近40年西乌珠穆沁旗牧草气候生产力变化特征分析

包学锋，占布拉*，特古斯

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古自治区草原勘察规划院，内蒙古 呼和浩特 010051)



近40年西乌珠穆沁旗牧草气候生产力变化特征分析

包学锋1，占布拉1*，特古斯2

(1.内蒙古农业大学生态环境学院，内蒙古 呼和浩特 010019；2.内蒙古自治区草原勘察规划院，内蒙古 呼和浩特 010051)

本文通过整理西乌珠穆沁旗近40年年均气温及年均降水量变化，利用Thorntn waite Menorial模型计算出该旗近40年的牧草气候生产力(FPCP)数据，并通过sas软件处理得出温度、降水与牧草气候生产力之间的回归模型。通过回归模型分析牧草气候生产力的变化特征、趋势，并分析气候因子对它的影响程度。分析结果表明：(1)近40年该旗年均气温增温趋势明显，增温率为0.41℃/10a。对牧草气候生产力的影响为2.3%。降水变化幅度比较大从2.31mm到240.79mm，对牧草气候生产力的影响为从0.37%到38.1%。降水是影响牧草气候生产力的关键因子;降水变化对FPCP的影响大于温度变化对FPCP的影响。(2)近40年西乌珠穆沁旗牧草气候生产力平均值为5660.13kg/hm2，前25年呈波浪形变化，出现增长趋势，后15年出现下降趋势，总体上与降水变化吻合。

气温；降水量；牧草气候生产力；西乌珠穆沁旗

随着经济的快速发展、人口数量的增加以及土地的不合理利用导致人口、粮食、土地和环境之间的矛盾日益突出，这种矛盾越来越受到人们的重视。掌握自然生产力变化规律，发挥气候生产潜力，提出提高生产力的对策，对增加植物产量具有重要的意义。目前流行的计算植物气候生产量的模型主要有3种-迈阿密(Miami)模型、桑斯威特(Thornthwaite Memorial)模型和筑后(Chikugo)模型〔1-3〕。

一定温度范围之内，植物气候生产力与温度正相关。个别地区与降水正相关〔4-5〕。阿勒泰地区植被气候生产力呈增加趋势，降水是阿勒泰地区植被气候生产力的主要限制因子〔6〕。在大兴安岭中部地区，降水和气温呈不断增加的趋势，草地生产力同样呈明显增长的趋势，而在南麓与西侧的草地区域，降水成为草地生产力提高的限制性因素，气候变化呈暖干化趋势〔7-8〕。内蒙古东北部的大兴安岭西侧的典型草原区，牧草气候生产力受气候变化的影响主要表现为：温度每降低1℃，牧草气候生产潜力增加47.9kg/hm2/a；降水增加1mm,牧草气候生产潜力增加12.1kg/hm2/a〔9〕。近半个世纪以来，内蒙古荒漠草原中部牧草气候生产力总体为不显著的线性增加趋势，降水是影响内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的关键因子〔10〕。夏季，降水量对植被生长的影响最为显著，尤其是在7-8月份，降水对下月植被的生长有着重要的影响〔11〕。

草地是全球分布面积最大的陆地生态系统，植物初级生产力是反映草地功能的重要指标，在高强度放牧和未来气候变化背景下，如何维持和提高草地生产力，如何使得退化草地生态系统尽快得以恢复，进而实现生态安全建设与经济社会协调发展，是我国当前急需解决的问题〔12〕。本文以西乌珠穆沁旗1971-2010年的近40年的牧草气候生产力变化为依据，分析了西乌珠穆沁旗牧草气候生产力对气候因子即对温度、年降水量的响应。通过分析，为提高西乌珠穆沁旗的牧草气候生产力提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

西乌珠穆沁旗位于内蒙古锡林郭勒盟东北部，地处东经116°21′-119°31′，北纬43°57′-45°23′；北邻东乌珠穆沁旗，东与阿鲁科尔沁旗相邻，南和巴林左旗、巴林右旗、林西县、克什克腾旗接壤，西与锡林浩特市毗邻。全旗东西长250km，南北宽145km，总面积22960km2。地势由东南向西北倾斜，海拔835-1957m；山地占24.9%，多分布在东部地区。

西乌珠穆沁旗地处中纬度内陆地区，大陆性气候明显，冬春寒冷漫长，夏秋雨热同步，阳光充足。最冷月(1月)平均气温-19.5℃，极端最低气温-38.6℃；最热月(七月)平均气温19.5℃，极端最高气温36.6℃，年日均气温5℃持续期142天，年日均气温0℃持续期182天，霜期长达259天。

