黃南天然草地氣候生產潛力分析

李延林 文霞 丁培華 吳寶青

摘要：為了充分利用氣候資源，合理布局農牧業生產，本研究利用黃南州4個縣站1961—2018年的氣象資料，采用邁阿密模型和Tharnthwaite Memorial模型對當地天然草地的氣候生產潛力進行估算，對主要影響因子進行相關分析，模擬不同氣候背景下氣候生產潛力的響應。結果表明：黃南州氣候生產潛力以水熱配合較好的同仁最大，水熱配合最差的澤庫最小，氣候生產潛力南部主要受限于氣溫，北部主要受限于降水。當氣候向暖濕變化時對黃南草地氣候生產力增加有利，當氣候向冷干變化時對整個黃南草地氣候生產力增加極為不利。

關鍵詞：黃南；天然草地；氣候生產潛力；影響因子；變化；響應

中圖分類號：P49文獻標志碼：A論文編號：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（見圖1），地勢北低南高，自北向南有尖扎、同仁、澤庫、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hm2，耕地面積2.01萬hm2。自治州南部的澤庫、河南兩縣屬于青南牧區，海拔大多在3200～3900 m之間，是自治州發展畜牧業的主要基地，兩縣可利用草原面積共121.87萬hm2，牧場地域遼闊，水草豐美，氣候適宜，畜牧業是兩縣的支柱產業。自治州北部的尖扎、同仁兩縣，海拔大多在2000～ 3300 m之間，黃河—隆務河谷地主要是種植業，山區林草交錯，有大量適宜放牧草地區域。

氣候生產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，充分利用太陽能、熱量資源以及水資源而獲得的單位面積上的有機物總量或經濟產量[1]。目前，國內許多學者對不同地區的氣候生產力也進行了研究[2-8]，如張耀耀等[2]對氣候變化與作物生產潛力影響進行研究；孫慧蘭[3]、蒲金涌[4]、趙慧穎[5]、楊澤龍[6]等分別對中國不同區域牧草氣候生產潛力進行評估；袁飛等[7-9]對典型草原氣候生產潛力變化進行了研究，表明降水量是限制氣候生產潛力的主導因素；近年一些學者對作物和蔬菜氣候生產潛力進行分析研究[10-12]，表明氣候生產潛力呈現出不同變化趨勢。現有開展的氣候生產力方面研究，涉及黃南州的研究分析較少，只是在草地畜牧業可持續發展方面，提出一些對策建議[13-14]。

因此，筆者重點探討黃南州天然草地的氣候生產潛力及變化影響，以期為黃南州科學利用氣候資源，合理布局農牧業生產，保護草地生態，提高生產力水平提供決策依據。

1資料與方法

1.1資料來源

選取黃南州尖扎、同仁、澤庫、河南4個縣站1961—2018年的年平均氣溫和降水量資料，數據來自各臺站經過省級質量控制的氣象年月報表，其中河南在1981年觀測站站址發生變動，對資料序列連續性可能有影響。

1.2研究方法

考慮到光合輻射資料難以得到，在青藏高原地區對于植物的生長光能并不是影響很大的因子，天然草地的生產潛力主要與溫度和降水有關，因此選用邁阿密模型[15]和Tharnthwaite Memorial模型[16]計算當地天然草地的氣候生產潛力。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）同時估算某地天然草地氣候生產潛力時，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個數值中最小的一個，以此作為該地的氣候生產潛力W[kg/（hm2·a）]。

