℃，牧草氣候生產(chǎn)潛力增加47.9kg/hm2/a；降水增加1mm,牧草氣候生產(chǎn)潛力增加12.1kg/hm2/a〔9〕。近半個(gè)世紀(jì)以來，內(nèi)蒙古荒漠草原中部牧草氣候生產(chǎn)力總體為不顯著的線性增加趨勢(shì)，降水是影響內(nèi)蒙古荒漠草原牧草氣候生產(chǎn)力的關(guān)鍵因子〔10〕。夏季，降水量對(duì)植被生長(zhǎng)的影響最為顯著，尤其是在7-8月份，降水對(duì)下月植被的生長(zhǎng)有著重要的影響〔11〕。

草地是全球分布面積最大的陸地生態(tài)系統(tǒng)，植物初級(jí)生產(chǎn)力是反映草地功能的重要指標(biāo)，在高強(qiáng)度放牧和未來氣候變化背景下，如何維持和提高草地生產(chǎn)力，如何使得退化草地生態(tài)系統(tǒng)盡快得以恢復(fù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生態(tài)安全建設(shè)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展，是我國(guó)當(dāng)前急需解決的問題〔12〕。本文以西烏珠穆沁旗1971-2010年的近40年的牧草氣候生產(chǎn)力變化為依據(jù)，分析了西烏珠穆沁旗牧草氣候生產(chǎn)力對(duì)氣候因子即對(duì)溫度、年降水量的響應(yīng)。通過分析，為提高西烏珠穆沁旗的牧草氣候生產(chǎn)力提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西烏珠穆沁旗位于內(nèi)蒙古錫林郭勒盟東北部，地處東經(jīng)116°21′-119°31′，北緯43°57′-45°23′；北鄰東烏珠穆沁旗，東與阿魯科爾沁旗相鄰，南和巴林左旗、巴林右旗、林西縣、克什克騰旗接壤，西與錫林浩特市毗鄰。全旗東西長(zhǎng)250km，南北寬145km，總面積22960km2。地勢(shì)由東南向西北傾斜，海拔835-1957m；山地占24.9%，多分布在東部地區(qū)。

西烏珠穆沁旗地處中緯度內(nèi)陸地區(qū)，大陸性氣候明顯，冬春寒冷漫長(zhǎng)，夏秋雨熱同步，陽(yáng)光充足。最冷月(1月)平均氣溫-19.5℃，極端最低氣溫-38.6℃；最熱月(七月)平均氣溫19.5℃，極端最高氣溫36.6℃，年日均氣溫5℃持續(xù)期142天，年日均氣溫0℃持續(xù)期182天，霜期長(zhǎng)達(dá)259天。

西烏旗可利用天然草場(chǎng)面積達(dá)21177.7km2。草場(chǎng)類型有山地草甸草原、低山丘陵草甸草原、半荒漠草原、河泛地湖盆低地草甸草原等幾種類型。西烏旗土壤類型以栗韓土為主，部分地區(qū)為黑韓土、灰色草甸土、灰色森林土、藻澤土、粗骨土、風(fēng)沙土等。

1.2 研究?jī)?nèi)容

本研究選取西烏珠穆沁旗1971-2010年逐年平均氣溫和降水量。多年平均值采用1971-2010年的40年平均值。利用Thorntn waite Menorial模型計(jì)算出40年的牧草生產(chǎn)力數(shù)據(jù)并對(duì)牧草氣候生產(chǎn)力、年均氣溫、年均降水量等三組40年數(shù)據(jù)進(jìn)行sas分析得出回歸模型進(jìn)行分析。

1.3 研究方法

參照多數(shù)學(xué)者的研究，選用Lieth方法，即著名的Thorntn waite Menorial模型，計(jì)算牧草氣候生產(chǎn)力。通過sas軟件分析得出牧草氣候生產(chǎn)力與年平均氣溫、年降水量之間的關(guān)系：

FPCP=30000[1-e-0.0009695(v-20)]

式中，F(xiàn)PCP是以實(shí)際蒸散量計(jì)算得到的牧草氣候生產(chǎn)力，V是年均實(shí)際蒸散量(mm)，計(jì)算公式如下:

式中，R是年均降水量(mm)；L為年最大蒸散量(mm)，它是溫度T的函數(shù)，L與T之間存在如下關(guān)系：

L=300+25T+0.05T3

式中，T是年年均氣溫(℃)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候變化特征

40年年均氣溫1.85℃，年均氣溫波動(dòng)范圍0.50-3.50℃，年均降水量為323.71mm，最多564.50mm，最少146.60mm。通過對(duì)西烏珠穆沁旗40年平均氣溫和平均降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后得出如下表格：

