黃愛纖，張新躍，唐川江，張緒校，魯 巖

（1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州730020；2.四川草原工作總站，四川 成都610041）

水熱條件是影響天然草原牧草生長發(fā)育的主要因素［1－5］。有研究表明，降水和溫度共同影響牧草的生長和產(chǎn)量［6］，降水量充沛、熱量充足的年份，天然草原牧草長勢旺盛、產(chǎn)量高［7－9］。然而，即使年降水量充足，若降水分配與牧草生長過程不匹配，產(chǎn)量也會受到影響，除降水量外，降水的季節(jié)分配也是影響牧草生長的重要因素［10］。熱量條件對草地植物的影響主要體現(xiàn)在氣溫、地溫和積溫上［11－13］，尤其在高寒草原區(qū)，熱量對牧草生長的影響十分顯著［14－16］。降水的季節(jié)間分配，以及水分與熱量的協(xié)調(diào)等問題，使得水熱條件對牧草產(chǎn)量的影響變得復(fù)雜。

在對草原生態(tài)補獎機制效果進行評價時，一般使用項目實施前后植被恢復(fù)程度來反映工程實施的生態(tài)效果。除了工程實施本身原因，年際間氣候因素波動也是影響工程實施效果的重要因素，這對工程效果評價造成了很大干擾。因此，研究降水、氣溫對草原牧草生長產(chǎn)生影響的方式和程度，探討分析降水量、溫度和牧草產(chǎn)量間的定量關(guān)系，對指導(dǎo)草原監(jiān)測工作和評價草原保護與建設(shè)工程有重要價值和現(xiàn)實意義。本研究選擇能代表川西北天然草原的12個主要牧區(qū)縣為研究對象，通過8 年（2006－2013年）的降水、氣溫和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，分析牧草生長季內(nèi)（3－9月）降水、氣溫對牧草產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

四川省有天然草原3.06 億畝（約合0.204 億h m2）。位于青藏高原東南邊緣的川西北草原屬全國五大牧區(qū)之一，天然草原面積為2.45億畝（約合0.16億h m2），包括甘孜、阿壩、涼山州等共48 個縣。本研究選擇其中較為典型的12個縣，分別為甘孜州的石渠、德格、色達、理塘、白玉縣，阿壩州的阿壩、若爾蓋、紅原、壤塘、松潘縣，涼山州的木里、鹽源縣，共有草原面積1.24億畝（0.083億h m2），占全省土地面積的40.6%，其草原的植被類型、地理環(huán)境和氣候條件等特點，基本上代表了川西北草原的整體情況。前10個為四川省十大牧區(qū)縣，天然草原植被以高寒草甸為主，后兩個縣為半農(nóng)半牧區(qū)縣，以高寒草甸和灌叢草地為主。

1.2 數(shù)據(jù)與方法

1.2.1 氣象數(shù)據(jù) 研究數(shù)據(jù)來自四川省氣象中心，各縣氣象站點地理位置如表1所示，分析中用到的數(shù)據(jù)包括年平均溫、逐月平均溫和年降水量、逐月降水量，時間跨度為2006－2013年。

1.2.2 牧草產(chǎn)量數(shù)據(jù) 四川省草原工作總站通過地面調(diào)查結(jié)合遙感監(jiān)測方法，建立牧草產(chǎn)量估算模型，得出各縣牧草產(chǎn)量［17］。地面調(diào)查是在各縣草原固定監(jiān)測點設(shè)置樣地，每個樣地測3個1 m×1 m草本樣方，每個監(jiān)測點樣方總數(shù)不少于30個，對樣方地上部分進行實地收割、稱量，記錄樣方內(nèi)牧草鮮重，最后算出各縣單位面積牧草鮮重，監(jiān)測時間為每年7月20 日－8 月10 日（牧草生長最旺盛的時期），各縣監(jiān)測區(qū)草地以休牧、輪牧和禁牧為主。通過對MODIS數(shù)據(jù)進行處理并計算出各區(qū)域植被指數(shù)（NDVI）。

表1 主要牧區(qū)縣氣象站點情況Table 1 Meteorological site situation of major pastoral counties

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 用Origin 8.0統(tǒng)計軟件對每組數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，符合正態(tài)分布的數(shù)組計算皮爾森（Pearson）相關(guān)系數(shù)（r），不符合正態(tài)分布的數(shù)組計算斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)（Spear man Rank Correlation）（ρ）。

2 結(jié)果與分析

2.1 水熱狀況

2.1.1 年際變化 在四川省氣象中心獲取的數(shù)據(jù)表明（表2），2006－2013年牧草生長季節(jié)（3－9月）12個縣降水量平均值為633.73 mm。2012 年最高，為818.83 mm，2006年最低，為534.17 mm；平均氣溫為8.93 ℃，2009年最高，為10.19 ℃，2011年最低，為9.21 ℃。

