玛沁县近20年高寒草甸植物物候变化特征.pdf

53文章编号445(2023)02-0053-06PRATACULTUREOINGHAIJun.20232023年6 月Vol.32.No.2业海第2 期第3 2 卷月草玛沁县近2 0 年高寒草甸植物物候变化特征窦花，苏、芬？，胡德奎3（1.玛沁县气象局，青海玛沁8 14 0 0 0；2.海南州气象局，青海共和8 13 0 0 0；3.西宁市气象局，青海西宁8 10 0 16）摘要：利用玛沁县气象局2 0 0 3 2 0 2 1年牧业气象观测站高寒草甸植物的物候资料及19 6 1 2 0 2 1年气象资料，分析了牧草返青期、开花期、枯黄期与气象因子的关系。结果表明：（1）近6 1a来，玛沁县年平均气温以0.4/10 a的趋势升高，年降水量以9.7 mm/10a的趋势增加，年日照时数以2 0 h/10a的趋势减少。（2）牧草返青期平均日期为5 月7 日，平均开花日期为7 月14 日，平均枯黄日期为9 月2 8 日，平均生长期14 3 d。（3）牧草返青期和开花期呈不显著推迟趋势，枯黄期呈明显的推迟趋势，生长期呈延长趋势。（4）牧草返青期与4 月中旬降水量呈负相关；牧草开花期与3 月下旬气温呈负相关，与5 月上旬气温正相关；牧草枯黄期与前期降水量和气温呈正相关。关键词：高寒草甸；物候；变化特征中图分类号：S812.1;Q948.1文献标识码：A物候是气候变化最直接的指示物，是指植物受气候和其他环境因子的影响而出现的以年为周期的自然现象，如植物的发芽、开花、结果、落叶等【1。而且在确定植物响应区域气候和气候变化方面，物候变化被认为是最敏感的重要感应器 2 。植物物候的监测，不仅与人类活动密切相关，如在预报农事、指导农牧业生产、指示病虫害、土地利用等方面，同时它还是陆面过程模型及全球植被模型的重要参数 3-6 。随着气候变暖，全球物候发生了不同程度的改变 7 。孟凡栋等 8 研究了青藏高原植物物候的变化及其影响，得出青藏高原的物候初始期变化总体表现为返青期和初花期提前、枯黄期推迟的趋势，而果实期则保持相对稳定。黄文洁等 9 研究报道了青藏高原高寒草地植被物候时空变化特征，认为随着水热条件的差异，青藏高原由东南向西北，返青期逐渐推迟，枯黄期逐渐提前。高亚敏【10 研究了气候变化对通辽草甸草原草本植物物候期的影响，得出草本植物返青期呈一致性延迟、枯黄期推迟的趋势。段晓凤等 1I对宁夏盐池牧草返青期进行了预测，得出牧草返青期呈现逐年提早趋势。在近百年来，全球平均气温升高了0.7 4（19 0 6 2 0 0 5）【12】，近5 0 a来，青藏高原气温和降水均呈上升趋势，其中高原北部地区增温幅度较大，而中部地区降水增加显著，高原东北部日照时数下降较为明显【13 。本文选用三江源区玛沁县高寒草甸草地天然牧草物候资料及同时期气温、降水、日照时数等气象观测资料，分析在气候变暖的背景下该地区牧草生育期的变化规律，研究结果对于揭示玛沁县植被物候变化的机制有收稿时间：2 0 2 3-0 2-0 2作者简介：窦花（19 7 4-），女，本科，主要从事综合气象观测工作。E-mail:542023年第2 期第3 2 卷青海草业重要意义。1研究区概况及资料来源1.1研究区概况玛沁县地处国家级三江源自然保护区，全县总面积为13 4.6 0 10*hm，其中草地面积为117.5 7 10*hm，可利用草地面积为108.5310*hm，占草地面积的9 2.3%，草地类型主要为高寒草甸类草地，主要优势植物有高山嵩草（Kobresiapygmaea）、矮生嵩草（Kobresiahumilis）、线叶嵩草（Kobresiacapillifolia）、藏嵩草（Kobresiatibetica）、禾叶嵩草（Kobresiagraminifolia）。平均海拔为4 10 0 m以上，年平均气温-0.1，年降水量5 13.6 mm，具有显著的高原大陆性气候特征。1.22资料来源研究数据来源于青海省气象信息中心，研究地点为玛沁县牧业气象站，东经10 0 5 1，北纬3 4 2 8 ，海拔高度为3 7 19 m，数据选取19612021年的气象数据和2 0 0 3 2 0 2 0 年的牧草观测数据。牧草物候按照中国气象局农业气象观测规范进行观测，观测场地为天然草地，设置围栏围封保护，生育期内全封闭禁采食，在观测场内划分为四个观测区域作为4 个重复，每个重复又分为4 个观测小区；牧草（混合草）发育期观测是根据牧草外部形态变化，目测判断5 0%的牧草进人发育期的日期作为该发育期，逐一记载牧草从返青到枯黄整个生育过程中发育期出现日期，每次观测在场内取2 个重复。