2018年青海湖東北岸氣象因素影響下的草地土壤水分及植被特征響應

馬扶林，李全平，高貴生

(青海省海北牧業氣象試驗站，青海 西海鎮 810200)

1 前言

本文采用青海湖東北岸海晏縣氣象局1976～2018年氣象資料及2018年海北牧業氣象試驗站生態觀測資料從氣象因子時間動態特征、牧草生育期及產量的時間特征、土壤含水量及地下水位的變化特征進行了分析。此文旨在分析環湖東北岸2018年氣象因子與歷年同期變化情況及2018年牧草生育期、產量變化、土壤水分、地下水位變化情況，從而揭示環湖東北岸氣象因子在影響下生態狀況的現狀。

1.1 材料與方法

1.1.1 研究區概況

研究區選取位于祁連山系西南側，地處青海湖東北岸，該區牧草整個生育期短，生長能力有限。研究區內天然草地以高寒草甸類和高寒草甸草原類為主，西北針茅(Stipapurpurea)、矮嵩草(Kobresiahumilis)、金露梅(Potentillafruticosa)、線葉嵩草(Kobresiacapillifolia)等為主，土壤類型主要為亞高山草甸土〔1〕。

1.1.2數據來源

1976～2018年氣象資料來源于海晏縣氣象局；牧草發育期、牧草產量、土壤水分、地下水位等資料均來源于海北牧業氣象試驗站觀測場。觀測場優勢物種為西北針茅，在觀測場內布設4個25×25m試驗小區。土壤水分資料獲取為在土壤10cm解凍和凍結后期間(3月底～11初月)每隔10天，利用土鉆對0～0.5m土層按照0.1m間隔采集擾動土壤樣品，樣品采集后保存至密封的小鋁盒內并帶回實驗室。采用烘干法(105℃烘干至恒重)測定土壤的重量含水量。牧草產量資料獲取為在4個試驗小區每個月月末(5-9月)，采用樣方法(1×1m)對試驗小區內植物進行割刈并帶回實驗室烘干稱重，獲取植被的生物量。牧草發育期資料在4個試驗小區分別選取10株代表性西北針茅、矮嵩草、斜莖黃芪、豬毛蒿，在牧草返青后至牧草黃枯期間隔日進行觀測，獲取其發育期數據。地下水位數海北牧業氣象試驗站觀測場水井，采用人工進行觀測，觀測時間為每旬逢8進行觀測。氣象因子歷年數據為海晏縣30年整編資料，牧草發育期、牧草產量、土壤水分歷年數據為海北牧業氣象試驗站2013～2017年觀測數據的平均值。

1.3 數據分析

統計主要采用Microsoft Excel軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 氣象因子時間動態特征

2.1.1 氣溫

1976～2018年青海湖東北岸年平均氣溫呈顯著波動升高趨勢，2018年青海湖東北岸年平均氣溫1.9℃，比歷年偏高1.0℃，比17年偏高0.1℃。整體增溫趨勢異常顯著，升溫速率為0.5℃/10a(圖1)。2018年最高氣溫24.7℃，最低氣溫-27.7℃，出現日期分別為：7月26日、1月8日。

圖1 1976～2018年青海湖東岸年平均氣溫變化圖

按季統計春、夏、冬三季溫度較歷年偏高1.7℃、1.8℃、0.7℃。秋季與歷年平均溫度持平。牧草生長季(4～9月)平均氣溫10.1℃，較歷年同期偏高1.5℃，比2017年偏高0.7℃。按月統計8月份幅度最大，比歷年同期偏高2.1℃。(圖2)。

圖2 月平均氣溫變化圖

2.1.2 降水

2018年總降水量為443.3mm，比歷年偏多39.7mm，偏多幅度為10%，比2017年偏少83.8mm，偏少幅度為16%。1976～2018年青海湖東北岸降水量總體呈增加趨勢，增速為15.0mm/10a(圖3)。

圖3 1976～2018年青海湖東岸年降水量變化圖

2018年夏季降水量300.6mm，占全年總降水量的68%。夏季降水主要集中在7月、8月。7月降水量136.5mm，比歷年偏多47.5毫米(圖4)。

圖4 2018年逐月降水量圖

2.1.3 日照時數

2018年青海湖東北岸年日照時數為2578.5h，較歷年值偏少333h，是近42年來年日照時數最少的年份，日照時數年總量最高值出現在1997年為3118.3h。日照時數總體變化趨勢呈減少趨勢，變率為26.2h/10a(圖5)。