其中，降水量較多的為壤塘縣，平均降水達746.38 mm，其次為木里、鹽源、理塘、紅原、阿壩，降水量均在600 mm 以上；平均海拔4 000 m 的石渠縣降水量最低，平均480.25 mm。3－9月月平均氣溫較高的為位于涼山州的木里和鹽源縣，分別為16.91和15.50℃，其余縣均在15℃以下，最低的仍然是海拔最高的石渠縣，月平均氣溫4.25 ℃。

表2 2006－2013年12個主要牧區(qū)縣3－9月降水量和溫度變化情況Table 2 The Precipitation and temper ature changes of March－September，2006－2013

與常年均值（1981－2010年30年的平均值）比較，12 個縣2006－2013 年3－9 月降水距平為－19.6 mm，減少了3.0%，氣溫距平0.69 ℃，增加了8.4%。除壤塘降水量增加66.21 mm 和若爾蓋增加8.78 mm 外，8 年間各縣總體表現(xiàn)出降水減少、氣溫升高的特點。

2.1.2 季節(jié)間變化 12個縣中大部分屬于西部高山高原氣候，垂直變化顯著，具有干濕季分明、年溫差較小、日溫差較大的高原季風(fēng)型特點。3 月份平均氣溫2.2℃，石渠、色達、紅原、若爾蓋縣在0℃以下；7月達到最高值，平均為13.4 ℃，木里、鹽源縣超過了17℃，石渠縣最低，為9.63 ℃；8－9月氣溫回落。3、4月份降水偏少，平均為11.1和26.2 mm，尤其是涼山州的木里和鹽源縣，3月平均降水量只有2和7 mm；5月降水量適中，6－7月雨量豐沛，7月160 mm 左右。3－9月，降水和氣溫的變化趨勢基本一致，氣溫變化較降水變化幅度更為平緩（圖1）。

2.2 牧草產(chǎn)量

12個縣8年產(chǎn)量均值為1 297.9 kg·h m－2，最低的為2006 年，平均716.8 kg·h m－2，最高的為2010年，平均1 591.4 kg·h m－2（表3）。其中產(chǎn)量較高的縣有若爾蓋、紅原、阿壩縣，均在1 500 kg·h m－2以上，較低的有木里和理塘縣，產(chǎn)量在1 100 kg·h m－2以下。

圖1 3－9月主要牧區(qū)縣月平均降水量和月平均氣溫Fig.1 Average monthly precipitation and temperature of March－September in major pastoral counties

2.3 降水量與產(chǎn)量的關(guān)系

根據(jù)四川省草原植被生長發(fā)育的特點，牧草的生育期大致分為：萌芽期或返青期（3－5月），展葉期－開花期（6－8月），成熟期－黃枯期（8－9月）。為了找出各階段牧草產(chǎn)量和降水之間的關(guān)系，將3－5月、6－8月、3－9月、6－9月的降水量和產(chǎn)草量分別作為試驗樣本，進行相關(guān)性分析（表4）。

12個縣整體上3－5 月降水量與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著（ρ＝－0.116，P＞0.1）。這與川西北草原獨特的地理和氣候條件有關(guān)，也與牧草返青和發(fā)育期早期對水分需求量有關(guān)，川西北高寒草甸草原區(qū)海拔高，氣溫低，冬春季降水豐富，積雪的覆蓋減少了地表水分蒸發(fā)［18］，加上春季冰雪消融，土壤墑情良好，基本能滿足草地植物返青需求。而過多降水還會使溫度變低，達不到返青所需溫度，此外，植物生長初期適當(dāng)干旱有助于根部生長及深扎［19］，因而春季過多的降水反而對牧草總產(chǎn)量起負(fù)作用。

12個縣整體上6－8月、6－9月、3－9月降水與牧草產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.187（P＜0.1）、0.192（P＜0.05）、0.171（P＜0.1）。這一時期雨熱同期，植物葉面積變大，蒸騰作用加大，加上氣溫增高，土壤水分蒸發(fā)快，是草地植物旺盛生長期，植物需水量達到整個生育期高峰，此時降水量多則產(chǎn)量高，是牧草生長的重要影響因子。

表3 2006－2013年12個主要牧區(qū)縣干草產(chǎn)量情況Table 3 Hay yield of 12 pastoral counties from 2006 to 2013 kg·h m－2

表4 各縣不同時段降水量與牧草產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)（ρ或r）Table 4 Correlation coefficient of precipitation and f orage yield at different period（ρor r） kg·hm－2

