黄南天然草地气候生产潜力分析

2021-02-03李延林文霞丁培华吴宝青

农学学报 2021年10期

李延林文霞丁培华吴宝青

摘要：为了充分利用气候资源，合理布局农牧业生产，本研究利用黄南州4个县站1961—2018年的气象资料，采用迈阿密模型和Tharnthwaite Memorial模型对当地天然草地的气候生产潜力进行估算，对主要影响因子进行相关分析，模拟不同气候背景下气候生产潜力的响应。结果表明：黄南州气候生产潜力以水热配合较好的同仁最大，水热配合最差的泽库最小，气候生产潜力南部主要受限于气温，北部主要受限于降水。当气候向暖湿变化时对黄南草地气候生产力增加有利，当气候向冷干变化时对整个黄南草地气候生产力增加极为不利。

关键词：黄南；天然草地；气候生产潜力；影响因子；变化；响应

中图分类号：P49文献标志码：A论文编号：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

黄南藏族自治州地处青海东南部，黄河第一弯右侧（见图1），地势北低南高，自北向南有尖扎、同仁、泽库、河南4县，全州总面积为18770.5 km2，其中可利用草原面积163.64万hm2，耕地面积2.01万hm2。自治州南部的泽库、河南两县属于青南牧区，海拔大多在3200～3900 m之间，是自治州发展畜牧业的主要基地，两县可利用草原面积共121.87万hm2，牧场地域辽阔，水草丰美，气候适宜，畜牧业是两县的支柱产业。自治州北部的尖扎、同仁两县，海拔大多在2000～ 3300 m之间，黄河—隆务河谷地主要是种植业，山区林草交错，有大量适宜放牧草地区域。

气候生产潜力是指高光合效能的作物，在适宜的土壤肥力有适宜的作物群体条件下，充分利用太阳能、熱量资源以及水资源而获得的单位面积上的有机物总量或经济产量[1]。目前，国内许多学者对不同地区的气候生产力也进行了研究[2-8]，如张耀耀等[2]对气候变化与作物生产潜力影响进行研究；孙慧兰[3]、蒲金涌[4]、赵慧颖[5]、杨泽龙[6]等分别对中国不同区域牧草气候生产潜力进行评估；袁飞等[7-9]对典型草原气候生产潜力变化进行了研究，表明降水量是限制气候生产潜力的主导因素；近年一些学者对作物和蔬菜气候生产潜力进行分析研究[10-12]，表明气候生产潜力呈现出不同变化趋势。现有开展的气候生产力方面研究，涉及黄南州的研究分析较少，只是在草地畜牧业可持续发展方面，提出一些对策建议[13-14]。

因此，笔者重点探讨黄南州天然草地的气候生产潜力及变化影响，以期为黄南州科学利用气候资源，合理布局农牧业生产，保护草地生态，提高生产力水平提供决策依据。

1资料与方法

1.1资料来源

选取黄南州尖扎、同仁、泽库、河南4个县站1961—2018年的年平均气温和降水量资料，数据来自各台站经过省级质量控制的气象年月报表，其中河南在1981年观测站站址发生变动，对资料序列连续性可能有影响。

1.2研究方法

考虑到光合辐射资料难以得到，在青藏高原地区对于植物的生长光能并不是影响很大的因子，天然草地的生产潜力主要与温度和降水有关，因此选用迈阿密模型[15]和Tharnthwaite Memorial模型[16]计算当地天然草地的气候生产潜力。迈阿密模型考虑了气温和降水因子，而Tharnthwaite Memorial模型考虑了蒸散因子。

迈阿密模型为公式（1）～（2）。

采用式（1）～（3）同时估算某地天然草地气候生产潜力时，如果得出的温度、降水和蒸散潜力并不相同，按最小因子限制定律，选择3个数值中最小的一个，以此作为该地的气候生产潜力W[kg/（hm2·a）]。

1.3统计分析

采用Excel电子表格进行数据整理与处理，利用社会科学统计软件SPSS进行数据分析，其回归分析和相关分析处理方法参见文献[17-18]。

2结果与分析

2.1气候生产潜力的计算与分析

采用迈阿密模型和Tharnthwaite Memorial模型分别计算4县天然草地的气候生产潜力，年平均气温T和年平均降水量R值为4个县站1981—2010年气候平均值，得到计算结果如表1。北部地区降水和蒸散量决定的生产潜力比较接近，而气温决定的生产潜力值要高；南部地区气温和蒸散量决定的生产潜力很接近，而降水决定的生产潜力值要高，可见黄南南部冷湿草地气候生产潜力主要受限于气温，北部较暖的河谷地区则受限于降水，2种气候地区蒸散量决定的气候生产潜力都很接近于该地的气候生产潜力。总体来看，各地气候生产潜力以水热条件都较好的同仁最大，水热条件都较差的泽库最小。