各主要发育期观测指标如下：返青期春季目测牧草观测场内5 0%的牧草由黄转青，且牧草地上部分的高度约为1cm；枯黄期秋季目测牧草观测场内5 0%的牧草地上部分约有2/3 枯萎变色；生长期枯黄期减去返青期的天数1.3研究方法1.3.1儒略日日【14 换算方法采用儒略日换算方法，即将牧草返青、开花、枯黄等生育期出现日期转换为距离1月1日的实际日数，构建各生育期的时间序列。151.3.2线性回归方法采用线性回归方法对牧草生育期时间序列进行线性趋势分析，线性回归方程为w=ito，线性回归方程中的系数，和。可用最小二乘法确定；回归方程的一阶系数，乘以10 为该要素的气候倾向率。1.3.3相关分析法 16 用相关分析法分析气候因子与牧草各生育期之间的相关性。由于样本量只有19，不足3 0，因此用计算无偏相关系数加以校正 15 1.3.4标准偏差方法 17 采用标准偏差方法分析各生育期的异常年1.3.5变异系数利用变异系数反映牧草各生育期的动态稳定程度。变异系数用标准差系数(CV）来表示，即为标准差与均值的比率，是一个相对变异系数。反映单位均值上各指标观测值的离散程度，值越大，说明离散程度越大，稳定性越差。1.3.6数据处理应用spss20.0、E x c e l 2 0 13 软件对数据进行统计处理、分析及绘图。2结果与分析2.1研究区气候变化特征由图1看出，近6 1a来，玛沁县年平均气温以0.4/10 a的趋势升高，年降水量以9.7 mm/10a的趋势增加，年日照时数以2 0 h/10a的趋势减少一年平均气温1.5y=0.0371x-73.8211.0R=0.6506P0.010.50.0-0.5-1.0-1.52.0196019651970197519801985199019952000 200520102015 20202025年份800一年降水量y=0.971xf.494.07700R=0.0496P=0.08600500400300196019651970197551980198519901995200020052010201520202025年份55玛沁县近2勿物候变化特征窦花等3000一年日照时数280026002400y=-2.0229x+2621.2R2=0.08232200P=0.0320001960 19651970197519801985 19901995 200020052010201520202025年份图119 6 1 2 0 2 1年年平均气温、年降水量、年日照时数变化趋势2.2研究区天然牧草物候期变化特征2.2.1牧草返青期的变化特征从图2 看出，20032021年玛沁县牧草返青期以1.6 d/10a得趋势推迟，近19 a推迟了3 d。由表1看出，平均返青期为5 月7 日，最早出现在2 0 0 9 年4 月2 8 日，最晚出现在2 0 0 7 年5 月2 5 日，相差2 8 d；标准偏差为6.4，变异系数为5.0%，返青期正常值在5 月1日至5 月7 日之间。在近19 a里，偏晚的有2 a，发生在2 0 0 7 和2 0 2 0 年；偏早的仅有1a，发生在2 0 0 9 年。150一返青期145y=0.1596x-193.9140R?=0.0198P=0.602135130(P）早12512011511010510020042006 20082010201220142016201820202022年份图2 2 0 0 3 2 0 2 1年牧草返青期变化趋势2.2.2牧草开花期的变化特征从图3 看出，20032021年玛沁县牧草开花期以2.3 d/10a趋势推迟，近19 a推迟了4.5 d。由表1看出，平均开花期为7 月18 日，最早出现在2 0 0 7 年7 月2 日，最晚出现在2 0 11年7 月2 9 日，相差2 7 d；标准偏差为7.5，变异系数为3.7%，开花期正常值在7 月10 日至7 月2 7 日之间。在近19 a里，偏晚的有3 a，发生在2 0 0 6、2 0 11和2 0 12 年；偏早的有2 a，发生在2 0 0 3 和2 0 0 7 年。表120032021年牧草生育期及其变幅物候期平均最早最晚变异系数/%标准差返青5月7 日2009-04-282007-05-255.06.4开花7月18 日2007-07-022011-07-293.77.5枯黄9月2 8 日2006-09-132020-10-071.95.0生长期1431221575.88.4220开花期215y=0.2351x+196.91210R2=0.0314p=0.238205200195(P)3f1901851801751701651602004200620082010201220142016201820202022年份图3 2 0 0 3 2 0 2 1年牧草开花期变化趋势2.2.3牧草枯黄期的变化特征从图4 看出，20032021年玛沁县牧草枯黄期以5.0 d/10a的趋势推迟，近19 a推迟了9.5 d。