全 文 ：第 l0卷 第 3期
2 0 0 2年 9月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eeo—Agriculture
VOl 10 N()3
Sept ， 2002
中国北方地区牧草气候生产力及主要限制因子
郭建平 高素华 刘 玲
(中国气象科学研究院 北京 100081)
摘 要 计 算 了我 国北 方 地 区牧 草 的气候 生产力 ，并 分 析 了影 响 气候 生 产力 的 主要 气候 因子 。 结果 表 明 ，我 国 北
方地 区牧草 气候 生 产力 的分 布 趋势 由东 向西 、由南 向北逐 渐 降低 ，最 低 值 < 2000kg／hm ，而 最 高 值 >3万 kg／hm ，
最高 值 与 最低 值 间相 差 15倍 以上 。 指 出影 响牧 草 生长 的主 要 气候 因 子是 干 旱 ，人工 牧 场 有 广 阔 的发 展 前景 ；在 退
耕还 林 过 程 中必须 将退 耕 退 出 的水 资 源返 还 到牧 业 (林 业 )中去 ，以保 证牧 业 (林 业 )生产 的持 续 、高 效 、稳定发 展。
关 键词 北 方地 区 牧 草 气候 生产 力 限制 因子
Climatic productivity of forage grass and its restricting factors in north region of China．GUO Jian—Ping，GAO Su’Hua，
LIU Ling(Chinese Academy of Meteorological Sciences，Beijing 100081)，CJEA，2002，10(3)：44～46
Abstract The climatic productivity of forage grass is calculated and the main restricting factors of im pacting the climatic
productivity are analyzed in north region of China The results show that the distribution tendency is decreasing gradually
from east to west and from muth to north．The lowest value is smaller than 2000kg／hm ，but the highest value is higher
than 30000kg／hm The difference between the highest and the lowest is more than 15 times．Drought is the main cli—
matic factor to influence the forage grass growth．So，developing artificial pastureland has a good prospect In the cropland
shifting for tree planting，we have to put the water resource from cropland shifting into stock‘raising (forest)to guarantee
stock—raising(forest)production to be sustainable，high effective and stably developed．
Key words North region of China，Forage grass，Climatic productivity，Restricting factor
本文所指 的中 国北方地 区主要包括 内蒙古 、河北 、北京 、天 津 、山西 、陕 西 、甘肃 、宁夏 、青 海和新 疆 10个
省 (区)、市 ，该 区是我 国主要 干旱 、半 干旱地 区 ，也是我 国 比较重要 的牧业生 产地 区 。在草 原生态系统 中一般
