全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 22 期摇 摇 2012 年 11 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
CO2 浓度和温度升高对噬藻体 PP 增殖的联合作用 牛晓莹,程摇 凯,荣茜茜,等 (6917)………………………
1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 陈摇 军,王玉辉 (6925)………………………………
两个污水处理系统的能值与经济综合分析 李摇 敏,张小洪,李远伟,等 (6936)…………………………………
退化草地阿尔泰针茅种群个体空间格局及关联性 赵成章,任摇 珩 (6946)………………………………………
地表覆盖栽培对雷竹林凋落物养分及其化学计量特征的影响 刘亚迪,范少辉,蔡春菊,等 (6955)……………
福州酸雨区次生林中台湾相思与银合欢叶片的 12 种元素含量 郝兴华,洪摇 伟,吴承祯,等 (6964)…………
“雨花露冶水蜜桃主要害虫与其捕食性天敌的关系 柯摇 磊,施晓丽,邹运鼎,等 (6972)………………………
大兴安岭林区 10 小时时滞可燃物湿度的模拟 胡天宇,周广胜,贾丙瑞 (6984)…………………………………
陕北风沙区不同植被覆盖下的土壤养分特征 李文斌,李新平 (6991)……………………………………………
南方型杨树人工林土壤呼吸及其组分分析 唐罗忠,葛晓敏,吴摇 麟,等 (7000)…………………………………
黑河下游土壤水盐对生态输水的响应及其与植被生长的关系 鱼腾飞,冯摇 起,刘摇 蔚,等 (7009)……………
树木胸径大小对树干液流变化格局的偏度和时滞效应 梅婷婷,赵摇 平,倪广艳,等 (7018)……………………
外来植物紫茎泽兰入侵对土壤理化性质及丛枝菌根真菌(AMF)群落的影响
于文清,刘万学,桂富荣,等 (7027)
…………………………………
……………………………………………………………………………
基于 Landsat TM的热带精细地物信息提取的模型与方法———以海南岛为例
王树东,张立福,陈小平,等 (7036)
…………………………………
……………………………………………………………………………
雪被去除对川西高山冷杉林冬季土壤水解酶活性的影响 杨玉莲,吴福忠,杨万勤,等 (7045)…………………
不同土壤水分处理对水稻光合特性及产量的影响 王唯逍,刘小军,田永超,等 (7053)…………………………
木蹄层孔菌不同居群间生长特性、木质素降解酶与 SRAP 标记遗传多样性
曹摇 宇,徐摇 晔,王秋玉 (7061)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
加拿大一枝黄花入侵对土壤动物群落结构的影响 陈摇 雯,李摇 涛,郑荣泉,等 (7072)…………………………
间作对玉米品质、产量及土壤微生物数量和酶活性的影响 张向前,黄国勤,卞新民,等 (7082)………………
接种 AM真菌对玉米和油菜种间竞争及土壤无机磷组分的影响 张宇亭,朱摇 敏,线岩相洼,等 (7091)………
大亚湾冬季不同粒级浮游生物的氮稳定同位素特征及其与生物量的关系
柯志新,黄良民,徐摇 军,等 (7102)
………………………………………
……………………………………………………………………………
太湖水华期间有毒和无毒微囊藻种群丰度的动态变化 李大命,叶琳琳,于摇 洋,等 (7109)……………………
锌胁迫对小球藻抗氧化酶和类金属硫蛋白的影响 杨摇 洪,黄志勇 (7117)………………………………………
基于国家生态足迹账户计算方法的福建省生态足迹研究 邱寿丰,朱摇 远 (7124)………………………………
能源活动 CO2 排放不同核算方法比较和减排策略选择 杨喜爱,崔胜辉,林剑艺,等 (7135)…………………
基于生境等价分析法的胶州湾围填海造地生态损害评估 李京梅刘铁鹰 (7146)………………………………
县级生态资产价值评估———以河北丰宁县为例 王红岩,高志海,李增元,等 (7156)……………………………
专论与综述
丛枝菌根提高宿主植物抗旱性分子机制研究进展 李摇 涛,杜摇 娟,郝志鹏,等 (7169)…………………………
城市土壤碳循环与碳固持研究综述 罗上华,毛齐正,马克明,等 (7177)…………………………………………
基于遥感的光合有效辐射吸收比率(FPAR)估算方法综述 董泰锋,蒙继华,吴炳方 (7190)…………………
光衰减及其相关环境因子对沉水植物生长影响研究进展 吴明丽,李叙勇 (7202)………………………………
浮游动物化学计量学稳态性特征研究进展 苏摇 强 (7213)………………………………………………………
研究简报
2010 年两个航次獐子岛海域浮游纤毛虫丰度和生物量 于摇 莹,张武昌,张光涛,等 (7220)…………………
基于熵值法的我国野生动物资源可持续发展研究 杨锡涛,周学红,张摇 伟 (7230)……………………………
残落物添加对农林复合系统土壤有机碳矿化和土壤微生物量的影响 王意锟,方升佐,田摇 野,等 (7239)……
人工湿地不同季节与单元之间根际微生物多样性 陈永华,吴晓芙,张珍妮,等 (7247)…………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*338*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*36*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄11
封面图说: 水杉农田防护林中的小麦熟了———水杉曾广泛分布于北半球,第四纪冰期以后,水杉属的其他种类全部灭绝,水杉
却在中国川、鄂、湘边境地带得以幸存,成为旷世奇珍,野生的水杉是国家一级保护植物。 由于水杉耐水,适应力强,
生长极为迅速,其树干通直挺拔,高大秀颀,树冠呈圆锥形,姿态优美,自发现后被人们在中国南方广泛种植,不仅成
为了湖边、道路两旁的绿化观赏植物,更成为了农田防护林的重要树种。 此图中整齐划一的水杉防护林像忠实的哨
兵一样,为苏北农村即将成熟的麦田站岗。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 22 期
2012 年 11 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 22
Nov. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展计划项目(2010CB951303);国家自然科学基金项目(40971123)
收稿日期:2011鄄10鄄16; 摇 摇 修订日期:2012鄄03鄄26
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: yhwang@ ibcas. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201110161531
陈军, 王玉辉. 1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局.生态学报,2012,32(22):6925鄄6935.
