全 文 ：气候变化对东祁连山禾草—嵩草草甸生产力的影响
王　晶1 ,蒲小鹏1 ,丰　骁1 ,李春涛2 ,徐长林1
(1.甘肃农业大学 草业学院/草业生态系统教育部重点实验室/中-美草地畜牧业可持续发展研究中心
/甘肃省草业工程实验室 ,甘肃 兰州　730070;2.天祝县草原站 ,甘肃 天祝　733200)
　　摘要:通过对金强河高山草原定位试验站气候变化和禾草 —嵩草草甸生产力分析 ,探讨了气候变
化和草地退化的关系。结果表明 ,自从 1980 ～ 1998年 , 金强河流域大气温度 10年间变化梯度约为
0.286 ℃;2000 ～ 2006年平均温度为0.899 ℃,温度增幅加大;平均降水量408.3±52.4 mm ,在 1988年
达到峰值后 ,降水量有减小趋势;草原湿润度 K 平均值 2.778±0.475 ,减少幅度约为每年 0.003 ,在草原
综合顺序分类法中仍为“寒温潮湿寒温性针叶林类”草地 ,尚未改变草原类型中类的划分 。降水量减少
趋势缓慢 ,但草产量变化表现出明显的下降趋势 ,这种降水量持平 、草产量快速下降的事实也说明了人
为因素造成的牲畜超载过牧是加速高寒草甸退化的主导因子 ,即该草地生产力降低的主要原因是由人
为过度利用造成 。
　　关键词:气候变化;禾草-嵩草草甸;退化
　　中图分类号:S 812　　文献标识码:A　　文章编号:1009-5500(2011)03-0089-05
　　青藏高原是我国乃至亚洲重要江河的发源地 ,有
“第三极”和“高原水塔”之美誉 ,是亚洲气候变化的启
动区和调节区 ,因此 ,青藏高原不仅是中华民族的生命
之“源” ,而且是南亚和东南亚人民的生命之“源” [ 1 , 2] 。
青藏高原地区降水量特点主要是地区年降水量的差异
较大 ,由东南向西北递减。如位于青藏高原东南部的
巴昔卡 、前门里一带 ,受西南季风的影响 ,年降水量可
达 3 000 ～ 5 000 mm ,西北部的狮泉河等地仅 70 mm ;
其次 ,高原地区的年降水主要集中在夏半年 ,这种雨热
同季现象对于农牧业生产极为有利 [ 1] 。
　　从草地成因分析 ,草地是由大气 、土地 、生物和生
产劳动因素综合作用下产生和发展的 ,当前国内草地
发生普遍退化 ,已寻找不到没有退化的草地。当前这
　　收稿日期:2010-04-16;修回日期:2010-06-01
　　基金项目:世界银行/全球环境基金(052456CH A);甘肃
农大草业科学国家级重点学科学术骨干项目
(036012), 国家 牧草 产业 技术体 系项 目
(CARS-35)资助
　　作者简介:王晶(1984-), 陕西长武人 ,在读硕士。
E-mail:w j258903@163.com
蒲小鹏为通讯作者。
种令人堪忧的大范围的退化局面 ,归咎为“天灾”[ 3] ,还
是“人祸”[ 2 , 4] 也存在一定分歧 ,从事宏观生态研究的学
者认为草地退化主要是由全球气候变暖所致;草业生
产研究的学者则从草地禁牧后生产力可以部分恢复的
实践中得出结论 ,当前问题主要由掠夺性的生产实践
引起 。本研究结果有助于理解当前草原退化问题 。
1　研究区概况
　　金强河高山草原定位试验站位于天祝县西南乌鞘
岭脚下 ,北依雷公山 、南邻马雅雪山 、西隔瓦藏雅豁与
青海为界 ,地理位置 N 37°11′～ 37°12′、E 102°29′～
102°33′,东西长约 30 km ,南北约 4 ～ 10 km 形成东西
狭长的地带 ,西高东低 ,有明显的河谷 、阶地 、山地分
布。试验站只有冷暖两季之分 ,冷季长达 7个月 ,春季
风大 ,多为西北风 ,伴有暴风雪 、冰雹给畜牧业生产带
来较大损失。由于热量的限制 ,种植的农作物为青稞
(Avena nuda)、藏异燕麦(Helictotrichon t ibet icum),
适宜该地种植的牧草品种有垂穗披碱草(Elymus nu-
tans)、老芒麦(Elymus sibiricus)、无芒雀麦(Bromus
inermis)、草地早熟禾(Poa pratensis)、冷地早熟禾
(Poa pratense)等 ,豆科植物较少[ 5-7] 。
89第 31卷　第 3期　　　　　　　　　　　草 原 与 草 坪 2011年DOI :10.13817/j.cnki.cyycp.2011.03.017
1.1　气候条件及植被
　　金强河流域属祁连山地东段 , 气候潮湿 、空气稀
薄 、太阳辐射强。气温-0.1 ℃,最冷在 1 月 ,平均气
温-18.3 ℃,最热 7月 ,平均气温 12.7 ℃, >0℃年积
温为 1 380 ℃,在 7月份仍有 0 ℃以下低温出现;年日
照时数 2 600 h。年降水量 416 mm ,集中在 7 ～ 9月 ,
年蒸发量 1 592 mm ,水热同期 ,年蒸发量约是降水量
的 3.8倍。野生植物仍有 130 d(4月中旬 ～ 9月中旬)
