全 文 ：第 l2卷 第 4期
2 0 0 4年 1 0月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．12 NO．4
oct．． 2004
祁连山东部气候资源对林草恢复的影响研究*
马兴祥 薛生梁
(甘肃武威农业气象试验站 武威 733000)
张 杰 李岩瑛
(兰州干旱研究所 兰州 730020)(武威市气象台 武威 733000)
摘 要 研究祁连山东部气候资源对林木牧草生长的影响因子结果表明，降水是影响祁连山东部牧草生长关键时
段(5月下旬至 7月上旬)的主要因素，降水和热量是影响林木生长季的主要因素。并根据祁连 山东部气候资源分
布特征，提 出还林还草区域布局建议。
关键词 气候资源 林草恢复 牧草再生 种植 区划
Effect of climate resource on the grass resuming in east of Qilian Mountains．MA Xing Xiang，XUE Sheng—Liang(Ag—
ricultural Experimental Station in Wuwei City，Gansu Province，Wuwei 733000)，ZHANG Jie(Lanzhou Institute of
Drought Research，Lanzhou 730020)，LI Yan-Ying(Wuwei Meteorological Observatory，Wuwei 733000)，c』EA，2004，
12(4)：177～180
Abstract The factors of climate resource affecting the growth and development of wood and grass are studied in the east
of Oilian Mountains．The precipitation is the main factor afecting the growth and development of gras from the last ten
days of May to the first ten days of July，while the precipitation and heat are the main factors in the wood growing season．
According to the climate resource distribution feature，the suggestions about returning crop field to wood and grass land
and its distributions are put forward．
Key words Climate resource，W ood gras resuming，Gras regrowing，Planting plan
祁连山东部气候条件复杂，林草多为团块状分布，春季绿度值较高的地域多出现在山区阴坡和半阴坡，
而阳坡多为稀疏灌木和草原。本研究探讨了祁连山东部气候资源对林草恢复的影响，为该区合理退耕还林
还草提供理论依据。
1 研究区域概况与研究方法
研究区域位于祁连山东部武威市 ，地处东经 104 49 ～104。43 ，北纬 36。09 ～39。27 ，总面积 332．38万
hm ，现有耕地 26．084万 hm。，以农牧业为主。祁连山东部仅民勤县有太阳总辐射实测资料，故选用气候学
方法(1)求算该区太阳总辐射(Q)：
Q = So(a+bS ) (1)
式中，Q为太阳总辐射，S。为天文月总辐射 ，S 为月 13照百分率，i=1，2，⋯，12，n、b为天空遮蔽、透明系
数。用民勤实测资料求得祁连山东部年太阳总辐射为 5505-5984MJ／m。，其中3～5月份辐射占年总辐射量
的 30％，4～8月份占30％～34％，9～11月份 占22％，4～9月份 占62％～65％，大部分太阳总辐射可被林
草利用，年均13照时数为 2571～3028h(见表 1)，随海拔高度升高，云量增加 ，13照时数减少(经计算海拔高度
与13照时数有较好的线性相关，海拔高度每增高 100m，13照时数约减少 22．4h)。祁连山东部林木大多生长
