寧夏鹽池禾本科牧草返青期變化特征及與氣象因子的關(guān)系

姬菲菲 戈曉峰 趙斯文

（1.中國(guó)氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 銀川 750002；2.寧夏吳忠市氣象局，寧夏 吳忠 751100；3.南京信息工程大學(xué)氣象災(zāi)害地理信息工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210044）

天然牧草返青期的預(yù)報(bào)與氣象因素密切相關(guān)，不同氣象條件對(duì)返青期的影響也不盡相同，其中水分和熱量的影響尤為重要。20世紀(jì)80年代以來，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者針對(duì)典型草原牧草各生長(zhǎng)發(fā)育期與氣候條件的關(guān)系展開各類研究。高亞敏研究表明，降水量是影響科爾沁草地北部牧草返青期和枯黃期的主要因素，降水量與返青期呈負(fù)相關(guān)，與其枯黃期呈正相關(guān)。郭斌等認(rèn)為，牧草生長(zhǎng)期對(duì)平均溫度、氣溫日較差、有效降水日數(shù)等氣象因子敏感。孫小龍等研究發(fā)現(xiàn)草原地上生物量的主要限制因子是降水,其次也與年平均最高氣溫和生長(zhǎng)季平均最高氣溫相關(guān)。趙恒和等人認(rèn)為在 3 月中旬，如果氣溫升高，西北針茅返青日會(huì)推遲，這主要因?yàn)楦邷卮偈雇寥浪终舭l(fā)，而土壤干旱阻礙返青。

寧夏鹽池縣地處毛烏素沙漠邊緣，地形屬鄂爾多斯臺(tái)地向黃土高原的典型過渡地帶，主要由溫性荒漠草原、溫性草原、溫性荒漠等草原類型組成。本文通過分析鹽池縣禾本科牧草針茅的返青期變化特征，探索其與氣象因子的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以期為該區(qū)牧草的觀測(cè)及定量評(píng)價(jià)氣象條件對(duì)牧草生長(zhǎng)發(fā)育提出科學(xué)依據(jù)，

1.材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及研究區(qū)域概況

氣象數(shù)據(jù)來源于鹽池縣國(guó)家基本氣象站1989-2018年的30a地面氣象觀測(cè)資料，牧草資料選用鹽池縣牧業(yè)氣象觀測(cè)站禾本科天然牧草針茅1989-2018年共30年觀測(cè)資料。牧草觀測(cè)點(diǎn)設(shè)在鹽池縣花馬池鎮(zhèn)田記掌村，海拔高度1350.9m，觀測(cè)方法為農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范，觀測(cè)地段面積一般不小于10000平方米。觀測(cè)地段一般劃分為四個(gè)觀測(cè)區(qū)域作為四個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)又分為4個(gè)觀測(cè)區(qū)，一年用一個(gè)觀測(cè)區(qū)。觀測(cè)牧草各生育期、高度、覆蓋度、產(chǎn)草量等要素。該地段以溫性荒漠草原為主，草場(chǎng)種群主要以檸條錦雞兒、蒙古冰草、雜類草為主，主要植物種類有短花針茅、黑沙蒿、蒙古冰草、胡枝子等。鹽池縣氣象站位于107.39°E、37.79°N，海拔高度1350.9m，氣候類型為中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫8.9℃，年降水量303.6mm，5-9月降水量248.8mm，占全年總降水量的81.9%，雨熱同季，年日照時(shí)間為2832.6h。

1.2 分析方法

牧草返青期變化趨勢(shì)分析主要采用一次線性趨勢(shì)方法，同時(shí)利用相關(guān)分析、趨勢(shì)分析等方法分析了氣象因子（積溫、有效降水日數(shù)、降水量等）對(duì)針茅返青期的影響。

2.針茅返青期特征及變化

由表1分析得到，鹽池縣針茅返青期主要集中在3月下旬到4月上旬，平均日期為4月1日，但早晚年相差較大為24天，最早在3月20日，最晚在4月12日。30年中有15年返青期晚于多年平均日期，15年早于多年平均日期。根據(jù)1989-2018年共30年年際變化分析，針茅返青期整體為提前趨勢(shì)，以-2.9/10a的速度提前，相關(guān)系數(shù)為0.85。尤其是從2003年后，鹽池縣針茅返青期提前趨勢(shì)更加明顯，以-6.3/10a的速度提前。