平均枯黄期为9月2 8 日，最早出现在2 0 0 6 年9 月13 日，最晚出现在2 0 2 0 年10 月7 日，相差2 4 d；标准偏差为5.0，变异系数为1.9%，枯黄期正常值在8月2 3 日至10 月3 日之间。在近19 a里，偏晚的有2 a，发生在2 0 19 和2 0 2 0 年；偏早的有1a，发生在2 0 0 6 年。300一枯黄期295290y=0.5x.+265.63285R=0.3122P-0.009280(P)0275270265260255250245240200420062008 2010201220142016201820202022年份图4 2 0 0 3 2 0 2 1年牧草枯黄期变化趋势562023年第2 期第3 2 卷青海草业2.2.4牧草生长期的变化特征从图5 看出，20032021年玛沁县牧草生长期以3.4 d/10a速率延长，近19 a延长了6.5 d。平均生长期为143d，最少年为12 2 d（出现在2 0 0 7 年），最多年为15 7 d（出现在2 0 0 9 年），最多年与最少年之间相差3 5 d。经计算，牧草生长期的标准偏差为8.4，变异系数为5.8%，生长期正常值在135151d之间。在近19 a里，偏短的有2 a，分别发生在2 0 0 6 和2 0 0 7 年；偏长的有2 a，发生在2 0 0 8 和2 0 0 9 年。170一生长期165y=0.3404x+139.91R=.0.0522160P=0.305155150145(P)0斗1401351301251201151101051002004 200620082010201220142016201820202022年份图5 2 0 0 3 2 0 2 1年牧草生长期变化趋势2.3.2牧草开花期与前期气候因子的相关性由表3 可见，玛沁县牧草开花期与3 月下旬的气温2.3牧草生长状况与气候变化的相关分析2.3.1牧草返青期与前期气候因子的相关性生由表2 可见，玛沁县牧草返青期的早晚主要与其返青前的4 月中旬降水量密切相关，降水量越多，牧草返青也越早。与4 月下旬平均气温呈较大的负相关，与日照的相关性不大。表2牧草返青期与前期气候因子的相关性气象要素相关系数T上旬Ri上旬Si上旬0.212-0.2400.270T中旬Ri中句Si中包-0.0760.135-0.232T下旬R下旬Si下旬-0.071-0.2120.237T2上句R2上句S2上旬-0.0760.010-0.112T2中甸R2中旬S2中甸-0.200.1680.399T2下旬R2下旬S2下旬0.013-0.1520.256T；上旬R3上旬S3上旬-0.198-0.075-0.246T：中甸R3中包S;中包-0.1290.171-0.318T；下包R；下旬S;下旬0.3590.3450.193T4上包R4上旬S4上旬0.023-0.057-0.213T4中旬R4中旬S4中甸-0.051-0.523*0.231T4下包R4下旬S4下旬-0.4600.020-0.218注：*、*分别在0.0 5、0.0 1水平上显著相关，下同。呈极显著的负相关，与5 月上旬的气温和下旬的日照呈显著的正相关表3牧草开花期与前期气候因子的相关性气象要素相关系数气象要素相关系数T1上句R1 上包S1上旬0.2660.2380.083T4中旬R4中S4中句-0.1810.229-0.025T1中旬R1中甸S1中旬0.256-0.1510.016T4下旬R4下旬S4下旬-0.0830.2790.209T1下句R1下旬S1下旬0.3160.125-0.13T5上包R5上S5上句0.519*-0.1310.103T2上句R2上旬S2上旬0.3040.13-0.059T5中有R5中包S5中旬-0.0870.3700.004T2中旬R2中包S2中包0.188-0.082-0.069T5下旬R5下旬S5下旬-0.213-0.3130.475*T2下旬R2下旬S2下旬-0.0940.228-0.296T6上旬R6 上旬S6上旬-0.204-0.055-0.116T3上旬R3上句S3上旬-0.2360.1280.126T6中包R6中旬S6中甸-0.004-0.303-0.050T3中包R3中包S3中甸-0.3490.1550.274T6下旬R6下旬S6下旬0.216-0.3070.103T3下包R3下包S3下句-0.752*0.184-0.039T7上句R7上旬S7上句0.0090.199-0.102T4上句R4上旬S4上包0.1140.040.3802.3.3牧草枯黄期与前期气候因子的相关性生由表4 可见，玛沁县牧草枯黄期与3 月上旬降水量（p 0.0 5）、8 月上旬及9 月中旬降水量（p0.01）密切相关，与4 月中旬温度、6 月中旬温度及9月中旬温度呈显著正相关，与5 月下旬、8 月上旬和9 月中旬日照呈显著负相关，与3 月中旬日照呈正相关，降水和温度决定了牧草枯黄期的早晚。