在祁连山脉，平川区以人工林和零星林木为主，天然林 占林木面积的 1／2以上 ，而天然林又以青海云杉分布
较多，本研究用天祝县夏玛、乌鞘岭、古城 3林场 1995～1998年测定的青海云杉单株胸径定期平均生长量
计算天然林林木光能利用率 ，其计算式为：
f= wh／Q ×100％ (2)
*中国气象局科技扶贫项 目“甘肃中部退耕还林还草研究”部分研究内容
收稿 日期：2003—07—14 改回日期：2003—08—19
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178 中 国 生 态 农 业 学 报 第 12卷
表 1 祁连山东部 日照时数
Tab．1 Sunlight hours in east of Qilian Mountain
式中，厂为林木光能利用率，h为木材燃烧值，本计算取 1．7×10 MJ／ ， 为单株树木胸径平均生长量(m)，
Q。为生理辐射(MJ／mz)。经计算青海云杉光能利用率夏玛林场为 0．32％，乌鞘岭林场为 0．35％，古城林场
为 0．44％，平均 0．37％，祁连山东部牧草光能利用率为 0．01％～1．54％ 。祁连山东部水分主要来源于祁
连山冰雪融化水和自然降水，辅以地下水维系绿洲生态环境，据统计祁连山东部冰川面积达 64．82km ，冰川
储水 21．434亿 m ，石羊河流域年径流量 15．914亿 m ，这些储水中融水补给量达 0．318亿 m ，占径流量的
3．76％。径流量其余部分由冰雪融化水和自然降水补给。祁连山东部 自然降水具明显的垂直分布特征 ，该
区气象站点大多分布在平川区，山区资料籍助祁连托勒、乌鞘岭、松山、插剑门、沙沟寺和黄羊水库等气象水
文站资料建立降水网格模拟，模拟选取的地理、地形因子从 1／5000地图读取，模拟包括经度、纬度、高度 、坡
向、坡度和地形开阔度 6个因子。模拟因子的开阔度表示该地区内气象站点的格数与总格之比，用地理信息
系统(GIS)网格点选取处理；设方位 wNw 为 0坡向，顺时针为迎风坡，逆时针为背风坡，在模拟中取其正弦
值；以气象站为中心，以5km、10km为半径圆内所有各点相对于气象站点的最大坡度值计算式为：
0 =arctg[(h6一h0)／3×1000] (3 7
=arctg[(h。一h0)／√2×1000] (4)
口= max0 (5)
式中，0。、0 为任选网格点坡度，a为最大坡度 ，h 为网格 b点高度，h。为网格n点高度，h。为气象站点高
度。用上述地理因子建立模拟方程：
R 5= 721．13—55．84gt+12．662+0．12h+3．29a+70．60fl+22．19e (6)
Rl0= 152．16—47．001 +14．972+0．1lh+3．48a+71．Olp+26．26e (7)
当 h>~2800m 时 ：
R = 187．37+12．921 +4．23 +0．08h+12．46a+0．62p一587．81e (8)
式中，R 为 5km网格点降水量，R。为 10km网格点降水量， 为纬度 ， 为经度 ，h为海拔高度，a为坡度，
为坡向，e为开阔度。模拟方程(6)～(8)均通过极显著检验，相对误差为 +5％～一5％。模拟结果祁连山
东部降水量为 110～610mm，最大降水地带出现在海拔高度 2800m左右，最小地带出现在沙漠沿线 ，海拔高
度 2800m以下地区随海拔高度升高而降水量递增，海拔高度 2800m以上地区则随海拔高度升高降水量呈减
少趋势。祁连山东部热量资源较丰富，林草生长季≥0℃年积温 1328～3647℃，≥lO*(2年积温 332-2011℃，
热量具明显的垂直分布特征，热量与海拔高度线性负相关，相关系数通过极显著检验 ，其回归式为：
T = 14．23—0．047h (9)
∑T。=5547．23—1．4037h (10)
∑T。=5408．15—1．692h (11)
式中，T为年均气温，h为海拔高度，∑ T。为≥0℃年积温，∑ T。为≥10℃年积温。分析表明随海拔高
度升高，温度降低 ，积温减少，海拔每升高 100m，年均气温则降低 0．47℃，≥0℃年积温减少 140．4℃ ，≥10℃
年积温减少 169．2℃。
2 祁连山东部林草生长的主要气候影响因素
2．1 牧草生长的主要气候影响因素
祁连山降水稀少，天然牧草生长主要依赖当地降水和热量，水分不足严重制约了林草的生长。利用天祝
