全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 渊杂匀耘晕郧栽粤陨 载哉耘月粤韵冤
摇 摇 第 猿源卷 第 缘期摇 摇 圆园员源年 猿月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
干旱指标研究进展 李柏贞袁周广胜 渊员园源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
气候变化对作物矿质元素利用率影响研究进展 李垄清袁吴正云袁张摇 强袁等 渊员园缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
森林生态系统中植食性昆虫与寄主的互作机制尧假说与证据 曾凡勇袁孙志强 渊员园远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
线虫区系分析指示土壤食物网结构和功能研究进展 陈云峰袁韩雪梅袁李钰飞袁等 渊员园苑圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国省际水足迹强度收敛的空间计量分析 赵良仕袁孙才志袁郑德凤 渊员园愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高原河谷城市植被时空变化及其影响因素要要要以青海省西宁市为例 高摇 云袁谢苗苗袁付梅臣袁等 渊员园怨源冤噎噎
土地利用和环境因子对表层土壤有机碳影响的尺度效应要要要以陕北黄土丘陵沟壑区为例
赵明月袁赵文武袁钟莉娜 渊员员园缘冤
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赤子爱胜蚓和毛利远盲蚓对添加造纸污泥土壤的化学和生物学特征的影响
陈旭飞袁张摇 池袁戴摇 军袁等 渊员员员源冤
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个体与基础生态
钾与信号抑制剂对外生菌根真菌分泌乙酸的调控作用 杨红军袁李摇 勇袁袁摇 玲袁等 渊员员圆远冤噎噎噎噎噎噎噎噎
砷诱导蚕豆气孔保卫细胞死亡的毒性效应 薛美昭袁仪慧兰 渊员员猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
石油污染土壤中苯酚降解菌 葬凿园源怨的鉴定及降解特性 胡摇 婷袁谷摇 洁袁甄丽莎袁等 渊员员源园冤噎噎噎噎噎噎噎噎
紫花苜蓿对铜胁迫生理响应的傅里叶变换红外光谱法研究 付摇 川袁余顺慧袁黄怡民袁等 渊员员源怨冤噎噎噎噎噎噎
播种期对晚季香稻香气 圆鄄乙酰鄄员鄄吡咯啉含量和产量的影响 杨晓娟袁唐湘如袁闻祥成袁等 渊员员缘远冤噎噎噎噎噎
外源钙渊悦葬冤对毛葱耐镉渊悦凿冤胁迫能力的影响 王巧玲袁邹金华袁刘东华袁等 渊员员远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于植被指数的北京军都山荆条灌丛生物量反演研究 高明亮袁宫兆宁袁赵文吉袁等 渊员员苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
三种暖季型草坪草对二氧化硫抗性的比较 李摇 西袁王丽华袁刘摇 尉袁等 渊员员愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
恩施烟区无翅桃蚜在烤烟田空间动态的地统计学分析 夏鹏亮袁王摇 瑞袁王昌军袁等 渊员员怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
啮齿动物捕食和搬运蒙古栎种子对种群更新的影响 张晶虹袁刘丙万 渊员圆园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高原鼠兔有效洞穴密度对高寒草甸优势植物叶片和土壤氮磷化学计量特征的影响
李倩倩袁赵摇 旭袁郭正刚 渊员圆员圆冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
光尧温限制后铜绿微囊藻和斜生栅藻的超补偿生长与竞争效应 谢晓玲袁周摇 蓉袁邓自发 渊员圆圆源冤噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
人工巢箱繁殖鸟类主要巢捕食者及其影响因素 张摇 雷袁李东来袁马锐强袁等 渊员圆猿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
泉州湾蟳埔潮间带大型底栖动物群落的时空分布 卓摇 异袁蔡立哲袁郭摇 涛袁等 渊员圆源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同尺度因子对滦河流域大型底栖无脊椎动物群落的影响 张海萍袁武大勇袁王赵明袁等 渊员圆缘猿冤噎噎噎噎噎噎
呼兰河湿地夏尧秋两季浮游植物功能分组演替及其驱动因子 陆欣鑫袁刘摇 妍袁范亚文 渊员圆远源冤噎噎噎噎噎噎噎
江西桃红岭国家级自然保护区梅花鹿生境适宜性评价 李摇 佳袁李言阔袁缪泸君袁等 渊员圆苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国自然保护综合地理区划 郭子良袁崔国发 渊员圆愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
近 员园年来蒙古高原植被覆盖变化对气候的响应 缪丽娟袁蒋摇 冲袁何摇 斌袁等 渊员圆怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
人类活动与气候变化对洪湖春旱的影响 刘可群袁 梁益同袁周金莲袁等 渊员猿园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
圆园园园要圆园员园年武汉市中心城区湖泊景观变化 淡永利袁王宏志袁张摇 欢袁等 渊员猿员员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
三江源区冬虫夏草资源适宜性空间分布 李摇 芬袁吴志丰袁徐摇 翠袁等 渊员猿员愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆愿圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿园鄢圆园员源鄄园猿
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封面图说院 插秧季节的桂西要要要圆园园怨要圆园员员年袁我国广西尧云南尧贵州尧四川尧重庆等西南地区遭受了百年不遇的特大旱灾袁其中
广西西北部尧云南大部尧贵州西部等石漠化地区最为严重袁农作物大面积绝收袁千百万人和大牲畜饮水困难袁这种危
害是巨大的尧现实的遥 从对 圆园园怨要圆园员员年我国西南地区旱灾程度及其对植被净初级生产力影响结果显示院圆园园怨要
圆园员员年西南地区年均降水量和湿润指数明显低于 员怨愿园要圆园园愿年均值袁植被净初级生产力低于 圆园园员要圆园园愿年均值袁
造成的碳损失约占我国总碳汇的 苑援怨员豫遥 全球气候变暖给大气环流提供了动力袁也造成了许多极端灾害天气袁因此
如何应对气候变化形势显得更加紧迫遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 5 期
2014年 3月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.5
Mar.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:中国气象局气候变化专项(CCSF201205);财政部行业专项(GYHY200806002)
收稿日期:2013鄄06鄄01; 摇 摇 修订日期:2013鄄10鄄25
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: kequnliu@ 126.com
