2018年青海湖東北岸氣象因素影響下的草地土壤水分及植被特征響應(yīng)

馬扶林，李全平，高貴生

(青海省海北牧業(yè)氣象試驗(yàn)站，青海 西海鎮(zhèn) 810200)

1 前言

本文采用青海湖東北岸海晏縣氣象局1976～2018年氣象資料及2018年海北牧業(yè)氣象試驗(yàn)站生態(tài)觀測(cè)資料從氣象因子時(shí)間動(dòng)態(tài)特征、牧草生育期及產(chǎn)量的時(shí)間特征、土壤含水量及地下水位的變化特征進(jìn)行了分析。此文旨在分析環(huán)湖東北岸2018年氣象因子與歷年同期變化情況及2018年牧草生育期、產(chǎn)量變化、土壤水分、地下水位變化情況，從而揭示環(huán)湖東北岸氣象因子在影響下生態(tài)狀況的現(xiàn)狀。

1.1 材料與方法

1.1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)選取位于祁連山系西南側(cè)，地處青海湖東北岸，該區(qū)牧草整個(gè)生育期短，生長(zhǎng)能力有限。研究區(qū)內(nèi)天然草地以高寒草甸類和高寒草甸草原類為主，西北針茅(Stipapurpurea)、矮嵩草(Kobresiahumilis)、金露梅(Potentillafruticosa)、線葉嵩草(Kobresiacapillifolia)等為主，土壤類型主要為亞高山草甸土〔1〕。

1.1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

1976～2018年氣象資料來(lái)源于海晏縣氣象局；牧草發(fā)育期、牧草產(chǎn)量、土壤水分、地下水位等資料均來(lái)源于海北牧業(yè)氣象試驗(yàn)站觀測(cè)場(chǎng)。觀測(cè)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)物種為西北針茅，在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)布設(shè)4個(gè)25×25m試驗(yàn)小區(qū)。土壤水分資料獲取為在土壤10cm解凍和凍結(jié)后期間(3月底～11初月)每隔10天，利用土鉆對(duì)0～0.5m土層按照0.1m間隔采集擾動(dòng)土壤樣品，樣品采集后保存至密封的小鋁盒內(nèi)并帶回實(shí)驗(yàn)室。采用烘干法(105℃烘干至恒重)測(cè)定土壤的重量含水量。牧草產(chǎn)量資料獲取為在4個(gè)試驗(yàn)小區(qū)每個(gè)月月末(5-9月)，采用樣方法(1×1m)對(duì)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)植物進(jìn)行割刈并帶回實(shí)驗(yàn)室烘干稱重，獲取植被的生物量。牧草發(fā)育期資料在4個(gè)試驗(yàn)小區(qū)分別選取10株代表性西北針茅、矮嵩草、斜莖黃芪、豬毛蒿，在牧草返青后至牧草黃枯期間隔日進(jìn)行觀測(cè)，獲取其發(fā)育期數(shù)據(jù)。地下水位數(shù)海北牧業(yè)氣象試驗(yàn)站觀測(cè)場(chǎng)水井，采用人工進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)時(shí)間為每旬逢8進(jìn)行觀測(cè)。氣象因子歷年數(shù)據(jù)為海晏縣30年整編資料，牧草發(fā)育期、牧草產(chǎn)量、土壤水分歷年數(shù)據(jù)為海北牧業(yè)氣象試驗(yàn)站2013～2017年觀測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)主要采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象因子時(shí)間動(dòng)態(tài)特征

2.1.1 氣溫

1976～2018年青海湖東北岸年平均氣溫呈顯著波動(dòng)升高趨勢(shì)，2018年青海湖東北岸年平均氣溫1.9℃，比歷年偏高1.0℃，比17年偏高0.1℃。整體增溫趨勢(shì)異常顯著，升溫速率為0.5℃/10a(圖1)。2018年最高氣溫24.7℃，最低氣溫-27.7℃，出現(xiàn)日期分別為：7月26日、1月8日。

圖1 1976～2018年青海湖東岸年平均氣溫變化圖

按季統(tǒng)計(jì)春、夏、冬三季溫度較歷年偏高1.7℃、1.8℃、0.7℃。秋季與歷年平均溫度持平。牧草生長(zhǎng)季(4～9月)平均氣溫10.1℃，較歷年同期偏高1.5℃，比2017年偏高0.7℃。按月統(tǒng)計(jì)8月份幅度最大，比歷年同期偏高2.1℃。(圖2)。

圖2 月平均氣溫變化圖

2.1.2 降水

2018年總降水量為443.3mm，比歷年偏多39.7mm，偏多幅度為10%，比2017年偏少83.8mm，偏少幅度為16%。1976～2018年青海湖東北岸降水量總體呈增加趨勢(shì)，增速為15.0mm/10a(圖3)。

圖3 1976～2018年青海湖東岸年降水量變化圖

2018年夏季降水量300.6mm，占全年總降水量的68%。夏季降水主要集中在7月、8月。7月降水量136.5mm，比歷年偏多47.5毫米(圖4)。

圖4 2018年逐月降水量圖

2.1.3 日照時(shí)數(shù)