Chen J, Wang Y H. Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner: 1956—2009. Acta Ecologica Sinica,2012,32(22):
6925鄄6935.
1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局
陈摇 军1,2, 王玉辉1,*
(1. 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室,北京摇 100093; 2. 中国科学院研究生院, 北京摇 100049)
摘要:弄清全球变化背景下不同地区降水格局的变化对科学理解气候变化及其影响具有重要意义。 苏尼特左旗荒漠草原是温
带干旱半干旱地区的典型荒漠草原,对气候变化,特别是降水变化非常敏感。 利用 1956—2009 年的日降水资料探讨了苏尼特
左旗荒漠草原降水格局的变化规律,以为揭示气候变化的影响机制提供依据。 结果表明,该地区年均降水量为 191. 9 mm,年际
变化剧烈,变异系数达 26. 63% ;年均降水日数为 63. 8 d,变异系数 16. 9% 。 生长季降水占全年的 85% ,但各月变异系数均>
50% ;降水日数占全年的 63% 。 年和生长季的各月降水以中等降水量、弱降水日数为主,中等强度以上降水事件较少。 近 50 a
来,年和生长季的降水量、降水日数与各等级降水事件均呈下降趋势,年降水减少的原因在于中等降水事件的减少、生长季降水
减少的原因在于弱降水事件的减少。 年降水减少将影响草地的土壤水分与植物返青;而生长季降水减少将直接影响草地固碳。
气候变化背景下年与生长季降水的减少将进一步加剧该地区干旱程度并影响植物的生长发育,从而直接威胁到草地畜牧业的
发展。
关键词:降水格局;变化;荒漠草原;苏尼特左旗;内蒙古
Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner:
1956—2009
CHEN Jun1,2, WANG Yuhui1,*
1 State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change, Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China
2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: At present, precipitation pattern has taken significantly change under the effect of global change. To find out
how precipitation pattern changes in different regions is very important to understand climate change and its consequences.
The change of precipitation pattern includes variations of precipitation amounts, precipitation days, inter鄄precipitation
periods and precipitation intensity. Desert steppe was the typical vegetation type in temperate arid and semi鄄arid regions,
which was very sensitive to climate change, especially precipitation pattern changes. Precipitation was the main limiting
factor in desert steppe ecosystem, whose variability determined the basic functions of this ecosystem. So it was in urgent
need to find precipitation pattern variations in Chinese desert steppe under global change background.
In this study, precipitation data from 1956 to 2009 in typical desert steppe of Sunite Left Banner in Inner Mongolia
were collected and precipitation amounts, precipitation days, inter鄄precipitation periods and precipitation intensity were
analyzed. Among them, Mann鄄Kendall method was used to analyze precipitation tendency and test significance, least square
method was used to calculate the tendency values. The result showed that (1) from 1956 to 2009, the whole tendency of
the annual precipitation amount and growing season precipitation amount were decreased, but the change tendency was
different with the time. Among them, precipitation increased in 1970s but decreased in 1960s, 1980s and 1990s, then
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increased in 2000s. Annual mean precipitation amount was 191. 9 mm, the range value was 100—250 mm, and the
tendency value was -8. 5 mm / 10a. Amount of precipitation in the growing season accounted for 85% of the whole year忆s,
which mainly occurred from June to August, and the variation coefficient of each month was above 50% . (2) Both mean
annual precipitation days and short inter鄄precipitation period decreased but long inter鄄precipitation period increased from
1956 to 2009. Annual mean precipitation days were 63. 8 days, the range value was 50—80 d, the tendency value was
-2. 5 d / 10a and its variation coefficient was 16. 9% . Number of precipitation days in the growing season accounted for
63% of the whole year忆s, and the variability of each month was above 28% , and tendency value was -3 d / 10a. (3)
Precipitation intensity was distinguished as six different types: light, relatively light, moderate, relatively heavy, heavy and
extremely heavy. Precipitation events were dominated by moderate precipitation amounts and light rainfall days, and there
were few events above moderate precipitation level, no matter in the whole year or each month of the growing season.
