【word】 玛曲草地垂穗披碱草物候变化及影响因子

【word】 玛曲草地垂穗披碱草物候变化及影响因子 玛曲草地垂穗披碱草物候变化及影响因子 第22卷第4期 2011年8月 应用气象 JOURNALOFAPPIIEDMETEOROIOGICALSCIENCE Vo1.22,No.4 August2011 王建兵,汪治桂.玛曲草地垂穗披碱草物候变化及影响因子.应用气象,2011,22(4):493—497 玛曲草地垂穗披碱草物候变化及影响因子 王建兵?汪治桂. (中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,兰卅I730020) .(甘肃省甘南州气象局,合作747000) 摘要 通过对1985--2005年玛曲草地垂穗披碱草(Elymusnb~tans)物候变化及其影响因子分析,发现玛曲草地垂穗 披碱草返青期略有推迟的趋势,推迟趋势为1.6d/10a,而抽穗,开花,种子成熟,黄枯等物候期均呈提前趋势,特别 是抽穗,开花,种子成熟期明显提前,提前趋势分别为 4.9d/10a,8.0d/10a,13.9d/10a.影响玛曲草地垂穗披 碱草返青期推迟的主要因子是秋季降水量减少,夏季气温升高是导 致玛曲草地垂穗披碱草抽穗,开花,种子成熟期 提前的主要原因,秋季暖干化趋势是导致黄枯期提前的主要原因. 关键词:玛曲草地;垂穗披碱草;物候变化;影响因子 引言 玛曲县位于甘肃省西南部,地处青藏高原东北 部,是黄河径流的主要汇集区和黄河源头至上游的 重要水源涵养和补给区,黄河在玛曲县境内干流长 约433km,境内流域面积达1.019x10km..黄河 吉迈(径流量为38.91×101TI.)至玛曲(径流量为 147x10m.)段径流量增加108.1×10.m.,占黄河 源区总径流量(184.91×10ril.)的58.7,玛曲草 原在维护黄河流域水资源和生态安全方面具有不可 替代的作用].近年来,在自然和人为因素的共同 作用下,玛曲县境内许多湿地和湖泊干涸,草原的生 产性能和生态功能大幅下降,草地退化,沙漠化发展 速度明显加快,发展程度亦在提高,成为沙漠化正在 发展区域],许多专家从气候变化的角度对玛曲草 地退化进行了分析],但关于玛曲草地牧草物候变 化的研究报道较少.为此,本研究根据玛曲农气观 测站所观测的垂穗披碱草(Elymusnutans)的观测 资料和玛曲的降水,气温,日照时数等地面观测气象 资料,分析了1985--2005年玛曲草地垂穗披碱草物 候变化及其影响因子,以期为玛曲生态环境变化的 研究提供依据. 201011-10收到,2011-05—05收到再改稿. *E—mail:wangjb—gn@163.corn 1资料与方法 1.1研究地点和资料 玛曲草地属川西藏东高原灌丛草甸区,草地类 型多样,共有高山草甸草地,亚高山草甸草地,灌丛 草甸草地,草原化草甸草地,沼泽化草甸草地,沼泽 类草甸草地6大类.其中亚高山草甸草地分布广, 面积大,是该县天然草地的主体和精华,禾本科和莎 草科牧草是该县各类草地的主要建群种和优势 种_9].玛曲农气观测站(34.00N,102.05E,拔海高 度3471.4m)所观测的草地类型属于亚高山草甸 草地,本文根据牧草代性好,观测时间长,观测连 续性好的原则,用玛曲农气观测站1985--2005年所 观测的垂穗披碱草的观测资料和同期玛曲的降水, 气温,日照时数等地面观测气象资料,对玛曲草地垂 穗披碱草的返青,抽穗,开花,种子成熟,黄枯等物候 变化特征及其影响因子进行分析. 由于玛曲草地垂穗披碱草返青期集中在4月上 旬一5月上旬,因此以4月1日为起点,如4月1O 日记为10,4月20日记为20,依次类推,建立了玛 曲草地垂穗披碱草返青期的数据资料.同样,抽穗 期以7月1日为起点,开花期以7月20日为起点,种 494应用气象第22卷 子成熟期以8月2O日为起点,黄枯期是以9月20 日为起点,建立了玛曲草地垂穗披碱草物候的数据 资料. 1.2研究方法 用趋势分析,Mann—Kendall法,相关分析,主成 分分析”等方法对玛曲草地垂穗披碱草物候变化 及其与气象因子的关系进行了分析. 文中用一次线性方程来定量描述气候倾向率, 即(f)一a.+at,则趋势变化率方程为 dy()/dt—n,将a×10称为气候倾向率,其单位 为d/10a,.C/10a或mm/10a,方程中的系数用最 小二乘法确定. 