索南加，周 雷

（1.青海省貴南縣草原工作站，貴南 813100；2.青海省共和縣沙珠玉鄉(xiāng)畜牧獸醫(yī)工作站）

植被凈第一性生產(chǎn)力（net primary productivity）是指綠色植物在單位面積、單位時(shí)間內(nèi)所積累的有機(jī)物數(shù)量，是光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)總量減去呼吸消耗后的剩余部分［1］。植被生產(chǎn)力受到氣候、土壤、植物特性及其它自然和人為因素的影響，反映了植物群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力。近年來，NPP的研究倍受重視，建立了許多區(qū)域或全球尺度的植被凈第一性生產(chǎn)力估算模型?，F(xiàn)有的NPP模型對不同調(diào)控因子的側(cè)重點(diǎn)有差別，模型在方法和復(fù)雜度上也不同。其中以生理生態(tài)學(xué)為基礎(chǔ)的周廣勝半經(jīng)驗(yàn)半理論模型［2-5］在不同區(qū)域得到不同程度的驗(yàn)證且被廣泛應(yīng)用，特別是在干旱、半干旱地區(qū)的應(yīng)用效果較好［5］。本文以貴南縣為研究區(qū)的資料分析比較周廣勝模型在具體區(qū)域的應(yīng)用情況。

1 研究區(qū)自然概況

貴南縣位于青藏高原東北部，地理坐標(biāo)東經(jīng)98°46′～101°22′，北緯 35°27′～36°56′，在自然地帶上屬于高原溫帶半干旱草原和干旱荒漠草原的過渡生物氣候帶，是我國重點(diǎn)牧區(qū)之一環(huán)青海湖牧區(qū)的一部分，也是青海省畜牧業(yè)生產(chǎn)的主要基地和半細(xì)毛羊改良培育的重點(diǎn)地區(qū)之一。境內(nèi)大部分地區(qū)海拔在3 000～3 400 m之間，年平均氣溫2.0～3.3℃，年均降水量311.1～402.1 mm，年均蒸發(fā)量 1 558.2～1 841.2 mm，年濕潤度 0.41～0.52，年均風(fēng)速2.1～2.7 m/s，年均大風(fēng)日數(shù) 17.7～43.2 d，最多可達(dá) 75 d，草原植被類型以溫性草原類、溫性荒漠草原類為主。

2 數(shù)據(jù)及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)資料 研究利用位于全國重點(diǎn)牧區(qū)環(huán)青海湖共和盆地草原區(qū)的貴南縣氣象站1985—2007年的溫度、降水及牧草生物量監(jiān)測資料。研究區(qū)處于典型溫性草原、溫性荒漠草原區(qū)，因此本文將NPP的模擬結(jié)果進(jìn)行研究分析。

2.2 研究方法 根據(jù)周廣勝與張時(shí)新（1995）建立的自然植被的凈第一性生產(chǎn)力模型可知，利用陸地表面所獲得的降水量及其所獲得的凈輻射資料，即可求取該區(qū)潛在的自然植被凈第一性生產(chǎn)力。模型表示如下：

式中NPP為自然植被的凈第一性生產(chǎn)力（DM，t/（hm2·a））；RDI為輻射干燥度；P 為年降水量（mm）。

張時(shí)新針對中國各植被地帶的可能蒸散率（PER）與年輻射干燥度（RDI）進(jìn)行分析得到RDI與PER的回歸方程：

其相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9。其中，PER為利用Holdridge生命地帶系統(tǒng)的氣候指標(biāo)計(jì)算的可能蒸散率。計(jì)算公式為：

式中，PER為可能蒸散率；r為降水量（mm）；PET為可能蒸散（mm）；BT為生物溫度（℃），是指出現(xiàn)植物營養(yǎng)生長范圍內(nèi)的平均溫度，在0～30℃之間，日均溫低于0℃和高于30℃的均排除在外。其計(jì)算公式為：