Moderate precipitation accounted for 32% of annual precipitation amounts, and light precipitation accounted for 68% of the
annual precipitation days. Precipitation decrease in the whole year mainly resulted from moderate precipitation events, while
the decrease in precipitation during the growing season was primarily due to light precipitation events. In generally, from 1956
to 2009, mean annual precipitation amounts, precipitation days and the different precipitation types in the whole year and the
growing season all decreased, particularly there was a consistent decline of annual precipitation days since 1990s.
Decreasing annual precipitation would affect soil moisture and plant reviving, while decreasing precipitation in the
growing season would directly affect carbon sequestration in the grasslands. Under the scenarios of climate change, reduced
precipitation in the whole year and growing season would further exacerbate the degree of drought in this region and affect
plant growth and development, and thereby to threat the development of grassland animal husbandry.
Key Words: precipitation pattern; change; desert steppe; Sunite Left Banner; Inner Mongolia
人类活动导致的温室效应已经引起全球和区域降水格局的变化[1]。 研究表明,21 世纪全球降水量将增
加 7% [2],雨日频率将减少,干旱间期会延长[3鄄4]。 降水格局的显著变化将影响植物的生理生态过程,进而影
响陆地生态系统[5],如中国陆地生态系统净初级生产力的年际变化与降水的年际波动显著相关[6],中国北方
温带草原地上生物量与年降水量呈正相关[7]。 因此,弄清全球变化背景下不同地区,尤其是对气候变化敏感
的干旱半干旱区降水格局的变化,对科学理解气候变化及其影响具有重要意义。
降水是干旱半干旱区生态系统功能的最主要限制因子,降水格局变化可能较 CO2 浓度变化、温度变化及
其交互作用对生态系统的影响更为强烈[2]。 除年、季降水事件分布对植物生长过程具有重要影响外,降水频
度和强度也是调控植物生产的重要因子[8鄄9];持续连旱将引起并增加植物的干旱胁迫[10]。 然而,现有干旱半
干旱区降水格局的研究主要集中在年、季和月等较长时间尺度的平均状况[10鄄13],关于日降水格局特征的研究
还很少;特别是已有研究更多关注的是极端降水事件特征及其变化趋势[14鄄15],对小降水事件的研究较少,尤
其是小降水事件在生长季的分配至今未见报道[16鄄17]。
干旱半干旱区的陆地生态系统对气候变化,特别是降水变化异常敏感。 研究干旱半干旱区降水格局变化
对于揭示全球变化背景下气候变化的影响机制具有重要意义。 内蒙古草原是全球典型的中纬度半干旱温带
草地生态类型,为我国北方最为重要的绿色生态屏障,分布面积约为 11. 2伊104hm2[18]。 荒漠草原是内蒙古草
原的重要组成部分,占全区草地面积的 10. 7% [19],是草原区向荒漠区过渡的草原生态类型,稳定性较差。 由
于生态环境的严酷性和气候的波动性,荒漠草原十分脆弱,具有发生荒漠化的潜在危险,一旦彻底破坏就难以
恢复。 降水是荒漠草原生态系统的主要限制因子,降水变化决定着荒漠草原生态系统的基本功能(地上净初
级生产力、土壤有机质等),进而影响生态系统对大气 CO2 浓度升高的响应[20]。 因此,迫切需要弄清全球变
化背景下中国荒漠草原的降水格局变化趋势。
苏尼特左旗荒漠草原是温带干旱半干旱地区的典型荒漠草原,位于内蒙古荒漠草原的主体区域,对气候
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变化,特别是降水变化非常敏感。 本研究试图以苏尼特左旗为例,分析 1956—2009 年日降水格局的变化,为
揭示气候变化对荒漠草原生态系统结构和功能的影响提供依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究区概况
苏尼特左旗位于内蒙古锡林郭勒盟西北部,地理位置在东经 111毅30忆—115毅12忆,北纬 42毅58忆—45毅06忆之
间。 气候属于温带干旱、半干旱大陆性季风气候,蒸发量高达 2 678 mm。 年平均日照为 3196 h,年均气温 1—
2 益,最低气温-36 益,最高气温 39. 3 益。 平均风力 4 级左右,主风向为西北风,全年 8 级以上的大风日不少
于 76 d。 灾害频发,年平均风沙日为 110 d,常见干旱雪灾,十年九旱,三年遇雪灾[21]。 地貌类型以高平原、低
山丘陵为主,土壤类型以淡栗钙土和棕钙土为主。 植被类型为以小针茅(Stipa klemenzii Roshev. )为建群种的
荒漠草原。
1. 2摇 资料和方法
本研究资料来自中国地面气候资料日值数据集,包括 1956—2009 年苏尼特左旗气象站逐日降水数据。
日降水资料记录有 6 种形式:淤无降水;于微量降水(日降水量少于 0. 1 mm);盂雾、露或霜形成的降水量;榆
完全降雪形成的降水量;虞雪和雨形成的降水量;愚降雨形成的降水量。 因为第二类和第三类降水量太小,在
本研究中暂不予以考虑,与第一类日降水同等对待[22]。
在日降水分析过程中,降水日数定义为日降水量大于等于 0. 1 mm 的天数;生长季为 5—9月;持续少于
10 d的降水间期为较短的间隔期,大于或等于 10 d的降水间期为较长的间隔期[10]。
1. 2. 1摇 趋势检验
降水量、降水日数和降水强度的趋势检验采用世界气象组织推荐并已广泛使用的非参数检验方法 Mann鄄
Kendall法[21]。 计算方法为假设数据序列 x1,x2,…,xn 为平稳的时间序列,遵从正态分布,样本相对独立,首
先需要计算对于元素 xi,xi>x j( j=1, 2,…,i-1)成立的累积次数 mi,总累积数为 dk ,定义统计量:
Udk =
dk - Edk
Vardk
摇 摇 (2 臆 k 臆 n) (1)
