李小鋒

（新疆哈密巴里坤縣草原工作站，新疆 巴里坤縣 839200）

新疆是全國(guó)的五大牧區(qū)之一，草原面積約5.7×106hm2，排全國(guó)第三[1]。由于特殊的自然地理?xiàng)l件，天然草地不僅是重要的放牧場(chǎng)，也是我國(guó)西北地區(qū)重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地和邊疆生態(tài)安全的重要屏障[2-4]。近年來，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)草地資源開發(fā)和依賴性加強(qiáng)。此外，在全球氣候變化的影響下，該地區(qū)氣候越來越干燥、降水量逐年減少且不均勻，年際間變化較大。人類活動(dòng)和全球氣候變化日益加劇，在自然和人為因素的雙重作用下，使得該區(qū)草地生態(tài)環(huán)境日益惡化，草地生態(tài)功能逐漸減弱，導(dǎo)致草地出現(xiàn)不同程度的退化。近年來，我國(guó)雖然在短期和長(zhǎng)期天然牧草生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律、典型草原區(qū)長(zhǎng)期定點(diǎn)觀測(cè)等方面做了許多研究[5-11]，但是大多數(shù)集中在我國(guó)東北部地區(qū)，對(duì)于西北內(nèi)陸干旱地區(qū)天然草地的研究相對(duì)較少。特別是天山東段地區(qū)的研究少之又少，因此，本研究以天山北麓東段的新疆巴里坤縣農(nóng)業(yè)部國(guó)家級(jí)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫性荒漠草原為研究對(duì)象，從2012年開始連續(xù)6年對(duì)牧草返青進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近氣象站點(diǎn)采集的氣象資料進(jìn)行研究，揭示牧草生長(zhǎng)和氣象條件之間的關(guān)系，為牧草返青的預(yù)測(cè)及科學(xué)合理的管理天然草地、恢復(fù)草原生態(tài)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

巴里坤地處新疆東北部，位于天山山脈東段與東準(zhǔn)噶爾斷塊山系之間的草原上（91°19′30″～94°48′30″E、43°21′～45°5′19″N），東西長(zhǎng) 276.4 km，南北寬 180.6 km，該區(qū)總面積 3 688 651.39 hm2，東鄰伊吾縣，南接哈密市，西毗木壘哈薩克自治縣，北接蒙古人民共和國(guó)?？h轄地形比較復(fù)雜，東南高，西北低，海拔高程在500～4 000 m之間。境內(nèi)有天山（巴里坤山）、莫飲烏拉山（北山）、阿爾泰山余脈（主要為哈甫提克、呼洪德雷、蘇海圖山）相互平行對(duì)峙，其間形成與山體走向一致的兩個(gè)地塹形盆地：巴里坤盆地和三塘湖盆地。由于兩盆地地理位置和地形、地勢(shì)差異較大，導(dǎo)致局域小氣候特征復(fù)雜多樣，以至于氣候條件影響下的基帶植被和土壤也呈現(xiàn)明顯的地帶性變化，生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)脆弱。

1.2 樣地的設(shè)置

樣地位于巴里坤哈薩克自治縣境內(nèi)天山東段山前沖積扇上，地理位置為E92°45'44.4",N43°34'53.2"，海拔1 680 m。氣候類型為大陸性高寒氣候，冬春寒冷，夏暖冷涼，年平均降水量200 mm左右，年平均氣溫-1℃～-2℃。年平均日照時(shí)數(shù)2 500 h，土壤類型主要為栗鈣土。地勢(shì)平坦，植被類型為溫性荒漠草原，植物群落優(yōu)勢(shì)種為沙生針茅（Stipa glareosa P.Smirn）、銀灰旋花（Convolvulus ammannii Desr.）、芨芨草（Achnatherum splendens（Trin.） Nevski）、多根蔥（Allium polyrhizum Turcz.ex Regel）、醉馬草（Achnatherum inebrians （Hance）Keng），春季有伊犁郁金香（Tulipa iliensis Regel）和庭薺（Alyssum desertorum Stapf.）等短命、類短命植物等。

