韓有香，劉彩紅，李國山

（1青海省果洛州久治縣氣象局，青海果洛 814499；2青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810001；3青海省氣候中心，西寧 810001；4青海省果洛州達(dá)日縣氣象局，青海果洛 814299）

0 引言

青海省是中國的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，屬于全國五大牧區(qū)之一?？衫貌莸卣既⊥恋孛娣e的47%，主要集中于青南高原、祁連山地和柴達(dá)木盆地東南部邊緣山地。草地類型主要有高寒草甸、高寒草原類、高寒荒漠草原類和溫性草原類[1]。草地是中國陸地上面積最大的生態(tài)系統(tǒng)，是生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)[2]。植被作為聯(lián)接陸地土壤、水體和大氣之間物質(zhì)循環(huán)和能量交換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在地表能量交換、水分循環(huán)和碳氮循環(huán)過程中起著至關(guān)重要的作用[3]。植被是表征生態(tài)環(huán)境變化的綜合指示器，研究植被時空變化及其對氣候變化的響應(yīng)一直是國內(nèi)外全球變化研究的重要內(nèi)容[4-5]。在氣候變化和人類活動的影響下，近幾十年來三江源區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)生了顯著變化，主要存在草地退化和沙化嚴(yán)重、濕地遭破壞、冰川退縮、水土流失日益嚴(yán)重等問題[6-7]。青藏高原的草地生態(tài)系統(tǒng)不僅是發(fā)展當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)、提高牧民生活水平的重要基礎(chǔ)，而且對生物多樣性保護(hù)、水土保持等維護(hù)生態(tài)安全方面有著重要意義[8]。近年來，由于青藏高原對氣候變化的強(qiáng)烈響應(yīng)以及人類活動的影響，高寒生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了一定程度的退化現(xiàn)象。這些使得對青海省草地牧草的研究成為一個迫切的實(shí)際問題，尤其是牧草產(chǎn)量，牧草產(chǎn)量下降會導(dǎo)致載畜量的下降，而牲畜數(shù)量增多或者不變將直接導(dǎo)致過度采食，從而破壞植被，最終導(dǎo)致草地退化，引起一系列生態(tài)問題。

目前，國內(nèi)學(xué)者在這方面做了大量的研究。張穎等[9]研究發(fā)現(xiàn)，三江源草地覆蓋度呈現(xiàn)明顯的空間差異，具有西北低東南高的特征。沃笑等[10]研究了三江源地區(qū)植被凈初級生產(chǎn)力發(fā)現(xiàn)三江源生長季凈初級生產(chǎn)力由東南向西北逐漸遞減，4—8月的凈初級生產(chǎn)力呈現(xiàn)增加再減少的趨勢，7月最高。張雅嫻等[11]研究三江源草量與降水量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)2006—2013年產(chǎn)草量呈現(xiàn)增加的趨勢，對產(chǎn)草量影響最重要的降水月份是前一年10月，其次是當(dāng)年4和5月。郭連云[12]研究三江源區(qū)高寒草原土壤濕度變化及與氣候因子的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)牧草抽穗期、枯黃和全生育期的土壤濕度與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)，高寒草原牧草生長季土壤濕度的增加有利于草地植被的生長。楊英蓮等[13]研究發(fā)現(xiàn)，牧草產(chǎn)量和MODIS EVI之間存在較高的相關(guān)性。趙靜等[14]研究發(fā)現(xiàn)，三江源環(huán)境變化存在顯著區(qū)域特征。李輝霞等[15]研究發(fā)現(xiàn)區(qū)域尺度上，三江源地區(qū)2001—2010年植被生長呈好轉(zhuǎn)趨勢，植被增長從東南向西北遞減；在10年時間尺度上，氣候變化是影響植被生長的決定性因素。肖桐等[16]研究了近20年青海三江源的植被生產(chǎn)力的變化，三江源地區(qū)自生態(tài)系統(tǒng)工程實(shí)施以來NPP有了明顯的回升。趙志平等[17]研究發(fā)現(xiàn)，青海三江源區(qū)果洛藏族自治州的草地生產(chǎn)力改善，家畜年末存欄數(shù)上升，家畜年末存欄數(shù)與植被NDVI呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)。