的生长期[ 5 , 8 , 9] 。
　　草甸草原植被 ,分布于亚高山灌丛草甸的下限 ,有
些与灌丛草甸交错分布。海拔 2 650 ～ 3 200m ,地势较
平坦 ,降水充沛 ,气候条件较湿润 ,植被种类丰富繁茂 ,
盖度 80%,主要植物有垂穗披碱草(Elymus nutans)、
鹅观草(Roegnev ia kamoj i)、苔草(Cyperaceae)、矮嵩
草(K obresia hum ilus)、早熟禾(Poa annua)、燕麦
(Avena sat iva)、羊茅(Festuca ovina)、冰草(Agropy-
ron cristatum)、甘肃马先蒿(Pedicularis kansuensis)、
龙胆(Gent iana spp.)、甘肃棘豆(Oxy tropis kansuen-
sis)、火绒草(Leontopodium spp.)、唐松草(Thalic-
trum spp.)、珠芽蓼(Polygonum viviparum)、萎陵菜
(Potenti l la spp.)、凤毛菊(S aussurrea spp.)、毛莨
(Ranunculus spp.)、乌头(Aconitum carmichael i)、狼
毒(S tel lera chamae jasme)等[ 9] 。
　　亚高山灌丛草甸植被主要分布在雷公山 、马雅山
等山体海拔 2 950 ～ 3 500 m 的山麓阴坡及半阴坡 ,植
被群落由灌丛和草本组成 ,主要灌木有杜鹃属 、高山柳
(Sal ix spp)、鬼箭锦鸡儿(Leguminosae)、高山绣线菊
(S piraea alpine)、金露梅(Dasiphora f ruticosa)[ 9] 。
1.2　家畜及放牧方式
　　试验站境内的主要家畜是天祝白耗牛和甘肃高山
细羊毛;草地被划分为冬春和夏秋利用两类 ,暖季在夏
秋放牧地 ,每年 6 ～ 10月将家畜赶至山中做圈;冬春放
牧地有围栏保护 ,放牧时间最长 ,每年 10 月至次年 6
月。与此同时 ,每户牧民还留一定面积的草地 ,种植冬
季补充饲草。因冬春缺草和营养过差造成的牲畜死亡
率达 8%,家畜“夏活 —秋肥 —冬瘦—春死”的现象和
高达 20%～ 30%的“掉膘”损失依然存在[ 10 , 11] 。
1.3　草地生产力数据来源
　　金强河高山草原定位试验站成立于 1956年 ,草地
面积约 18 hm2 , 站内设立了具围栏保护的气象观测
站 ,在生长季节禁止放牧 ,待枯黄后由站内饲养的藏羊
进行放牧 ,数量为 40 只。1956 ～ 2008 年间不连续的
18个年份的草地生产力数据均来源于该样地 ,其中除
1981年数据由胡自治等[ 5] 测定 、1985 年由李光棣[ 12]
测定外 ,其余产量数据均由草原站工作人员参与完成 。
测定时间在 7 ～ 8月间 ,测产样方为 50 cm×50 cm ,齐
地面刈割后测风干重。
2　结果与讨论
2.1　数据描述
　　数据涉及 1980 ～ 2006年 ,隔年选取一个数据 ,共
选取了 14个年份 ,分析的气候指标有年降水 、>0 ℃
积温和年均温 3个指标(表 1)。
表 1　金强河地区气候变化
Fble 1　Climate data in Jingqiang river region
数据量 极小值 极大值 平均值 标准差
年份 14 1 980 2 006
年降水/ mm 14 326.8 526.6 408.0 52.4
　>0 ℃积温/ ℃ 14 1 308.0 1 597.7 1 480.0 87.3
年均温/ ℃ 14 -0.94 1.30 0.30 0.62
　　近 30 年间 , 年均温度上升趋势明显 , 最低为
-0.94 ℃,最高达 1.3 ℃,变异系数(标准差/平均数)
达 200%。
　　年降水平均为 408.0 mm ,最低为 326.8 mm
(1990年),最高为 526.6 mm(1988 年),变异系数达
12.8%。
　　大于 0 ℃的年积温计算过程是通过对一年中大于
0 ℃的月均温进行累加后得到的 ,平均值 1 480.0 ℃,
标准差达 87.3 ℃,变异系数达 5.9%。
2.2　年均温
　　从图 1分析发现 ,当地的年平均温度持续上升 ,这
与全球气候变暖趋势相同[ 4 , 13] ,若以年平均温度作为
因变量 y ,时间轴作为自变量 x ,可用模型:
　　y =0.113 0x -0.547 8(R2 =0.579 3)
　　图中数据从 1980 ～ 1988 年之间年平均温度为
-0.227 ℃,1990 ～ 1998年之间平均温度为 0.346 ℃,
2000 ～ 2006年为 0.899 ℃;1980 ～ 1998年 ,近 20年之
间变化梯度约为 0.286 ℃,与青海省青南地区 0.2 ～
0.5 ℃的 10年间变化水平相当[ 4] 。