1.3 牧草返青數(shù)據(jù)資料來源

在樣地內(nèi)依據(jù)草地地帶性分布特點(diǎn)自南向北每隔250 m設(shè)置1個(gè)1×1 m2的固定監(jiān)測(cè)樣方，共設(shè)置3個(gè)固定樣方，每年3月10日開始返青監(jiān)測(cè)，前期每隔10 d監(jiān)測(cè)一次，進(jìn)入返青期（50%）每隔5 d監(jiān)測(cè)一次，每次記錄牧草返青的株叢數(shù)。牧草是否返青的認(rèn)定是以春季越冬后禾本科草類露出心葉，老葉恢復(fù)彈性，由黃轉(zhuǎn)青；豆科牧草的葉子變綠，出現(xiàn)新的小葉；莎草科牧草的植株從根莖長(zhǎng)出幼芽露出地面，出現(xiàn)淡綠色葉片；雜類草的標(biāo)準(zhǔn)與禾本科或豆科相同；灌木、半灌木花芽突起，鱗片開裂，或葉芽露出鮮嫩的小葉為標(biāo)準(zhǔn)，等牧草全部返青再計(jì)算各個(gè)時(shí)期的返青率，返青率計(jì)算公式如下；

1.4 氣象數(shù)據(jù)資料的來源

降水和氣溫?cái)?shù)據(jù)來源于巴里坤縣氣象局和自治區(qū)氣象統(tǒng)計(jì)年鑒，依據(jù)氣溫和降雨對(duì)牧草發(fā)育滯后性的特點(diǎn)，選擇前年10月到當(dāng)年4月份各月的降雨量和3、4月份的氣溫?cái)?shù)據(jù),然后對(duì)各氣象要素采取標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1.5 數(shù)據(jù)處理

在本研究中對(duì)于涉及氣候變化特征的溫度、降水采用距平累積法進(jìn)行變化分析，牧草返青的主要?dú)庀笠嘏渲米兓c相應(yīng)牧草返青時(shí)間用spass14.0軟件進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)逐步分析，提取影響牧草返青的主要?dú)庀笠蜃舆M(jìn)行相關(guān)性分析研究。

2 結(jié)果與分析

2.1 草場(chǎng)返青時(shí)間特征

表1 草場(chǎng)不同返青期的時(shí)間

返青最早的年份是2016年，時(shí)間為3月27日，最晚的年份為2013年，時(shí)間為4月4日，最早開始時(shí)間與最晚開始時(shí)間跨度僅為7天，這與牧草的種類有很大的關(guān)系；50%返青時(shí)間在4月15日—5月4日之間，最晚的時(shí)間出現(xiàn)在2015年，時(shí)間在4月18日；返青結(jié)束最早的年份為2013年，時(shí)間在4月25日，其他年份的返青結(jié)束時(shí)間在4月29日以后，這與矮小灌木高枝假木賊的返青有關(guān)。

2.2 降雨量變化特征

研究區(qū)近2011-2016年冬季降水量在26.9～64.3 mm之間變化，平均降雨量為42.87 mm，冬季降水年份最多 （64.3 mm）的年份是2015年，較歷年平均值偏多49.99%；2016年冬季降水量為近六年來最低（26.9 mm），偏少 37.25%，其他年份降水量大小順序依次為 2012年（54.5 mm）＞2014年（44.2 mm）＞2011年（39.1 mm）＞2013 年（28.2mm）＞2016（26.9mm）；3月份平均降水量在 4.6 mm，年際變化中 2013 年 3 月份降水較多（7.9 mm），2017年降水量為近六年來最低（3.1 mm），其他年份降水量在在3.4～5.2 mm之間浮動(dòng)；4月份在18.4～31.7 mm之間變化，與冬季和3月份降水量相比，變幅不大，平均降水量在23.4 mm，采用降水距平百分率累積法對(duì)2012—2017年降水量進(jìn)行突變分析（圖1），近6年的冬季降雨量、3月份降雨量和4月份降雨量最大值分別出現(xiàn)在2016年、2012和2014年，但是降雨量最小值均出現(xiàn)在2017年。

