半干旱牧區(qū)天然打草場生產力時空變化及對氣候響應分析

毛平平，沈貝貝，丁蕾，朱曉昱，辛曉平，閆玉春，王旭，閆瑞瑞，徐麗君，陳寶瑞

半干旱牧區(qū)天然打草場生產力時空變化及對氣候響應分析

毛平平，沈貝貝，丁蕾，朱曉昱，辛曉平，閆玉春，王旭，閆瑞瑞，徐麗君，陳寶瑞

（中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所/呼倫貝爾草原生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，北京 100081）

【】定量評估半干旱牧區(qū)天然打草場的生產能力，分析天然打草場的退化程度，明確氣候因子對打草場生長過程的影響。利用Miami和Tharnthwaite Memorial模型計算2000—2017年半干旱牧區(qū)天然打草場氣候生產潛力，并結合近18年的中分辨率成像光譜儀（MODIS）凈初級生產力（NPP）產品（MOD17A2H）進行分析。2000—2017年半干旱牧區(qū)天然打草場實際生產力與潛在生產力均隨降水增加呈上升趨勢，天然打草場18年平均實際生產力和潛在生產力分別為295.24和557.79 g C·m-2·a-1。按不同草地類型分析，氣候生產潛力與實際生產潛力均以草甸草原最高，分別為589.68 g C·m-2·a-1和349.78 g C·m-2·a-1，山地草甸的氣候生產潛力最低，為518.72 g C·m-2·a-1，而實際生產潛力以典型草原最低，僅為269.52 g C·m-2·a-1。從變異系數來分析，氣候生產潛力與實際生產力均以草甸草原最穩(wěn)定。從年際變化率分析，草甸草原的氣候生產潛力的上升速率最高，為6.30g C·m-2·a-1，實際生產力以山地草甸上升速率最高，為4.44g C·m-2·a-1。實際生產力對降水的響應高于溫度，其中95.88%的打草場與降水呈顯著正相關關系，與溫度呈負相關的區(qū)域僅占總面積的5.70%，且不同草地類型的實際生產力均與降水在＜0.001水平呈顯著正相關關系。天然打草場氣候生產潛力呈由西向東遞增的地帶性規(guī)律，而實際生產力受水熱條件的影響，以大興安嶺為中心向東西兩麓逐漸遞減，其對降水的響應高于溫度，水分條件是該區(qū)植被生長的限制因子；年均氣候資源利用率的分布規(guī)律與實際生產力相同，平均氣候資源利用率為55.09%；以草甸草原打草場的氣候資源利用率最高，高達60.34%，同時也是退化速度最高的草地類型。