因此，在這種氣候變化的大背景下，研究三江源地區(qū)牧草生長情況的比較多，未見對整個青海省天然牧草生長及其影響因子情況的研究。因此，為了更好地了解青海省氣候變化對牧草的影響，本研究主要用氣象因子（氣溫、降水和地溫等）的月值或月累計值進(jìn)行分析，研究牧草生長季中牧草與氣象因子的關(guān)系，以期為提早確定牲畜承載量、合理安排畜牧業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)等提供科學(xué)的參考依據(jù)[18-22]。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

青海省位于中國西部，是青藏高原上的重要省份之一，雄踞世界屋脊青藏高原的東北部。地理位置介于東經(jīng)89°35′—103°04′、北緯31°9′—39°19′之間，總面積7.2×105km2，大部分地區(qū)海拔在3000～5000 m之間，西高東低，西北高中間低，青海北部和東部同甘肅省相接，西北部與新疆維吾爾自治區(qū)相鄰，南部和西南部與西藏自治區(qū)毗連，東南部與四川省相望。青海屬于高原大陸性氣候，具有氣溫低、晝夜溫差大、降雨少而集中、日照長、太陽輻射強(qiáng)等特點(diǎn)。

1.2 資料來源

利用青海省氣象局信息中心20個生態(tài)監(jiān)測站（班瑪、達(dá)日、甘德、久治、瑪多、瑪沁、剛察、海晏、河南、囊謙、祁連、清水河、曲麻萊、天峻、同德、托勒、沱沱河、興海、雜多和澤庫）2003—2017年牧草6月、7月和8月牧草的高度、覆蓋度、產(chǎn)量、返青期、枯黃期以及氣象要素的觀測資料，求取6月、7月和8月牧草的高度、覆蓋度、產(chǎn)量、返青期、枯黃期的平均值，代表整個青海牧草的生長情況。全省生態(tài)監(jiān)測站的分布情況見圖1。

圖1 青海省生態(tài)監(jiān)測站點(diǎn)分布圖

1.3 分析方法

采用線性傾向估計法[23]描述牧草的高度、覆蓋度、產(chǎn)量、返青期和黃枯期的氣候變化趨勢，并對趨勢系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，用SPSS做相關(guān)性分析。

2 牧草生長季的變化特征分析

2.1 牧草高度的變化趨勢

6月牧草的平均高度為8 cm，由圖2可知，6月牧草的高度呈增加的趨勢，其速率為2.08 cm/10 a，通過α=0.001的顯著性檢驗(yàn)。其中，河南、興海和澤庫的牧草高度以-1.75、-1.43、-2.82 cm/10 a的速率呈降低趨勢；同德的牧草高度以8.46 cm/10 a的速率增加最快，雜多的牧草高度以0.27 cm/10 a的速率增加最慢，其他生態(tài)監(jiān)測站的牧草以0.39～7.50 cm/10 a的速率呈增加趨勢（表1）。

表1 2003—2017年各站牧草高度傾向率 cm/10 a

7月牧草的平均高度為15 cm，由圖2可知，7月的牧草高度呈增加的趨勢，其速率為3.30 cm/10 a，通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。其中，河南、興海和澤庫的牧草高度分別以-5.43、-1.14、-1.57 cm/10 a的速率呈降低趨勢；祁連的牧草高度以10.54 cm/10 a的速率增加最快，甘德的牧草高度以0.96 cm/10 a的速率增加最慢，而其他生態(tài)監(jiān)測站的高度以1.29～9.18 cm/10 a的速率呈上升趨勢。