用年均气温 或年降水量 的 Miami模 型计 算草地 的温度生产 力和 降水生 产力 ，然 后取其 最小 者作为该 地 区的
牧 草气候生 产力 。也有研究 在该计算 的基础上再应用 一些 统计模 型计 算更 多数 值 ，然后 取其 最小 值作为
气候生产力 。本研究分析发现上述的大部分模式都是单因子模式 ，而事实上影响草地气候生产力的因素
很多 ，是光 、温、水以及土壤等诸多环境因子综合影响的结果。因此 ，有必要利用一个综合上述诸多要素的通
用模式来计 算 ，其结果才能综合 反映各要 素的综 合影 响 ，且有 利于不 同地 区的 比较 。
1 研 究 方 法
牧 草大多属于 禾本科 和豆科类 ，也有 一些 属于灌木 类等 ，因此本研 究在计算牧 草的气候生产力 时可借鉴
农作物气候生产力的有关模式作一些修正即可 ，其计算公式为 ：
Y=kD,e~(1一a)(1～ )(1一10)(1一)，)(1一∞)(1～7) (1一 )I1 sq F(L)＼：[Q F (T)F，(R)](1)
式中，y为牧草气候生产力(kg／hm )， 为单位换算系数(10000)，力为作物固定 c 能力的比例(0．95)，￡
为光合有效辐射 占太阳总辐射的比例(0．42)， 为光合作用量子效率(0．224)，a为植物群体反射率(0．10)，
I9为植物繁茂群体透射率 (0．04)，P为非光合器官截 获辐射 比例 (0．10)，)，为超过光饱 和点 的光 比例
(0．03)，∞为呼 吸消耗 占光合产物 的 比例 (0．30)，7为牧 草的 含水率 (干草 0．10，鲜草0．60)， 为植 物无机灰
份比例 (0．08)， 为 经济 系数 (0．65)，q为 单 位干 物 质含 热 量 (17．77MJ／kg)，F(L)为 叶 面 积 订 正 系 数
(0．60)，Q，为各时段 的太 阳总辐 射 (MJ／m )，F (T)为 热 量订 正 函 数 ，F，(R)为 水 分订 正 函数 。F，(T)和
F．(R)分别用下式计算 ：
F (T)=[(T 一T ，)(丁 一了’ )。]／[(T。 一T )(T ，一T。，) ] (2)
* 国家重点基础发展规划项 目(G1999043407)资助
收稿 日期：2001—12-25 改回日期：2002‘03—06
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第 3期 郭 建 平等 ：中 国北 方地 区牧 草 气候 生 产 力 及主要 限制 因子
B (Tz，一To )／(To，一T ，) (3)
式 中 ， 为 时段 的平均 气温 ，T ，、T ，和 T。，分别为 时段内牧草 生长发 育 的下 限温 度 、上 限温度 和最适 温
度 ，分别取 0℃ 、35℃和 20℃ 。
FJ(R) 1一【△ 【／(是× ) (4)
式 中，△w，=R 一 ，wj= ×E ，R，为 时段 的降水 量 (Film)，w，为该 时段 牧 草 的理论 需 水 量 (mm)，
△w 为该 时段 的水 分盈 亏额 (mm)， 为与 径流有 关 的参 数 ，E 为 时 段 的可 能蒸 发力 ，采用 FAO最 新推
荐 的方法计 算 。。
2 结果与分析
2．1 牧草气候生产力区域分布
图 1为北方地 区牧 草干草气候 生产力 的区域分布 ，由图 1可知新疆维吾 尔 自治 区绝 大部 分地 区 、甘肃省
西北部地 区的敦煌 、玉 门镇 、酒 泉 、民勤等 地 、青海省西部部 分地 区以及 内蒙古 自治 区西部地 区的气候 生产力
较低 ，在 l万 kg／hm 以下 ；其 中新疆 塔里 木盆 地 四周 以及 青
海省冷 湖 地 区 为 该 区 牧 草 气 候 生 产 力 的最 低 区 ，在 2000
kg／hm 以下 ；内蒙 古 自治 区其 他 大部 分地 区 、青海 省 中部 地
区 、宁夏 回族 自治 区大部 分地 区以及 北京 、天津 、河 北 省部 分
地 区在 1～2万 kg／hm 之间 ；内蒙古 自治 区东南部 的鲁北 、林
东 、林 西 、通 辽 、多伦及赤 峰等 地 ，河 北省 大 部分 地 区 ，山西 和