式中, Edk , Vardk 分别是 dk 的均值和方差,可计算如下:
dk =移
k
i = 1
mi ; Edk =
k(k - 1)
4
; Vardk =
k(k - 1)(2k + 5)
72
摇 摇 (2 臆 k 臆 n) (2)
式中, Udk 服从标准正态分布。 原假设为序列无趋势变化,采用双边趋势检验,在给定显著性水平 琢 下,若
| Udk | 置信区间(-U琢 / 2,+U琢 / 2)外时,原序列才存在显著的变化趋势。 本文选取置信区间 | U | <1. 96(95%的置信水
平),那么当曲线( Udk 值)落在 |U | <1. 96 之外,则存在显著趋势, Udk >0 时,表示有上升趋势; Udk <0 时,表示
有下降趋势。
降水量、降水日数、降水强度的趋势值估计采用最小二乘法,为表示方便,一般将所得的趋势乘以 10,从
而表示为每个年代的变化大小,相应单位为(% / 10a)。
1. 2. 2摇 降水强度的分级
我国常用的日降水强度分级为,<0. 1 mm,微量;0. 1—10 mm,小雨;10—25 mm,中雨;25—50 mm,大雨;
50—100 mm,暴雨;100—200 mm,大暴雨;逸200 mm,特大暴雨[23]。 对于降水稀少的荒漠草原区来说,这种划
分范围太大,不能准确反映本地的降水状况。 本文采用广泛运用于气象因子分析中[24鄄25] Bonsal 等[26]的非参
数化方案进行降水强度分级。 具体步骤如下:若某个气象要素有 n 个值,将这 n 个值按升序排列 x1,x2,…,
xm,…,xn,某个值小于或等于 xm 的概率 P可由以下公式计算而得:
P=(m-0. 31) / (n+0. 38) (3)
式中,m为 xm 的序号。
7296摇 22 期 摇 摇 摇 陈军摇 等:1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 摇
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苏尼特左旗荒漠草原 54 a来 80%左右的天数无降水发生,参考陈冬冬和戴永久[26]关于西北地区降水强
度的划分标准,并结合典型草原生长季土壤水分及碳交换的有效降水为 3 mm或 5 mm[27],突出对小降水事件
的描述,将苏尼特左旗荒漠草原降水强度作如表 1 所示划分。
表 1摇 苏尼特左旗荒漠草原日降水强度分级
Table 1摇 Classification of daily precipitation intensity in desert steppe of Sunite Left Banner
降水
Precipitation
弱
Light
较弱
Relatively light
中等
Moderate
较强
Relatively heavy
强
Heavy
极强
Extremely heavy
百分位 Rank 0R90
日降水量 Dailyprecipitation / mm 0摇 摇 Ri:rank,表示日降水量所对应百分位数;PPT:daily precipitation,表示日降水量
2摇 结果与分析
2. 1摇 降水量特征
1956—2009 年苏尼特左旗荒漠草原的全年及生长季降水量均呈减少趋势(图 1)。 其中多年平均降水量
为 191. 9 mm,变异系数 26. 6% ,最大 321. 7 mm,最小 96. 3 mm,波动在 100—250 mm,趋势值为-8. 5 mm / 10a。
降水历经 1963—1966 年、1981—1989 年、1998—2002、2004—2006 年 4 次较大幅度的下降和 2007—2009 年的
回升,基本表现出 70 年代增加,60、80、90 年代减少,2000—2010 年代增加的格局。 值得一提的是,1999 年以
来降水量持续偏少,1999—2006 年平均降水量仅为 155. 8 mm,是减少幅度最大的时期。
降水在季节内呈正态分布(图 2),生长季降水量的多年均值为 163. 5 mm,占到全年的 85% ,趋势值为
-8. 7 mm / 10a,主要集中在 6—8月份,各月降水量分别为(16. 2 ±1. 6) mm,(30. 3 依2. 5) mm,(50. 5 依4. 0)
mm,(47. 9依4. 1) mm,(18. 6依1. 5) mm。 各月降水量年际波动剧烈,变异系数均在 50%以上。
图 1摇 全年和生长季降水量的年际变化
Fig. 1摇 Interannual variability of precipitation amounts respectively in the whole year and the growing season
图中虚线表示线性趋势,下同
图 2摇 降水量的季节分配
Fig. 2摇 Seasonal distribution of precipitation amounts
2. 2摇 降水时间
2. 2. 1摇 降水日数特征
1956—2009 年苏尼特左旗荒漠草原全年及生长季
降水日数均呈显著减少趋势(图 3)。 其中多年平均降
水日数为 63. 8 d,变异系数 16. 9% ,最长 87 d,最短 43
d,波动在 50—80 d,趋势值为-2. 5 d / 10 a。 其中,80 年
代后期到 90 年代初期降水日数表现出增加的势头,但
90 年代以来降水日数持续减少,带动近 50 多年来整体
趋势显著的降低。
生长季降水日数多年均值为 40. 4 d,占到全年的
8296 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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63% ,趋势值为-3 d / 10a。 各月降水多年均值分别为(5. 2依0. 3) d,(8. 7依0. 4) d,(11. 1依0. 4) d,(9. 4依0. 5)
d,(5. 9依0. 3) d (图 4)。 各月降水日数年际波动也较剧烈,变异系数均在 28%以上。
图 3摇 全年和生长季降水日数的年际变化
Fig. 3摇 Interannual variability of precipitation days respectively in the whole year and the growing season
图 4摇 降水日数的季节分配
Fig. 4摇 Seasonal distribution of precipitation days
2. 2. 2摇 降水间隔期
1956—2009 年苏尼特左旗荒漠草原较短降水间隔
期每年发生的次数呈显著减少趋势,年均发生 32 次,变
异系数 22. 5% ,最多 54 次,最少 16 次,趋势值为-1. 1
次 / 10a(图 5)。 其中,60—00 年代的线性趋势依次为
0. 27 次 / a、-0. 32 次 / a、-0. 13 次 / a、-0. 42 次 / a、-1. 04
次 / a,减幅有增大的趋势。 较长降水间隔期每年发生的
次数呈增加趋势,年均发生 10 次,变异系数 21% ,最多
15 次,最少 5 次,趋势值为 0. 4 次 / 10a (图 5 )。 但
1960—2010 年的线性趋势依次为-0. 39 次 / a、 -0. 18