气候突变是普遍存在于气候变化中的一个重要 现象,是气候预测与模拟要考虑的重要因素. Mann—Kendall法是一种非参数统计检验方法,该方 法的优点是计算简便,而且可以明确突变开始的时 间,并指出突变区域. 2结果与分析 2.1玛曲草地垂穗披碱草物候变化的主要特征 2.1.1玛曲草地垂穗披碱草物候的变化趋势 李红梅等.发现气候变暖后,青海高原大部分 地区物候期的变化趋势是返青期和开花期提前,黄 枯期推迟.通过对玛曲草地垂穗披碱草物候变化分 析,发现返青期略有推迟趋势,而抽穗,开花,种子成 熟,黄枯等物候期均呈提前趋势,特别是抽穗,开花, 种子成熟期明显提前,均通过99信度检验(表1), 玛曲虽然与青南高原相连,但其物候期变化还是有 一 定差异. 表1玛曲草地垂穗披碱草物候期 Table1ThephenologicalofElymusnutansinMaqumeadow 物候期平均日期最早日期最迟日期年际变化趋势/(a/10a) 返青O4O80327O5291.6 抽穗O7一lOO7O2O816—4.9” 开花O72407—1508—22—8.0 种子成熟O82308110906,13.9 黄枯O9—27O9181O07—1.3 注:*表示通过95信度检验,**表示通过99信度检验. 2.1.2玛曲草地垂穗披碱草生育期的变化 通过对玛曲草地垂穗披碱草从返青到黄枯期问 日数的年际变化分析,发现玛曲草地垂穗披碱草的 生育期呈缩短的趋势,缩短趋势为3.4d/lOa,与青 南高原牧草生育期缩短的变化趋势一致”].玛曲 草地垂穗披碱草生育期的变化(图1)呈波动缩短的 趋势,在2O世纪80年代末到90年代初表现为延长 的趋势,从90年代初期到90年代末呈明显的缩短 \ 豁 皿 l9851989l9931997200l2005 年份 图1玛曲草地垂穗披碱草生育期 年际变化趋势 Fig.1Theinter-annualvariationofthegrowing seasonofElymusnutansinMaqumeadow 趋势,特别是1997年垂穗披碱草生育期比历年平均 值缩短了45d,分析发现其主要原因是当年的返青 期是5月29日,比平均日期偏迟了51d,因此导致 当年垂穗披碱草生育期缩短.而20世纪90年代末 到21世纪初垂穗披碱草生育期呈延长趋势,之后又 开始缩短. 玛曲草地垂穗披碱草各物候期的间隔日数也有 明显的变化,返青到抽穗,抽穗到开花,开花到种子 成熟期的间隔日数都呈缩短的趋势,缩短趋势分别 为6.0d/lOa(通过99信度检验),3.3d/10a, 5.3d/lOa(通过95信度检验),但种子成熟到黄 枯期间隔日数变化呈明显增加的趋势,增加趋势为 11.1d/10a(通过99信度检验). 2.1.3玛曲气候变化的主要特征 相关研究表明坫],青藏高原东北部从2O 世纪80年代末开始有明显的暖干化趋势,主要表现 在区域内年平均气温从8O年代末开始明显上升,年 平均降水量从90年代后开始明显减少,而秋季降水 量从80年代初就开始减少.玛曲年降水量呈减少 趋势,减少趋势为2.0ram/10a.玛曲春,夏,冬季 降水量呈增加趋势,增加趋势为0.7,7.2mm/ 10a,秋季降水量呈减少趋势,减少趋势为 10.0mm/10a,但都没有通过信度检验.通过 Mann—Kendall法分析发现,玛曲县各季节中只有秋 季降水量在1984年发生减少突变. 玛曲年平均气温呈明显升高趋势,气温变化倾 向率为0.34.C/10a,通过用Mann—Kendall法计算, 加m0加如们? 第4期王建兵等:玛曲草地垂穗披碱草物候变化及影响因子495 玛曲年平均气温在1996年有暖突变,1996--2005 年的年平均气温比1968--1995年的年平均气温上 升了0.9.C,杨明等[1.认为青藏高原从2O世纪7O 年代开始出现气温呈上升趋势,根据牛涛等口研 究,青藏高原全区气温在1984年发生暖突变,玛曲 年平均气温出现突变的时间晚于青藏高原发生暖突 变的时间,但其升温幅度却十分明显. 