8月牧草的平均高度為16 cm，由圖2可知，8月牧草的高度呈增加的趨勢，速率為2.36 cm/10 a，通過了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)。其中，剛察、海晏、河南、天峻和澤庫的牧草高度分別以-0.54、-1.60、-10.57、-3.04、-3.11 cm/10 a的速率呈降低趨勢；祁連的牧草高度以14.04 cm/10 a的速率增加最快，興海的牧草高度以1.07 cm/10 a的速率增加最慢，其他監(jiān)測站的牧草高度以1.11～9.04 cm/10 a呈升高趨勢。

圖2 青海省2003—2017年牧草高度變化曲線

由此可見，牧草的高度在各個月中的變化趨勢不一致，而且7月牧草的高度增加速度大于6月和8月牧草高度的增加速率。

2.2 牧草覆蓋度的變化趨勢

6月牧草的平均覆蓋度為78%，由圖3可知，6月牧草覆蓋度以4.14%/10 a的速率呈上升趨勢，通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。其中，達(dá)日、甘德、剛察、清水河、曲麻萊、興海和澤庫的覆蓋度以-6.48%、-13.75%、-3.57%、-16.71%、-6.79%、-4.11%、-4.29%/10 a的速度呈減少的趨勢；同德的牧草覆蓋度以34.29%/10 a的速率增加最快，瑪多的牧草覆蓋度以0.54%/10 a的速率增加最慢，其他監(jiān)測站牧草的覆蓋度以1.39%～26.0%/10a的速度呈增加趨勢（表2）。

圖3 青海省2003—2017年牧草覆蓋度變化曲線

表2 2003—2017年各站牧草覆蓋度傾向率 %/10 a

7月牧草的平均覆蓋度為85%，由圖3可知，7月牧草的覆蓋度以4.88%/10 a的速率呈增加趨勢，通過了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)。其中，達(dá)日、甘德、剛察、河南、囊謙、清水河、曲麻萊和澤庫的覆蓋度以-4.89%、-2.32%、-0.89%、-3.30%、-0.96%、-8.86%、-1.75%、-3.36%/10 a的速度呈降低趨勢；托勒的牧草覆蓋度以26.11%/10 a的速率增加最快，班瑪?shù)哪敛莞采w度以1.25%/10 a的速率增加速率最慢，久治和興海的覆蓋度無變化，其他地區(qū)的牧草覆蓋度以3.25%～25.7%/10 a的速度呈增加趨勢。

8月牧草的平均覆蓋度為85%，由圖3可知，8月牧草的覆蓋度以3.45%/10 a的速率呈增加趨勢，通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。其中達(dá)日、甘德、剛察、河南、清水河、曲麻萊和澤庫的牧草覆蓋度以-3.31%、-6.21%、-4.43%、-0.29%、-7.96%、-10.36%、-1.86%/10 a呈降低趨勢；同德牧草的覆蓋度以21.07%/10 a的速率增加最快，囊謙的牧草覆蓋度以0.07%/10 a的速率增加最慢，久治的覆蓋度無變化，其他地區(qū)的牧草覆蓋度以2.68%～18.32%/10 a呈增加趨勢。

由此可見，青海省20個站的牧草的覆蓋度各不相同，每個月中的變化趨勢也不同，7月牧草的覆蓋度變化最大。

2.3 牧草產(chǎn)量的變化趨勢

從整體來看6—8月牧草的產(chǎn)量均呈增產(chǎn)趨勢。6月牧草的平均產(chǎn)量為2375.66 kg/hm2。由圖4可以看出，6月牧草的產(chǎn)量以16.78 kg/(hm2·a)的速度呈增產(chǎn)趨勢，未通過顯著性檢驗(yàn)。其中，剛察、河南、瑪多、清水河、托勒、沱沱河、雜多和澤庫地區(qū)的牧草產(chǎn)量分別以 -7.07、-19.40、-7.34、-17.68、-3.06、-20.20、-104.38、-167.30 kg/(hm2·a)的速度呈減產(chǎn)的趨勢（表3）；海晏的牧草產(chǎn)量以132.03 kg/(hm2·a)的速率增產(chǎn)最快，達(dá)日牧草的產(chǎn)量以2.99 kg/(hm2·a)的速度增產(chǎn)最慢，而其他地區(qū)的牧草產(chǎn)量以7.45～116.95 kg/(hm2·a)的速度增產(chǎn)。