57玛沁县近2物物候变化特征窦花等表4牧草枯黄期与前期气候因子的相关性气象要素相关系数气象要素相关系数T上旬Ri上句Si上旬-0.2110.234-0.128T5中包Rs中旬S5中句0.180.104-0.062T中包Ri中旬Si中包0.027-0.033-0.025T，下旬R5下包Ss下旬-0.3110.224-0.475*T下旬Ri下旬S下旬-0.2950.162-0.058T6上旬R6上旬S6上包-0.3930.039-0.116T2上旬R2上旬S2上旬-0.1390.195-0.058T6中包R6中包S6中旬0.521*0.1490.239T2中旬R2中包S2中0.176-0.2400.246T。下旬R6下旬S6下旬0.2530.307-0.460T2下旬R2下旬S2下旬-0.2870.4560.115T7上旬R7上旬S上旬-0.008-0.036-0.157T；上旬R;上旬S;上旬-0.0740.515*0.143T7中甸R7中旬S7中句-0.260.175-0.459T3中包R3中旬S;中旬0.1110.0820.577*T7下包R7下旬S个下旬0.1560.449-0.297T；下包R;下旬S;下旬0.1250.2240.151T：上句R：上旬S：上旬-0.2150.666*-0.505*T4上旬R4上旬S4上旬0.1610.2440.172T：中旬Rg中旬S：中甸-0.0680.0440.259T4中包R4中旬S4中包0.502*0.1050.015T：下包R：下旬S:下包0.3100.1630.063T4下旬R4下旬S4下旬0.1210.014-0.014T。上旬R。上旬S。上旬0.161-0.3660.046T5上旬R5上句S5上旬-0.0350.315-0.227T。中包Ro中包S，中甸0.491*0.614*-0.545*2.3.4牧草生长期与前期气候因子的相关性生由表5 可见，玛沁县牧草生长期与9 月中旬温度密切相关（p0.01)，随着温度升高生长期延长，与3 月中旬和6 中旬日照呈正相关，与6 月下旬日照呈负相关。表5牧草生长期与前期气候因子的相关性气象要素相关系数气象要素相关系数T上旬Ri上包Si上旬-0.2880.323-0.283T5中旬R5中旬S5中甸-0.0630.373-0.077T中包R中旬S中包0.0740.1230.162T，下旬R，下旬S;下包-0.2650.178-0.434T下包R下旬Si下旬-0.1230.258-0.215T6上旬R6上旬S6上旬-0.344-0.1930.151T2上旬R2上旬S2上旬-0.0250.1090.050T。中包R6中包S6中旬0.392-0.3010.498*T2中旬R2中旬S2中甸0.257-0.272-0.156T。下旬R6下旬S6下旬0.3740.430-0.578*T2下旬R2下旬S2下包-0.1830.390-0.126T上句R7上旬S上旬-0.003-0.0820.184T3上旬R;上旬S;上旬0.1070.3660.274T7中句R7中旬S7中包-0.244-0.002-0.304T3中包R；中甸0.165-0.0800.589*T7下旬R7下旬S7下旬0.2150.335-0.300T；下包R;下旬S;下旬-0.198-0.128-0.056T：上包R上旬S:上旬-0.2700.154-0.247T4上旬R4上旬S4上旬0.0790.1900.266T：中包Rg中包S：中旬-0.1200.2050.352T4中包R4中包S4中旬0.3400.462-0.166T：下包R：下旬S：下旬-0.0660.1030.314T4下旬R4下旬S4下旬0.422-0.0070.157T。上句R9上旬S9上旬0.226-0.2940.293T5上句R5上旬S5上句0.0290.234-0.243T。中包R9中包S。中包0.604*0.467-0.3923结论近6 1a来，玛沁县年平均气温以0.4/10 a的趋势升高，年降水量以9.7 mm/10a的趋势增加，年日照时数以2 0 h/10a的趋势减少。4 月份降水量是限制牧草返青提前或推迟的主导因子，降水量多则返青期早，如2 0 0 7 年4 月降水量仅为2.3mm，致使牧草返青历年来最晚的一年。牧草开花期主要受3 月和5 月气温的影响，3 月气温越高，开花期越早；而5 月上旬正是牧草返青期，气温高、降水少不利于牧草返青，导致开花期推迟。牧草枯黄期取决前期降水量和气温，与8 月上旬及9 月中旬降水量（p0.01）密切相关，且58下转第7 2 页20233年第2 期第3 2 卷青海草业与返青前气温、6 月中旬及9 月中旬温度显著相关。这与中科院青藏高原所研究结果一致，降水增加导致紫花针茅、大花嵩草、钉柱委陵菜3 个优势物种返青期普遍提前，而增温则推迟了3 个优势物种的返青期或对其影响不显著；同时，增温与增雨都能显著推迟3 个优势物种枯黄期；春季降水增加使雨季来临时间提前，从而促进植被提前返青18参考文献：1丁明军，张镱锂，孙晓敏，等.