1.3統計分析

采用Excel電子表格進行數據整理與處理，利用社會科學統計軟件SPSS進行數據分析，其回歸分析和相關分析處理方法參見文獻[17-18]。

2結果與分析

2.1氣候生產潛力的計算與分析

采用邁阿密模型和Tharnthwaite Memorial模型分別計算4縣天然草地的氣候生產潛力，年平均氣溫T和年平均降水量R值為4個縣站1981—2010年氣候平均值，得到計算結果如表1。北部地區降水和蒸散量決定的生產潛力比較接近，而氣溫決定的生產潛力值要高；南部地區氣溫和蒸散量決定的生產潛力很接近，而降水決定的生產潛力值要高，可見黃南南部冷濕草地氣候生產潛力主要受限于氣溫，北部較暖的河谷地區則受限于降水，2種氣候地區蒸散量決定的氣候生產潛力都很接近于該地的氣候生產潛力?？傮w來看，各地氣候生產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最小。

分別計算1961—2018逐年氣候生產潛力，并與同期氣溫、降水進行線性相關分析，得到相關系數r，|r|越接近于1，說明線性相關的程度越大。澤庫、河南氣候生產潛力與氣溫的相關系數r分別為0.967、0.951，而與同期降水的相關系數分別為0.449、0.425，再次表明南部主要限制因子為氣溫，如能提高光能轉換為熱能則當地氣候生產潛力會有更大的提高。同樣分析尖扎、同仁年氣候生產潛力與氣溫、降水的相關性，與氣溫相關系數r為-0.064、0.088，與降水的相關系數r為0.998、0.957，說明北部主要限制因子為降水，如有良好的灌溉措施對氣候生產潛力的提高有很大作用，在水分滿足的情況下，北部兩縣的氣候生產潛力都在10000 kg/（hm2·a）以上。

對4縣年氣候生產潛力進行線性趨勢分析（見圖2），得到其變化趨勢尖扎為5.617 kg/（hm2·a），同仁為10.675 kg/（hm2·a），澤庫為23.750 kg/（hm2·a），河南為-5.910 kg/（hm2·a），考慮河南站址變化，只計算1981—2018年間變化趨勢，則為29.281 kg/（hm2·a），澤庫與河南1981年后的變化趨勢皆通過0.01水平顯著性檢驗，對比分析發現，北部尖扎、同仁氣候生產潛力年際變化曲線與降水年際變化很相似，南部澤庫、河南氣候生產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際生產力與氣候生產潛力的百分比（C）表示氣候資源生產潛力的利用率，以黃南產草量最高的河南縣為例，產草量資料來自河南縣牧氣站，其1994—2010年實際產干草量均值為2957.8 kg/（hm2·a），同期的平均氣候生產潛力為6253.292 kg/（hm2·a），C值47.3%，表明其實際生產力遠未達到氣候生產潛力，黃南各地氣候資源的開發潛力仍然很大。

2.2氣候變化對氣候生產潛力的影響

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

4縣回歸模式復相關系數r都在0.95以上，都通過了0.01水平顯著性檢驗。從澤庫、河南、同仁、尖扎的回歸模式可以看出，在降水保持不變時，年平均氣溫每升高/降低1℃，則氣候生產潛力增加/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，年降水量每增加/減少10%，則氣候生產潛力增加/減少分別為50.16、67.919、478.016、539.241 kg/（hm2·a）。

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

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

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

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

3結論與討論

（1）黃南天然草地氣候生產潛力以水熱配合較好的同仁最大，水熱配合最差的澤庫最小，氣候生產潛力南部主要受限于氣溫，北部主要受限于降水。1961—2018年氣候生產潛力變化趨勢尖扎為5.617 kg/（hm2·a），同仁為10.675 kg/（hm2·a），澤庫為23.750 kg/（hm2·a），河南1981—2018年變化趨勢為29.281 kg/（hm2·a），澤庫與河南氣候生產潛力變化呈現為顯著性增加趨勢。與實際草地生產力進行比較，各地草地實際生產力遠未達到氣候生產潛力，氣候資源的開發潛力仍然很大。

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

本研究對氣候生產潛力進行計算分析時，只考慮了氣溫、降水、實際蒸散量3個氣候因子，沒有涉及到植被分布、土壤狀況、生產技術等環境因子影響，得出結論有一定局限性，今后對包括更多因素構成的氣候生產潛力有待進一步分析研究。

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