表3 2003—2017年各站牧草產(chǎn)量傾向率 kg/(hm2·a)

7月牧草的平均產(chǎn)量為4324.85 kg/hm2，由圖4可以看出，7月牧草的產(chǎn)量以7.78 kg/(hm2·a)的速度呈增產(chǎn)的趨勢，未通過顯著性檢驗(yàn)。其中，達(dá)日、剛察、久治、托勒、沱沱河、興海、雜多和澤庫的牧草產(chǎn)量以-193.92、-54.54、-166.82、-110.20、-54.27、-3.91、-121.11、-231.16 kg/(hm2·a)的速度呈減產(chǎn)趨勢；祁連的牧草產(chǎn)量以193.66 kg/(hm2·a)速度呈增產(chǎn)最快，曲麻萊的牧草產(chǎn)量以2.25 kg/(hm2·a)的速度增產(chǎn)最慢，而其他站的產(chǎn)量以33.43～179.68 kg/(hm2·a)的速度呈增產(chǎn)的趨勢。

8月牧草的平均產(chǎn)量為4390.08 kg/hm2，由圖4可以看出，8月牧草的產(chǎn)量以-3.59 kg/(hm2·a)的速度呈減產(chǎn)的趨勢，未通過顯著性檢驗(yàn)。其中，海晏、河南、瑪多、瑪沁、囊謙、祁連、清水河、天峻和同德的牧草產(chǎn)量以 166.36、111.72、43.98、55.71、127.66、263.68、5.14、113.79、57.27 kg/(hm2·a)的速度呈增產(chǎn)的趨勢；雜多的牧草產(chǎn)量以-205.71 kg/(hm2·a)的速度減產(chǎn)最快，沱沱河的牧草產(chǎn)量以-4.34 kg/(hm2·a)的速度減產(chǎn)最慢，其他站的產(chǎn)量以-183.70～-11.30 kg/(hm2·a)的速率呈減產(chǎn)趨勢。

圖4 青海省2003—2017年牧草產(chǎn)量變化曲線

由此可見，20個生態(tài)監(jiān)測站每個月的牧草產(chǎn)量不同，而且每個站的變化趨勢不同。

2.4 牧草返青期和枯黃期變化趨勢

牧草返青期和枯黃期是牧草生長的一個重要的指標(biāo)，為資料的統(tǒng)一性，以每年4月1日作為第1天，計算牧草進(jìn)入返青期所需的天數(shù)，枯黃期從每年8月1日作為第1天起算至枯黃期所需的天數(shù)。

由圖5a、表4可知，青海牧草的返青期以-0.65 d/10 a的速率呈提前的趨勢，其中班瑪、甘德、海晏、久治、瑪沁、囊謙、清水河、天峻、同德和沱沱河牧草的返青期以-12.79～-1.07 d/10 a的速度呈提前的趨勢，同德的牧草返青期提前速度最慢，海晏牧草的返青期提前速度最快；剛察、河南、瑪多、祁連、曲麻萊、托勒、興海和澤庫的牧草返青期以2.36～12.64 d/10 a的速度呈推后的趨勢，祁連牧草的返青期推后的速度最快，曲麻萊的牧草返青期推后的速度最慢。

