2018年青海湖东北岸气象因素影响下的草地土壤水分及植被特征响应

马扶林，李全平，高贵生

(青海省海北牧业气象试验站，青海 西海镇 810200)

1 前言

本文采用青海湖东北岸海晏县气象局1976～2018年气象资料及2018年海北牧业气象试验站生态观测资料从气象因子时间动态特征、牧草生育期及产量的时间特征、土壤含水量及地下水位的变化特征进行了分析。此文旨在分析环湖东北岸2018年气象因子与历年同期变化情况及2018年牧草生育期、产量变化、土壤水分、地下水位变化情况，从而揭示环湖东北岸气象因子在影响下生态状况的现状。

1.1 材料与方法

1.1.1 研究区概况

研究区选取位于祁连山系西南侧，地处青海湖东北岸，该区牧草整个生育期短，生长能力有限。研究区内天然草地以高寒草甸类和高寒草甸草原类为主，西北针茅(Stipapurpurea)、矮嵩草(Kobresiahumilis)、金露梅(Potentillafruticosa)、线叶嵩草(Kobresiacapillifolia)等为主，土壤类型主要为亚高山草甸土〔1〕。

1.1.2数据来源

1976～2018年气象资料来源于海晏县气象局；牧草发育期、牧草产量、土壤水分、地下水位等资料均来源于海北牧业气象试验站观测场。观测场优势物种为西北针茅，在观测场内布设4个25×25m试验小区。土壤水分资料获取为在土壤10cm解冻和冻结后期间(3月底～11初月)每隔10天，利用土钻对0～0.5m土层按照0.1m间隔采集扰动土壤样品，样品采集后保存至密封的小铝盒内并带回实验室。采用烘干法(105℃烘干至恒重)测定土壤的重量含水量。牧草产量资料获取为在4个试验小区每个月月末(5-9月)，采用样方法(1×1m)对试验小区内植物进行割刈并带回实验室烘干称重，获取植被的生物量。牧草发育期资料在4个试验小区分别选取10株代表性西北针茅、矮嵩草、斜茎黄芪、猪毛蒿，在牧草返青后至牧草黄枯期间隔日进行观测，获取其发育期数据。地下水位数海北牧业气象试验站观测场水井，采用人工进行观测，观测时间为每旬逢8进行观测。气象因子历年数据为海晏县30年整编资料，牧草发育期、牧草产量、土壤水分历年数据为海北牧业气象试验站2013～2017年观测数据的平均值。

1.3 数据分析

统计主要采用Microsoft Excel软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 气象因子时间动态特征

2.1.1 气温

1976～2018年青海湖东北岸年平均气温呈显著波动升高趋势，2018年青海湖东北岸年平均气温1.9℃，比历年偏高1.0℃，比17年偏高0.1℃。整体增温趋势异常显著，升温速率为0.5℃/10a(图1)。2018年最高气温24.7℃，最低气温-27.7℃，出现日期分别为：7月26日、1月8日。

图1 1976～2018年青海湖东岸年平均气温变化图

按季统计春、夏、冬三季温度较历年偏高1.7℃、1.8℃、0.7℃。秋季与历年平均温度持平。牧草生长季(4～9月)平均气温10.1℃，较历年同期偏高1.5℃，比2017年偏高0.7℃。按月统计8月份幅度最大，比历年同期偏高2.1℃。(图2)。

图2 月平均气温变化图

2.1.2 降水

2018年总降水量为443.3mm，比历年偏多39.7mm，偏多幅度为10%，比2017年偏少83.8mm，偏少幅度为16%。1976～2018年青海湖东北岸降水量总体呈增加趋势，增速为15.0mm/10a(图3)。

图3 1976～2018年青海湖东岸年降水量变化图

2018年夏季降水量300.6mm，占全年总降水量的68%。夏季降水主要集中在7月、8月。7月降水量136.5mm，比历年偏多47.5毫米(图4)。

图4 2018年逐月降水量图

2.1.3 日照时数

2018年青海湖东北岸年日照时数为2578.5h，较历年值偏少333h，是近42年来年日照时数最少的年份，日照时数年总量最高值出现在1997年为3118.3h。日照时数总体变化趋势呈减少趋势，变率为26.2h/10a(图5)。

