黃南天然草地氣候生產(chǎn)潛力分析

李延林 文霞 丁培華 吳寶青

摘要：為了充分利用氣候資源，合理布局農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，本研究利用黃南州4個(gè)縣站1961—2018年的氣象資料，采用邁阿密模型和Tharnthwaite Memorial模型對(duì)當(dāng)?shù)靥烊徊莸氐臍夂蛏a(chǎn)潛力進(jìn)行估算，對(duì)主要影響因子進(jìn)行相關(guān)分析，模擬不同氣候背景下氣候生產(chǎn)潛力的響應(yīng)。結(jié)果表明：黃南州氣候生產(chǎn)潛力以水熱配合較好的同仁最大，水熱配合最差的澤庫(kù)最小，氣候生產(chǎn)潛力南部主要受限于氣溫，北部主要受限于降水。當(dāng)氣候向暖濕變化時(shí)對(duì)黃南草地氣候生產(chǎn)力增加有利，當(dāng)氣候向冷干變化時(shí)對(duì)整個(gè)黃南草地氣候生產(chǎn)力增加極為不利。

關(guān)鍵詞：黃南；天然草地；氣候生產(chǎn)潛力；影響因子；變化；響應(yīng)

中圖分類號(hào)：P49文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：cjas20190700117

Climatic Potential Productivity of Natural Grassland in Huangnan

Li Yanlin1， Wen Xia2， Ding Peihua1， Wu Baoqing3

（1Huangnan Meteorological Bureau， Tongren 811399， Qinghai， China；2Haixi Meteorological Bureau， Delingha 817000， Qinghai， China；3Zeku Meteorological Bureau， Zeku 811400， Qinghai， China）

Abstract： The paper aims to make full use of climate resources and rationally arrange the agricultural and animal husbandry production. Based on the meteorological data of 4 counties and stations in Huangnan Prefecture from 1961 to 2018， we estimated the climatic potential productivity of local natural grassland by Miami model and Tharnthwaite Memorial model， analyzed the main influencing factors and simulated the response of climatic potential productivity under different climate backgrounds. The results show that： Tongren with better water-heat coordination is the area with the greatest climate potential productivity in Huangnan Prefecture， the smallest climate potential productivity is in Zeku with the worst water-heat coordination， the climate potential productivity is mainly limited by temperature in southern Huangnan and precipitation in northern Huangnan. When the climate changes to warm and wet， it is advantageous to increase the climatic productivity of grassland in Huangnan； when the climate changes to cold and dry， it is extremely disadvantageous to increase the climatic productivity of grassland in Huangnan.

Keywords： Huangnan； Natural Grassland； Climatic Potential Productivity； Influencing Factors； Change； Response

0引言

黃南藏族自治州地處青海東南部，黃河第一彎右側(cè)（見(jiàn)圖1），地勢(shì)北低南高，自北向南有尖扎、同仁、澤庫(kù)、河南4縣，全州總面積為18770.5 km2，其中可利用草原面積163.64萬(wàn)hm2，耕地面積2.01萬(wàn)hm2。自治州南部的澤庫(kù)、河南兩縣屬于青南牧區(qū)，海拔大多在3200～3900 m之間，是自治州發(fā)展畜牧業(yè)的主要基地，兩縣可利用草原面積共121.87萬(wàn)hm2，牧場(chǎng)地域遼闊，水草豐美，氣候適宜，畜牧業(yè)是兩縣的支柱產(chǎn)業(yè)。自治州北部的尖扎、同仁兩縣，海拔大多在2000～ 3300 m之間，黃河—隆務(wù)河谷地主要是種植業(yè)，山區(qū)林草交錯(cuò)，有大量適宜放牧草地區(qū)域。

氣候生產(chǎn)潛力是指高光合效能的作物，在適宜的土壤肥力有適宜的作物群體條件下，充分利用太陽(yáng)能、熱量資源以及水資源而獲得的單位面積上的有機(jī)物總量或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[1]。目前，國(guó)內(nèi)許多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的氣候生產(chǎn)力也進(jìn)行了研究[2-8]，如張耀耀等[2]對(duì)氣候變化與作物生產(chǎn)潛力影響進(jìn)行研究；孫慧蘭[3]、蒲金涌[4]、趙慧穎[5]、楊澤龍[6]等分別對(duì)中國(guó)不同區(qū)域牧草氣候生產(chǎn)潛力進(jìn)行評(píng)估；袁飛等[7-9]對(duì)典型草原氣候生產(chǎn)潛力變化進(jìn)行了研究，表明降水量是限制氣候生產(chǎn)潛力的主導(dǎo)因素；近年一些學(xué)者對(duì)作物和蔬菜氣候生產(chǎn)潛力進(jìn)行分析研究[10-12]，表明氣候生產(chǎn)潛力呈現(xiàn)出不同變化趨勢(shì)。現(xiàn)有開(kāi)展的氣候生產(chǎn)力方面研究，涉及黃南州的研究分析較少，只是在草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面，提出一些對(duì)策建議[13-14]。