由圖5b、表4可知，牧草枯黃期以0.10 d/10 a的速度呈推遲的趨勢，其中瑪多、囊謙、祁連、曲麻萊、托勒和沱沱河地區(qū)的牧草枯黃期以-9.29～-0.68 d/10 a的速度呈提前趨勢，曲麻萊牧草的枯黃期提前最快，托勒牧草的枯黃期推遲最慢；班瑪、甘德、剛察、海晏、河南、久治、瑪沁、清水河、天峻、同德、興海和澤庫的牧草枯黃期以0.25～11.11 d/10 a的速度呈推遲的趨勢，久治牧草的枯黃期推遲最快，班瑪?shù)哪敛菘蔹S期推遲最慢。

表4 2003—2017年生態(tài)監(jiān)測站牧草返青期和枯黃期傾向率 d/10 a

圖5 青海省2003—2017年牧草返青期和枯黃期變化曲線

由此可見，整體上青海省牧草的生長期延長。其中，班瑪、甘德、久治、瑪沁、海晏、清水河、天峻和同德地區(qū)的牧草生長期延長，其他地區(qū)的牧草生長期縮短。

2.5 氣象因子對牧草生長的影響

影響牧草生長的氣象因子比較多，本研究選取具有代表性的3個生態(tài)監(jiān)測站（沱沱河、甘德和天峻）來分析氣象因子對牧草生長的影響。

沱沱河地區(qū)6月下旬氣溫和8月風(fēng)速與牧草高度顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.81和0.82；冬季氣溫和冬季5～15 cm地溫與覆蓋度顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.82、-0.76、-0.76和-0.74，5月中旬氣溫與覆蓋度正相關(guān)，系數(shù)為0.78；4月蒸發(fā)與枯黃期正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.72，夏季15 cm與枯黃期負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.75。甘德地區(qū)牧草高度的主要因子是6月≥10℃的積溫，相關(guān)系數(shù)為0.80。影響覆蓋度的主要因子為9月蒸發(fā)、2月風(fēng)速，相關(guān)系數(shù)分別為-0.77和0.76。2月下旬降水與返青期顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.70。秋季最低氣溫與枯黃期顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.76。天峻地區(qū)牧草高度與2月0 cm地溫和9月≥0℃的積溫顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.85和0.70；2月氣溫與覆蓋度顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.82；5月0 cm地溫和2月≥0℃的積溫與返青期正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.64和0.65；4月相對濕度和秋季最低氣溫與枯黃期顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.72和0.71，其他的氣象因子均對牧草有不同程度的影響。

3 討論

3.1 熱量條件對牧草生長期的影響

陳海蓮等[24]發(fā)現(xiàn)，牧草返青期的主要因素是熱量條件，牧草返青期提前，黃枯期推遲，生長期延長。郭連云等[25]發(fā)現(xiàn)青海湖北岸地區(qū)的牧草返青期、抽穗期、開花期和成熟期逐年提前，但枯黃期卻逐年延遲。徐維新等[26]發(fā)現(xiàn)近20年青藏高原東北部牧草生育期北部推遲南部提前的特征明顯。南部的三江源區(qū)域返青、開花與黃枯期總體呈顯著提前趨勢。郭連云等[27]發(fā)現(xiàn)西北針茅返青期、抽穗期、成熟期和黃枯期均呈逐年提前的變化趨勢，其中黃枯期提前趨勢顯著，牧草開花期則呈延遲趨勢。雷占蘭等[28]認(rèn)為，隨著1976—2007年青海省氣候的變化，垂穗披堿草的整個生育期延長。垂穗披堿草的返青期、成熟期和枯黃期都呈現(xiàn)延遲趨勢，其中枯黃期延遲趨勢顯著。這與本研究中牧草的返青期提前、枯黃期推遲、生長期延長的結(jié)論相一致，但該研究中未考慮牧草的開花期等。