DOI: 10.5846 / stxb201306011269
刘可群, 梁益同,周金莲,刘敏.人类活动与气候变化对洪湖春旱的影响.生态学报,2014,34(5):1302鄄1310.
Liu K Q, Liang Y T, Zhou J L Liu M.Impactanalysis of human activities and climate change on Honghu lake忆s spring drought.Acta Ecologica Sinica,2014,
34(5):1302鄄1310.
人类活动与气候变化对洪湖春旱的影响
刘可群1,*, 梁益同1,周金莲2,刘摇 敏1
(1. 武汉区域气候中心, 武汉摇 430074; 2. 武汉中心气象台, 武汉摇 430074)
摘要:近年来洪湖地区干旱事件频繁发生,对该地区农业生产与生态环境造成了极大影响。 利用 1960—2011年气候资料、近 30
年洪湖水文、土地利用资料,采用湖泊水量平衡方法、统计学等方法,研究分析了人类活动和气候变化对洪湖春季干旱的影响。
结果表明:伴随全球气候变化该地区年降水和夏季降水呈增加趋势,而春季降水尤其是春季少雨年的降水量减少趋势明显,其
减少速率为 12.57 mm / 10a,达到了 琢= 0.1显著水平;洪湖 5 月水位高度依赖春季降水,降水对它贡献率为 0.36 m / 100mm。 近
20年来,洪湖周边两县市水产养殖面积增加了 7倍,在降水偏少时,农业灌溉需水量 20a 增加了 4.14伊108m3以上;水产养殖消
耗大量春季水资源,对洪湖 5月水位的影响率为-0.158 m / 104 hm2,达到了 0.1的显著性水平。 人类活动与气候变化是洪湖春
旱增多加重两个重要原因,比较它们的变化量与影响率,人类活动对洪湖春旱的影响更大。 为维护洪湖生态功能,减轻干旱影
响,必须调整农业结构。
关键词:洪湖;水位;春季干旱;水产养殖
Impactanalysis of human activities and climate change on Honghu lake忆s
spring drought
LIU Kequn1,*, LIANG Yitong1, ZHOU Jinlian2, LIU Min1
1 Wuhan Region Climate Center, Wuhan 430074, China
2 Wuhan Central Meteorological Observatory, Wuhan 430074, China
Abstract: In recent years, drought events in Honghu lake have shown a significant increasing trend, which has had a
tremendous impact on local ecological and agricultural production. We conducted an analysis based on Honghu忆s hydrology
and land-use data over the past 30 years and climate data from 1960 to 2011, using the water balance principle and
statistical methods. The results showed that the Honghu water resource is most vulnerable in the spring. The water level at
this time of year is just slightly higher鄄with 2 to 3 times the mean standard error鄄than that in winter, which leads to frequent
and severe drought in Honghu. With global climate change, however, the local annual precipitation is increasing; the
rainfall is concentrated in summer and is less in spring, especially in spring drought years, with a decreasing rate of
12.57 mm / 10a, significant at 0.1. The precipitation in summer increases, but it is negatively correlated with the water level
in the following spring, which means that an increase in precipitation in summer can aggravate the severity of the spring
drought. The Honghu lake water level in May is highly dependent on spring rainfall, with a rate of 0.36 m / 100 mm. Over
the past 20 years, the agricultural structure in Honghu has changed significantly, with increasing aquaculture areas and
decreasing dry crop areas. The aquaculture area of the two counties surrounding Honghu has increased nearly 7 times and,
because of this, the agricultural irrigation water requirement has increased by more than 414 million cubic meters in the
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case of low rainfall, which is equivalent to 45% of the total water in Honghu lake忆s annual income. Increasing aquaculture
consumes much of the water resource in spring and the coefficient between aquaculture and water level of Honghu is about -
0.158 m / 104 hm2 with a correlation coefficient of - 0. 4954, which is significant at 0. 1. Human activities, especially
excessive aquaculture and climate change, are the main reason for the increasing frequency and severity of spring drought in
Honghu, with aquaculture having the greatest impact. In order to maintain Honghu忆s ecological function and reduce the
drought effects, measures should be taken to change both the agricultural structure and the way in which land is used.