氣候生產潛力；實際生產力；天然打草場；氣候資源利用率

0 引言

【研究意義】中國的天然草場面積雖大，但產草量和營養(yǎng)價值高的草甸和草原草場只占其中21%[1]。打草場是生產力較高的天然草原，是保障草畜季節(jié)平衡、確保家畜安全過冬、災后應急救援、區(qū)域性飼草儲備的重要資源[2]。由于打草場在利用時間和空間上比較固定，經連年打草，退化嚴重。目前國內外學者對打草場合理利用進行研究，但對打草場資源的時空分布和生產性能研究較少，因此，開展中國天然打草場資源空間分布狀況和生產性能研究，對合理布局畜牧業(yè)生產和可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義[3]。【前人研究進展】氣候生產潛力是指在充分和合理利用當地的光、熱、水氣候資源，而其他條件（如土壤、養(yǎng)分、CO2等）處于最適宜狀況時，單位面積土地上獲得的最高生物學產量或農業(yè)產量，可定量表征區(qū)域氣候資源狀況及其氣候要素的配置[4]。Miami（邁阿密）和Tharnthwaite Memorial（桑斯維特）模型是世界上較有影響力的氣候生產潛力計算模型，雖然草地的生產潛力除了受氣候條件的影響外，還受地理位置、土壤、病蟲害等多因素的影響，很難準確、定量地對生產潛力進行預測，但氣候變化趨勢與生產潛力變化趨勢是一致的[5-8]。草地作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，占陸地表面積的20%，在區(qū)域乃至全球碳循環(huán)研究中具有重要的地位[9-11]。凈初級生產力（net primary productivity，NPP）是草地生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的重要表征，近年來，國內外學者針對中國草地NPP模擬及其對氣候變化的響應開展了廣泛研究[12-14]，為正確評價草地生態(tài)系統(tǒng)生產能力提供了科學依據。中分辨率成像光譜儀（moderate resolution imaging spectroradiometer，MODIS）NPP產品作為全球首個定期、近實時地進行陸地植被重復觀測的遙感產品，其實用性在全球及區(qū)域植被生長狀況、生物量估算、環(huán)境監(jiān)測及全球變化等研究中得到了驗證。【本研究切入點】由于打草場不存在家畜啃食，衛(wèi)星遙感數據能夠快速、準確、客觀地監(jiān)測天然打草場區(qū)域生產力狀況。目前，對打草場的的生產力及氣候生產潛力的研究較少。【擬解決的關鍵問題】選取中國半干旱牧區(qū)天然打草場作為研究對象，以2000—2017年為序列，基于MOD17A2H數據，結合同時期的降水和溫度數據，對中國半干旱牧區(qū)天然打草場18年來實際生產力和潛在生產力的空間格局、年際變化及其與氣候因子相關性進行分析，為當地政府制定相應對策，提高生產力，合理布局畜牧業(yè)生產，把握草地資源變化，防止草原退化等提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

中國半干旱牧區(qū)天然打草場主要分布于呼倫貝爾草甸草原、科爾沁沙化草原、錫林郭勒典型草原、松嫩平原草原區(qū)和河北半干旱農牧交錯區(qū)，年降水量為200—400 mm，以溫帶大陸性季風氣候為主。涉及了內蒙古、黑龍江、吉林和河北4個省（區(qū)）15個地（市）63個縣級行政分區(qū)。打草場的植被類型主要有低地草原、典型草原、山地草甸、草甸草原（圖1），總面積為8.91×106hm2。

1.2 數據來源

半干旱牧區(qū)天然打草場范圍數據來源于唐歡等[15]，采用目視解譯判讀打草場位置，詳細解譯過程參考文獻[15]。

氣象數據來自中國氣象科學數據共享服務網，包括2000—2017年研究區(qū)201個標準氣象站點的月平均溫度和月降水量，利用ArcGIS進行Kriging空間插值。通過數據掩膜，裁取半干旱牧區(qū)天然打草場地區(qū)月平均溫度和月降水量的柵格圖像。

中分辨率成像光譜儀（MODIS）的初級生產力產品（MOD17A2H）是第一個定期、近實時地進行全球植被的重復觀測，并提供1 km分辨率的8 d合成NPP的數據產品。使用MRT（MODIS reprojection tools）將下載的數據進行格式轉換和重投影，并將8 d的數據合成為年產品，最后利用天然打草場的邊界裁剪得到2000—2017年逐年NPP的柵格圖像。

1.3 關鍵氣候因子計算方法

研究氣候生產潛力模型有很多，但氣溫、降水和蒸散是影響植被生長的關鍵因子，因此選用Miami模型和Tharnthwaite Memorial模型[6-8,16]。此模型是應用最為廣泛的經驗統(tǒng)計模型，考慮氣候因素較為簡單，但是能反映植被生長的關鍵因子。本研究采用這兩種模型計算北方天然打草場氣候生產潛力。

Miami模型：

式中，為年均氣溫（℃）；為年均降水量（mm）；W、W分別表示由年均氣溫、年均降水量決定的植物干物質產量（g）。

Tharnthwaite Memorial模型：

式中，為年均氣溫（℃）；為年均降水量（mm）；W為蒸散量決定的植物干物質產量（g C?m-2?a-1）；是年均實際蒸散量（mm）；為年均最大蒸散量（mm）。

估算某地植物氣候生產潛力時，需要用Leibig定律取W、W和W中較低值做標準值（），為草地氣候生產潛力（g C?m-2?a-1）。

1.4 氣候生產潛力和實際生產力變化的分析方法

變異系數（Coefficient of Variation，）指氣候生產潛力或實際生產力偏離其平均值的程度，是均方差與數學期望的比值。它描述了逐年氣候生產潛力或實際生產力分散程度。變異系數小，說明氣候生產潛力或實際生產力穩(wěn)定性好。公式為：