2018年青海湖東北岸年日照時(shí)數(shù)為2578.5h，較歷年值偏少333h，是近42年來(lái)年日照時(shí)數(shù)最少的年份，日照時(shí)數(shù)年總量最高值出現(xiàn)在1997年為3118.3h。日照時(shí)數(shù)總體變化趨勢(shì)呈減少趨勢(shì)，變率為26.2h/10a(圖5)。

圖5 1976～2018年青海湖東岸日照時(shí)數(shù)變化圖

2018年日照百分率為58%，各月日照百分率在41%～76%之間。年內(nèi)3月份日照時(shí)數(shù)最大為263.7h，9月份日照時(shí)間最小為165.7h，兩個(gè)極值之間的差值為98h。(圖6)。

圖6 2018年逐月日照時(shí)數(shù)

2.2 牧草生育期及產(chǎn)量的時(shí)間特征

2.2.1 牧草生育期

青海湖東北岸牧草4月中旬相繼返青，各類牧草返青時(shí)間與歷年持平；5月上旬相繼開(kāi)花，其中除斜莖黃芪開(kāi)花時(shí)間與歷年持平外，其余牧草較歷年偏早。7月下旬開(kāi)始各類牧草種子(果實(shí))相繼成熟，其中除豬毛蒿種子成熟時(shí)間較歷年偏晚，斜莖黃芪持平外，其余各牧草種子(果實(shí))成熟時(shí)間較歷年不同程度的偏早；9月下旬開(kāi)始各類牧草相繼黃枯，其中西北針茅、斜莖黃芪與歷年持平，矮嵩草較歷年偏早，豬毛蒿較歷年偏晚。牧草生育期內(nèi)4～9月氣溫均為偏高，降水除5～6月分別偏少39%和24%外，其余月均偏多；5～6月降水偏少并未對(duì)牧草生育期產(chǎn)生較大影響，生育期內(nèi)氣象因子對(duì)牧草生長(zhǎng)發(fā)育較為有利。具體發(fā)育期見(jiàn)表1。

表1 2018年牧草發(fā)育期距平表

(注：表中“-”、“+”分別表示各發(fā)育期較歷年平均偏晚和偏早)

2.2.2 牧草產(chǎn)量

牧草返青到黃枯期間，每月末測(cè)定牧草產(chǎn)量。5～9月牧草產(chǎn)量呈逐月增加趨勢(shì)，5月份氣溫較歷年同期偏高1.4℃，降水較歷年偏少39%，牧草產(chǎn)量為96.5公斤/畝，較歷年同期值偏高28%；6月份氣溫較歷年偏高1.5℃，降水與歷年相比偏少24%，但未對(duì)牧草生長(zhǎng)發(fā)育造成影響，牧草產(chǎn)量為298.5公斤/畝，較歷年同期值偏高32%；7～8月氣溫偏高，降水偏多，適宜的降水和溫度促進(jìn)了牧草的快速生長(zhǎng)，鮮草產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于歷年同期水平，7～8月牧草產(chǎn)量分別為535.3公斤/畝和558.7公斤/畝，較歷年同期值偏高均為68%；9月份氣溫偏高，降水雖偏少，但此時(shí)牧草已基本黃枯，產(chǎn)量達(dá)全年最高值為582.5公斤/畝，較歷年同期偏高109%。(圖7)

圖7 2018年牧草產(chǎn)量變化

2.3 土壤含水量及地下水位的變化特征

2.3.1 土壤含水量

0～10cm表層土壤重量含水率(圖8)變化幅度最大，與歷年相比，2018年4月下旬至7月上旬0～10cm土壤重量含水率均低于歷年，其它各旬均高于歷年。

10～30cm(圖9)土壤重量含水率6月下旬達(dá)全年最低，與歷年相比，5月中旬至6月底土壤重量含水率低于歷年值以外，其他月份均偏高。

圖8 0～10cm土壤重量含水率變化 圖9 10～30cm土壤重量含水率變化

2.3.2 地下水位時(shí)間特征

2018年青海湖東北岸平均地下水位為3.10m，比去年上升了0.70m。1～12月地下水位呈波谷-波峰-波谷狀變化特征(圖10)。3月18日地下水位達(dá)到全年最高值0.85m。4月上旬到8月上旬地下水位明顯回落。8～9月一直保持在平穩(wěn)水平，10月下旬地下水位又呈現(xiàn)出波谷期。

圖10 2018年地下水位變化圖

3 結(jié)論

3.1 2018年青海湖東北岸氣象特征總體上與往年接近，年均氣溫和降水量有一定的升高，日照時(shí)數(shù)為近42年來(lái)最少。

3.2 不同月份土壤水分狀況總體較好，0～30cm土層4～7月土壤含水量低于往年平均水平。

3.3 受到氣象和土壤水分狀況的共同影響，牧草的各物候期較歷年表現(xiàn)出不同程度的提前，牧草各月產(chǎn)量較歷年同期均偏多。

3.4 2018年青海湖東北岸平均地下水位比去年有所上升，地下水位呈波谷-波峰-波谷狀變化特征。