圖5 1976～2018年青海湖東岸日照時數變化圖

2018年日照百分率為58%，各月日照百分率在41%～76%之間。年內3月份日照時數最大為263.7h，9月份日照時間最小為165.7h，兩個極值之間的差值為98h。(圖6)。

圖6 2018年逐月日照時數

2.2 牧草生育期及產量的時間特征

2.2.1 牧草生育期

青海湖東北岸牧草4月中旬相繼返青，各類牧草返青時間與歷年持平；5月上旬相繼開花，其中除斜莖黃芪開花時間與歷年持平外，其余牧草較歷年偏早。7月下旬開始各類牧草種子(果實)相繼成熟，其中除豬毛蒿種子成熟時間較歷年偏晚，斜莖黃芪持平外，其余各牧草種子(果實)成熟時間較歷年不同程度的偏早；9月下旬開始各類牧草相繼黃枯，其中西北針茅、斜莖黃芪與歷年持平，矮嵩草較歷年偏早，豬毛蒿較歷年偏晚。牧草生育期內4～9月氣溫均為偏高，降水除5～6月分別偏少39%和24%外，其余月均偏多；5～6月降水偏少并未對牧草生育期產生較大影響，生育期內氣象因子對牧草生長發育較為有利。具體發育期見表1。

表1 2018年牧草發育期距平表

(注：表中“-”、“+”分別表示各發育期較歷年平均偏晚和偏早)

2.2.2 牧草產量

牧草返青到黃枯期間，每月末測定牧草產量。5～9月牧草產量呈逐月增加趨勢，5月份氣溫較歷年同期偏高1.4℃，降水較歷年偏少39%，牧草產量為96.5公斤/畝，較歷年同期值偏高28%；6月份氣溫較歷年偏高1.5℃，降水與歷年相比偏少24%，但未對牧草生長發育造成影響，牧草產量為298.5公斤/畝，較歷年同期值偏高32%；7～8月氣溫偏高，降水偏多，適宜的降水和溫度促進了牧草的快速生長，鮮草產量遠遠高于歷年同期水平，7～8月牧草產量分別為535.3公斤/畝和558.7公斤/畝，較歷年同期值偏高均為68%；9月份氣溫偏高，降水雖偏少，但此時牧草已基本黃枯，產量達全年最高值為582.5公斤/畝，較歷年同期偏高109%。(圖7)

圖7 2018年牧草產量變化

2.3 土壤含水量及地下水位的變化特征

2.3.1 土壤含水量

0～10cm表層土壤重量含水率(圖8)變化幅度最大，與歷年相比，2018年4月下旬至7月上旬0～10cm土壤重量含水率均低于歷年，其它各旬均高于歷年。

10～30cm(圖9)土壤重量含水率6月下旬達全年最低，與歷年相比，5月中旬至6月底土壤重量含水率低于歷年值以外，其他月份均偏高。

圖8 0～10cm土壤重量含水率變化 圖9 10～30cm土壤重量含水率變化

2.3.2 地下水位時間特征

2018年青海湖東北岸平均地下水位為3.10m，比去年上升了0.70m。1～12月地下水位呈波谷-波峰-波谷狀變化特征(圖10)。3月18日地下水位達到全年最高值0.85m。4月上旬到8月上旬地下水位明顯回落。8～9月一直保持在平穩水平，10月下旬地下水位又呈現出波谷期。

圖10 2018年地下水位變化圖

3 結論

3.1 2018年青海湖東北岸氣象特征總體上與往年接近，年均氣溫和降水量有一定的升高，日照時數為近42年來最少。

3.2 不同月份土壤水分狀況總體較好，0～30cm土層4～7月土壤含水量低于往年平均水平。

3.3 受到氣象和土壤水分狀況的共同影響，牧草的各物候期較歷年表現出不同程度的提前，牧草各月產量較歷年同期均偏多。

3.4 2018年青海湖東北岸平均地下水位比去年有所上升，地下水位呈波谷-波峰-波谷狀變化特征。