Key Words: Honghu Lake; water level; spring drought; aquaculture
摇 摇 洪湖是湖北省最大的淡水湖,也是中国七大淡
水湖之一,它位于长江中游江汉平原腹地。 1951 年
围湖造田以来,江湖一体格局被打破,包括洪湖流域
在内的江汉平原湖泊数量、面积急剧下降[1鄄3],20 世
纪 80年代中后期湖泊面积变化趋于稳定。 20 世纪
70年代中后期江湖隔断后,长江上游来水对洪湖影
响小,特别是洪湖春季水资源的影响更小,洪湖实质
上成为这一地区的大型平原水库[2],承担着中下游
地区汛期蓄洪、冬春灌溉的任务,也承担了生物多样
性、旅游、环境净化等多种功能。
近几十年来湖泊湿地遭遇了水面萎缩、水体干
涸、湿地退化、旱涝急转等一系列水文与生态问
题[4鄄6],导致湿地所拥有的多项功能正逐渐削弱。 特
别是 2011年冬春连旱更为历史所罕见,洪湖湖水干
枯,生态几乎遭受毁灭性的破坏。 尽管在不同时期
和不同区域湖泊水文和生态变化的原因各不相同,
但一般认为是人类活动和气候变化共同作用的结
果[7鄄9],而人类活动和气候变化哪个是主因,各有多
大影响力至今仍存在争议。 到目前为止,有关洪湖
生态环境及其变化的研究不少[1鄄3,10鄄12],但对导致洪
湖湖泊生态环境变化的主要因子进行定量分析的研
究并不多见。 本文利用降水、水文、土地利用资料,
采用湖泊水量平衡原理、统计学等方法,量化分析人
类活动和气候变化对洪湖春季干旱的影响,旨在为
恢复洪湖湿地生态、可持续发展提供科学依据。
1摇 资料来源及方法
1.1摇 资料来源
研究区域如图 1。 气象资料为洪湖流域及其周
边各地面气象观测台站实测地面气象数据,资料年
代统一为 1960—2011年,数据来自于湖北省气象档
案馆;1982—2011年逐日洪湖挖沟咀水位来自荆州
市水利局;水产养殖面积来自于湖北省统计局湖北
农村统计年鉴编辑委员会[13]。
图 1摇 研究区域地理位置示意图
Fig.1摇 Location of study area
1.2摇 方法
洪湖流域降水量计算
研究区域内有荆门、荆州、监利、洪湖 4 个气象
站点,且站点分布不均匀(图 1),利用简单的算术平
均方法计算其区域降水量不尽合理,精度也较
低[14];为了较科学准确反映该区域降水情况,本研
究对区域以 0.05毅伊0.05毅网格化,增加周边相邻的公
安、潜江、仙桃、嘉鱼等站点逐日降水资料,采用距离
平方反比法(计算公式如式 1),计算区域内各网格
点降水量,再对所有网格降水值求其平均,即得到区
域降水量。
R =移
n
i = 1
R i / d2i
移
n
i = 1
1 / d2
(1)
式中,n 为格点数目,R i为第 i 点的样点值,di为第 i
样点到插值点的距离,R 为待估值。 当样点与插值
点重合时样点权重为 1,其它点权重为 0,插值点值
等于样点值。
洪湖水文干旱标准: 美国著名水文学家 Ray K.