次 / a、0郾 07 次 / a、0. 16 次 / a、0. 25 次 / a,增幅在上升。 特别是 90 年代以来频率在波动中上升,带动 50 多年来
趋势的增加。
图 5摇 降水间期的年际变化
Fig. 5摇 Interannual variability of inter鄄precipitation period
2. 3摇 降水强度
2. 3. 1摇 不同强度降水的年、季分配
1956—2009 年苏尼特左旗荒漠草原的降水以中等降水量、弱降水日数为主(图 6)。 其中,中等降水占总
降水量的 32% ,弱降水占总降水日数的 67% ,各强度等级降水的多年均值见表 2。 除中等强度降水外,各级
降水占总降水量的比例相近,在 10%—16%之间。 各级降水占总降水日数的比例则相差较大,中等强度以上
的降水仅占总降水日数的 7% ,较强降水有 6 a没有出现,强降水 20 a没有出现,平均各年代出现 6. 2 a,极强
9296摇 22 期 摇 摇 摇 陈军摇 等:1956—2009 年内蒙古苏尼特左旗荒漠草原的降水格局 摇
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降水只出现了 20 a,平均各年代出现 3. 6 a。 仅 3a发生了持续 2 d的极强降水,其他均为 1 d。
图 6摇 不同强度等级降水的降水量和降水日数在全年内的分配
Fig. 6摇 Distribution of different precipitation types for precipitation amounts and days in the whole year
表 2摇 各强度降水在全年的年均值
Table 2摇 Average value of different precipitation types in the whole year
全年
The whole year
弱
Light
较弱
Relatively light
中等
Moderate
较强
Relatively heavy
强
Heavy
极强
Extremely heavy
总量 Amounts / mm 29. 42 27. 93 59. 19 32. 3 24. 61 18. 43
日数 Days / d 43. 39 8. 41 8. 13 2. 31 1. 15 0. 43
除弱降水在非生长季分布稍多,其他强度降水事件几乎都发生在生长季,以中等强度以上降水尤为突出
(表 3)。 以多年来生长季各月某强度降水量(日数)占当月总降水量(日数)的比例表示该强度降水在该月的
分配。 近 50 a来苏尼特左旗荒漠草原各月均以中等强度降水量居多,特别是中等强度降水占到 9 月降水量
的 43. 8% ;其中 7 月和 8 月的降水量分配比例相似,中等降水量占到当月总量的 30%左右,极强降水大约占
总量的 14% (图 7a)。 各月均以弱降水日数居多,且均占到各月总降水日数的 50%以上;其中 7 月和 8 月的
降水日数分配比例相似,弱降水日数占到当月总日数的 52%左右,极强降水大约占总日数的 1. 5% 。 极强降
水事件主要发生在 6、7、8 月,以 7、8 月多见,5 月无极强降水发生,近 50 a来 9 月仅发生 1 次(图 7b)。
表 3摇 各强度降水在生长季的年均值
Table 3摇 Average value of different precipitation types in the growing season
生长季
The growing season
弱
Light
较弱
Relatively light
中等
Moderate
较强
Relatively heavy
强
Heavy
极强
Extremely heavy
总量 Amounts / mm 18. 16 21. 78 51. 99 29. 85 23. 33 18. 43
日数 Days / d 23. 17 6. 52 7. 09 2. 13 1. 09 0. 43
2. 3. 2摇 不同强度等级降水变化趋势
苏尼特左旗荒漠草原区的较强、强、极强降水事件尤其离散,趋势不明显,为此将三者综合为中等强度以
上降水进行趋势分析。 在描述不同强度降水变化时采用相对变化趋势,即每十年某强度降水量(日数)增加
值相对于当地该强度降水量(日数)均值的百分率。
1956—2009 年苏尼特左旗荒漠草原的弱、较弱、中等及中等以上各强度等级降水量均呈下降趋势,其中
中等降水量显著下降,趋势值为-5. 8% / 10 a(图 8a)。 各等级降水日数也均呈下降趋势,其中仅较弱降水日
数趋势未通过 0. 05 显著性检验,其它均显著下降,趋势值分别为-3. 5% / 10 a、-6. 4% / 10 a、-4. 4% / 10 a,以
中等降水日数下降最为突出,经 Mann-Kendall法统计检验, Udk 值达-2. 98(图 8b)。
生长季不同强度等级降水的降水量均呈下降趋势(图 8a),其中弱降水量显著下降,且 90 年代以来持续
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图 7摇 不同强度等级降水的降水量和降水日数在生长季各月内的分配
Fig. 7摇 Distribution of different precipitation types for precipitation amounts and days in each month of the growing season
减少,趋势值为-5. 6% / 10a,其它均不显著。 较弱降水量减幅较大为-6. 6% / 10a,其趋势不显著的原因在于
数据波动较大,年际变异系数高达 41. 3% ,而弱降水的变异系数仅为 25. 3% 。 不同强度等级降水日数均显著
下降(图 8b),趋势值分别为-9. 2% / 10 a、-5. 6% / 10 a、-5. 3% / 10 a、-4. 4% / 10 a,以弱降水日数下降最为突
出,经 Mann鄄Kendall法统计检验, Udk 值达-4. 77。
图 8摇 全年及生长季不同强度等级降水的变化趋势
Fig. 8 摇 Secular trend of precipitation amounts and days for the different precipitation types respectively in the whole year and the
growing season
图中所标注的数值表示 Udk 值
3摇 讨论
苏尼特左旗深居内陆,距海远,海拔高,加之由大兴安岭和阴山山脉所构成的天然屏障阻挡,使暖湿气流
很难深入境内,从而造成雨季短促,雨量不足[11]。 1956—2009 年,苏尼特左旗荒漠草原降水呈减少趋势,年降
水量波动在 100—250 mm,基本表现出 70 年代增加,60、80、90 年代减少,2000—2010 年代增加的格局。 这与
内蒙古典型草原和草甸草原年降水量的变化格局不同,典型草原最大达 481 mm,最小 146. 7 mm,70 和 90 年
代降水量呈增加趋势,60 和 80 年代呈减少趋势[13];海拉尔的草甸草原波动在 250—400 mm,60—80 年代降
水增加,90 年代后开始明显下降[28]。 这不仅体现了干旱半干旱区降水的时空差异,更说明荒漠草原的降水
格局在内蒙古整个草原生态系统降水格局中具有一定的特殊性,而这种特殊性必然对其气候、草地生产和畜