玛曲年日照时数也呈明显增加的趋势,年日照 时数的变化倾向率为39.3h/lOa,同时玛曲年日照 时数在1993年有增大突变,年日照时数发生突变的 时间略早于年平均气温发生暖突变的时间,1993— 2005年的年日照时数比1968--1992年的年日照时 数增加了165.2h. 2.2玛曲草地垂穗披碱草物候变化的影响因子 由于天然牧草生长主要受水,热条件的制约,在 诸多气象要素中,光,热,水显得尤为重要,牧草生长 必须具备一定的热量和水分条件,因此下面主要就 热量和水分条件变化对垂穗披碱草物候的影响进行 分析. 2.2.1垂穗披碱草返青的影响因子 牧草返青必须要有适宜的温度和适量的水分供 应_1引,选取日平均气温稳定通过0.C,3?的初 日[19j,3月到4月上旬(初春)降水量,秋季降水量进 行了分析,通过相关分析发现,玛曲草地垂穗披碱草 返青期与日平均气温稳定通过0.C日期呈正相关, 相关系数为0.154(未通过信度检验),与初春降水 量呈正相关,相关系数为0.384(通过9O信度检 验),与13平均气温稳定通过3?日期,秋季降水量 呈反相关,相关系数分别为一0.029和,0.205(均 未通过信度检验),即日平均气温稳定通过0.C日期 早,初春降水量多则返青期推迟,而日平均气温稳定 通过3oC日期早,秋季降水量多则返青期提前. 在分析中发现玛曲初春降水量偏多的年份垂穗 披碱草返青偏迟的现象比较明显,如玛曲初春降水 量有6年偏多,6年偏少,在6个初春降水量偏多的 年份中,有2年垂穗披碱草返青偏迟,特别是1997 年初春降水量偏多56.7%,牧草返青El期偏迟了 50d,通过计算发现玛曲初春降水量每偏多10mm, 垂穗披碱草返青期将推迟6.4d(通过99信度检 验),其原因可能是玛曲海拔高度高,初春降水量偏 多,导致积雪时间长,土壤解冻迟,从而导致垂穗披 碱草返青偏迟;在6个初春降水量偏少的年份中,有 5年正常或略有提前,只有1年迟于平均返青日期. 2.2.2垂穗披碱草抽穗,开花,种子成熟的影响因子 玛曲草地垂穗披碱草抽穗,开花,种子成熟的时 间主要在7月中旬到8月下旬,通过对玛曲草地垂 穗披碱草抽穗,开花期与7月的气温,降水量,日照, 种子成熟期与8月的气温,降水量,日照时数的关系 进行分析,发现有一个共同点,即玛曲草地垂穗披碱 草抽穗,开花期,种子成熟期都与温度成反相关,因 此气温升高是导致玛曲草地垂穗披碱草抽穗,开花, 种子成熟期提前的主要原因,同时在分析中发现影 响玛曲草地垂穗披碱草开花期提前的原因还有7月 日照时数的增加. 2.2.3垂穗披碱草黄枯的影响因子 用主成分分析方法(PcA)对9月的日照时数, 气温,日平均气温不小于5?终日和降水量(表2)等 5个气象因子进行了分析.根据主成分对应的特征 值大于1且主成分累计贡献率不小于85的原则, 提取了前两个主成分.主成分的载荷矩阵(正交旋 转后的因子载荷矩阵)见表2,载荷系数代表各主成 分解释指标变量方差的程度. 表2玛曲草地垂穗披碱草黄枯 主成分分析的主成分矩阵 Table2Thematrixofprincipalcomponentsof theElymusnutanswitheringperiodinMaqumeadow 由于第3主成分的特征值小于1,故只对前两 个主成分进行分析,第1主成分的方差贡献率最大, 为41.429,是最重要的影响因子.第1主成分主 要在日平均气温不小于5?终日,9月气温两个因子 上载荷较大,该主成分反映了影响玛曲垂穗披碱草 黄枯的热量因子,说明气温升高是影响玛曲垂穗披 碱草黄枯期提前的主要因子. 第2主成分方差贡献率为38.647,重要性与 第1主成分基本相当.该主成分在9月降水量和9 月日照时数两个因子上载荷较大,可以认为是影响 玛曲牧草黄枯的水热耦合因子. 通过相关分析发现,玛曲9月的日照时数,气 温,日平均气温不小于5?终日均与黄枯期呈反相 关,9月的降水量与黄枯期呈正相关,由于玛曲秋季 496应用气象第22卷 降水量明显减少,日照时数增加,气温升高,日平均 气温不小于5?终日呈明显推迟的趋势,出现了明 显的暖干化趋势,玛曲秋季暖于化趋势是导致黄枯 期提前的主要原因. 3结论 通过对玛曲草地垂穗披碱草的返青,抽穗,开 花,种子成熟,黄枯等物候期变化的分析,发现玛曲 草地垂穗披碱草返青期略有推迟的趋势,推迟趋势 为1.6d/lOa,而抽穗,开花,种子成熟,黄枯等物候 期均呈提前趋势,提前趋势分别为4.9d/loa, 8.0d/lOa,13.9d/lOa,1.3d/lOa,特别是抽穗, 开花,种子成熟期明显提前. 