式中，BT為年（或月）平均生物溫度；t為＜30℃與＞0℃的日均溫；T為＜30℃與＞0℃的月均溫。

3 結(jié)果與分析

本文通過模型計(jì)算的凈第一性生產(chǎn)力，由于實(shí)測NPP資料時(shí)間序列不長，使得模擬NPP結(jié)果的準(zhǔn)確性驗(yàn)證難以進(jìn)行，多以地上生物量的變化趨勢與模擬NPP結(jié)果的趨勢進(jìn)行分析對比，兩者間的相關(guān)性越高就證明NPP模型的模擬結(jié)果去實(shí)行越好，與實(shí)際NPP僅存在一個(gè)系統(tǒng)誤差。因而本文也采用實(shí)測的地上生物量對模擬NPP結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證比較（圖1）。

圖1 貴南縣歷年地上生物量和以模型計(jì)算的NPP的變化

從圖（1）和相關(guān)性表中可以看到（表1），貴南縣NPP的模擬結(jié)果都在3.0～4.5 t/hm2之間，與實(shí)測的地上生物量存在較大差異。但具有相同的變化趨勢，而相關(guān)性相對比較顯著，相關(guān)系數(shù)為貴南0.763，通過0.01水平上的顯著性檢驗(yàn)，因此周廣勝模型用來模擬貴南縣牧草地上生物產(chǎn)量是可行的。通過模擬結(jié)果一致性來看，模型利用氣候資料對NPP預(yù)測與植被類型的劃分相符合，但與實(shí)測的地上生物量存在較大差異，特別是實(shí)測的地上生物量存在逐年減少的趨勢，這可能與植被受到當(dāng)?shù)氐姆拍燎闆r、土壤、沙漠化狀況等人為和自然因素影響程度有關(guān)。如果利用模型去預(yù)測該區(qū)牧草產(chǎn)量，導(dǎo)致估算結(jié)果較粗，誤差較大?？梢姡媚Ｐ腿ヮA(yù)測同氣候區(qū)的凈第一性生產(chǎn)力需具體考慮整個(gè)區(qū)域內(nèi)受到的人為影響和本身自然環(huán)境差異等因素的不同。

表1 貴南縣地上生物量實(shí)測值與第一性生產(chǎn)力模型預(yù)測值的相關(guān)性分析

圖2 貴南縣歷年年降水量、年均溫與NPP的變化

從降水量和年均溫分布看（圖2），降水量的趨勢與NPP曲線的變化趨勢基本一致［6］，相關(guān)系數(shù)0.897 3；溫度變化對NPP的影響不是很明顯，相關(guān)系數(shù)為0.568 9；可見降水較溫度更決定著一個(gè)區(qū)域牧草的產(chǎn)量。

4 討論

4.1 利用溫度和降水建立的NPP模型在共和盆地模擬效果很好，用來模擬該區(qū)域的牧草產(chǎn)量是可行的，但在處于同一植被類型區(qū)的貴南縣的NPP模擬值和地上生物量實(shí)測值相關(guān)性系數(shù)只有0.763，這可能與當(dāng)?shù)氐姆拍燎闆r、土壤差異、沙漠化程度等因素有關(guān)。因此，利用模型去預(yù)測一個(gè)區(qū)域的牧草產(chǎn)量應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況對模型進(jìn)行修證，提高模型的預(yù)報(bào)精度。

4.2 當(dāng)?shù)氐臍夂蛏a(chǎn)力取決于溫度和降水的結(jié)合情況，雨熱同期的配置最有利于牧草的生長。影響牧草生長的主要?dú)夂蛳拗埔蜃邮墙邓?，溫度的變化對NPP值的影響不是很大。

4.3 本文所采用的NPP模型的特點(diǎn)是決定NPP的環(huán)境因子形式簡單，且在不同區(qū)域得到了不同程度的驗(yàn)證，被廣泛應(yīng)用。由于忽略了許多影響NPP的植物生態(tài)生理反應(yīng)、復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)過程和植物對環(huán)境的反饋?zhàn)饔玫确矫妫浪憬Y(jié)果也只是一種潛在的NPP。同時(shí)，目前驗(yàn)證NPP模型的準(zhǔn)確性大都采用地上生物量，沒有考慮復(fù)雜的地下系統(tǒng)，使得模型準(zhǔn)確性的驗(yàn)證受到限制［6-8］。開展生態(tài)系統(tǒng)定位研究，建立NPP模型中參數(shù)數(shù)據(jù)庫，為研究生態(tài)生理過程模型提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為NPP估算結(jié)果的驗(yàn)證提供了直接的地面數(shù)據(jù)。

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