牧业产生深刻的影响。
苏尼特左旗荒漠草原年降水量的趋势值为-8. 5 mm / 10a,高于内蒙古全区近 50a 的趋势值-5. 9 mm /
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10a[12]。 降水量虽然不能完全决定干旱的长期变化,但降水量无疑是影响气候干湿变化最主要的因素之一。
翟盘茂和邹旭恺[29]通过对 1951—2003 年中国降水变化对干旱的影响研究,指出降水是我国干旱变化的最主
要因子,近半个多世纪来华北地区的干旱趋势主要是由于降水的减少造成的。 苏尼特左旗荒漠草原降水量下
降的时段与本旗干旱发生时段一致[30],也与我国发生较大范围干旱的主要时期一致[29]。 我国微量降水事件
(毛毛雨)普遍减少,特别是北方很多地区毛毛雨日数减少更多,是近年来干旱化趋势的一个重要特点[31]。
小降水事件占据了苏尼特左旗荒漠草原生长季降水的绝大部分,但弱降水量和日数显著减少,较弱降水事件
也呈减少趋势。 研究表明,弱降水日数的减少会加剧降水稀少的沙漠戈壁地区的干旱程度[24]。 中等以上降
水事件出现较少且呈下降趋势,雨日数减少且较长间隔期出现的频率增加,这意味着荒漠草原生态系统将经
历更长的水分亏缺,从而造成土壤水分亏缺时间延长,丰水年的水分入渗补给与干旱年的土壤水分净支出相
互交错,土壤水分干湿变幅加剧[32]。 降水和土壤水分的这一变化将不可避免的对受水分限制较为严重的干
旱半干旱地区的荒漠草地生态系统产生深刻的影响。
降水与草原生态系统生产力密切相关,随年均降水量的增加,内蒙古温带草地生态系统地上净初级生产
力呈指数增加趋势[33],地下生物量也显著增加[34]。 尽管如此,在较小的空间和时间尺度上,仅仅通过年降水
量并不能解释草原地上净初级生产力存在的差异[35],不同时期降水量的分布也是影响初级生产力的重要因
素[36]。 生长季降水量对草场生产力影响最大[37],也是最好的单一预测禾草类地上生物量( r2 = 0郾 62)的指
标[38]。 在总量一定的情况下,降水的时间以及强度对生态系统生产力都有重要的影响。 美国肯萨斯的高草
草原,降水频次不变,降水总量降低 30% ,土壤 CO2 通量降低了 8% ;降水总量不变,降水频次减少 50% ,土壤
CO2 通量降低了 13% ;降水总量和频次共同降低则使土壤 CO2 通量降低了 20% [9]。 Knapp 等[8]和 Fay 等[39]
的降水控制实验发现,降水总量不变,降水间期延长会使草地生态系统地上净初级生产力显著降低。 就降水
强度来说,大雨可能渗入到土壤剖面的深层,补充深层土壤或者有可能进入根际下层激发同化过程,然而小雨
可能被植物冠层截留或者只补充表层土壤剖面[9]。 Huxman 等指出,在一定范围内,总生态系统生产力随雨
强增大线性增加[40]。
20 世纪 90 年代以来,苏尼特左旗草场生产力急剧下降[41]。 通过本文的研究,近 50 a 来苏尼特左旗荒漠
草原全年及生长季降水量和降水日数均呈减少趋势,而较长降水间期在增加,弱降水事件为主而中等以上降
水在减少。 除人为因素以外,这种降水格局的变化极有可能是加剧草地生产力下降的重要原因。 同时,这种
降水格局的发展趋势必然对未来荒漠草原生态系统的生产力和稳定性带来一定的负面影响和不确定性。
荒漠草原生态系统生产力随着降水格局变化有较大的波动,而草原植被的生产力直接决定着草场的牧草
生产,是草场载蓄能力的基础[42]。 草地产草量的年际波动导致了草场载畜量的年际变化[43],如内蒙古小针
茅草原理论载畜量与地上生物量呈正相关[42]。 由于这种关系的存在,在降水多的年份牲畜数量增加明显;而
在降水少的年份,天然草场牧草的青草期缩短[44],并且牧草产量和质量下降,劣等牧草、杂草和毒草的比例越
来越高[45],牲畜饮水困难[44],这将直接导致畜牧业受到负面影响。 当发生连续干旱时,将加剧草场退化和草
原土壤沙化,同时对人工草场建设和天然草场的改良带来影响[44]。
综上所述,苏尼特左旗荒漠草原降水格局的波动趋势可能会威胁到当地畜牧业的可持续发展,加剧荒漠
草地畜牧业的脆弱性。
4摇 结论
利用 1956—2009 年逐日降水观测资料,对苏尼特荒漠草原降水格局的研究表明:
(1) 荒漠草原的年和生长季内各月均以中等降水量、弱降水日数为主,中等强度以上的降水事件发生
较少。
(2) 生长季降水主要集中在 6、7、8 月份,5、9 月份降水较少,降水年际波动非常大,极强降水事件主要发
生在 6、7、8 月份,5 月无极强降水发生。
(3) 年和生长季的降水量、降水日数、较短间隔期均呈减少趋势,较长间隔期在增加。
2396 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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(4) 年和生长季内弱、较弱、中等、中等以上各等级降水事件均呈下降趋势,年降水的减少主要是由中等
降水事件造成,弱降水显著减少是生长季降水的突出特点。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 22 November,2012(Semimonthly)
CONTENTS
The combined effects of elevated CO2 and elevated temperature on proliferation of cyanophage PP
NIU Xiaoying,CHENG Kai,RONG Qianqian,et al (6917)
……………………………………
…………………………………………………………………………
Precipitation pattern of desert steppe in Inner Mongolia, Sunite Left Banner: 1956—2009 CHEN Jun, WANG Yuhui (6925)………
Emergy and economic evaluations of two sewage treatment systems LI Min, ZHANG Xiaohong, LI Yuanwei, et al (6936)…………
Individual spatial pattern and spatial association of Stipa krylovii population in Alpine Degraded Grassland
ZHAO Chengzhang, REN Heng (6946)
……………………………
……………………………………………………………………………………………
Litter characteristics of nutrient and stoichiometry for Phyllostachys praecox over soil鄄surface mulching
LIU Yadi, FAN Shaohui, CAI Chunju, et al (6955)
………………………………
………………………………………………………………………………
Characteristics of leaf element concentrations of twelve nutrients in Acacia confusa and Leucaena glauca in secondary forests of