因此，筆者重點(diǎn)探討黃南州天然草地的氣候生產(chǎn)潛力及變化影響，以期為黃南州科學(xué)利用氣候資源，合理布局農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)，保護(hù)草地生態(tài)，提高生產(chǎn)力水平提供決策依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料來(lái)源

選取黃南州尖扎、同仁、澤庫(kù)、河南4個(gè)縣站1961—2018年的年平均氣溫和降水量資料，數(shù)據(jù)來(lái)自各臺(tái)站經(jīng)過(guò)省級(jí)質(zhì)量控制的氣象年月報(bào)表，其中河南在1981年觀測(cè)站站址發(fā)生變動(dòng)，對(duì)資料序列連續(xù)性可能有影響。

1.2研究方法

考慮到光合輻射資料難以得到，在青藏高原地區(qū)對(duì)于植物的生長(zhǎng)光能并不是影響很大的因子，天然草地的生產(chǎn)潛力主要與溫度和降水有關(guān)，因此選用邁阿密模型[15]和Tharnthwaite Memorial模型[16]計(jì)算當(dāng)?shù)靥烊徊莸氐臍夂蛏a(chǎn)潛力。邁阿密模型考慮了氣溫和降水因子，而Tharnthwaite Memorial模型考慮了蒸散因子。

邁阿密模型為公式（1）～（2）。

采用式（1）～（3）同時(shí)估算某地天然草地氣候生產(chǎn)潛力時(shí)，如果得出的溫度、降水和蒸散潛力并不相同，按最小因子限制定律，選擇3個(gè)數(shù)值中最小的一個(gè)，以此作為該地的氣候生產(chǎn)潛力W[kg/（hm2·a）]。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel電子表格進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與處理，利用社會(huì)科學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其回歸分析和相關(guān)分析處理方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[17-18]。

2結(jié)果與分析

2.1氣候生產(chǎn)潛力的計(jì)算與分析

采用邁阿密模型和Tharnthwaite Memorial模型分別計(jì)算4縣天然草地的氣候生產(chǎn)潛力，年平均氣溫T和年平均降水量R值為4個(gè)縣站1981—2010年氣候平均值，得到計(jì)算結(jié)果如表1。北部地區(qū)降水和蒸散量決定的生產(chǎn)潛力比較接近，而氣溫決定的生產(chǎn)潛力值要高；南部地區(qū)氣溫和蒸散量決定的生產(chǎn)潛力很接近，而降水決定的生產(chǎn)潛力值要高，可見(jiàn)黃南南部冷濕草地氣候生產(chǎn)潛力主要受限于氣溫，北部較暖的河谷地區(qū)則受限于降水，2種氣候地區(qū)蒸散量決定的氣候生產(chǎn)潛力都很接近于該地的氣候生產(chǎn)潛力?？傮w來(lái)看，各地氣候生產(chǎn)潛力以水熱條件都較好的同仁最大，水熱條件都較差的澤庫(kù)最小。

分別計(jì)算1961—2018逐年氣候生產(chǎn)潛力，并與同期氣溫、降水進(jìn)行線性相關(guān)分析，得到相關(guān)系數(shù)r，|r|越接近于1，說(shuō)明線性相關(guān)的程度越大。澤庫(kù)、河南氣候生產(chǎn)潛力與氣溫的相關(guān)系數(shù)r分別為0.967、0.951，而與同期降水的相關(guān)系數(shù)分別為0.449、0.425，再次表明南部主要限制因子為氣溫，如能提高光能轉(zhuǎn)換為熱能則當(dāng)?shù)貧夂蛏a(chǎn)潛力會(huì)有更大的提高。同樣分析尖扎、同仁年氣候生產(chǎn)潛力與氣溫、降水的相關(guān)性，與氣溫相關(guān)系數(shù)r為-0.064、0.088，與降水的相關(guān)系數(shù)r為0.998、0.957，說(shuō)明北部主要限制因子為降水，如有良好的灌溉措施對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的提高有很大作用，在水分滿足的情況下，北部?jī)煽h的氣候生產(chǎn)潛力都在10000 kg/（hm2·a）以上。

