三江源区气候变化特征及其对天然牧草影响分析——以河南县为例

根据三江源区河南县牧业试验站1994~2017年天然牧草观测数据和同期气象资料,分析了河南县地区气候变化特征、气候变化与天然牧草长势及其产量的关系,探讨了该地区牧草发育期、高度、覆盖度及产量对气候变化的响应。结果表明,近24a来,该地区年平均气温为0.3℃,气候倾向率以0.66℃/10a,呈显著上升趋势;年平均降水量为566.2mm,气候倾向率以27.7mm/10 a,呈增加趋势;年平均日照时数为2559.8h,倾向率以58.9h/10a,呈增加趋势;年平均蒸发量为1193.0mm,气候倾向率以62.0mm/10a,呈下降趋势;干燥指数变化倾向率以0.2/10a,呈下降趋势;影响该地区牧草返青期的主要因素是热量条件,返青期出现时间与5d滑动日平均气温稳定≥3℃初日基本一致,黄枯期出现时间与5d滑动日平均气温稳定≥10℃的终日相吻合;近24a来,随着温度升高,降水增多,光照条件充足,使该地区的牧草返青期提前,黃枯期推迟,生长期延长,高度有所增高,覆盖度有不明显减小,牧草产量有所增加。为相关部门及单位合理利用草地资源及退化草地的恢复和重建提供参考。     

1961-2010年藏北牧草生长季极端气温的变化特征

基于西藏那曲地区6个地面气象站(台)1961－2010年逐日最高、最低气温数据,采用极端最高气温、暖(冷)昼(夜)天数和生长季长度等10个指标,运用线性回归、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了藏北牧草生长季极端气温的时空变化。结果表明,1961－2010年藏北牧草生长季的TXx(极端最高气温)、TXn(最高气温极小值)、TNn(极端最低气温)和TNx(最低气温极大值)都表现为升高趋势,其中TNn升幅最大,为0.40 ℃·10 a-1。DTR(气温日较差)以－0.17 ℃·10 a-1的速度显著变小(P0.01),GSL(生长季长度)以1.8 d·10 a-1的速度明显延长。牧草生长季的TX90p(暖昼天数)和TN90p(暖夜天数)显著增加,平均每10 a分别增加4.11和11.81 d,尤其是近30年TN90p升幅更明显,达23.03 d·10 a-1;而TX10p(冷昼天数)和TN10p(冷昼天数)呈显著减少趋势,分别为－3.33和－6.69 d·10 a-1。在10 a年际变化尺度上,极端气温暖指数(TNx、TX90p、TN90p和GSL)呈现增加趋势,极端气温冷指数(TX10p、TN10p)和DTR表现为下降趋势。在时间转折上,TXx突变时间较早,发生在1984年;其他指数的突变点出现在20世纪90年代以后。极端气温指数的变化趋势有利于藏北牧草的生长。     

青藏高原东北部牧区气候暖干化趋势及对环境和牧草生长的影响

对20世纪80年代以来青藏高原东北部青南牧区和甘南牧区气候变化的统计分析表明,该地区呈现出气温升高、降水量减少和蒸发量增大的明显趋势.两个牧区年平均气温升高的边际倾向分别为0.3℃/10年和0.5℃/10年,年降水量减少的边际倾向分别为-28.6mm/10年和-23.5mm/10年.90年代该地区主要牧业县多年平均气温普遍比60～70年代升高了0.4℃～0.8℃;多年平均降水量减少的趋势尤以甘南牧区明显,最多可减少87.5mm.同时牧草返青期和枯黄期气温升高,使牧草生长期天数增多.气温升高导致地面蒸发量增多,两个牧区气温升高1℃时,年蒸发量分别增多99mm和114mm.气候变暖干旱,造成天然草地产草量下降.曲麻莱县年降水量减少1mm时,0.0667hm2草地产草量将减少1.6kg;夏河县年平均气温升高1℃时,0.0667hm2草地产草量将减少122.6kg.气候暖干化,已经造成该地区干旱缺水,草地退化、沙化和鼠害猖獗,使草畜矛盾不断加剧,已严重威胁到牧区的生存和发展,也影响到长江、黄河中下游地区的可持续发展,对此应予高度重视.     