Linsley[15]把水文干旱定义为“某一给定的水资源管
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理系统下,河川径流在一定时期内满足不了供水需
要冶;袁文平等[16]人提出生态环境用水是水文干旱
的重要指标。 魏显虎等[3]研究指出洪湖春季水位控
制在 24 m以上,是内荆河航运、春季旅游、渔业生产
和抗(春)旱水文重要指标;宁龙梅等[11]利用生物最
小空间法和生态水文法计算认为洪湖湿地维护生态
系统的最低生态水位为 23.64 m。 本文以月平均水
位 24.0 m为一般性干旱水位;以月平均水位 23.64 m
为大旱水位标准。
2摇 结果与分析
2.1摇 洪湖春旱及其与气候因子关系
图 2是 1982—2011年洪湖水位及降水量、水位
及其均方差、5月水位时间变化特征;表 1 是 1982—
2011年 30a间百分位为 10 的最低与最高的各月平
均水位,即 3a 最低与 3a 最高月平均水位值及它们
差值。 从图 2a中可以看出:洪湖水位低值出现在冬
春交替季节 2—3月,月平均水位为 23.98—24.02 m;
洪湖水位最高 3 个月为 7—9 月,月平均水位为
25郾 16—25.24 m;相较降水最多的 5—7 月在季节上
滞后2个月;在春季随时间推移降水量增加迅速,而
水位升高速率却非常缓慢,4、5月两月分别仅比上月
升高 0.02、0.20 m。 分析还发现,在 30a 中 4 月、5 月
水位低于 24.0 m分别有 10a、9a,即有 1 / 3 年份水位
对航运及春季旅游等构成影响。 从图 2b 均方差值
变化可以看出:5 月最大,为 0.66 m,12—2 月最小,
表明 12—2月水位变化小,相对稳定;5 月水位相对
较低,而变化最大,显示 5 月洪湖水位极不稳定;从
图 2c显示 5月水位的不稳定在 20世纪 90年代中后
期至今表现尤为突出。 从表 1 中看出:同为低水位
年,3—5 月的水位较冬季 12—2 月水位更低,低于
23.64 m的大旱水位;统计还发现 30a 中春季低于大
旱水位持续时间 30 d 以上(含 30 d)的有 6a;5 月份
尤为突出,其中两年低于 23.5 m,分别为 2011 年 5
月 23.34 m和 2000年 5月 23.47 m,也是历史上月平
均水位最低的两年。
入春以后随着温度上升,该地区农渔业活动逐
渐展开,到 4 月下旬至 5 月双季早稻、一季中稻移
栽,渔事活动需水量激增[17],是造成春季湖水水位
上升困难,甚至不能满足用水需要而导致干旱的主
要原因,因此 5月水位对于洪湖春旱最具有代表性。
图 2摇 洪湖月水位及月降水(a)、月水位及均方差(b)以及 1982—2011年洪湖平均水位(c)时间变化特征
Fig.2摇 The time variation characteristic of the monthly mean Honghu忆s water level and precipitation ( a) , the monthly mean Honghu忆s
water level and its mean square deviation (b) and yearly mean water level from 1982 to 2011 (c)
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表 1摇 1982—2011年最低水位与最高水位平均值及其水位差
Table 1摇 Average minimum and maximum water level and the water level difference between them from 1982 to 2011
月份 Month 1 2 3 4 5 6
低位 Average minimum water level 23.66 23.55 23.54 23.65 23.52 24.02
高位 Average maximum water level 24.36 24.36 24.41 24.46 25.22 25.20
差值 Water level difference 0.70 0.80 0.88 0.81 1.71 1.19
月份 Month 7 8 9 10 11 12
低位 Average minimum water level 24.20 24.52 24.45 24.33 24.07 23.89
高位 Average maximum water level 26.44 26.32 26.18 25.96 25.32 24.61
差值 water level difference 2.23 1.80 1.73 1.63 1.25 0.72
表 2是洪湖 5 月水位与不同时段降水量的相关系
数。 表中可以看出 5月水位与单月降水量相关性最
好是 4月,其次是 5月降水量;与 2 个月降水总量的
相关性最高的是 4—5月,其次是 3—4月降水量;与
连续 3个月降水总量的相关性最高的是 3—5月,均
达到了信度为 琢= 0.001极显著水平。 再进一步统计
时长为 4个月的 2—5月和 1—4月,和时长 5个月的
1—5月降水与 5 月水位相关性,得到它们相关系数
分别为:0.8145、0.7313、0.8112,其相关性均低于时
长为 2、3个月。 由此可以看出:时间上距离 5 月越
长久的时段降水,对 5 月水位的影响越小;5 月水位
与前期 2—3个月的降水相关性最好;与上年度夏季
(6—8月)的降水量,无论是单月还是多月均呈负相
关。 图 3是洪湖水位与 4—5月及 3—5月降水量相
表 2摇 洪湖 5月水位与不同时段降水量的相关系数
Table 2摇 The correlation coefficient between Honghu water level in May with the precipitation during different time
时间
Time
5月
May.
4月
Apr.
3月
Mar.
2月
Feb.
1月
Jan.
上年 12月
LastDec.
相关系数 Correlation coefficient 0.5334** 0.7665*** 0.2270 0.2637 0. 0790 0.3395
时间
Time
上年 11月
Last Nov.
上年 10月
Last Oct.
上年 9月
Last Sept.
上年 8月
Last Aug.
上年 7月
Last Jul.
上年 6月
Last Jun.
相关系数 Correlation coefficient 0.1834 -0.2155 -0.2094 -0.0382 -0.2361 -0.2015
时间
Time
4—5月
Apr. to May.
3—4月
Mar. to Apr.
2—3月
Feb. to Mar.
1—2月
Jan. to Feb.
上年 6—7月
Last Jun. to Jul.