玛曲草地垂穗披碱草返青期推迟与秋季降水量 的减少有关,夏季气温升高是导致玛曲草地垂穗披 碱草抽穗,开花,种子成熟期提前的主要原因,同时 秋季的暖干化趋势是导致黄枯期提前的主要原因. 受气候变化影响,玛曲草地垂穗披碱草的物候 期在1985--2005年的2O年发生了明显变化,这些 变化对玛曲草地垂穗披碱草的品质,产量,种子质量 的影响需要进一步研究.同时由于其他牧草的观测 资料年代较短,连续性不好等原因,所以对其他牧草 的物候期没有进行分析,关于其他牧草的物候期的 变化及其对畜牧业,生态环境的影响尚需要结合遥 感及其他资料进一步研究. 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Alot ofremarkableresultsinthevariationofMaqumeadowareachievedfromtheperspectiveofclimateandeco— environment,butphenologicalvariationofthepasturegrassinMaqumeadowisntspaidenoughattention. BasedonthegrowingdataofElymusnutans(1985—20O5)attheagricultural meteorologicalstationof Maqu(102.05E,34.00N,sea—levelelevation3471.4m)andthesimultaneou sobservationmeteorologica1 factors(suchastemperature,precipitation,sunshineduration,etc)atthesameplace,therelationshipbe— tweentheElymUSnutansphenologicalvariationandthemeteorologicalfactorsisstudied,providingrefer— encefortheresearchoneco—environmentvariationofMaqumeadow. Inrecent2Oyears,theElymusnutansrecoverydateofMaqumeadowshowsadelayingtrendwiththe tendencyratioof1.6d/10a,butthedateofear,bloom,maturateandwitheredshowobviousadvancing trendswiththetendencyratiosof4.9d/10a,8.0d/10a,13.9d/10aand1.3d/10a.Thereducingof autumnalprecipitationismainimpactfactortodelayingtendencyofrecoverydate.Therisingofsummer temperatureresultsintheadvancingtrendofElymusnutansear,bloomandmaturatedateinMaqumead— OW,andthewarminganddryingtrendofautumnisthemainimpactfactoroftheadvancingElymsrill- tans.TheimpactofthesephenologicalchangesontheElymusnutansquality,yieldandthequalityof seedsneedfurtherresearch. ComparedwithElymusnutans,theobservationdurationofothergrassislessinMaqumeadow,so theirphenologicalvariationisnotanalyzed,whichrequiresfurtherresearch.Besides,theimpactofthe grassphenologicalvariationonanimalhusbandryandeco—environmentin Maqumeadowneedfurtherstudv tOO. Keywords:Maqumeadow;Elymusnutans;phenologicalvariety;impactfact ors