對(duì)4縣年氣候生產(chǎn)潛力進(jìn)行線性趨勢(shì)分析（見(jiàn)圖2），得到其變化趨勢(shì)尖扎為5.617 kg/（hm2·a），同仁為10.675 kg/（hm2·a），澤庫(kù)為23.750 kg/（hm2·a），河南為-5.910 kg/（hm2·a），考慮河南站址變化，只計(jì)算1981—2018年間變化趨勢(shì)，則為29.281 kg/（hm2·a），澤庫(kù)與河南1981年后的變化趨勢(shì)皆通過(guò)0.01水平顯著性檢驗(yàn)，對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，北部尖扎、同仁氣候生產(chǎn)潛力年際變化曲線與降水年際變化很相似，南部澤庫(kù)、河南氣候生產(chǎn)潛力年際變化曲線與氣溫年際變化很相似。

為了分析氣候資源的利用狀況，筆者用天然草地的實(shí)際生產(chǎn)力與氣候生產(chǎn)潛力的百分比（C）表示氣候資源生產(chǎn)潛力的利用率，以黃南產(chǎn)草量最高的河南縣為例，產(chǎn)草量資料來(lái)自河南縣牧氣站，其1994—2010年實(shí)際產(chǎn)干草量均值為2957.8 kg/（hm2·a），同期的平均氣候生產(chǎn)潛力為6253.292 kg/（hm2·a），C值47.3%，表明其實(shí)際生產(chǎn)力遠(yuǎn)未達(dá)到氣候生產(chǎn)潛力，黃南各地氣候資源的開(kāi)發(fā)潛力仍然很大。

2.2氣候變化對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的影響

黃南4縣近年氣溫除河南外都呈顯著增加趨勢(shì)（見(jiàn)圖3），降水除澤庫(kù)外都呈減少趨勢(shì)，但并不顯著[19-21]，為了分析氣候變化對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的影響，利用估算的4縣年氣候生產(chǎn)潛力與年平均氣溫、降水量做回歸分析[17]，數(shù)學(xué)模型為式（6）。

4縣回歸模式復(fù)相關(guān)系數(shù)r都在0.95以上，都通過(guò)了0.01水平顯著性檢驗(yàn)。從澤庫(kù)、河南、同仁、尖扎的回歸模式可以看出，在降水保持不變時(shí)，年平均氣溫每升高/降低1℃，則氣候生產(chǎn)潛力增加/減少分別為458.34、519.079、120.816、17.071 kg/（hm2·a）；同樣，在氣溫保持不變時(shí)，年降水量每增加/減少10%，則氣候生產(chǎn)潛力增加/減少分別為50.16、67.919、478.016、539.241 kg/（hm2·a）。

2.2.1氣候暖濕變化對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的影響當(dāng)年平均氣溫升高1℃、年降水量增加10%時(shí)，同仁、尖扎、澤庫(kù)、河南氣候生產(chǎn)潛力分別增加8.29%、8.92%、9.52%、9.24%，這種變化對(duì)南、北部氣候生產(chǎn)潛力的增幅都是很顯著的。

2.2.2氣候暖干變化對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的影響當(dāng)年平均氣溫升高1℃、年降水量減少10%時(shí)，同仁、尖扎氣候生產(chǎn)潛力減少4.95%、8.37%，澤庫(kù)、河南氣候生產(chǎn)潛力增加7.64%、7.11%，這種氣候變化下北部氣候生產(chǎn)潛力顯著的減少。

2.2.3氣候冷濕變化對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的影響當(dāng)年平均氣溫降低1℃、年降水量增加10%時(shí)，同仁、尖扎氣候生產(chǎn)潛力增加4.95%、8.37%，澤庫(kù)、河南氣候生產(chǎn)潛力減少7.64%、7.11%，這種氣候變化下南部氣候生產(chǎn)潛力顯著的減少，剛好和氣候暖干變化的影響相反。

2.2.4氣候冷干變化對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的影響當(dāng)年平均氣溫降低1℃、年降水量減少10%時(shí)，同仁、尖扎、澤庫(kù)、河南氣候生產(chǎn)力變化-8.29%、-8.92%、-9.52%、-9.24%，這種氣候變化下南、北部氣候生產(chǎn)潛力都顯著的減少，這和氣候暖濕變化的影響相反。

3結(jié)論與討論

（1）黃南天然草地氣候生產(chǎn)潛力以水熱配合較好的同仁最大，水熱配合最差的澤庫(kù)最小，氣候生產(chǎn)潛力南部主要受限于氣溫，北部主要受限于降水。1961—2018年氣候生產(chǎn)潛力變化趨勢(shì)尖扎為5.617 kg/（hm2·a），同仁為10.675 kg/（hm2·a），澤庫(kù)為23.750 kg/（hm2·a），河南1981—2018年變化趨勢(shì)為29.281 kg/（hm2·a），澤庫(kù)與河南氣候生產(chǎn)潛力變化呈現(xiàn)為顯著性增加趨勢(shì)。與實(shí)際草地生產(chǎn)力進(jìn)行比較，各地草地實(shí)際生產(chǎn)力遠(yuǎn)未達(dá)到氣候生產(chǎn)潛力，氣候資源的開(kāi)發(fā)潛力仍然很大。