氣候生產潛力或實際生產力與氣候因子相關性的計算與溫度或降水量的相關系數計算公式如下：

本研究應用一元線性回歸分析法分析生產潛力或實際生產力的時空變化，單個像元多年回歸方程中趨勢線斜率即為年際變化率。計算公式為：

式中：θ為趨勢斜率，為監(jiān)測時間段的年數，x為第年的生產潛力或實際生產力。利用序列和時間序列的相關關系來判斷年際間變化的顯著性，斜率為負表示下降，反之則表示上升。

1.5 NPP及氣象數據精度驗證

圖2 實測值與模擬值的一致性檢驗

氣候生產潛力計算依賴于氣象數據，本研究利用ArcGIS對研究區(qū)內151個氣象站點數進行 Kriging 空間插值，利用剩余的50個氣象站點數據驗證插值結果。年降水量與年均溫度的模擬值與實測值的一致性比較如圖2-B和圖2-C，模擬值與實測值分布在1﹕1線附近，年降水量的REE和RMSE分別為89%和28.70 mm；年均溫度的REE和RMSE分別為91%和0.40℃。因此，利用Miami和Tharnthwaite Memorial模型模擬的氣候生產力潛力較為理想。

2 結果

2.1 生產潛力時空變化

2.1.1 氣候生產潛力的空間分布及變化趨勢 2000— 2017年天然打草場氣候生產潛力均值空間分布如圖3-A所示，18年來均值呈現由西向東遞增的地帶性規(guī)律，均值集中分布在500—600 g C?m-2?a-1，占總面積的57.39%；其次，16.32%的打草場生產潛力變化范圍為600—700 g C?m-2?a-1；東北地區(qū)打草場氣候生產潛力高于其他地區(qū)，錫林郭勒西部打草場氣候生產潛力最低。按草地類型統(tǒng)計分析，草甸草原的氣候生產潛力均值18年來最高，為589.68 g C?m-2?a-1，山地草甸最低，為518.72 g C?m-2?a-1，生產潛力表現為：以草甸草原最高，其次為低地草甸、典型草原和山地草甸。

審圖號：GS（2020）2229號

天然打草場氣候生產潛力的變異系數由西南向東北呈現遞減趨勢，即越向內陸延伸，氣候生產潛力越不穩(wěn)定，波動越大（圖3-B）。氣候生產潛力的平均變異系數為0.13，變異系數集中分布在0.12—0.16，占總面積的54.21%，其次是0.08—0.12，占總面積的20.01%，變異系數在0.20—0.24的面積僅占總面積的1.23%。按不同草地類型統(tǒng)計，典型草原打草場的氣候生產潛力變異系數最大，均值為0.14，波動劇烈；草甸草原的氣候生產潛力最穩(wěn)定，變異系數均值為0.11。其他草地類型氣候生產潛力的變異系數均值范圍為0.12—0.14，差異不顯著。

天然打草場氣候生產潛力呈上升趨勢（圖3-C），其變化范圍為1.12—14.22 g C?m-2?a-1，平均上升速率為5.84 g C?m-2?a-1，變化速率基本呈東高西低趨勢。氣候生產潛力的趨勢變化主要集中在3—9 g C?m-2?a-1，占總面積的71.29%。按不同草地類型統(tǒng)計，草甸草原的氣候生產潛力上升速率最高，均值為6.30 g C?m-2?a-1，山地草甸的上升速率最低，均值僅為3.95 g C?m-2?a-1；各草地類型的變化速率變現以草甸草原最大，依次為典型草原、低地草甸和山地草甸。