近10 年青藏高原高寒草地物候时空变化特征分析 J.科学通报,2 0 12,5 7(3 3):3 18 5 3 19 4.2郑景云，葛全胜，郝志新.近4 0 年中国植物物候对气候变化的响应研究 J.中国农业气象,2 0 0 3,2 4(0 1)：2832.3马晓芳，陈思宇，邓捷，等.青藏高原植被物候监测及其对气候变化的响应 J.草业学报,2 0 16,2 5(0 1)：1321.4吴永峰，李茂松，宋吉青.植物物候遥感监测研究进展 J.气象与环境学报，2 0 0 8,2 4(3):5 2 5 8.5陆佩玲，于强，贺庆棠.植物物候对气候变化的响应 J.生态学报,2 0 0 6,2 6(0 3):9 2 3 9 2 9.6王连喜，陈怀亮，李琪，等.植物物候与气候研究进展 J.生态学报，2 0 10,3 0(0 2):4 4 7 4 5 4.7张福春.气候变化对中国木本植物物候的可能影响 J.地理学报,19 9 5(0 5):2 3 3 1.8孟凡栋，斯确多吉，崔树娟，等.青藏高原植物物候的变化及其影响 J.自然杂志,2 0 17,3 9(0 3)：184190.9黄文洁，曾桐瑶，黄晓东.青藏高原高寒草地植被物候时空变化特征 J.草业科学,2 0 19,3 6(0 4)：10321043+919.10】高亚敏.气候变化对通辽草甸草原草本植物物候期的影响 J.草业科学,2 0 18,3 5(0 2):4 2 3 4 3 3.11段晓凤，张磊，卫建国，等.宁夏盐池牧草返青期预测及生产潜力初步分析 J.草业学报,2 0 14,23(02):18.12任国玉，郭军，徐铭志，等.近5 0 年中国地面气候变化基本特征 J.气象学报,2 0 0 5,6 3(0 6):9 4 2 9 5 6.13赵雪雁，王伟军，万文玉，等.近5 0 年气候变化对青藏高原青稞气候生产潜力的影响 J.中国生态农业学报,2 0 15,2 3(10):13 2 9 13 3 8.14竺可桢，宛敏渭.物候学（增订版）M.北京：科学出版社,19 8 0.15魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术 M.北京：气象出版社,2 0 0 7.16冯定原.农业气象预报和情报方法 M.北京：气象出版社,19 8 8.17安维默.用Excel管理和分析数据 M.北京：人民邮电出版社,2 0 0 3.18陆成宽.降水增加导致青藏高原草地返青提前 N.科技日报，2 0 2 3-0 2-2 8(0 0 2).72上接第5 8 页2023年第2 期第32 卷青海草业INFLUENCEOF CLIMATECHANGEONSEASONALFROZENSOILIN YUSHUREGIONFROM1990TO2022SHAN Fa-mei etal(Tam Giang Source sub-center for eco-meteorology,Yushu Qinghai 815099,China)Abstract:Based on the observation data of permafrost depth,ground temperature,air temperature,diurnaltemperature range,days with snow cover,precipitation and sunshine from five observation stations inYushuarea from 1990 to 2022,the characteristics and changes of frozen soil were analyzed by modern climatediagnosis andanalysis method.The results show that:(1)the annualmean temperature of each stationhas anobvious rising trend in the past 33 years;(2)Frozen soil began to freeze the earliest date,in order to Zaduo,Zhiduo,Qumalai,Yushu,capsule qian;The date of completeablation was cystic Qian,followed by cysticQian,Yushu,Zadoduo,Zhiduo and Qumalai.The annual frozen soil depth from deep to shallow in orderto Qumalai,Zhiduo,Zaduo,Yushu,nangqian,and the annual average temperature from low to high order isconsistent;(3)The frozen soil tends to degrade;(4)Themainmeteorological factors affecting frozen soil are airtemperature,daily temperature range,ground temperature and days with snow cover.