气候变化对兴海县高寒草地产草量的影响分析

利用1961—2009年气温、降水、日照时数等气象要素,1999—2009年高寒草地牧草产量和牧草生长季旬温度、降水、日照时数等数据,对青海省兴海县近50年气候变化和牧草产量与气象条件的关系进行了研究。结果表明：近50年来兴海高寒草地气温显著上升,气候倾向率为0.34℃/10年,49年累计升温1.65℃。牧草生长季4—8月气候倾向率在0.16～0.28℃/10年,6月的倾向率最大,8月最小,7月、6月的上升趋势显著。降水量呈不显著微弱增加趋势,降水变率大,倾向率为10.1 mm/10年,49年间累计增加49.4 mm。牧草生长季,7、6月降水量增加较多,5月降水量呈减少趋势;年日照时数近50年来呈显著减少趋势,倾向率为-42.5 h/10年,49年间累计减少208.3 h。牧草生长季各月日照时数均呈减少趋势;牧草产量呈波动中显著增加趋势,每年增加146.8kg。牧草生育期内4月上旬、4月中旬至5月中旬旬平均气温对牧草产量的影响最为明显,分别对应最大正效应和负效应。降水量以4月中旬至5月中旬的正效应最大,负效应中以4月上旬为最大。5月上旬至6月中旬、8月上中旬2个时段日照时数增加是正效应,4月各旬、6月下旬至7月下旬、8月下旬3个时段是负效应。     

青藏高原东北部牧区气候暖干化趋势及对环境和牧草生长的影响

对20世纪80年代以来青藏高原东北部青南牧区和甘南牧区气候变化的统计分析表明,该地区呈现出气温升高、降水量减少和蒸发量增大的明显趋势。两个牧区年平均气温升高的边际倾向分别为0 3℃/10年和0 5℃/10年,年降水量减少的边际倾向分别为-28 6mm/10年和-23 5mm/10年。90年代该地区主要牧业县多年平均气温普遍比60～70年代升高了0 4℃～0 8℃;多年平均降水量减少的趋势尤以甘南牧区明显,最多可减少87 5mm。同时牧草返青期和枯黄期气温升高,使牧草生长期天数增多。气温升高导致地面蒸发量增多,两个牧区气温升高1℃时,年蒸发量分别增多99mm和114mm。气候变暖干旱,造成天然草地产草量下降。曲麻莱县年降水量减少1mm时,0 0667hm2草地产草量将减少1 6kg;夏河县年平均气温升高1℃时,0 0667hm2草地产草量将减少122 6kg。气候暖干化,已经造成该地区干旱缺水,草地退化、沙化和鼠害猖獗,使草畜矛盾不断加剧,已严重威胁到牧区的生存和发展,也影响到长江、黄河中下游地区的可持续发展,对此应予高度重视。     

气候变化对青海湖流域牧草产量的影响

基于青海湖流域3个气象站点1961～2017年气温、降水、日照时数和潜在蒸散量等气象数据,分析了1961年以来青海湖流域的气候变化特征;利用2003～2017年的牧草观测资料,通过相关性分析,评价了各气象要素对牧草产量的影响。结果表明:近57年青海湖流域的年和四季平均气温均呈显著上升趋势,冬季的升温幅度最大,年和四季降水量均增加,夏季降水量增加最多,年和四季日照时数呈下降趋势,夏季日照时数下降最为明显,海晏、刚察年潜在蒸散量呈微弱增加趋势,天峻呈微弱减小趋势,春季潜在蒸散量增加明显;青海湖流域天然牧草高度均呈下降趋势,海晏、天峻、刚察分别以每年0. 23、0. 4、0. 06cm的倾向率下降,牧草覆盖度海晏、天峻分别以每年0. 82、0. 5个百分点增加,刚察以每年0. 5个百分点减小,牧草产量海晏、天峻分别以每年178. 5、97. 5kg/hm2增加,刚察以每年45kg/hm2减少;各气象因素中,对牧草产量影响最大的是降水量,且均为正效应,其次是潜在蒸散量,牧草高度、覆盖度主要取决于降水和气温,因各站所处位置不同,气温的影响有正有负;建立的气象产量估算模型,经过验证,有较好的估测能力,可以满足应用需要。     