陕西省 大部 分地 区 ，甘肃省 南半部地 区及青海省 东部 的西 宁 、
同德等地 气候生 产力均 在 2～3万 kg／hm 之 问 ，是该 区气 候
生产力 的高值 区。从 、的分布趋 势 来看 ，牧 草 气候 生 产力 由
东 向西 、由南往北 逐渐减小 ，这种 分布趋势 与温度和 降水 的分
布基本一 致 。鲜草气候 生产力 与干草气候 生产力在计 算时仅
在水分 含量上发生 变化 ，因此其分 布趋 势与干 草完全一致 ，仅
在数值上 有一定差异 。
2．2 牧草气候生产力的主要限制因子
图 1 干草 气 候生 产 力 (kg／hm )的 分布
Fig 1 The distribution of dry grass productivity
影 响牧草生长 的因素除 土壤 因子外 ，主要是受 气候条 件 的影响 ，即光 、温 、水 的影 响 ，同时光 、温 、水 也影
响着土壤 质量 。故 本研 究在分析 影响牧 草 气候 生 产力 的 主要 因子 时仅 分析 气候 要 素 ，即光 、温 、水 的影 响。
图 2为该 区≥0℃期 间的太 阳总辐 射 ，由图 2可知 内蒙 古 自治 区东北 部地 区和青海 省南部地 区由于牧草生长
季 较 短 ，太 阳 总
辐 射 较 低 ，一 般
不 足 4000 m ，
南疆 、甘肃省敦煌
和玉 门镇 等 地 及
青海 省 小 部 分 地
区太 阳总 辐 射 较
高 ，在 5000 ／I
以上 ，其他大部分
地 区 在 4000～
5000 ／ 之 间，
太 阳辐 射 的影 响
图 2 牧 草 生长 季太 阳辐 射 (Ma／m )的 分布
Fig．2 The distribution of radiation in growth
season of forage grass
图 3 热 量订 正 系数 累 积分 布
Fig．3 The distribution of thermal correction
coefficient accum ulation
实际也是牧 草生长季 长短 的影 响 。为 能 体 现热 量 条件 与 生 长季 长 短 的综 合 影 响 ，本 研 究采 用 F(T)的累
加值来分析其 对牧草 气候生产力 的影响 ，这既反 映 热 量 强 度 的 影 响 ，也 能 分 析 热 量 的 累 积 效 应 。 图 3为
F(T)累积值 的 区域 分布 ，由图 3可 知内蒙古 自治 区东北部地 区 、青海省 大部 分地 区 由于 温度低 、生 长季短 ，
F(T)累积值相对较 小 ，一般 不足 5；而新疆 塔里木盆 地 四周 、吐鲁 番 和哈密 等地 由于夏 季温度过 高 ，已远 超
过牧草所需 的适宜温度 ，故牧 草生长季较 长 ，温度 高 ，其 F(T)累积值一般 均在 7左右 ；北 京 、天津 地 区、河北
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中 国 生 态 农 业 学 报 第 l0卷
省 南半部 地区 、陕西 省南半部 地区 、山西省南半部 地区 以及甘 肃 省部分 地 区温 度条件 适 宜 ，其 F(T)累积值
一 般也 超过 7，其 中陕西 和甘肃省南部 部分地 区超过 8，为 F(T)累 积值 的高值 区。图 4为该 区 F(R)累积
值 的区域 分布 ，由图 4可知南疆 、青海 省东北部地 区 、甘 肃省北 部地 区 、内蒙 古 自治 区西部 地 区水分 奇缺 ，其
图 4 水 分订 正 系数 累 积分 布
Fig．4 Fhe distribution of water correction
coefficient accum ulatiom
*图 3和 图 4中数据 为 F(T)和 F(R)各 月数值 之 和
F(尺)累积值小 于 l；北 疆 大部 分地 区 、内蒙 古 自治 区 中部地
区 、宁夏 回族 自治 区部分地 区 的 F(尺)累积值 在 l～3之 间 ，
水分条件也不 太好 ；内蒙古 自治 区东 部 、北 京 、天津 、河 北 省 、