3－5月降水與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)最大的是理塘縣（r＝－0.619，P＞0.1），最小的是松潘縣（r＝0.190，P＞0.1）。6－9月降水與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)最大的是德格縣（ρ＝0.857，P＜0.01），與川西北部其他縣相比，其均溫高、降水量最少，牧草產(chǎn)量與降水量極顯著正相關(guān)；理塘、白玉、阿壩、若爾蓋、紅原和壤塘縣相關(guān)系數(shù)在0.5～0.6范圍內(nèi)，無顯著相關(guān)性。6－8月降水與產(chǎn)量相關(guān)最明顯的是壤塘縣（ρ＝0.667，P＜0.1）和阿壩縣（r＝0.762，P＜0.05）；而木里、鹽源縣相關(guān)性不顯著，這一地區(qū)春旱發(fā)生時間長，夏季降水強度大、時間短，導(dǎo)致土壤水分飽和，這在一定程度上會使牧草對水分的敏感性降低，導(dǎo)致相關(guān)分析效果不好。3－9月降水與產(chǎn)量相關(guān)性只有德格（ρ＝0.690，P＜0.1）、白玉（r＝0.690，P＜0.1）、阿壩（r＝0.667，P＜0.1）、若爾蓋縣（r＝0.762，P＜0.1）顯著。

2.4 溫度與產(chǎn)量的關(guān)系

不同縣中各時段溫度與產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)差別較大，但大多都呈正相關(guān)關(guān)系。如理塘縣3－5月氣溫與牧草產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)（ρ＝0.747，P＜0.05）；若爾蓋縣3－9月氣溫與牧草產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)（r＝0.726，P＜0.05）（表5）。從總體上看，牧草產(chǎn)量隨溫度升高有增加的趨勢（圖2、表5）。川西北牧區(qū)縣普遍海拔較高，春季溫度低和降水頻繁，牧草返青早晚主要受溫度限制，有研究表明，一般日均溫度穩(wěn)定在0～5℃時牧草開始返青［7］，此時溫度越高越有利于草地植物的順利返青和早期生物量的積累。因此，春季（3－5月）溫度通過影響牧草返青來影響產(chǎn)量，是重要影響因子之一。同樣，3－9月氣溫也顯著影響牧草產(chǎn)量，這與川西藏區(qū)高原高寒草原區(qū)熱量低有關(guān)。與內(nèi)蒙等干旱草原區(qū)不同，川西北海拔高，年均溫很低，降水量相對豐富，加上持續(xù)降水會使局部氣溫降低，溫度偏高的年份植被生長較好，這與李英年和王杰［20］研究高寒草甸牧草產(chǎn)量與氣象因子關(guān)聯(lián)程度結(jié)果一致。

2.5 降水、氣溫與牧草產(chǎn)量的定量分析

通過上述分析，選出對牧草產(chǎn)量影響較大的不同時段幾個氣候因子進行多元回歸分析，回歸方程為：

式中，R6－8為6－8月降水量，R6－9為6－9月降水量，T3－5為3－5月溫度?；貧w結(jié)果顯示，6－9月降水每增加1 mm，牧草干草產(chǎn)量增加17.1 kg·h m－2，3－5月氣溫每增加1 ℃，干草產(chǎn)量增加585.1 kg·h m－2。

表5 各縣不同時段溫度與牧草干產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)（ρ或r）Table 5 Correlation coefficient of temperature and forage yield at different period（ρor r） kg·h m－2

圖2 2006－2013年主要牧區(qū)縣3－5月月均溫與產(chǎn)量Fig.2 Aver age monthly temperature of March－May and yield in major pastoral counties from 2006 to 2013

3 結(jié)論

1）春季溫度是川西高寒草原區(qū)牧草生長的重要影響因素之一，溫度升高，冰雪消融，牧草能順利返青，牧草總產(chǎn)量隨3－5月氣溫升高有增加的趨勢。川西北較高的海拔使全年溫度普遍很低，生長季（3－9月）溫度對牧草產(chǎn)量同樣也為正相關(guān)關(guān)系。

2）夏季降水對川西高寒草原區(qū)牧草影響顯著。這一時期雨熱同期，植物葉面積變大，蒸騰作用加大，加上氣溫升高，土壤水分蒸發(fā)快，是草地植物旺盛生長期，植物需水量達到整個生育期高峰，此時降水作為天然草原水分的最主要來源，對牧草生長影響最大。各時段降水量對牧草產(chǎn)量相關(guān)性強弱順序為6－9月＞6－8月。

3）由于地理位置的差異、地形的復(fù)雜以及植物生長階段對水熱需求不同，各縣降水量、溫度與產(chǎn)量相關(guān)性差異較大；同一個縣不同時段雨熱與牧草產(chǎn)量相關(guān)性差異也很大。

4）6－9月降水量每增加1 mm 和3－5月平均氣溫每增加1 ℃，牧草干草產(chǎn)量分別增加17.1 和585.1 kg·h m－2。溫度變化產(chǎn)量的增加量較降水量的大，這可能與年降水量較為充足的川西北高寒草原區(qū)對溫度變化的響應(yīng)更為敏感有關(guān)。

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