草原工作站 1983～1998年混合牧草产量与乌鞘岭、松山气象站对应气象资料分析，7月和 9月上、中旬降水
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第 4期 马兴祥等：祁连山东部气候资源对林草恢复的影响研究 179
与牧草产量呈极显著线性相关，相关系数分别为 0．638、0．770和 0．691，均通过 0．01信度检验，表明该时段
降水直接影响牧草产量，用积分回归分析(图略)，降水与牧草产量的正效应出现在本地牧草返青的 4月上、
中旬，表明该时段牧草经过漫长的冬季风吹 日晒和蒸发，草地墒情较差，牧草返青生长需较多的水分供应。
另一正效应时段出现在牧草生长旺盛的5月中旬～7月上旬，时值当地春季和夏季干旱多发时段，该时段牧
草对水分要求多且敏感，降水每增加 1个单位，牧草产量则增加 4．5～64．8kg／hm。。7月下旬～9月中旬随
地温、气温逐步降低，加之当地雨季到来，降水增多，降水对牧草产量的贡献逐渐减小，而积温对牧草产量的
贡献逐渐增大，积温每增加 1个单位，牧草产量则增加 2．7～10．05kg／hm。。比较水热条件，水分对牧草产量
的贡献系数大于热量 ，为当地牧草主要影响因素，5月下旬～7月上旬为影响牧草生长的关键时段。
2．2 林木生长的主要气候影响因素
据测定祁连山东部林木生长季(5～9月份)降水量随海拔高度增高而增加，至海拔高度 2800m左右降水
量最多，而青海云杉林木材积生长率在海拔高度 2600m地带为 2．41％，2700m地带为 3．28％，2800m地带
为 3．70％，2900m地带为 3．65％，林木材积生长率最大值出现在海拔高度 2800m地带，与降水最大值出现
地带基本吻合，与祁连山大隆寺林区对落叶松观测的2700～2900m生长率最快结果基本一致 ，表明降水
在林木主要生长季对林木生长影响较突出。陈昌毓 对祁连山北坡华北落叶松幼树(6～10年)连续 5年定
株(20株的平均)每旬生长高度(h)与旬均气温(T)研究表明，二者密切正相关，相关系数为 0．7857，通过极
显著检验，回归式为：
h=一7．0375+0．7507T (12)
经计算在适宜温度范围内，旬均气温每升高 1℃，松树约增高 0．75cm，故祁连山区除降水严重影响树木
生长外 ，温度也是重要影响因素之一。
3 祁连山东部林草恢复利用的策略
祁连山东部林草恢复利用的策略一是再生利用其丰富的气候资源开发牧草，退耕还草为一次性投入，牧
草利用丰富的气候资源可以再生，无须再进行种子等投入，可再生利用模式为：
R = 1× 2×S (13)
式中，R为牧草再生资源量， 为年(季)光能利用率(取 0．76％)， 为牲畜利用量(1个羊单位牲畜需用牧
草量 1461kg)，S为牧草土地面积(总土地面积 一林地面积 一耕地面积 一沙漠面积=196．62亿 hm。)。经计
算本地牧草再生资源量为 2．1832亿 t，可供约 1493．2万只羊单位牲畜食用。二是根据祁连山东部气候资源
合理安排退耕还林还草布局，根据牧草对水热条件要求及其生长规律，选择降水与热量(≥5℃年积温)比值
为主导指标，参考海拔高度、地形和灌溉保证程度，把祁连山东部退耕还草区域划分为最适宜种植区、适宜种
植区、次适宜种植区和沙生牧草种植区。牧草最适宜种植区(I)海拔高度>2300m，水热比>13％，牧草生长
季降水≥240mm，≥5℃年积温 1080～1400~，地形多为山地和浅山坡地，大多地方 自然降水能满足牧草生
长，主要包括凉州区上泉乡全部，张义乡赵家庄、下西沟、李家大庄、韭菜沟、沙金台等村，中路乡澄槽沟、马
圈、刘家台、沙沟及窑洞、石头沟门、磨庄子以南山区，古浪县横梁、干城、新堡乡和黄羊川乡南、北山区，十八
里堡、黑松驿、古丰乡及天祝县全部，种植牧草以天然冰草、蒿草、短花针茅等为主。牧草适宜种植区(I)海
拔高度 2000～2300m，水热比7％～13％，≥5℃年积温 1400～2400℃，牧草生长季降水 240～320mm，适于
牧草生长，自然降水 80％年份基本能满足牧草生长。主要包括凉州区西营水库、石关儿、上古城和榆树沟以
南，I区以北村组 ，古浪县古浪镇和定宁乡浅山区、岘子、民权、西景等乡镇，种植牧草应以紫花苜蓿和豆科牧