山西省北半 部 、陕 西省北部 、甘肃 省部分地 区及 青海 省东南部
地 区的 F(尺)累积值在 3～5之 间 ，水 分 条件 较好 ；水 分 条件
最好的地 区山西省南部 、陕西 省南部 、甘肃省南部 的 F(尺)累
积值均大 于 5。由此 可知 ，总体 影 响我 国北 方 牧 草生 长 的气
候 因子是水 分条件 ，水 分不足 严重 限制 了该 区牧 业 生产 的发
展 ，但 其影响程 度各地有较大 差别 ，新 疆 、甘 肃省北部 、青海省
西北部地 区 、内蒙古 自治 区西 北大部 地 区 [F(尺)累积值 小于
3的地 区]热量 条件相对较 好 ，但 水分 条件 十分不 利于牧 草 的
生长发育 ，在该 区如有 条件应 大力发 展人 工草场 ，增强灌溉能
力 ，牧草 的潜力 (实 际生 产力也一样 )将 能提高数倍至数 十倍 。
内蒙古 自治 区北部地 区(47。N 以北 )热 量条 件 和水分 条 件 的
影响相当，在该区发展灌溉牧场 ，其生产能力也将成倍提高。内蒙古 自治区的其他地区、北京、天津、河北省、
陕西省和山西省中南部 、甘肃省南部部分地区及青海省东南部地区干旱的影响仍 占主导地位，发展灌溉牧场
可提 高其牧草潜 力 2倍 以上 ；该 区南 部 的其他地 区热量条件 和水分条 件均 较其他地 区要 好 ，但水 分条件仍 限
制 了牧草潜力 的提 高 ，若有 充足 的水分 资源 ，该 区牧草 的生 产力仍可 提高近 l倍。
3 小结与讨论
我国北方地区 l0省(区)、市牧草气候生产力的分布趋势总体由东向西 、由南往北逐渐降低 ，高值区位于
陕西 省 、山西省和甘肃 省南部地 区 ，气候生产 力接近 3万 kg／hm ，而低值 区位 于新疆塔 里木 盆地和 青海 省西
北部 地区 ，其气候生产 力<2000kg／hm ，最大值 和最低 值之 间 相差 l5倍 以上 。影 响我 国北方 地 区牧 草气候
生 产力 的主要 气候 因子是 干旱 ，干 旱危害严 重影 响该 区牧业 生产 的发 展 。若大力 发展人工牧场 ，加强灌溉草
场的建设 ，新疆 、甘肃 省(区)北部和青 海省西北部地 区 、内蒙古 自治 区西 北大部 分地 区牧 草 的潜 力将 提高 数
倍 至数 十倍 。 内蒙古 自治区北部地 区生产能力也将 成倍 提高 。 内蒙 古 自治 区的其他 地 区 、北 京 、天津 、河北
省 、陕西省和 山西 省中南部 、甘肃省南 部部分地 区及青海省东 南部地 区潜力 可提高 2倍 以上 。受气候 资料所
限，在人烟稀少的沙漠地区(如塔里木盆地)尚无充足的资料计算 ，这些地区降水更少 ，其气候生产力将更低。
该 区域 中大部分地 区 目前仍 以农业生 产为主 ，牧业生产 为辅 ，农 作物生产 的经济效益 相对 比畜牧业生 产的经
济效益 高 ，尤 其是平原地 区仍应 以发展农作 物生产 为主 ，而丘 陵 山区以及水土流失严 重 的地 区应大 力加强 与
发展牧业 和林业生产 ，以保 持生态平衡 ，维护农 (林 、牧 )业生产 的持续稳定发 展 。由此 可知 ，天然 牧场的气候
生产力仍 很低 ，而发展灌溉 牧场 的潜力 十分 巨大 。因此 ，在退 耕还林过程 中必须将退 耕退 出的水资源 也返还
到牧业 (林业 )中去 ，以保证 牧业 (林 业 )生 产 的稳定 、高效和 持续发展 。
参 考 文 献
1 杨正 礼 ，杨改 河 中国高寒 草地 生产 潜力 与载 畜量 研究 资 源科 学 ，2000，22(5)：72～77
2 高素 华主 编 中国 三北地 区农 业气候 生 产潜 力开 发利 用对 策研究 北 京 ：气 象 出版社 ，1995 170～174
3 郭 建平 ，高素 华 ，潘 亚茹 东北 地 区农业 气候 生产 潜力 及其 开发 利用 对策 气象 ，1995，21(2)：3～9
4 毛 飞 ，张光 智 ，徐 祥德 参 考作物 蒸散 量 的多种 计算 方法 及其 结果 的 比较 应用气 象 学报 ，2000，11(增刊 )：128～136
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