分别计算1961—2018逐年气候生产潜力，并与同期气温、降水进行线性相关分析，得到相关系数r，|r|越接近于1，说明线性相关的程度越大。泽库、河南气候生产潜力与气温的相关系数r分别为0.967、0.951，而与同期降水的相关系数分别为0.449、0.425，再次表明南部主要限制因子为气温，如能提高光能转换为热能则当地气候生产潜力会有更大的提高。同样分析尖扎、同仁年气候生产潜力与气温、降水的相关性，与气温相关系数r为-0.064、0.088，与降水的相关系数r为0.998、0.957，说明北部主要限制因子为降水，如有良好的灌溉措施对气候生产潜力的提高有很大作用，在水分满足的情况下，北部两县的气候生产潜力都在10000 kg/（hm2·a）以上。

对4县年气候生产潜力进行线性趋势分析（见图2），得到其变化趋势尖扎为5.617 kg/（hm2·a），同仁为10.675 kg/（hm2·a），泽库为23.750 kg/（hm2·a），河南为-5.910 kg/（hm2·a），考虑河南站址变化，只计算1981—2018年间变化趋势，则为29.281 kg/（hm2·a），泽库与河南1981年后的变化趋势皆通过0.01水平显著性检验，对比分析发现，北部尖扎、同仁气候生产潜力年际变化曲线与降水年际变化很相似，南部泽库、河南气候生产潜力年际变化曲线与气温年际变化很相似。

为了分析气候资源的利用状况，笔者用天然草地的实际生产力与气候生产潜力的百分比（C）表示气候资源生产潜力的利用率，以黄南产草量最高的河南县为例，产草量资料来自河南县牧气站，其1994—2010年实际产干草量均值为2957.8 kg/（hm2·a），同期的平均气候生产潜力为6253.292 kg/（hm2·a），C值47.3%，表明其实际生产力远未达到气候生产潜力，黄南各地气候资源的开发潜力仍然很大。

2.2气候变化对气候生产潜力的影响

黄南4县近年气温除河南外都呈显著增加趋势（见图3），降水除泽库外都呈减少趋势，但并不显著[19-21]，为了分析气候变化对气候生产潜力的影响，利用估算的4县年气候生产潜力与年平均气温、降水量做回归分析[17]，数学模型为式（6）。

4县回归模式复相关系数r都在0.95以上，都通过了0.01水平显著性检验。从泽库、河南、同仁、尖扎的回歸模式可以看出，在降水保持不变时，年平均气温每升高/降低1℃，则气候生产潜力增加/减少分别为458.34、519.079、120.816、17.071 kg/（hm2·a）；同样，在气温保持不变时，年降水量每增加/减少10%，则气候生产潜力增加/减少分别为50.16、67.919、478.016、539.241 kg/（hm2·a）。

2.2.1气候暖湿变化对气候生产潜力的影响当年平均气温升高1℃、年降水量增加10%时，同仁、尖扎、泽库、河南气候生产潜力分别增加8.29%、8.92%、9.52%、9.24%，这种变化对南、北部气候生产潜力的增幅都是很显著的。

2.2.2气候暖干变化对气候生产潜力的影响当年平均气温升高1℃、年降水量减少10%时，同仁、尖扎气候生产潜力减少4.95%、8.37%，泽库、河南气候生产潜力增加7.64%、7.11%，这种气候变化下北部气候生产潜力显著的减少。

2.2.3气候冷湿变化对气候生产潜力的影响当年平均气温降低1℃、年降水量增加10%时，同仁、尖扎气候生产潜力增加4.95%、8.37%，泽库、河南气候生产潜力减少7.64%、7.11%，这种气候变化下南部气候生产潜力显著的减少，刚好和气候暖干变化的影响相反。

2.2.4气候冷干变化对气候生产潜力的影响当年平均气温降低1℃、年降水量减少10%时，同仁、尖扎、泽库、河南气候生产力变化-8.29%、-8.92%、-9.52%、-9.24%，这种气候变化下南、北部气候生产潜力都显著的减少，这和气候暖湿变化的影响相反。

3结论与讨论

（1）黄南天然草地气候生产潜力以水热配合较好的同仁最大，水热配合最差的泽库最小，气候生产潜力南部主要受限于气温，北部主要受限于降水。1961—2018年气候生产潜力变化趋势尖扎为5.617 kg/（hm2·a），同仁为10.675 kg/（hm2·a），泽库为23.750 kg/（hm2·a），河南1981—2018年变化趋势为29.281 kg/（hm2·a），泽库与河南气候生产潜力变化呈现为显著性增加趋势。与实际草地生产力进行比较，各地草地实际生产力远未达到气候生产潜力，气候资源的开发潜力仍然很大。

（2）模拟分析不同气候演变情景下气候生产潜力的变化，当气候向暖湿变化时对黄南天然草地气候生产力增加有利；当气候趋于暖干变化时对黄南北部气候生产力增加不利；当气候趋于冷湿变化时对黄南南部气候生产力增加不利；而当气候向冷干变化时对黄南天然草地气候生产力增加极为不利。

本研究对气候生产潜力进行计算分析时，只考虑了气温、降水、实际蒸散量3个气候因子，没有涉及到植被分布、土壤状况、生产技术等环境因子影响，得出结论有一定局限性，今后对包括更多因素构成的气候生产潜力有待进一步分析研究。

参考文献

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