（2）模擬分析不同氣候演變情景下氣候生產(chǎn)潛力的變化，當(dāng)氣候向暖濕變化時(shí)對(duì)黃南天然草地氣候生產(chǎn)力增加有利；當(dāng)氣候趨于暖干變化時(shí)對(duì)黃南北部氣候生產(chǎn)力增加不利；當(dāng)氣候趨于冷濕變化時(shí)對(duì)黃南南部氣候生產(chǎn)力增加不利；而當(dāng)氣候向冷干變化時(shí)對(duì)黃南天然草地氣候生產(chǎn)力增加極為不利。

本研究對(duì)氣候生產(chǎn)潛力進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，只考慮了氣溫、降水、實(shí)際蒸散量3個(gè)氣候因子，沒(méi)有涉及到植被分布、土壤狀況、生產(chǎn)技術(shù)等環(huán)境因子影響，得出結(jié)論有一定局限性，今后對(duì)包括更多因素構(gòu)成的氣候生產(chǎn)潛力有待進(jìn)一步分析研究。

參考文獻(xiàn)

[1]程德瑜.農(nóng)業(yè)氣候?qū)W[M].北京：氣象出版社，1994：231.

[2]張耀耀，劉建剛，楊萌，等.氣候變化對(duì)作物生產(chǎn)潛力的影響研究進(jìn)展[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2015，5（1）：119-123.

[3]孫慧蘭，李衛(wèi)紅，徐遠(yuǎn)杰，等.新疆伊犁河流域牧草氣候生產(chǎn)潛力的時(shí)空變化特征分析[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19（6）：55-61.

[4]蒲金涌，姚小英，尹東，等.關(guān)山南麓地區(qū)牧草生產(chǎn)潛力對(duì)氣候變化的響應(yīng)[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2006，24（6）：129-132.

[5]趙慧穎，魏學(xué)占，烏秋力，等.呼倫貝爾典型草原區(qū)牧草氣候生產(chǎn)潛力評(píng)估[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26（1）：137-140，159.

[6]楊澤龍，杜文旭，侯瓊，等.內(nèi)蒙古東部氣候變化及其草地生產(chǎn)潛力的區(qū)域性分析[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2008，30（6）：62-66.

[7]袁飛，韓興國(guó)，葛劍平，等.內(nèi)蒙古錫林河流域羊草草原凈初級(jí)生產(chǎn)力及其對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19（10）：2168-2176.

[8]趙慧穎.氣候變化對(duì)典型草原區(qū)牧草氣候生產(chǎn)潛力的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2007，28（3）：281-284.

[9]李夏子，郭春燕，楊晶，等.氣候變化對(duì)內(nèi)蒙古牧草生產(chǎn)潛力的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2018，34（16）：106-114.

[10]吉莉，李家啟，李強(qiáng)，等.氣候變化對(duì)北碚區(qū)蔬菜氣候生產(chǎn)潛力影響研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（20）：165-169.

[11]梁懷宇，楊恒山，劉晶，等.1951—2008年西遼河平原玉米氣候生產(chǎn)潛力變化特征分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（30）：16-20.

[12]趙雪雁，王偉軍，萬(wàn)文玉，等.近50年氣候變化對(duì)青藏高原青稞氣候生產(chǎn)潛力的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，23（10）：1329-1338.

[13]李增彩.黃南地區(qū)草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展淺析[J].草業(yè)科學(xué)， 2005，22（5）：77-79.

[14]石青臨.黃南州畜草平衡分析與對(duì)策[J].青海草業(yè)，2013，22（2）： 20-22.

[15]陳南國(guó).用邁阿密模型測(cè)算我國(guó)生物生產(chǎn)量的初步嘗試[J].自然資源學(xué)報(bào)，1987，2（3）：270-277.

[16]楊重一.作物生產(chǎn)潛力研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2008，39（7）：141-144.

[17]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷預(yù)測(cè)技術(shù)（第2版）[M].北京：氣象出版社，2007：6.

[18]陳勝可，劉榮.SPSS統(tǒng)計(jì)分析從入門到精通（第3版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015：6.

[19]陳曉光，李林，朱西德，等.青海省氣候變化的區(qū)域性差異及其成因研究[J].氣候變化研究進(jìn)展，2009，5（5）：249-254.

[20]李延林，許存平，許顯花，等.近50a青海黃南州降水變化特征[J].干旱區(qū)研究，2012，29（5）：854-861.

[21]強(qiáng)安豐，魏加華，解宏偉.青海三江源地區(qū)氣溫與降水變化趨勢(shì)分析[J].水電能源科學(xué)，2018，36（2）：10-14.