表1 鹽池縣針茅返青期出現(xiàn)時(shí)間

圖1 鹽池縣針茅返青期的年際變化趨勢(shì)

3.針茅生長(zhǎng)發(fā)育的氣象條件分析

3.1 熱量條件對(duì)牧草返青的影響

將鹽池縣針茅牧草的返青期日序與3月平均溫度及前一年11月到3月期間的平均溫度進(jìn)行對(duì)比分析（圖2），發(fā)現(xiàn)3月平均溫度的變化曲線與返青期日序間有著較高相關(guān)性，尤其在1991年至1995年間以及近十年表現(xiàn)最為明顯，返青期日序會(huì)隨著3月平均溫度的上升或下降而隨之推遲或提前。而期間平均溫度與牧草返青期整體變化趨勢(shì)有一致性，但某些具體年份變化無明顯相關(guān)性。

圖2 鹽池縣3月平均溫度、期間平均溫度與返青期日序的變化曲線圖

通過分析牧草的返青期日序與3月最高溫度和3月最低溫度的變化趨勢(shì)線發(fā)現(xiàn)（圖3），3月最高溫度的變化曲線與返青期日序間整體呈現(xiàn)較高相關(guān)性，尤其是2005年到2011年表現(xiàn)最為明顯。而3月最低溫度變化曲線則與返青期日序間無明顯相關(guān)性。

圖3 鹽池縣3月最高溫度、3月最低溫度與返青期日序的變化曲線圖

通過分析3月積溫、前一年11月到3月期間積溫與牧草返青期日序的變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，兩者多數(shù)年份與返青期日序間有著較好對(duì)應(yīng)性，但1997年至2005年間期間積溫發(fā)生大范圍波動(dòng)，返青期日序并未出現(xiàn)對(duì)應(yīng)波動(dòng)，說明牧草返青期的發(fā)生雖然與期間積溫有著一定相關(guān)性，但不會(huì)因?yàn)槠陂g積溫單一氣象特征的較大波動(dòng)便導(dǎo)致相應(yīng)大波動(dòng)，而是受多種氣象因子共同作用與制約。

圖4 鹽池縣3月積溫、期間積溫與返青期日序的變化曲線圖

3.2 水分條件對(duì)牧草返青的影響

通過分析圖5發(fā)現(xiàn)，牧草返青期日序與3月降雨日數(shù)的變化趨勢(shì)部分年份間存在相應(yīng)性，如1992至1996年、2001至2004年、2012至2018年較明顯，但其余年份二者間變化趨勢(shì)并不明顯，說明返青期與3月降雨日數(shù)間相關(guān)性適中。

圖5 鹽池縣3月降雨日數(shù)與返青期日序的變化曲線圖

從圖6中分析得出，牧草返青期日序與3月降雨量以及前一年11月到3月期間的降雨量二者之間的變化趨勢(shì)相關(guān)性較低，期間降雨量整體波動(dòng)性較大，且在某些年份變化趨勢(shì)與返青期日序截然相反。3月降雨量在個(gè)別年份時(shí)段變化趨勢(shì)與牧草返青期一致，而有些年份變化趨勢(shì)則不盡相同。

圖6 鹽池縣3月降雨量、期間降雨量與返青期日序的變化曲線圖

4.結(jié)論與討論

（1）鹽池針茅牧草返青期整體為提前趨勢(shì)，并以每10年2.9d的速度提前。從2003年后，針茅牧草返青期提前趨勢(shì)更加明顯。

（2）鹽池針茅牧草返青期受熱量影響較大。3月平均溫度、3月最高溫度與牧草返青期日序間有著較高相關(guān)性。前一年11月到3月期間平均溫度與牧草返青期整體變化趨勢(shì)有一致性，但某些具體年份變化無明顯相關(guān)性，而3月最低溫度變化則與返青期日序間無明顯相關(guān)性。3月積溫、前一年11月到3月期間積溫兩者多數(shù)年份與返青期日序間有著較好對(duì)應(yīng)性。

（3）水分條件對(duì)鹽池針茅牧草返青期影響不一。鹽池牧草返青期與3月降雨日數(shù)間相關(guān)性適中，與3月降雨量以及前一年11月到3月期間的降雨量二者之間的變化趨勢(shì)相關(guān)性較低。