2.1.2 氣候生產潛力的年際變化 由圖4可知，不同草地類型天然打草場氣候生產潛力年際變化趨勢基本一致，其中草甸草原氣候生產潛力明顯高于其他草地類型，山地草甸、典型草甸和低地草甸的氣候生產潛力無明顯差異。2000—2017年半干旱牧區(qū)各草地類型的氣候生產潛力呈不同程度的上升趨勢，其中草甸草原的上升速率最高，且各年的氣候生產潛力均高于其他類型草地。由表1可知，由溫度決定的半干旱牧區(qū)天然打草場草地生產潛力相對較高，而由降水量和蒸散量決定的半干旱牧區(qū)天然打草場生產潛力二者值比較接近，典型草原的蒸發(fā)量遠大于降水量，因此，降水量是典型草原氣候生產潛力的限制因子，其他草地類型打草場氣候生產潛力的限制因子為年均實際蒸散量，而實際蒸散量由降水量和溫度決定，因此，降水量是打草場草地氣候生產潛力高低的決定因素，而水熱組合是打草場草地氣候生產潛力高低的關鍵因子。

2.2 草地實際生產力的分析

2.2.1 實際生產力的空間分布及變化趨勢 由2000 —2017年天然打草場實際生產力均值空間分布圖可知（5-A），以大興安嶺為中心向東西兩麓逐漸遞減。18年實際生產力均值為295.24 g C?m-2?a-1，集中分布在200—300 g C?m-2?a-1，占總面積的42.92%，38.28%的打草場實際生產力在300—400 g C?m-2?a-1。按草地類型統(tǒng)計分析，草甸草原的均值最高，為349.78 g C?m-2?a-1，其次是山地草甸，其均值為305.68 g C?m-2?a-1，典型草原的均值最低，僅為269.52 g C?m-2?a-1。

圖4 半干旱牧區(qū)天然打草場不同草地類型氣候生產潛力的年際變化

表1 不同草地類型18年年均草地氣候生產潛力

t：溫度；p：降水；v：蒸散量；Wt：由溫度決定的植物干物質產量；Wp：由降水決定的植物干物質產量；Wv：由蒸散量決定的植物干物質產量；W：氣候生產潛力

t: Temperature; p: Precipitation; v: Evapotranspiration; Wt: Plant dry matter yield determined by temperature; Wp: Plant dry matter yield determined by precipitation; Wv: Plant dry matter yield determined by evapotranspiration; W: The climate potential productivity

審圖號：GS（2020）2229號

呼倫貝爾市西部和錫林郭勒盟中部天然打草場實際生產力的變異系數高于其他地區(qū)，即該區(qū)域的實際生產力波動較大（圖5-B）。天然打草場實際生產力的變異系數均值為0.19，主要集中分布在0.10—0.20，占總面積的59.75%，其次是0.20—0.30，占總面積的37.00%。按不同草地類型統(tǒng)計，山地草甸的變異系數最高0.22；草甸草原的變異系數最低，僅為0.16。

如圖5-C所示，天然打草場實際生產力變化為-17.56—16.34 g C?m-2?a-1，平均速率為3.84 g C?m-2?a-1，主要集中在0.00—4.00和4.00—8.00 g C?m-2?a-1，分別占總面積的50.01%和48.14%，天然打草場實際生產力呈下降趨勢的區(qū)域僅占總面積的0.89%。按草地類型統(tǒng)計，各草地類型天然打草場實際生產力均呈上升趨勢，其中山地草甸打草場實際生產力的變化速率最高，為4.44g C?m-2?a-1，其次是草甸草原、低地草甸，變化速率分別為4.33、3.98 g C?m-2?a-1，典型草原的變化速率最低，為3.71 g C?m-2?a-1。

2.2.2 實際生產力的年際變化 2000—2017年半干旱牧區(qū)不同草地類型天然打草場實際生產力的年際變化基本一致（圖6）。2000—2017年草甸草原天然打草場的各年實際生產力均高于其他草地類型，典型草原則最低。2000—2017年半干旱牧區(qū)各草地類型的實際生產力呈不同程度的上升趨勢，其中草甸草原的上升速率最高，且各年的氣候生產潛力均高于其他類型草地，這與氣候生產潛力變化一致。