表1 西烏旗地區(qū)氣溫(℃)和降水(mm)的描述統(tǒng)計(jì)量

全球變暖的背景下，近40年西烏珠穆沁旗氣溫增溫趨勢(shì)明顯，增溫率為0.41/10a(圖1)。對(duì)西烏珠穆沁旗近40年年均氣溫?cái)?shù)據(jù)繪制曲線圖如下：

圖1 西烏旗地區(qū)近40年年平均氣溫變化

近40年年均降水表現(xiàn)為1971-1980年間降水平均值為319.93mm，接近40年平均值，較平均值減少了1.7%，1981-1990年及1991-2000年間降水平均分別為342.65mm和375.08mm降水偏多呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，分別增長(zhǎng)5.9%和15.9%。2001-2010年間降水平均值為257.18mm，降水偏少呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，較平均值減少20.1%。對(duì)西烏珠穆沁旗近40年年均降水量數(shù)據(jù)繪制曲線圖如下：

圖2 西烏旗地區(qū)近40年降水量變化

2.2 FPCP的年際變化特征

近40年西烏珠穆沁旗FPCP呈現(xiàn)不顯著的減少趨勢(shì)，平均值為5660.13kg/hm2。2007年FPCP最低，為3376.60kg/hm2，較多年平均值低40.3%；1998年FPCP為最高，為7624.45kg/hm2，較多年平均值偏多34.7%。從5年滑動(dòng)曲線來看，1971至1985的15年間為緩慢上升期，從1986到1990年這5年為下降期，從1991到1995年的5年期間為上升期，從1996到2000年為緩慢下降期，最后10年為明顯下降期。對(duì)西烏珠穆沁旗近40年FPCP數(shù)據(jù)繪制曲線圖如下：

圖3 西烏旗地區(qū)近40年FPCP的5年滑動(dòng)趨勢(shì)圖

2.3 FPCP年代間變化特征

通過40年年均氣溫以及牧草氣候生產(chǎn)力五年滑動(dòng)趨勢(shì)來看，年平均氣溫第1至第2個(gè)五年下降，不過從第2至第7個(gè)五年一直是上升，從第7至第8個(gè)五年開始不明顯的下降?？墒遣莸刂参锷a(chǎn)力從第1個(gè)到第3個(gè)五年一直是緩慢上升，第3到第4個(gè)五年緩慢下降，從第4個(gè)到第5個(gè)五年是上升，從第5個(gè)到第8個(gè)是一直是下降的。在平均氣溫的第2到第7個(gè)五年雖然氣溫一直上升，但氣候生產(chǎn)力有的部分上升，有的部分在下降，因此從五年滑動(dòng)曲線來看，相關(guān)性不明顯。

圖4 西烏旗地區(qū)近40年年均氣溫和FPCP對(duì)比圖

40年間年均降水量與牧草氣候生產(chǎn)力比較來看變化特別明顯，就是隨著年均降水量的變化而變化，也就是說年均降水量與牧草氣候生產(chǎn)力之間存在正相關(guān)。70年代平均值與多年平均值相比為下降1.8%，80年代平均值與多年平均值相比為上升1.9%，但都不是很明顯基本徘徊在多年平均線上下，但90年代上升的比較明顯為9.6%，近10年tspv下降比較明顯低于多年平均值9.7%，整體呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。

圖5 西烏旗地區(qū)近40年年均降水量和FPCP對(duì)比圖

2.4 氣候因子對(duì)FPCP的影響

通過sas軟件以西烏珠穆沁旗近40年降水和溫度變化以及牧草氣候生產(chǎn)力(FPCP)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了回歸分析得出了如下模型：

Y=2522.14293+128.86105x1+8.95839x2

式中Y為牧草氣候生產(chǎn)力，x1為氣溫，x2為降水。

假設(shè)西烏珠穆沁旗年均降水量保持不變，年均氣溫升高或降低1℃，F(xiàn)PCP值的變化為128.86kg/hm2。氣溫變化為2℃時(shí)，值為257.72kg/hm2；假定年均氣溫不變，年均降水量增加或減少1mm時(shí)，F(xiàn)PCP值的變化為8.96kg/hm2，增加2mm時(shí)變化值為17.92kg/hm2。通過對(duì)40年西烏珠穆沁旗的年均氣溫的分析得出，增溫率為0.41℃/10a。通常溫度變化不會(huì)超過一度，對(duì)牧草氣候生產(chǎn)力的影響為2.3%。但年均降水量變化幅度比較大從2.31mm到240.79mm。所以對(duì)牧草氣候生產(chǎn)力的影響為從0.37%到38.1%。整體上降水變化對(duì)FPCP的影響大于氣溫變化的影響。