acid rain region in Fuzhou HAO Xinghua, HONG Wei, WU Chengzhen,et al (6964)……………………………………………
Relationships between main insect pests and their predatory natural enemies in “Yuhualu冶 juicy peach orchard
KE Lei, SHI Xiaoli, ZOU Yunding, et al (6972)
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Simulating 10鄄hour time鄄lag fuel moisture in Daxinganling HU Tianyu, ZHOU Guangsheng,JIA Bingrui (6984)………………………
Soil nutrient characteristics under different vegetations in the windy and sandy region of northern Shaanxi
LI Wenbin, LI Xinping (6991)
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Partitioning of autotrophic and heterotrophic soil respiration in southern type poplar plantations
TANG Luozhong, GE Xiaomin, WU Lin, et al (7000)
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Soil water and salinity in response to water deliveries and the relationship with plant growth at the lower reaches of Heihe River,
Northwestern China YU Tengfei, FENG Qi, LIU Wei,et al (7009)………………………………………………………………
Effect of stem diameter at breast height on skewness of sap flow pattern and time lag
MEI Tingting, ZHAO Ping, NI Guangyan, et al (7018)
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Invasion of exotic Ageratina adenophora Sprengel. alters soil physical and chemical characteristics and arbuscular mycorrhizal
fungus community YU Wenqing, LIU Wanxue, GUI Furong, et al (7027)………………………………………………………
Models and methods for information extraction of complex ground objects based on LandSat TM images of Hainan Island, China
WANG Shudong, ZHANG Lifu, CHEN Xiaoping, et al (7036)
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Effects of snow pack removal on soil hydrolase enzyme activities in an alpine Abies faxoniana forest of western Sichuan
YANG Yulian, WU Fuzhong, YANG Wanqin, et al (7045)
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Effects of different soil water treatments on photosynthetic characteristics and grain yield in rice
WANG Weixiao, LIU Xiaojun, TIAN Yongchao, et al (7053)
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Growth characteristics, lignin degradation enzyme and genetic diversity of Fomes fomentarius by SRAP marker among populations
CAO Yu, XU Ye, WANG Qiuyu (7061)
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Effects of the invasion by Solidago canadensis L. on the community structure of soil animals
CHEN Wen, LI Tao, ZHENG Rongquan, et al (7072)
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Effects of intercropping on quality and yield of maize grain, microorganism quantity, and enzyme activities in soils
ZHANG Xiangqian,HUANG Guoqin, BIAN Xinmin, et al (7082)
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Influence of mycorrhizal inoculation on competition between plant species and inorganic phosphate forms
ZHANG Yuting, ZHU Min, XIAN Yanxiangwa, et al (7091)
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The stable nitrogen isotope of size鄄fractioned plankton and its relationship with biomass during winter in Daya Bay
KE Zhixin, HUNG Liangmin, XU Jun, et al (7102)