3.2 降水量對牧草高度、覆蓋度及產(chǎn)量的影響

陳海蓮等[24]發(fā)現(xiàn)，牧草高度有所增高，覆蓋度有不明顯減小，產(chǎn)量有所增加。張雅嫻等[11]發(fā)現(xiàn)，2006—2013年產(chǎn)草量呈現(xiàn)增加的趨勢，不同草地類型產(chǎn)草量對年降水量變化的響應(yīng)程度不同。羅振堂等[29]發(fā)現(xiàn)，高寒草地天然牧草產(chǎn)量變化的總體特征為波動中呈顯著上升趨勢。劉憲鋒等[30]發(fā)現(xiàn)近12年三江源區(qū)植被覆蓋呈現(xiàn)增加趨勢，其中長江源區(qū)、黃河源區(qū)植被均呈增加趨勢，而瀾滄江源區(qū)植被呈下降趨勢。吳喜芳等[31]研究表明，黃河源區(qū)植被覆蓋度呈由東南向西北遞減的分布格局；海拔在3000 m以下和4500 m以上地區(qū)植被覆蓋度相對較差，3000～4500 m地區(qū)植被覆蓋度相對較好；植被覆蓋度在時間變化上呈增加趨勢，但在2000年出現(xiàn)突變點(diǎn)，2000年之后增加速率約為之前的2倍。這與本研究中牧草的高度和覆蓋度呈上升趨勢相一致，6月和7月牧草的產(chǎn)量增產(chǎn)，而8月牧草的產(chǎn)量減產(chǎn)趨勢不同。

3.3 其他氣象因子對牧草生長的影響

朝格畢力格等[32]發(fā)現(xiàn)年降水量是影響阿魯科爾沁旗天然牧草產(chǎn)量最主要的因子。黃愛纖等[33]研究川西北牧區(qū)水熱條件與牧草產(chǎn)量的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，除3—5月外，總體上各時期降水與牧草產(chǎn)量存在顯著的正相關(guān)性。宋金東[34]研究表明天然牧草產(chǎn)量的高低不僅與當(dāng)年降水有關(guān)，而且和上一年冬雪量呈正相關(guān)。王有豐[35]研究表明，對于牧草產(chǎn)量的影響，旬平均氣溫大于降水量，即熱量條件＞水分條件，光照條件對牧草產(chǎn)量的影響甚微。郭連云[36]研究表明三江源區(qū)興?？h牧草返青期與日平均氣溫≥5℃的初日相一致，黃枯期與日平均氣溫≥5℃的終日相吻合；牧草返青期與黃枯期均提前，而且黃枯期的提前程度大于返青期。范青慈[37]研究表明，海南州天然草地牧草產(chǎn)量主要受降水、＞10℃積溫、載畜量3個因素的制約、干擾(F＞F0.03)，其中降水為主導(dǎo)因素，其次為載畜量，再次為≥0℃積溫。影響牧草生長的因子多是水熱條件，與本研究的結(jié)論基本一致，而且該研究中影響牧草生長的主要因子除水熱條件外，還有風(fēng)速、蒸發(fā)和2月0 cm的地溫等，而且在不同的地方影響因子各不相同。

4 結(jié)論

青海牧草返青期以-0.65 d/10 a的速率提前，枯黃期以0.15 d/10 a的速率推遲，青海省的牧草生長期延長，其中，班瑪、甘德、久治、瑪沁、海晏、清水河、天峻和同德地區(qū)的牧草生長期延長，其他地區(qū)的牧草生長期縮短。6—7月牧草的高度和覆蓋度均呈增加的趨勢，6月和7月的產(chǎn)量增產(chǎn)，8月產(chǎn)量減產(chǎn)。6月下旬氣溫、8月風(fēng)速和冬季氣溫是影響沱沱河地區(qū)牧草生長的主要因子。6月≥10℃的積溫、9月蒸發(fā)和秋季最低氣溫是影響甘德地區(qū)牧草生長的主要因子。2月0 cm地溫、氣溫和9月≥0℃的積溫是影響天峻地區(qū)牧草生長的主要因子。