3 討論

未來氣候變化，特別是增溫對(duì)植物生產(chǎn)力的影響因地點(diǎn)和生態(tài)系統(tǒng)的不同而異，但多數(shù)研究結(jié)果顯示增溫提高了植物生產(chǎn)力〔13〕。長(zhǎng)江以南年均降水量多的地區(qū)，降雨量增加或減少20%對(duì)FPCP影響不明顯，而對(duì)溫度升高2℃，F(xiàn)PCP有響應(yīng)會(huì)增加。比如：福建省的建甌、南靖兩個(gè)地區(qū)。在中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶，降雨是影響氣候生產(chǎn)力的主要因素〔14〕。綜合考慮水熱因子的ThornthwaiteMemorial模型更能夠反映牧草氣候生產(chǎn)力的變化趨勢(shì),與溫度相比,降水是影響牧草氣候生產(chǎn)力的關(guān)鍵因子〔15〕。內(nèi)蒙古東部草原，降水是草地生產(chǎn)力提高的限制性因素〔16〕。氣候變化使草地生產(chǎn)力明顯下降〔17〕?？赡苁菍?duì)于氣候因子的研究，僅僅選取一個(gè)旗縣，樣本空間過小而無法得出一個(gè)比較宏觀的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。從很多學(xué)者的分析結(jié)果來看溫度對(duì)植物生產(chǎn)力影響的范圍更廣。有時(shí)，溫度是決定生產(chǎn)力的主要限制性因素。但有時(shí)，降水對(duì)生產(chǎn)力的影響更為明顯。但就西烏珠穆沁旗這個(gè)“個(gè)案”而言，從溫度、降水和生產(chǎn)力5年變化的趨勢(shì)來看，我們又的確看到了降水是決定氣候生產(chǎn)力的主要因素。

4 結(jié)論

4.1 近40年西烏珠穆沁旗氣溫增溫趨勢(shì)明顯，增溫率為0.41℃/10a，對(duì)牧草氣候生產(chǎn)力的影響為2.3%。降水幅度比較大，從2.31mm到240.79mm，對(duì)牧草氣候生產(chǎn)力的影響為從0.37%到38.1%。降水變化與牧草氣候生產(chǎn)力變化是一致的。整體上降水變化對(duì)FPCP的影響大于溫度變化對(duì)FPCP的影響。

4.2 近40年西烏珠穆沁旗牧草氣候生產(chǎn)力平均值為5660.13kg/hm2，1971-1995年間五年均值曲線徘徊在平均值上下，這25年的牧草氣候生產(chǎn)力有增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但從1996年開始到2000年為緩慢下降期，再到2010年為止一直是下降并且很明顯，這與年均降雨量變化是一致的。

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Nearly 40 years west wuzhumuqin herbage climate productivity variation characteristics analysis

BAO Xue-feng1，Zhan bu la1*，Te gu si2

(1.College of Ecology and Environment Science,Agricutural University of Inner Mongolia , Hohhot,010019)(2.Grassland Survey and Design Institute of Inner Mongolia, Hohhot, 010051)

in this paper herbage climate productivity in west wuzhumuqin county is computed by the Thorntn waite Menorial model with the statistical data of average annual temperature and average annual precipitation in recent 40 years. The regression model between the temperature and the herbage climate productivity and the regression model between the precipitation and herbage climate productivity was calculated by SAS program, these two factors influence on herbage climate productivity was analyzed.The results showed that:(1) in recent 40 years, the county average annual temperatures warming trend obviously, warming rate is 0.41 ℃ / 10 a. The influence of temperature on the herbage climate productivity by 2.3%. Precipitation change is more significant, An average annual rainfall increased from 2.31 mm to 240.79 mm, precipitation the influence on herbage climate productivity from 0.37% to 38.1%. Rainfall is the key factor of herbage climate productivity; For the influence of herbage climate productivity, precipitation has a greater effect than the temperature.(2) in recent 40 years, the herbage climate productivity average of 5660.13 kg/hm2in the west WuZhu mu qin county,In the first 25 years, it present a growth trend, it declined in the next 15 years.On the whole, herbage climate productivity average change is similar to the precipitation change.

Thetemperature; precipitation; herbage climate productivity; west wuzhumuqin county

S812.1

A

2095—5952(2015)01—0024—04

2015-02-03

包學(xué)鋒(1977-)，男，內(nèi)蒙古通遼市人，在讀碩士，從事草地資源生態(tài)與管理研究。

占布拉(1962-)，男，內(nèi)蒙古通遼市人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。從事草地資源生態(tài)與管理方向研究。