草为主。牧草次适宜种植区(Ⅲ)海拔高度 1300～2000m，水热比4％～7％，牧草生长季降水 110～200mm，
≥5℃年积温 2400～3400~，是祁连山东部洪积平原区，为农业种植主要地带，热量丰富但降水较少，自然降
水不能满足牧草生长需求，主要包括凉州区高坝、丰乐、武南、谢河、黄羊、永昌、金羊、洪祥、法放、大柳、金塔、
青岭等乡镇及古浪县泗水、土门、胡边、永丰滩、黄化滩等乡镇和民勤县昌宁、蔡旗、重兴、双茨科、红沙梁、新
河、羊路等乡镇 ，种植牧草应选择紫花苜蓿和箭舌豌豆等。沙生牧草种植区(IV)海拔高度<1300m，主要分布
在巴丹吉林和腾格里大沙漠沿线 ，牧草生长季降水量<110mm，≥5℃年积温 3400~以上，水热比<4％，一
般牧草生长极困难，必须种植抗干旱性能较强的沙生牧草，种植牧草产量较低 ，但防风固沙生态效益明显。
祁连山东部林木生长则选择热量和降水为主导指标，对祁连山东部地区林木种植区域划分，得出林木种植最
适宜、适宜、次适宜和沙生种植区。乔灌木最适宜生长区(I)海拔高度 2300～2900m，≥0℃年积温 1500～
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180 中 国 生 态 农 业 学 报 第 12卷
2300*(2，年降水量320～610mm，地形大多为山地，水热匹配好，最适宜乔灌木生长，种植林木成活率高，易成
林 ，是发展乔灌木林的最理想区域，包括天祝县全部、古浪县南部山区和凉州区张义、中路 、上泉乡部分山区。
乔灌木适宜生长区(Ⅱ)海拔高度 2000～2300m，≥0℃年积温 2300～2700℃，年降水量 200～320mm，水热条
件均适宜乔灌木生长，为退耕还林的重点地区，包括凉州区西营水库、石关儿、上古城、榆树沟以南 I区以北
村组，古浪县古浪镇和定宁乡浅山区、岘子、民权、西景等乡镇。乔木次适宜区(Ⅲ)海拔高度 1300～2000m，
≥0℃年积温 2700～3600℃，年降水量 1l0～200mm，仅靠 自然降水不能满足乔木生长需求，应重点在渠路村
落发展零星乔木和农田防护林 ，适度规模发展经济林果 ，包括凉州区高坝、丰乐、武南、谢河、黄羊、永昌、金
羊、洪祥、法放、大柳、金塔、青岭等乡镇及古浪县泗水、土门、胡边、永丰滩、黄化滩等乡镇和民勤县昌宁、蔡
旗、重兴、双茨科、红沙梁、新河、羊路等乡镇。沙生灌木种植区(Ⅳ)海拔高度<1300m，主要分布在腾格里和
巴丹吉林大沙漠沿线，水分条件极差，年降水量<110mm，只能种植抗旱沙生灌木。三是退耕还林还草并
行，提高植被覆盖率。据研究 ¨森林覆盖率 由2．6％提高至 28％，冰雪融化出山水径流量则可提高 129％，
森林覆盖率由28％提高至 63．3％，涵养水量则可提高 13．2％，径流提高 25．2％。故祁连山东部海拔高度>
2300m浅山地带和山区应加大退耕还林还草力度，在湿润温凉的北坡退耕还林，坡度较小的中低山地带种植
乔木，坡度较大的高山地带种植灌木和薪炭林 ，在干燥向阳的南坡先还草，逐步向灌木林过渡 ，采取退耕还林
还草并行，提高植被覆盖率。四是不断扩大封山育林育草规模，加快自然植被恢复。据测定封山育林育草区
0～50cm土层土壤含水量平均比对照高 10．9％，明显增强水源涵养效能。封山育林育草后落叶层加厚，容
水量明显高于未封育区。故合理利用祁连山东部气候资源，逐步加大退耕还林还草力度，封育结合，持之以
恒扩大南部水源涵养带，保持中部原有绿洲面积，北部治沙育林草，该区生态将会尽快步入恢复平衡轨道。
参 考 文 献
1 杜长有，张晓平，吴振云等．抚育问伐对青海杉胸径材积生长影响的数学模型及分析．兰州大学学报(自然科学版)，1998，34(专辑)
275～281 ·
2 马兴祥，刘明春，尹 东．祁连山草原气候和草地资源开发利用．草原与草坪，2000(3)：37～4O
3 陈昌毓．祁连山北坡水热条件对林木分布的影响．中国农业气象，1994，34(2)：30-33
4 邓振镛，林日暖．河西气候与农业开发．北京：气象出版社，1993．246～251
欢 迎 订 阅 2005年 《华 北 农 学 报 》
《华北农学报》是由北京、天津、河北、河南、山西、内蒙古 6省(区)市农业科学院和农学会联合主办的大农业学术刊物 ，系
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