90 　　　　　　GRASSLAND AND TURF(2011)　　　　　　　　　　　　Vo l.31 No.3
图 1　年平均温度变化趋势
Fig.1　The trend of annual average tenmperature
2.3　>0 ℃年积温
　　对天然草原而言 ,在 0 ℃时部分牧草已经开始萌
发生长 ,而农作物通常利用>5 ℃和 10 ℃的积温 ,表
示生长积温。
　　从图 2 看出 ,年积温增长幅度不明显 ,但波动较
大 ,最低为 1988年的 1 308.0 ℃,最高达 1 598.0 ℃,
平均为 1 480.0 ℃,变异系数达 5.9%。从模型的斜率
来看 ,增长幅度约为 2.8 ℃/年 。
图 2　大于 0 ℃年积温变化趋势
Fig.2　the trend of accumulated temperature above 0 ℃
2.4　降水量
　　降水量在 1980 ～ 1989年间 ,波动较大 ,为(408.3
±52.4)mm;在 1988 达到最大 526.6 mm ,最低为
1990年的 326.8 mm ;在 1988年达到峰值后 ,降水量
有减小趋势(图 3)。平均数与乌鞘岭 1971 ～ 2000年
间平均降水量(405 mm)相同 。
图 3　降水量的变化趋势
Fig.3　The trend of annual average precipitation
2.5　草原湿润度(K)变化趋势
　　草原湿润度指数是反映草地成因中大气因素的水
热综合状况的指标 ,可作为草地类型划分的重要因
子[ 11] ,其计算模型为:K= r
0.1΢θ
式中:r为全年降水量(mm), ΢θ为>0 ℃年积温(℃)。
　　K 作为降水量和>0 ℃积温的函数 ,在 30年间变
化趋势(图 4),可用直线回归模型为:
图 4　草原湿润度的变化趋势
　Fig.4　The trend of average moisture index(K Value)
　　y =-0.003x+2.798(R2 =0.000 7),说明草原
湿润度减少幅度约为每年 0.003。目前文献中常见的
金强河地区的 K 值是依据 1972 年以前的资料计算
的 ,如年均温为-0.1 ℃, >0 ℃年积温为 1 380.0 ℃,
则 K 值为 3.02。但图 4 反映的近 30年间的 K 平均
值为 2.778±0.475 ,其中 , 1980年 ～ 1990年间的 K 平
均值为 3.07 ±0.54 , 1990 年 ～ 2006 年的 K 值为
2.715±0.34。这些变化虽然会引起草原植物群落生
产能力的波动 ,在草原综合顺序分类法类的检索图中
仍为“寒温潮湿寒温性针叶林类” ,但尚未改变草原类
型第一级―类的划分。所以 ,仅从气候因素考虑 ,这些
量变不会引起当地草原类型的质变 ,即类的演替 ,但现
实中普遍存在的生产力下降这一事实 ,无疑从另一方
面说明了过度利用 、超载放牧等措施具有的负面效应 。
2.6　降水量与牧草产量关系
　　降水量在 2003年达到峰值 543.3 mm ,牧草产量
却在 1985 年后出现了下降趋势 , 1956 ～ 1985年不连
续的这8个数据的平均值为306.7 g/m2 ,而1985年草
畜承包后的草产量平均为 184.6 g/m2 ,牧草从数量上
下降 40%,如果现在考虑到优质牧草的的减少 ,则损
失更大(图 5)。进行相关分析 , 1956 ～ 2008 年测定的
草产量与相应降水量间相关性仅为 r=0.143;如果分
段计算 , 1985年以后数据的相关性为 r=0.580 ,说明
91第 31卷　第 3期　　　　　　　　　　　草 原 与 草 坪 2011年
1990年以后草产量对降水的依赖性增强 。同时 ,对
1956 ～ 1985年间与 1994 ～ 2005年草产量进行差异性
比较时 , P=0.0002 ,差异极显著 ,说明 1990年草畜双
承包以后草产量出现了明显退化。
图 5　金强河地区多年降水量与牧草产量关系
Fig.5　The relation between precipitation and yield in Jingqiang River region
　　年降水量一般在均值间变化 ,除年际间正常的波
动外 ,降水量未呈现出较为明显的增加或减少趋势 ,且
这种年际间的波动 ,自进入 20世纪 90年代以来趋于
缓和 ,波动幅度逐年减少 。试验站年均温呈上升趋势 ,
湿润度下降 ,干燥程度增加。
　　这些变化已经能够引起草原植物群落生产能力的
波动 ,但仅仅从气候因素考虑 ,这些量变能否引起当地
草原类型的逆向演替 ,从大范围来看目前尚未可知。
因为高寒草甸是湿地生态系统中的一种子系统 ,热量
是限制其生物生存发展的主要环境因素 ,其水热关系
有别于其他陆地生态子系统 ,因此 ,生物气候变化与草
地环境之间的关系 ,还需进行更广泛 、更深入的研究。