西乌旗可利用天然草场面积达21177.7km2。草场类型有山地草甸草原、低山丘陵草甸草原、半荒漠草原、河泛地湖盆低地草甸草原等几种类型。西乌旗土壤类型以栗韩土为主，部分地区为黑韩土、灰色草甸土、灰色森林土、藻泽土、粗骨土、风沙土等。

1.2 研究内容

本研究选取西乌珠穆沁旗1971-2010年逐年平均气温和降水量。多年平均值采用1971-2010年的40年平均值。利用Thorntn waite Menorial模型计算出40年的牧草生产力数据并对牧草气候生产力、年均气温、年均降水量等三组40年数据进行sas分析得出回归模型进行分析。

1.3 研究方法

参照多数学者的研究，选用Lieth方法，即著名的Thorntn waite Menorial模型，计算牧草气候生产力。通过sas软件分析得出牧草气候生产力与年平均气温、年降水量之间的关系：

FPCP=30000[1-e-0.0009695(v-20)]

式中，FPCP是以实际蒸散量计算得到的牧草气候生产力，V是年均实际蒸散量(mm)，计算公式如下:

式中，R是年均降水量(mm)；L为年最大蒸散量(mm)，它是温度T的函数，L与T之间存在如下关系：

L=300+25T+0.05T3

式中，T是年年均气温(℃)。

2 结果与分析

2.1 气候变化特征

40年年均气温1.85℃，年均气温波动范围0.50-3.50℃，年均降水量为323.71mm，最多564.50mm，最少146.60mm。通过对西乌珠穆沁旗40年平均气温和平均降水量数据进行统计后得出如下表格：

表1 西乌旗地区气温(℃)和降水(mm)的描述统计量

全球变暖的背景下，近40年西乌珠穆沁旗气温增温趋势明显，增温率为0.41/10a(图1)。对西乌珠穆沁旗近40年年均气温数据绘制曲线图如下：

图1 西乌旗地区近40年年平均气温变化

近40年年均降水表现为1971-1980年间降水平均值为319.93mm，接近40年平均值，较平均值减少了1.7%，1981-1990年及1991-2000年间降水平均分别为342.65mm和375.08mm降水偏多呈现增长趋势，分别增长5.9%和15.9%。2001-2010年间降水平均值为257.18mm，降水偏少呈现减少趋势，较平均值减少20.1%。对西乌珠穆沁旗近40年年均降水量数据绘制曲线图如下：

图2 西乌旗地区近40年降水量变化

2.2 FPCP的年际变化特征

近40年西乌珠穆沁旗FPCP呈现不显著的减少趋势，平均值为5660.13kg/hm2。2007年FPCP最低，为3376.60kg/hm2，较多年平均值低40.3%；1998年FPCP为最高，为7624.45kg/hm2，较多年平均值偏多34.7%。从5年滑动曲线来看，1971至1985的15年间为缓慢上升期，从1986到1990年这5年为下降期，从1991到1995年的5年期间为上升期，从1996到2000年为缓慢下降期，最后10年为明显下降期。对西乌珠穆沁旗近40年FPCP数据绘制曲线图如下：

图3 西乌旗地区近40年FPCP的5年滑动趋势图

2.3 FPCP年代间变化特征

通过40年年均气温以及牧草气候生产力五年滑动趋势来看，年平均气温第1至第2个五年下降，不过从第2至第7个五年一直是上升，从第7至第8个五年开始不明显的下降。可是草地植物生产力从第1个到第3个五年一直是缓慢上升，第3到第4个五年缓慢下降，从第4个到第5个五年是上升，从第5个到第8个是一直是下降的。在平均气温的第2到第7个五年虽然气温一直上升，但气候生产力有的部分上升，有的部分在下降，因此从五年滑动曲线来看，相关性不明显。

图4 西乌旗地区近40年年均气温和FPCP对比图

40年间年均降水量与牧草气候生产力比较来看变化特别明显，就是随着年均降水量的变化而变化，也就是说年均降水量与牧草气候生产力之间存在正相关。70年代平均值与多年平均值相比为下降1.8%，80年代平均值与多年平均值相比为上升1.9%，但都不是很明显基本徘徊在多年平均线上下，但90年代上升的比较明显为9.6%，近10年tspv下降比较明显低于多年平均值9.7%，整体呈现缓慢下降趋势。