圖1 巴里坤縣冬季和3、4月份平均降雨量累計(jì)距平分布圖

2.3 氣溫變化特征

從總體來看，研究區(qū)2012-2017年間3月份的平均氣溫呈“N”變化，2012年平均氣溫僅為-2.77℃，2013年平均氣溫達(dá)到近5年來最高值3.33℃,2014年驟降到五年來的最低值-3.47℃。從2015年開始平均氣溫呈逐漸上升趨勢(shì)到2017年達(dá)到2.03℃。年平均氣溫-3.47℃到2017年的2.03℃，出現(xiàn)上升的趨勢(shì)，4月份的平均氣溫呈現(xiàn)先降低后升高再降低的趨勢(shì)，2012年平均氣溫為1.37℃，2015年平均氣溫下降到近5年來最低-1.63℃，2015年驟升到5年來的最高值1.57℃。因此2012-2017年期間4月份氣溫的變化幅度相對(duì)3月份有所減小，高低溫度變幅且僅為3.2℃，平均溫度呈倒“S”變化。采用氣溫距平百分率累積法對(duì)2012—2017年間3、4月份氣溫進(jìn)行突變分析可以看出，3月份氣溫最小值出現(xiàn)在2014年、最大值則出現(xiàn)在2013年，4月份氣溫最小值出現(xiàn)在2015年、最大值則出現(xiàn)在2016年，詳見圖2。

圖2 巴里坤縣3、4月份平均氣溫累計(jì)距平分布圖

2.4 返青期對(duì)氣候條件的響應(yīng)

由表2可以看出，在過去5年的牧草返青過程中，冬春降雨量與植物不同返青階段正向相關(guān)，由于牧草返青時(shí)間都在3月底4月初，因此開始返青時(shí)間與4月降雨量無關(guān)，從冬季降雨量、3月和4月份降雨量相關(guān)性比較來看，牧草開始返青時(shí)間與冬季降雨量相關(guān)程度不高，但是牧草返青期日期的遲早與3月份降雨量相關(guān)程度高，牧草返青結(jié)束時(shí)間的遲早與4月份降雨量相關(guān)程度較高。牧草返青的三個(gè)階段與3月份的溫度呈現(xiàn)負(fù)向相關(guān)，且返青期時(shí)間的遲早與3月份溫度的相關(guān)性較高，特別是2013年其相關(guān)性達(dá)到-0.89845。由于牧草返青時(shí)間都在3月底4月初，因此開始返青時(shí)間與4月溫度無關(guān)，牧草返青起始時(shí)間和返青結(jié)束時(shí)間和4月份降雨量的相關(guān)性比其他時(shí)段的溫度和降雨量的相關(guān)性高，其中2014年返青起始時(shí)間與4月份降雨量的相關(guān)性達(dá)到-0.94171。

表2 不同返青階段的遲早與水熱條件的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

自然狀態(tài)下，氣象因素及不同氣象因素間相互配置的變化對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育過程起著絕定性作用[12-13]。 本研究通過2012-2017年連續(xù)6年的監(jiān)測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，巴里坤縣溫性荒漠草原牧草返青起始時(shí)間相差不大，但由于不同年份返青期溫度和降雨量間相互配置的變化嚴(yán)重的影響牧草的返青，同時(shí)天然草地牧草種類之間的差異也是影響返青進(jìn)程的因素之一。

所有牧草在返青期之前的時(shí)段都處于前萌芽狀態(tài)，在這一時(shí)期，由于沙生針茅和高枝假木賊對(duì)溫度和降雨量的敏感程度不同，從而在2012-2017年連續(xù)6年表現(xiàn)出沙生針茅返青早、高枝假木賊返青晚的現(xiàn)象。由于2014年牧草返青前溫度和降雨量均高于往年，這是所有牧草返青期均早于其他年份的原因之一。

溫度和降雨量是影響牧草返青的主要?dú)庀笠蛩?。本研究結(jié)果表明，研究區(qū)域牧草的不同返青時(shí)期的遲早與此前一個(gè)月內(nèi)的氣溫呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，且相關(guān)程度較高，氣溫越高返青越早，反之越晚，這與沙比提·哈里木[14]的研究結(jié)果相一致。

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