圖6 2000-2017年不同草地類型天然打草場實際生產力的年際變化

2.2.3 實際生產力對氣候因子的響應 半干旱牧區(qū)天然打草場實際生產力與降水呈負相關的區(qū)域僅占總面積的0.03%，呈正相關的區(qū)域占總面積的95.67%（圖7-A，B）。低地草甸實際生產力與降水的相關性系數最高為0.74，與降水量相關性最低的是草甸草原，系數為0.71，不同草地類型與降水量相關性從高到低排序為：低地草甸、典型草原、山地草甸和草甸草原。由表2可知，不同的草地類型實際生產力對降水量的響應有明顯差異。低地草甸實際生產力與降水相關的面積最大，其中與降水呈正相關的面積占該草地類型的78.50%（＜0.001），與降雨不相關的區(qū)域僅占該草地類型的1.79%。其次是典型草原，與降水呈顯著正相關的區(qū)域占該區(qū)域的75.16%（＜0.001）。草甸草原4.37%的面積與降水無關，與降水呈顯著正相關的區(qū)域占該草地類型的67.11%（＜0.001）。

由圖7-C，D可知，半干旱牧區(qū)天然的實際生產力與溫度呈負相關，與溫度呈負相關的區(qū)域占總面積的4.73%。山地草甸與溫度的相關性最高，其相關系系數為-0.30，最低的是草甸草原，相關系數為-0.21。不同草地類型實際生產力與溫度相關性從高到低排序為：山地草原、低地草甸、典型草原和草甸草原。不同草原類型實際生產力對溫度的響應不同（表3）。低地草甸實際生產力與溫度相關的面積最大，其中在與溫度呈負相關的面積占該草地類型的7.13%（＜0.05）。草甸草原的實際生產力與溫度相關的面積最小，與溫度呈負相關的面積占該草地類型的2.39%（＜0.05）。

審圖號：GS（2020）2229號

2.3 氣候資源利用率及退化程度分析

為了分析打草場氣候資源的利用狀況，利用實際生產力與氣候生產潛力的百分比（coefficient of utilization，C）表示氣候資源生產潛力的利用率，C=（實際生產力/氣候生產潛力）×100%。天然打草場18年年均氣候資源利用率如圖8所示，以大興安嶺為中心向東西兩麓逐漸遞減，平均氣候資源利用率為55.09%，氣候資源利用率集中分布在40%—60%，占打草場面積的59.42%；空間分布上，錫林郭勒盟西部、黑龍江省和吉林省的氣候資源利用率明顯低于其他地區(qū)。按草地類型統(tǒng)計，草甸草原的氣候資源利用率高達60.34%，其次是山地草甸和低地草甸，其氣候資源利用率分別為57.57%和56.69%，典型草原的氣候資源利用率最低，僅有51.42%。

潛在生產力與實際生產力的差值越大，生產力待開發(fā)的潛力越大。圖9所示，典型草原打草場潛在生產力與實際生產力的18年年均差值高于其他草地類型，其次是草甸草原和低地草甸，山地草甸最低。此外，2000—2017年不同草地類型打草場潛在生產力與實際生產力的差值呈不同程度的上升趨勢，即打草場存在不同程度的退化，用二者差值的斜率代表草地的退化速度。草甸草原打草場潛在生產力與實際生產力的差值上升速率最高，為1.84 g C?m-2?a-1，該草地類型的打草場退化速度最快。其次是典型草原和低地草甸，分別為-1.48和-1.12 g C?m-2?a-1，退化速度最慢的是山地草甸，為-0.15 g C?m-2?a-1。

表2 不同草原類型實際生產力與降水量的相關性統(tǒng)計表

*表示在0.05水平顯著相關，**表示在0.01水平顯著相關，***表示在0.001水平顯著相關。下同

* indicate significant correlation at 0.05 level, ** indicate significant correlation at 0.01 level, and *** indicate significant correlation at 0.001 level。The same as below