(5)The correlationbetween precipitation,sunshine and ground temperature in different periods of frozen soil is complex,and theinfluence on freezing and thawing of frozen soil varies with time and region.Key word:Yushu district;Climate change;Characteristics of frozen soil;ImpactANALYSIS OF PHYTOGEOGRAPHIC CHARACTERISTICS OF TYPICALALPINEGRASSLANDSTEPPEINMAQINCOUNTYRECENTLY2OYEARDOUHua etal(Maqin County Meteorological Bureaau,Maqin Qinghai 814000,China)Abstract:The phenological data ofalpine meadow steppe plants in maqin meteorological Bureau from 2003to 2021 and themeteorological data from 1961 to 2021 were used,the relationship between forage regreeningperiod,flowering period,withering period andmeteorological factors was analyzed.The results showed that:(1)In the past 61 years,the annual average temperature inmaqin County increased by 0.4C/10 a,the annualprecipitation increased by 9.7mm/10 a,and the annual sunshine hours decreased by 20h/10a.(2)The averagedate of regreening period wasmay 7,the average date of flowering was July 14,the average date of yellowingwas September 28,and the average growth period was 143 days.(3)The regreening stage and floweringstage of forage showed no significant delay trend,the withering stage showeda significant delay trend,andthe growth period showed an extended trend.(4)There was a negative correlation between the regreeningperiodand the precipitation inmid-April.The flowering period of forage grass was negatively correlated withthe temperature in late march and positively correlated with the temperature in early may.The yellowing periodof forage grass was positively correlated with the previous precipitation and temperature.Key words:Alpine grassland steppe;Phenology;Variation characteristics