但是这种降水量基本持平 、草产量快速下降的事实却
说明了人为因素是加速草原退化的主导因子 。这个大
问题还需要从更大范围提供更多数据来进一步验证 ,
还可从一年中降水模式变化探究草地管理措施的变
化[ 10 , 14] 。
3　结论
　　从金强河流域的气象变化分析 ,大气温度和降水
变动幅度不大 ,1980 ～ 1998年 , 10年间变化梯度约为
0.286 ℃,2000 ～ 2006年平均平均温度为 0.899 ℃;10
年间温度增幅加大。 >0 ℃年积温增长幅度不明显 ,
但波动较大 ,变异系数达 5.9%,增长幅度约为 2.8 ℃;
降水量平均为(408.3±52.4)mm ,在 1988 年达到峰
值后 ,降水量有减小趋势;近 20年间的草原湿润度 K
平均值为 2.778±0.475 ,减少幅度约为每年 0.003 ,在
草原综合顺序分类法类的检索图中仍为“寒温潮湿寒
温性针叶林类” ,但尚未改变草原类型中类的划分 ,即
草地自然特性未发生本质变化 。
天然草原是干旱环境下的产物 , 50多年中降水量
变化趋势基本持平 ,但草产量变化表现出了明显的下
降趋势 ,这种降水量基本持平 、草产量快速下降的事实
也说明了人为因素造成的牲畜超载过牧是加速草原退
化的主导因子。
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Effect of climate change on productive of alpine
meadow in eastern Qilian Mountion
WANG Jing1 ,PU Xiao-peng1 ,FEN Xiao1 , LI Chun-tao2 ,XU Chang-li1
(1.College o f Pratacultural S cience ,Gansu Agricul tural Universi ty/Key Laboratory o f Grassland
Ecosy stem ,Ministry of Education/S ino-U .S.Centers f or Grazing land Ecosy stem Sustainabi li ty
/Pratacul tural Engineering Laboratory o f Gansu Prov ince ,
Lanzhou 730070 , China;2.Tianzhu grassland management station ,Wuwei ,733200)
　　Abstract:In this study , the relation between climate change and g rassland y ield w as analy sed in G rass-Ko-
bresia type o f alpine meadow of Jinqiang River region in Tianzhu County.The results show ed tha t the g radient
changes o f temperature w as 0.286 ℃during 10 years , the annual average temperature w as 0.899 ℃ f rom 2000
to 2006.The average precipitation w as 408.3±52.4 mm from 1980 to 2006 and it reached the peak in 1988 and
then it declined.The average moisture index (K Value)was 2.778±0.475 , which reduced 0.003 per y ear.The
grassland type stil l belong to cold temperate humid taig a fo rest class acco rding to Integ rated Orderly Classif ica-
tion Sy stem of Grassland(IOCSG).A lthough the precipitation declined slow ly ,but the y ield of g rassland reduced
obviously , which means the grassland degradat ion w as caused by overg razing under the human being behavio r.
　　Key words:temperature;Grass-Kobresia alpine meadow ;precipitation.
93第 31卷　第 3期　　　　　　　　　　　草 原 与 草 坪 2011年