審圖號：GS（2020）2229號

表3 不同草原類型實際生產力與溫度相關性統(tǒng)計表

圖9 2000-2017年不同草地類型天然打草場潛在生產力與實際生產力的差值變化

3 討論

Zhao等[18]基于SRES 3個氣候變化情景數據，在溫度升高、降水略增的背景下，內蒙古區(qū)域植被出現減產現象。有模擬預測研究發(fā)現2020—2050年內蒙古一些草原溫度可能升高1.83—3.0℃，降水可能增加3.2%—5.1%，地上凈初級生產力依然可能下降5.8%—7.5%[18]。“暖濕型”和“冷濕型”氣候則有利于草地氣候生產潛力的提高，但增溫減雨加劇土壤水分蒸發(fā)及植物蒸騰，牧草生長發(fā)育水分虧缺，抑制牧草生長[19]。本研究表明半干旱牧區(qū)天然打草場的實際生產力與降水呈正相關的區(qū)域占總面積的95.67%，僅有4.73的區(qū)域與溫度呈負相關。說明實際生產力受降水的影響大[6,20-21]，因此，降水是制約北方草原生長關鍵因子[22-26]。

由于時空尺度的差異，及數據源的不同，導致不同區(qū)域草地NPP對氣候水熱因子的響應具有差異性。周偉等[13]利用CASA模型模擬中國草地NPP，結果表明1982—2010年，草地NPP每年以0.6 g C?m-2?a-1增加[13]。有研究表明，1955—2010年，內蒙古自治區(qū)東北部半干旱草原NPP略有降低；另外，1999— 2010年，長三角地區(qū)植被NPP每年以-0.5 g C?m-2?a-1減少；兩地區(qū)均表明，NPP對降水的響應都高于溫度[27-28]。本研究表明，天然打草場實際生產力每年以0.38 g C?m-2?a-1增加，95.88 %的打草場與降水呈顯著正相關關系，與溫度無關的區(qū)域占總面積的95.81%。內蒙古草地主要分布于干旱半干旱氣候區(qū)，降水少、溫度高，降水增多有利于草地植被生長，水分匱乏的地區(qū)，溫度升高將引起蒸散加速，導致水分虧缺加劇，進而制約植被生長，因此，水分條件是該區(qū)植被生長的限制因子[29-30]。

對草地氣候資源利用率進行評估，有利于進一步提高當地草地資源生產力。有研究表明內蒙古多倫縣1999—2002年平均草地氣候資源利用率僅為26%，呼倫貝爾大興安嶺西側的典型草原區(qū)1961— 2005年氣候資源利用率為37.3%，認為過度放牧、水土流失、草地退化、自然災害頻發(fā)是利用率偏低的主要原因[31-32]。羅瑞敏等[33]研究表明1992—2011年云霧山草地氣候資源利用率為53%，由于長期禁牧封育，草地迅速恢復，顯著提高了云霧山草地生產力。甘南地區(qū)積極改良草場，強化草原基本建設，天然草地的氣候資源利用率高達61.5%[34]。

本研究表明，2000—2017年打草場平均氣候資源利用率僅為55.09%，退化速率1.14 g C?m-2?a-1，越向內陸延伸，生態(tài)系統(tǒng)越脆弱，生產力對氣候變化越敏感，退化程度越高；另外，草地載畜量與草地開墾等農業(yè)經營活動、人口數量、能源礦產資源的不合理開采等因素是其退化的主要人為因素[35-36]。黑龍江和吉林省這兩類草地類型的打草場退化速度高于其他地區(qū)，該地區(qū)的草地多為鹽化草甸類、低濕地草甸類和平原丘陵草甸，其平均退化速率高達1.44 g C?m-2?a-1，平均氣候資源利用率僅有41.91%。因此，導致草甸草原和典型草原退化速率高于其他草地類型。2000— 2017年鹽化草甸類溫度呈小幅上升趨勢，蒸發(fā)量大于降雨量，加快了草地退化程度；另外，吉林省西部是典型的農牧交錯區(qū)，牛、羊等牲畜的數量逐年增長，草料需求量不斷上升，草、畜矛盾日益突出，草地退化現象加劇[37]。因此，加大對牧業(yè)的物資、科技投入，改善牧業(yè)生產條件，提高草場管理水平，同時加強生態(tài)環(huán)境保護，提高抗災減災能力[9,20]，有利于提高當地氣候資源利用率，有效遏制草地退化。