上年 7—8月
Last Jul. to Aug.
相关系数 Correlation coefficient 0.8888*** 0.7097*** 0. 3459 0.1919 -0.209 -0.3188*
时间
time
3—5月
Mar. to May.
2—4月
Feb. to Apr.
1—3月
Jan. to Mar.
上年 6—8月
Last Jun. to Aug.
上年 8—9月
Last Aug. to Sep.
相关系数 Correlation coefficient 0.8305*** 0.7347*** 0.3076 -0.285 -0.270
摇 摇 ***、**、*分别表示达到 0.001、0.01、0.05信度水平
图 3摇 洪湖水位与 4—5月降水量(a)及 3—5月降水量(b)相关图
Fig.3摇 The correlation between the Honghu water level with the precipitation from April to May (a) and from March to May (b)
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关图,从图中看出,春季降水量对水位的影响十分明
显,春季(3—5月)降水增加或减少 100 mm 降水将
导致水位上升或下降 0. 36 m。 3—5 月降水量 52a
(1960—2011)平均值 R5 2为 397.4 mm,春季降水减
少 10%,5月水位均将下降 0.14 m;当春季较常年偏
少 20%时洪湖水位接近一般性干旱水位,会出现水
资源不足;当降水偏少 45%时接近大旱水位,将对该
地区农业与生态产生极为严重影响。
对水位与其它气象因子相关分析发现:5月水位
与 5月平均气温相关性最好,为-0.4772,达到了 琢 =
0.01 信度水平;其次是 4—5 月的平均气温,相关系
数为-0.3104,只达到了 琢 = 0.1 信度水平;与蒸发量
及其它时段温度相关性更低。 综上所述,春季水位
低,尤其是 5 月水位变化大、不稳定,是洪湖湿地生
态功能最容易受到影响的季节;春季降水量与 5 月
水位的关系最密切,可见春季降水对于洪湖湿地干
旱缺水至关重要。
2.2摇 气候变化对洪湖春季干旱影响
图 4a、b、c 是分别为洪湖流域 1960—2011 年年
降水量、夏季降水量、春季降水量变化趋势图;图 4d
为春季少雨年的降水量变化趋势,即分别从不同年
代中提出 5 个降水最低值(2000—2011 年为 6 个最
低值)组成的降水时间序列变化趋势图。 图中可以
看出,年降水量与夏季降水量均呈现增加趋势;春季
降水量呈现减少趋势,它们没有通过显著性检验;而
春季少雨年的降水量变化趋势呈现比较明显的减少
趋势,减少速率为 - 12. 57 mm / 10a,趋势系数 r =
0郾 3633,信度在 琢 = 0.1 以上,即过去 50 年春季少雨
年降水量减少了 62.8 mm。 进一步对 3—5 月、6—8
月 2个时段的降水量占年降水总量百分率变化趋势
分析发现:3—5月降水量占年降水总量百分率趋势
倾向率为-0.99% / 10a,趋势系数 r = 0.2154,呈下降
趋势,没有通过显著性检验;而 6—8 月降水量占年
降水总量百分率趋势倾向率为 1.41% / 10a,趋势系
数 r= 0.2272,信度在 琢 = 0.1 以上,呈现出较为明显
上升趋势。 可见该地区年降水有越来越向夏季集中
的趋势。 从表 2 中可以看出,夏季降水量的增加与
次年 5 月水位为负相关,即对春季水资源有负面影
响,这可能与夏季强降水增加[18]有关,这种强降水
往往伴随洪涝灾害,造成水资源量流失。
图 4摇 降水量时间变化趋势,(a)为年降水量,(b)为夏季降水量,(c)为春季降水量, (d)为春季少雨年降水量变化趋势
Fig.4摇 Trend of precipitation, (a) for annual precipitation, (b) for the summer precipitation, (c) for spring precipitation, and (d) for
the precipitation trend of drought spring years
摇 摇 分析还发现:1990—2011 年相对于 1960—1989 年而言,枯水年(年降水量 80%保证率)降水均呈明
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显的增加趋势,近 20年较前 30 年均上升了 100 mm
以上;丰水年(20%保证率)降水量也略有增加。 而
对洪湖水位影响最关键最重要的春季降水量来说,
与年降水量特征则相反,春季少雨年的降水量越来
越少,在 1960—2011年的 52a中春季 3—5月降水量
由小到大排名的前 10 位中有 4a 在 2000—2011 年,