近30年来天水市关山南麓地区草地压力的动态变化

草地系统的安全健康关系到当地畜牧业的可持续发展。运用1978-2008年天水市关山南麓地区历年畜群数及清水、张家川气象站牧草生长期历年日照时数、平均温度及降水量测量值,构建评价该地草地压力的指数模型分析该地区畜群数、草地生产潜力及草地压力指数的动态变化。结果表明:近30年来天水市关山南麓地区畜群数随年份以1.76×104羊单位/a的速度逐年增加,草地生产潜力变化不大,草地生态压力指数以0.02/a的速度逐年上升。近5年来草地严重超载,畜群数已超过了草地的承载能力。适当限制畜群规模及扩大草地面积是未来当地畜牧业可持续发展的主要途径。     

放牧强度对黑麦草/白三叶混播草地种群牧草量构成与年生产力的影响

研究了不同放牧强度下(轻牧、适牧、重牧、过牧),黑麦草/白三叶混播草地的牧草现存量,种群牧草量构成及年产量变化。随放牧强度增大,草地牧草现存量呈下降,牧草利用率呈增加趋势。放牧强度对黑麦草茎、叶生长具明显影响,对白三叶影响则较小;黑麦草绿色茎叶比随放牧强度增大而降低,白三叶茎、叶植物量分配主要受季节影响。适牧的黑麦草和白三叶种群牧草量呈线形函数变化,而轻牧、重牧和过牧则呈幂函数变化,各放牧强度黑麦草现存量均随白三叶牧草量的增大而增多。黑麦草种群和群落产量均为:适牧>重牧>过牧>轻牧;白三叶种群产量为:适牧>过牧>重牧>轻牧。随放牧强度增大,黑麦草组分相近,白三叶组分呈增加,杂草和死物质组分呈降低趋势。因此,放牧能提高白三叶组分,抑制杂草植物生长,降低混播草地凋落、枯死损失,增强黑麦草和白三叶种群生长的正效应作用;适度放牧利于混播草地中黑麦草、白三叶组分比的稳定,维持混播草地高生产力。合理的草地利用率是保持高产、优质草地的关键。     

干旱对内蒙古草原牧草生物量损失的评估方法研究

为探索草原干旱对牧草生物量造成损失的评估方法,以内蒙古扎鲁持旗北部的巴雅尔图草原为例,利用水分亏缺量作为内蒙古草原干旱评估指标,建立不同生长阶段牧草生物量损失评估模型。结果表明,牧草生物损失量与牧草返青期、旺盛生长期的水分亏缺量有着显著的Logistic曲线关系。依此确定了不同干旱等级相对应的牧草生物损失量,以满足草原干旱监测与灾损评估需要。     

松嫩平原西部草地净初级生产力时空格局

基于改进CASA模型估算得到的草地NPP,分析了2000～2009年松嫩平原西部草地NPP时空分布特征及变化趋势.结果表明:2000～2009年松嫩平原西部草地NPP总量在8.46～11.22Tg C之间,平均值为9.92Tg C,呈波动上升趋势;受气温、降水及太阳辐射季节变化的影响,NPP存在明显的季节变化,积累期主要集中在水热条件搭配较好的4～10月,占年度NPP总量的99.60％;2000～2009年,春、夏、秋、冬四季草地NPP平均值分别为6.82gC· m-2·a-1、79.68gC· m-2·a-1、13.57gC·m-2·a-1、0.09gC·m-2·a-1,即夏季＞秋季＞春季＞冬季.空间上,松嫩平原西部草地NPP由南向北呈明显增加趋势,最低值分布在吉林省境内的中部地区;2000～2009年,黑龙江省各年草地NPP均高于吉林省,说明在松嫩平原西部黑龙江省草地长势优于吉林省;基于像元的NPP年际变化趋势分析表明,占研究区总面积3/4的草地NPP表现为增加趋势,NPP显著增加的草地面积是显著降低面积的7.6倍,说明2000～2009年间松嫩平原西部草地长势呈明显好转趋势.     