图5 西乌旗地区近40年年均降水量和FPCP对比图

2.4 气候因子对FPCP的影响

通过sas软件以西乌珠穆沁旗近40年降水和温度变化以及牧草气候生产力(FPCP)的数据进行了回归分析得出了如下模型：

Y=2522.14293+128.86105x1+8.95839x2

式中Y为牧草气候生产力，x1为气温，x2为降水。

假设西乌珠穆沁旗年均降水量保持不变，年均气温升高或降低1℃，FPCP值的变化为128.86kg/hm2。气温变化为2℃时，值为257.72kg/hm2；假定年均气温不变，年均降水量增加或减少1mm时，FPCP值的变化为8.96kg/hm2，增加2mm时变化值为17.92kg/hm2。通过对40年西乌珠穆沁旗的年均气温的分析得出，增温率为0.41℃/10a。通常温度变化不会超过一度，对牧草气候生产力的影响为2.3%。但年均降水量变化幅度比较大从2.31mm到240.79mm。所以对牧草气候生产力的影响为从0.37%到38.1%。整体上降水变化对FPCP的影响大于气温变化的影响。

3 讨论

未来气候变化，特别是增温对植物生产力的影响因地点和生态系统的不同而异，但多数研究结果显示增温提高了植物生产力〔13〕。长江以南年均降水量多的地区，降雨量增加或减少20%对FPCP影响不明显，而对温度升高2℃，FPCP有响应会增加。比如：福建省的建瓯、南靖两个地区。在中国北方农牧交错带，降雨是影响气候生产力的主要因素〔14〕。综合考虑水热因子的ThornthwaiteMemorial模型更能够反映牧草气候生产力的变化趋势,与温度相比,降水是影响牧草气候生产力的关键因子〔15〕。内蒙古东部草原，降水是草地生产力提高的限制性因素〔16〕。气候变化使草地生产力明显下降〔17〕。可能是对于气候因子的研究，仅仅选取一个旗县，样本空间过小而无法得出一个比较宏观的统计规律。从很多学者的分析结果来看温度对植物生产力影响的范围更广。有时，温度是决定生产力的主要限制性因素。但有时，降水对生产力的影响更为明显。但就西乌珠穆沁旗这个“个案”而言，从温度、降水和生产力5年变化的趋势来看，我们又的确看到了降水是决定气候生产力的主要因素。

4 结论

4.1 近40年西乌珠穆沁旗气温增温趋势明显，增温率为0.41℃/10a，对牧草气候生产力的影响为2.3%。降水幅度比较大，从2.31mm到240.79mm，对牧草气候生产力的影响为从0.37%到38.1%。降水变化与牧草气候生产力变化是一致的。整体上降水变化对FPCP的影响大于温度变化对FPCP的影响。

4.2 近40年西乌珠穆沁旗牧草气候生产力平均值为5660.13kg/hm2，1971-1995年间五年均值曲线徘徊在平均值上下，这25年的牧草气候生产力有增长的趋势，但从1996年开始到2000年为缓慢下降期，再到2010年为止一直是下降并且很明显，这与年均降雨量变化是一致的。

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Nearly 40 years west wuzhumuqin herbage climate productivity variation characteristics analysis

BAO Xue-feng1，Zhan bu la1*，Te gu si2

(1.College of Ecology and Environment Science,Agricutural University of Inner Mongolia , Hohhot,010019)(2.Grassland Survey and Design Institute of Inner Mongolia, Hohhot, 010051)

in this paper herbage climate productivity in west wuzhumuqin county is computed by the Thorntn waite Menorial model with the statistical data of average annual temperature and average annual precipitation in recent 40 years. The regression model between the temperature and the herbage climate productivity and the regression model between the precipitation and herbage climate productivity was calculated by SAS program, these two factors influence on herbage climate productivity was analyzed.The results showed that:(1) in recent 40 years, the county average annual temperatures warming trend obviously, warming rate is 0.41 ℃ / 10 a. The influence of temperature on the herbage climate productivity by 2.3%. Precipitation change is more significant, An average annual rainfall increased from 2.31 mm to 240.79 mm, precipitation the influence on herbage climate productivity from 0.37% to 38.1%. Rainfall is the key factor of herbage climate productivity; For the influence of herbage climate productivity, precipitation has a greater effect than the temperature.(2) in recent 40 years, the herbage climate productivity average of 5660.13 kg/hm2in the west WuZhu mu qin county,In the first 25 years, it present a growth trend, it declined in the next 15 years.On the whole, herbage climate productivity average change is similar to the precipitation change.

Thetemperature; precipitation; herbage climate productivity; west wuzhumuqin county

S812.1

A

2095—5952(2015)01—0024—04

2015-02-03

包学锋(1977-)，男，内蒙古通辽市人，在读硕士，从事草地资源生态与管理研究。

占布拉(1962-)，男，内蒙古通辽市人，博士，副教授，硕士生导师。从事草地资源生态与管理方向研究。