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Dynamics of toxic and non鄄toxic Microcystis spp. during bloom in the large shallow hypereutrophic Lake Taihu
LI Daming, YE Linlin,YU Yang, et al (7109)
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Activities of antioxidant enzymes and Zn鄄MT鄄like proteins induced in Chlorella vulgaris exposed to Zn2+
YANG Hong, HUANG Zhiyong (7117)
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Ecological footprint in fujian based on calculation methodology for the national footprint accounts
QIU Shoufeng, ZHU Yuan (7124)
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The comparison of CO2 emission accounting methods for energy use and mitigation strategy: a case study of China
YANG Xiai, CUI Shenghui, LIN Jianyi,et al (7135)
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Ecological damage assessment of jiaozhou bay reclamation based on habitat equivalency analysis LI Jingmei, LIU Tieying (7146)…
The value assessment of county鄄level ecological assets: a case in Fengning County, Hebei Province
WANG Hongyan,GAO Zhihai,LI Zengyuan,et al (7156)
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Review and Monograph
Molecular basis for enhancement of plant drought tolerance by arbuscular mycorrhizal symbiosis: a mini鄄review
LI Tao, DU Juan, HAO Zhipeng, et al (7169)
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A review of carbon cycling and sequestration in urban soils LUO Shanghua, MAO Qizheng, MA Keming, et al (7177)……………
overview on methods of deriving fraction of absorbed photosynthetically active radiation (FPAR) using remote sensing
DONG Taifeng, MENG Jihua, WU Bingfang (7190)
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Research progress on influencing of light attenuation and the associated environmental factors on the growth of submersed aquatic
vegetation WU Mingli, LI Xuyong (7202)…………………………………………………………………………………………
The framework of stoichiometry homeostasis in zooplankton elemental composition SU Qiang (7213)…………………………………
Scientific Note
Abundance and biomass of planktonic ciliates in the sea area around Zhangzi Island, Northern Yellow Sea in July and August
2010 YU Ying, ZHANG Wuchang, ZHANG Guangtao, et al (7220)……………………………………………………………
Research of wildlife resources sustainable development based on entropy method in China
YANG Xitao,ZHOU Xuehong,ZHANG Wei (7230)
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Influence of residue composition and addition frequencies on carbon mineralization and microbial biomass in the soils of agroforestry
systems WANG Yikun,FANG Shengzuo,TIAN Ye,et al (7239)……………………………………………………………………
Seasonal changes in microbial diversity in different cells of a wetland system constructed for municipal sewage treatment
CHEN Yonghua, WU Xiaofu, ZHANG Zhenni,et al (7247)
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《生态学报》2013 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的生态学专业性高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研
究原始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、
新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,300 页,国内定价 90 元 /册,全年定价 2160 元。
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