温带草地蒸散发及波文比观测与比较:涡动相关及波文比系统

蒸散发的精确观测及估算是水资源管理及水文遥感验证的基础。该文利用已有的涡动塔观测数据集,配合波文比系统进行了同步观测,对二者观测的结果进行了对比分析。结果表明:涡动相关法和波文比方法估算的蒸散发均值及季节变动分别为298.73±128.58 W·m-2和272.37±116.87 W·m-2,整体而言这两种方法所观测的蒸散发较为一致,决定系数R2=0.75,平均相对误差小于6%。较涡动相关法,波文比方法估算潜热较低。生长季内,植被在生长初期及割草期出现明显的差别,表明波文比系统在植被生长旺盛期测量潜热效果更为稳定。两种方法估算的波文比具有相似的日变化及季节变动趋势。波文比存在明显的日变化及季节变动,其变动均值及标准差为0.21±0.42;其日变化与太阳辐射相关度较强(R2变动为0.41~0.52),其季节变化与叶面积指数(LAI)具有较高的非线性相关性(R2=0.65),而土壤水分对季节变动影响较小。该研究表明:在温带湿润草地生态系统,植被的生长很大程度上调节着该系统能量的分配。以上研究结果对波文比系统的实际应用具有一定的参考价值。     

气候变暖背景下青南牧区牧业生产关键期变化特征及预估研究

采用青南牧区9个地面气象站1961―2013年逐日气温资料,通过线性回归、双线性插值、Mann Kendall检验、小波分析等统计方法,分析了牧草生长季、青草期、牲畜抓膘期和掉膘期等牧业生产关键期的时空变化特征,预估了未来在典型浓度路径（Representative Concentration Pathways,RCPs)情景下2015―2035年牧业生产关键期变化趋势。结果表明,1)1961―2013年,青南牧区牧草生长季、青草期以及牲畜抓膘期开始日提早、结束日推迟,持续日数显著延长,延长速率分别为2.5、4.8、4.6 d10 a-1,而牲畜掉膘期呈现出相反的变化趋势,平均缩短4.0 d10 a-1。2)近53年,青南牧区牧草生长季、青草期、牲畜抓膘期及牲畜掉膘期4个指标均发生了气候突变,突变时间在1997/1998年;其中牧草青草期存在8～12、16～18年的周期,牲畜抓膘期及掉膘期4～6、8～12、 16～18年的振荡明显。3)在RCPs情景下,未来20年青南牧区牧草生长季、青草期、牲畜抓膘期平均分别延长11.5～21.5 d,牲畜掉膘期缩短15.7～18.1 d,将十分有利于青南牧区的牧业生产。     

三江源区气候变化及其对牧草产量的潜在影响

对三江源区兴海高寒草地1999-2012年牧草产量与气候因子变化做通径分析,结果表明,近14年来该地区牧草产量呈显著增加趋势,且牧草产量与生长季≥0 ℃积温和降水量之间均呈显著正相关关系。牧草抽穗-开花期产量主要受气温和降水影响,14年来二者均呈显著增加趋势(P<0.05);成熟-枯黄期主要受≥0 ℃积温影响,14年来≥0 ℃积温极显著升高;开花-成熟期主要受平均风速影响,14年来平均风速显著降低。牧草生长中后期热量和水分的增加以及风速的减小均对增产有利。因此,随着未来区域气温的升高、降水增多,可减少土壤水分亏缺,暖湿的气候对该地区牧草产量的提高极有利。     