2a在 1990—1999 年,1960—1989 年的 30a 中只有
4a;且其中排在少雨年前 3 位的分别 1997、2011、
2000年,均发生在近 20年。
图 5摇 洪湖、监利 2县市 1990年以来精养鱼池年际变化
Fig.5 摇 Inter鄄annual variation characteristics of fine aquarium
areas in honghu and Jianli county since 1990
2.3摇 人类活动与洪湖春季干旱
卫星遥感监测显示[19]包括洪湖流域在内的江
汉平原土地利用的构成中耕地接近 70%,其中水田
占 59.83%;1990—2000年六大土地利用类型中旱地
水田以及林地均有所减少;增加最多的是水域面积。
统计年鉴也显示洪湖、监利两县 2000 年水田面积与
旱地面积较 1990年均减少 0.5伊104 hm2,而水产面积
却增加了 1.0伊104 hm2;2000—2011 年旱地面积减少
2.0 伊 104 hm2,而水产面积又增加了 4. 4 伊 104 hm2。
图 5是 1990年以来洪湖周边两县市淡水养殖精养鱼
池面积逐年变化情况。 图中可以看出, 两县市精养
鱼池面积 2000 年是 1991 年 2.1 倍;2011 年是 1991
年 7.1倍,2000年的 3.4倍;2000 年后其增长速率明
显加快。 对洪湖跟踪监测研究[1]显示洪湖湖泊及其
周边滩地面积从 20 世纪 50 年代的 712 km2减少到
90年代的 350 km2左右,从 20世纪 90年代以来基本
稳定在 340—350 km2。 由此可见,2010 年洪湖市精
养面积已经相当于一个现有的洪湖湖面面积,监利
县精养面积是现有洪湖湖面面积的 60%。 精养鱼塘
是所有土地利用类型中变化最大、增长最快的一类。
5月农业用水量是全年最多最集中时段,相对于
该地区降水最多最集中的 6 月而言,在时间上滞后
1个月左右;而近年来水产养殖业的快速发展,造成
了春季农业用水猛增,当春季雨水偏少的年份,洪湖
水资源不足问题显露出来。
根据湖泊水量平衡方程[20鄄21]:
驻V = A(h) 伊 (P - E) + Qin - Qout (2)
式中,驻V为湖泊库容的变化量,A 为湖泊水面面积
(m2),是水位 h(m)的函数;P 为湖面降雨量(mm);
E为湖面蒸发量(mm);Qin为入湖水量(m3);Qout为
出湖水量(m3)。
当降水、蒸发等气象条件不变时,入湖水量 Qin
变化不会太大,尤其是枯水年降水偏少时更是如此。
洪湖出湖水量 Qout与周边工业、生活、农业用水以及
外排泄洪有关。
Qout = I1 + I2 + L + F (3)
式中,I1、I2、L、F 分别为周边农业用水、工业、生活、
以及外排泄洪等水量(m3),据调查该地区 80%左右
用水是农业灌溉[12],可见农业灌溉用水 I1对出湖水
量 Qout的影响很大,农业灌溉用水由周边农业结构所
决定。
I1 = k1(W1 - P) + k2(W2 - P) + k3(W3 - P)
(4)
式中,W1、W2、W3分别为旱作物、水稻、水产养殖耗水
量,k1、k2、k3分别为旱作物、水稻、水产养殖面积占农
业用地权重系数。 旱作物棉花[22]苗期日均耗水量
不足 3 mm,蕾期,花铃期、吐絮期耗水量分别 6.4、
4郾 6、2.1 mm / d;玉米[23]苗期日均耗水量不足 3 mm,
拔节、抽穗、灌浆期耗水量分别 6.3、5.4、4.7 mm / d。
洪湖地区正常情况下双季早稻 4 月底 5 月初移栽,5
月中旬一季中稻进入移栽期;水稻[24]移栽前泡田用
水量 129 mm,移栽后 30d日均耗水量约 5 mm;而水
产养殖在鱼苗投放(4—5月)前鱼塘注水升高水位,
据调查投放前鱼塘注水平均升高 500 mm左右,日均
水面蒸发及渗漏量耗水量 5—7 mm。 由此可以看
出,水产养殖耗水量远大于水稻,水稻远大于旱
作物。
表 3是根据式(4)计算的洪湖、监利两县不同时
间不同降水量条件下春季农业灌溉用水需求值。
218、318 mm分别为洪湖春季较常年平均偏少 45%
和 20%的降水量。 从表中可以看出:当春季降水量
7031摇 5期 摇 摇 摇 刘可群摇 等:人类活动与气候变化对洪湖春旱的影响 摇
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分别偏少 20%、45%时,2011年春季农业灌溉需水量
是 1989年 2 倍之多;特别是在偏少 45%时,其灌溉
需水量相当多年平均年入湖水量[2] 19.6伊108 m3的
45%。 由此可见由农业用地结构变化导致灌溉用水
量增加对洪湖春季水资源短缺的压力也增加了 1 倍
之多。
表 3摇 洪湖、监利两县降水量偏少条件下春季农业灌溉用水需求值
(108m3)
Table 3摇 Water demanding of agricultural irrigation in Honghu and