图5 1976～2018年青海湖东岸日照时数变化图

2018年日照百分率为58%，各月日照百分率在41%～76%之间。年内3月份日照时数最大为263.7h，9月份日照时间最小为165.7h，两个极值之间的差值为98h。(图6)。

图6 2018年逐月日照时数

2.2 牧草生育期及产量的时间特征

2.2.1 牧草生育期

青海湖东北岸牧草4月中旬相继返青，各类牧草返青时间与历年持平；5月上旬相继开花，其中除斜茎黄芪开花时间与历年持平外，其余牧草较历年偏早。7月下旬开始各类牧草种子(果实)相继成熟，其中除猪毛蒿种子成熟时间较历年偏晚，斜茎黄芪持平外，其余各牧草种子(果实)成熟时间较历年不同程度的偏早；9月下旬开始各类牧草相继黄枯，其中西北针茅、斜茎黄芪与历年持平，矮嵩草较历年偏早，猪毛蒿较历年偏晚。牧草生育期内4～9月气温均为偏高，降水除5～6月分别偏少39%和24%外，其余月均偏多；5～6月降水偏少并未对牧草生育期产生较大影响，生育期内气象因子对牧草生长发育较为有利。具体发育期见表1。

表1 2018年牧草发育期距平表

(注：表中“-”、“+”分别表示各发育期较历年平均偏晚和偏早)

2.2.2 牧草产量

牧草返青到黄枯期间，每月末测定牧草产量。5～9月牧草产量呈逐月增加趋势，5月份气温较历年同期偏高1.4℃，降水较历年偏少39%，牧草产量为96.5公斤/亩，较历年同期值偏高28%；6月份气温较历年偏高1.5℃，降水与历年相比偏少24%，但未对牧草生长发育造成影响，牧草产量为298.5公斤/亩，较历年同期值偏高32%；7～8月气温偏高，降水偏多，适宜的降水和温度促进了牧草的快速生长，鲜草产量远远高于历年同期水平，7～8月牧草产量分别为535.3公斤/亩和558.7公斤/亩，较历年同期值偏高均为68%；9月份气温偏高，降水虽偏少，但此时牧草已基本黄枯，产量达全年最高值为582.5公斤/亩，较历年同期偏高109%。(图7)

图7 2018年牧草产量变化

2.3 土壤含水量及地下水位的变化特征

2.3.1 土壤含水量

0～10cm表层土壤重量含水率(图8)变化幅度最大，与历年相比，2018年4月下旬至7月上旬0～10cm土壤重量含水率均低于历年，其它各旬均高于历年。

10～30cm(图9)土壤重量含水率6月下旬达全年最低，与历年相比，5月中旬至6月底土壤重量含水率低于历年值以外，其他月份均偏高。

图8 0～10cm土壤重量含水率变化 图9 10～30cm土壤重量含水率变化

2.3.2 地下水位时间特征

2018年青海湖东北岸平均地下水位为3.10m，比去年上升了0.70m。1～12月地下水位呈波谷-波峰-波谷状变化特征(图10)。3月18日地下水位达到全年最高值0.85m。4月上旬到8月上旬地下水位明显回落。8～9月一直保持在平稳水平，10月下旬地下水位又呈现出波谷期。

图10 2018年地下水位变化图

3 结论

3.1 2018年青海湖东北岸气象特征总体上与往年接近，年均气温和降水量有一定的升高，日照时数为近42年来最少。

3.2 不同月份土壤水分状况总体较好，0～30cm土层4～7月土壤含水量低于往年平均水平。

3.3 受到气象和土壤水分状况的共同影响，牧草的各物候期较历年表现出不同程度的提前，牧草各月产量较历年同期均偏多。

3.4 2018年青海湖东北岸平均地下水位比去年有所上升，地下水位呈波谷-波峰-波谷状变化特征。