玛曲县气候特征分析

以玛曲县1967～1999年的降水量和气温进行统计分析,分析结果表明:玛曲县年际降水量具有下降趋势,在下降中呈现丰枯波动变化,引起气候向干旱方向发展;枯水年接近于分析年数的2/3,降水量主要分布于距平年份的0～20%;盈水年数稍大于分析年数的1/3,降水量分布于距平年份的10%以内;玛曲县33年内降水量主要取决于夏季降水,占全年总降水量的54.17%,集中于4～9月。玛曲县多年平均气温1.26℃,年际变化呈波动上升的趋势,1996年和1998年温度上升剧烈,增温异常;年内多年1～12月平均气温分布接近于正态分布,年内最高温与最高降水量一致,出现在7月,雨热同期。年内气温变暖时间提前,4月上旬变暖出现年代增多,变冷时间推后,由10月下旬转向11月中旬及下旬。     

气候变化对通辽草甸草原草本植物物候期的影响

植物物候期的变化直接反映气候变化,并成为全球变化研究的重点。基于通辽市巴雅尔吐胡硕牧业气象试验站1981-2016年主要植物羊草(Leymus chinensis)、冰草(Agropyron cristatum)、委陵菜(Potentilla chinensis)、车前(Plantago asiatica)物候观测数据和同期气象观测数据,研究了气候变化对草本植物返青期、黄枯期和生长季的影响,结果表明:1)研究区近36年来年均气温上升0.35℃·10 a-1(P0.01),年均降水量减少22.73 mm·10 a-1,气候暖干化特征明显。2)草本植物返青期呈一致性延迟趋势,平均每10年延迟1.16~7.60 d。羊草、车前返青推迟主要受2-3月累计降水量减少的影响,冰草、委陵菜返青推迟主要受2-4月、3-4月累计降水量减少的影响。3)草本植物黄枯期变化趋势不同,羊草、冰草黄枯期延迟主要受夏季、初秋累计降水量影响,委陵菜黄枯期提前主要受夏季、初秋的累计降水量和日照时数共同影响,车前草黄枯期延迟主要受夏季、初秋平均气温影响。4)草本植物生长季长度主要受气温和降水量影响。气候变暖后,研究区夏季、生长季平均气温显著上升,降水量逐渐减少,导致羊草、冰草、委陵菜生长季缩短;而车前对气温反应比较敏感,气温升高有利于车前生长季延长。     

青海省三江源地区退化草地蒸散特征

了解三江源地区退化草地的蒸散状况有助于认识该地区退化生态系统水循环,对该地区的生态安全有着重要的意义。本研究利用涡度相关法观测青海省玛沁县小嵩草退化草地（３４．３５°Ｎ;１００．５０°Ｅ,海拔３９６３ｍ）的水热通量,对该地区２００６－２００８年全年的蒸散情况进行了特征分析。研究表明,２００６－２００８年三江源退化草地的蒸散值分别为４５２．２４,４７４．２４,４５９．５７ｍｍ,降水量分别为４６０．７,４９６．１,４８０．１ｍｍ,其中有７５％以上的降水分布在生长季,全年水平上蒸散量与降水量之比（ＥＴ／ＰＰＴ）为９５％ 以上,蒸散量与降水量基本持平。生长季日蒸散量１．８～１．９ｍｍ／ｄ,而非生长季日蒸散量＜０．６ ｍｍ／ｄ。蒸散日变化和年变化均为单峰型,每年６－７ 月蒸散量最大,为２．０～２．２ｍｍ／ｄ;日蒸散峰值出现在正午左右,其最大值生长季为０．２１ｍｍ／ｈ,非生长季为０．１０ｍｍ／ｈ。退化草地蒸散的主要环境因子是净辐射,其次为饱和水汽压亏和空气温度。随着生长季的推进,潜热对这些因素的敏感性逐渐增大。与未退化的矮嵩草草甸相比,退化草地生长季蒸散量较小,而非生长季蒸散量较大,这一结果表明,高寒草地的植被盖度驱动草地生态系统的蒸散。     