Jianli County in spring drought years (108m3)
春季降水量
Spring precipitation 1989 2000 2011
318mm 2.40 3.04 6.54
218mm 4.31 4.94 8.81
对 1989—2011年精养鱼池面积与水位进行相
关性分析,其水位与洪湖和监利两县市精养总面积
的相关系数为-0.1494, 两者相关性不显著。 以春季
3—5月 52a平均降水量 R52为分界线将 1989—2011
年 4—5月降水量分为偏多与偏少两组样本进行相
关分析发现,偏多一组中两者间呈正相关,其相关系
数为 0.1021(样本数 n = 11),不显著,这可能是与降
水过多时养殖户为防止水溢鱼逃,鱼塘向外大量排
水而导致洪湖抬高有关。 但当降水偏少时两者为较
好的负相关关系,相关系数为-0.4954(样本数 n =
12),达到了 琢 = 0.1 的显著性水平,其斜率,亦即降
水偏少时水产养殖对洪湖水位的影响率为- 0. 158
m / 104 hm2。
2000年与 2011年均为特大冬春连旱年,对两者
进行了对比分析,表 4 是这 2 年春季水文气象特征
之比较。 2000 年 5 月 24—25 日洪湖汇水区出现了
一次暴雨过程,2011 年 6 月 4 日之后 4 次强降水过
程。 表中可以看出:3 月 1 日—5 月 24 日期间 2000
年较 2011 年降水量少 21.7 mm,气温较 2011 年高
1郾 4 益;从气象要素看,截至到 5月 24日为止春季干
旱 2000 年显然重于 2011 年;但从水文要素上看,4
月水位 2011年较 2000年高,4月底进入农业集中用
水期后、2011年无论是平均水位、最低水位,还是低
水位维持时间等各项水文特征值明显低于 2000 年,
2011年洪湖水文干旱明显更旱一些。 从水稻种植面
积上看, 2011 年洪湖市早稻面积不足 2000 年的
50%,监利也减少 10%以上; 80%以上一季中稻因无
水灌溉推迟移栽;水产养殖业仅洪湖市水产养殖面
积增加了 1.7倍(图 5)。 对 2011年大旱实地调查也
是这样,90%以上的水产养殖鱼池水位虽然较一般
年份同期低,但都保持了相应水位,干旱对水产养殖
影响相对小。 由此可见,春季降水量较常年偏少时
精养鱼池对水的需求及对洪湖地区造成的干旱十分
明显。
表 4摇 2000、2011年 2个典型冬春旱年洪湖水文气象特征值比较
Table 4摇 Comparison of Honghu忆s hydrometeorological eigenvalue of two typical winter鄄spring drought year 2000 and 2011
参数 Parameter 2000 2011
4月平均水位 / m
average water level in April 23.70 23.78
3月 1日—5月 24日降水量 / mm
precipitation from 1st March to 24th May
169.2 190.9
3月 1日—5月 24日平均气温 / 益
the average temperaturefrom 1st March to 24th May
18.0 16.6
5月 1日—5月 24日平均水位 / m
average water levelfrom 1st March to 24th May
23.48 23.37
5月 24日前水位臆23.5 m天数 / d
Days of water level less than 23.5 m before 24th May
14 21
5月 24日前水位臆23.64 m天数 / d
Days of water level less than 23.5 m before 24th May
25 27
最低水位 Minimum water level / m 23.28 23.20
2.4摇 人类活动与气候变化对洪湖春旱影响比较
人类活动与气候变化两者对洪湖地区水量收支
变化量大小比较。 如前所述,利用式(4)计算在降水
偏少 2成时,由于近 20年土地利用的变化导致该地
区两县市春季农业灌溉需水量增加了 1 倍以上,即
增加了 4.14伊108 m3以上农业灌溉需水量。 与此同
时气候变化导致春季降水量也在下降,据图 4c、d 显
示过去 50a春季降水量减少速率为 4.44 mm / 10a,少
8031 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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雨年的降水量减少速率为-12.57 mm / 10a,由此计
算,50a春季降水量与春季少雨年的降水量分别减少
了 22.2、62.8 mm,相当于两县市降水分别减少了 1.