4 結論

（1）2000—2017年，天然打草場氣候生產潛力呈由西向東遞增的地帶性規(guī)律，而實際生產力以大興安嶺為中心向東西兩麓逐漸遞減。生產力隨降水波動呈上升趨勢，天然打草場實際生產力和氣候生產潛力分別以3.84和5.84 g C?m-2?a-1速度增加，實際生產力和潛在生產力分別在2013年和2012年到達最高值；草甸草原的實際生產力均高于其他草地類型。

（2）天然打草場實際生產力對降水的響應高于溫度，95.88%的打草場與降水呈顯著正相關關系，與溫度呈負相關的區(qū)域僅占總面積的5.70%。各類草地類型的實際生產力均與降水呈顯著正相關關系（＜0.001），而與溫度無關。

（3）2000—2017年，天然打草場18年年均氣候資源利用率以大興安嶺為中心向東西兩麓逐漸遞減，平均氣候資源利用率為55.09%，草甸草原打草場的氣候資源利用率最高，為60.34%，山地草原典型草原的氣候資源利用率最低，僅有51.42%。草甸草原打草場退化速度為-1.84 g C?m-2?a-1，該草地類型的打草場退化速度最高，退化速度最低的是山地草原，以-0.15 g C?m-2?a-1的速度退化。

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Temporal and Spatial Variation of Productivity and Its Response to Climate in Semi-Arid Pasture of Forage Harvesting Area

MAO PingPing, SHEN BeiBei, DING Lei, ZHU XiaoYu, XIN XiaoPing, YAN YuChun, WANG Xu, YAN RuiRui, XU LiJun, CHEN BaoRui

(Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Hulunbuir Grassland Ecosystem Observation and Research Station, Beijing 100081)

【】This study aimed to simulate the productivity of hay-land in the semi-arid pastoral region, to evaluate the grassland degradation and to explore the impact of climate on grassland production.【】The potential productivity of hay-land from 2000 to 2017 was calculated by using Miami and Thornthwaite model, and compared with the MODIS NPP products (MOD17A2H), which represented the actual productivity.【】From 2000 to 2017, both actual productivity and potential productivity of hay-land in semi-arid pastoral region increased with rising precipitation, with mean value of 295.24 and 557.79 g C?m-2?a-1, respectively. Both the potential and actual productivity were the highest in meadow steppe, which were 589.68 and 349.78 g C?m-2?a-1, respectively, and with the lowest coefficient of variation. The potential productivity was the lowest in mountainous meadow with an average value of 518.72 g C?m-2?a-1, while the actual productivity was the lowest in the typical steppe with 269.52 g C?m-2?a-1.The inter-annual change rate of potential productivity was the highest in the meadow steppe, which was 6.30 g C?m-2?a-1, and the actual productivity was the highest in mountainous meadow with 4.44 g C?m-2?a-1. The actual productivity showed significant positive relationship with precipitation in 95.88% of the hay-land steppe, however, showed negative correlation with temperature in 5.70% of the area.【】The climatic production potential of forage harvesting area increased from west to east. Under the influence of hydrothermal conditions, the actual productivity gradually decreased in the east and west foothills of the Daxing’an Mountain range, and its response to precipitation was higher than that of temperature. The average annual utilization rate of climate resources was the same as the actual productivity, and the average utilization rate of climate resources was 55.09%. The grassland of meadow grassland had the highest utilization rate of climate resources, which was as high as 60.34%.

climate productivity potential; actual productivity; forage harvesting area; climate resources utilization

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.13.021

2019-09-15；

2020-04-01

國家重點研發(fā)計劃（2016YFC0500608）、北方草甸退化草地治理技術與示范（2016YFC0500603）、國家重點研發(fā)計劃-中美政府間合作項目（2017YFE0104500）、草地碳收支監(jiān)測評估技術合作研究、現代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金（CARS-34）、中國農業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程協(xié)同創(chuàng)新任務（AAS-XTCX2016007）

毛平平，E-mail：15910539860@163.com。通信作者辛曉平，E-mail：xinxp@sina.com

（責任編輯 林鑒非，趙伶俐）