Influence of Precipitation on Plant Production at Different Topographic Positions in the Nebraska Sandhills

Several studies have evaluated the spatial distribution of cool- and warm-season grasses across different topographic positions in the Nebraska Sandhills, but limited research has explored topographic differences in total plant production or production of plant functional groups in relation to variable amounts of precipitation. This study evaluated how spring and growing season precipitation influenced plant production at four topographic positions common in the eastern Nebraska Sandhills. Plant production data were collected from annually moved grazing exclosures in mid-June (peak cool-season grass production) and mid-August (peak warm-season grass production) during a 17-yr period from 2001 to 2017. Total plant production and precipitation use efficiency were 35 ? 58% greater on interdune positions, and precipitation marginal response for total plant production was more sensitive to increases in spring and growing season precipitation on interdune compared with dune positions in both mid-June and mid-August. The greater precipitation marginal response of total plant production on interdune positions was driven primarily by greater increases in cool-season grass production with increasing spring or growing season precipitation. Warm-season grass precipitation marginal response was not different among the topographic positions, but production was 23 ? 70% greater on interdune compared with dune topographic positions in mid-August. When differences in the amount of each topographic position at the study location were accounted for, growing season precipitation explained 49% of the variation for total plant production in mid-August, but spring precipitation only explained 23% of the variation for total plant production in mid-June. Because of the differential response of plant production at dune and interdune positions, incorporating the relative amount of each topographic position into estimates of plant production at the pasture or ranch scale will provide better information for adjusting stocking rates to more accurately match animal demand with forage availability.     

基于生态足迹的玛曲县近10年可持续发展研究

玛曲县是稳定与维护青藏高原和黄河上游生态系统的重要屏障。研究其生态环境与社会经济发展的可持续性具有重要意义。应用生态足迹模型对玛曲县2007-2016年的生态足迹、生态承载力、生态赤字及可持续发展指数变化进行了研究。结果表明,10年间研究区人均生态足迹显著增加,由2007年的4.26 hm²增加到2016年的5.91 hm²,增幅达到38.73%,草地在该区域人均生态足迹中占98.83%;生态承载力从2007年的3.74 hm²下降到2016年的3.04 hm²,降幅达到18.72%,草地和林地占到了人均生态承载力的88.04%;该区域10年均呈现生态赤字,总体生态安全形势较弱,处于弱不可持续发展状态。草地是玛曲县主要生态足迹消耗资源,且草地消费需求和草地退化之间的矛盾突出,应加强对该区域草地生态的保护。     

锡林郭勒盟不同类型植被的生长季变化

利用分辨率为1km×1km 1989-2008年长时间序列NOAA/AVHRR NDVI卫星产品数据以及锡林郭勒盟植被类型图,对时间序列影像进行Savitzky-Golay滤波后,提取了8种植被类型多年的归一化植被指数(NDVI)时序曲线,对NDVI时序曲线进行S-G滤波后,采用改进的动态阈值法分别估测各植被类型每年生长季的开始、结束时间及长度并进行线性拟合,讨论其变化情况。根据实测数据验证了温带丛生禾草典型草原遥感估测物候期的精确度。研究结果表明,各种植被类型生长季开始时间变化情况差别较大,除温带禾草、杂类草盐生草甸和温带落叶小叶疏林分别有4和1d·20a-1的轻微延迟以外,其它6种植被的生长季开始时间均有不同程度的提前趋势,不同植被类型生长季结束时间呈现出了差别较小的延迟趋势,生长季长度均延长,生长季结束时间对生长季长度的影响更大;估测的温带丛生禾草典型草原返青期与观测值变化趋势非常接近,分别提前了9和7d·20a-1,而两者的黄枯期则出现了相反的变化趋势。估测值与观测值的均方根误差(RMSE)分别是,生长季开始时间16.59d,结束时间14.40d。