24伊108m3、3.51伊108m3。 从时间变化率上看,人类活
动对洪湖春季干旱产生的影响更大。
再进一步比较两者对洪湖水资源实际影响。 从
上面的气象、农业与水文观测资料统计分析已经得
到:在春季降水偏少时,水产养殖影响系数为-0.158
m / 104 hm2,由此计算在降水偏少的情况下,1989—
2011年由于水产面积的增加,洪湖 5 月水位产生的
影响约 0.83 m。 而春季降水对洪湖水位的影响系数
为 0.36 m / 100mm,如前所述近 50 年春季降水量与
春季少雨年的降水量分别减少了 22.2、62.8 mm,据
此推算其对水位产生的影响分别为 0.08、0郾 23 m。
显然人类活动大于气候变化。 对 2000 年和 2011 年
两个典型春季大旱年进行参数比较后发现,水产养
殖对洪湖干旱、农业及生态影响是巨大的。
3摇 结论与讨论
(1) 春季 5月是洪湖地区渔事活动及春耕春播
等农业用水最重要最集中时期,需水量大,全年水资
源最脆弱时期,水位略高于冬季,但均方差是冬季
2—3倍,导致干旱出现频率高、程度重。 春季降水量
与洪湖水位相关系数为 0.8305,相关性极为显著;春
季降水量是对水资源短缺影响最大的气象因子,也
是该地区春季干旱的重要气象指标。
(2)虽然近 50年来该地区年降水量有增加的趋
势,且丰水年和枯水年降水量均呈增加趋势;但这种
趋势表现为向夏季集中,即夏季降水量呈增加趋势,
而夏季降水增多对次年春季水资源有负面影响。 春
季降水量则呈现为减少趋势,尤其是春季少雨年比
较明显,信度在 琢= 0.1以上,春季少雨年的降水量下
降率为-12.57 mm / 10a,即过去 50a 春季少雨年的降
水量减少了 62.8 mm。 另外在 1960—2011年春季降
水量最少的 10a中,后 20 年就占有 6a,其中有 4a 发
生在 2000—2011 年,春季少雨年频率也呈增加
趋势。
(3) 在降水偏少时精养鱼池面积增加导致水资
源短缺,加速洪湖水位下降,渔业的大量需水造成旱
年更旱。 近 20 年来随着社会经济的发展洪湖地区
土地利用变化很大,尤其是水产养殖面积的快速增
加,周边洪湖、监利两县市精养鱼池面积增加了近 7
倍,即 20年增加了 5伊104 hm2,面积相当于 1.6 个洪
湖湖面面积;造成春季降水量低于历年同期的 20%
便会导致水资源不足,低于 45%可能产生大旱;与湖
北省水利厅[25]在 10多年前划定的连续 3 个月降水
距平百分率在-25—-50%为一般干旱,臆-50%为大
旱指标有了较明显的变化。
(4) 近几十年在人类活动与气候变化双重影响
下洪湖春旱增多加重,从水量平衡分析并结合气象、
农业与水文观测资料的统计分析,人类活动对洪湖
春季干旱的影响更大。 本文所指的人类活动主要是
指农业结构变化,尤其是水产养殖面积的增加;但不
包括城镇化发展导致的工业用水、生活用水增加、以
及各种污染造成水资源浪费而对干旱产生的影响。
综上所述,目前土地利用结构不利于该地区生
态环境改善及农业可持续发展,应当加大调整农业
结构力度,尤其要避免盲目发展水产养殖导致湿地
生态破坏;同时真正落实国家“退田还湖冶政策,扩大
湖泊库容,减少夏季集中性降水的外排力度。 另外,
据研究[26]该地区 9 月份之后发生暴雨洪涝概率低,
不足 4%,减少秋季雨水外排,甚至在秋季适当开闸
引入长江水资源,增加冬季洪湖蓄水量,可以有效提
高洪湖抗春旱能力。
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0131 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
粤悦栽粤 耘悦韵蕴韵郧陨悦粤 杂陨晕陨悦粤 灾燥造援猿源袁晕燥援缘 酝葬则援袁圆园员源渊杂藻皂蚤皂燥灶贼澡造赠冤
悦韵晕栽耘晕栽杂
云则燥灶贼蚤藻则泽 葬灶凿 悦燥皂责则藻澡藻灶泽蚤增藻 砸藻增蚤藻憎
粤凿增葬灶糟藻 蚤灶 贼澡藻 泽贼怎凿赠 燥灶 凿则燥怎早澡贼 蚤灶凿藻曾 蕴陨 月燥扎澡藻灶袁 在匀韵哉 郧怎葬灶早泽澡藻灶早 渊员园源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
杂贼葬贼藻鄄燥枣鄄贼澡藻鄄葬则贼 则藻增蚤藻憎 燥枣 贼澡藻 蚤皂责葬糟贼 燥枣 糟造蚤皂葬贼蚤糟 糟澡葬灶早藻 燥灶 遭蚤燥葬增葬蚤造葬遭蚤造蚤贼赠 燥枣 皂蚤灶藻则葬造 藻造藻皂藻灶贼泽 蚤灶 糟则燥责泽
蕴陨 蕴燥灶早择蚤灶早袁宰哉 在澡藻灶早赠怎灶袁 在匀粤晕郧 匝蚤葬灶早袁藻贼 葬造 渊员园缘猿冤
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责造葬灶贼泽 葬灶凿 泽燥蚤造 蚤灶 葬造责蚤灶藻 皂藻葬凿燥憎 蕴陨 匝蚤葬灶择蚤葬灶袁 在匀粤韵 载怎袁 郧哉韵 在澡藻灶早早葬灶早 渊员圆员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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远圆猿员 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿源卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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本期责任副主编摇 象伟宁摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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第 猿源卷摇 第 缘期摇 渊圆园员源年 猿月冤
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