西北干旱地區(qū)氣候變化及其對(duì)草地生產(chǎn)潛力的影響

張娟, 李劍萍, 王譽(yù)陶, 張翼, 井樂, 李建平, 3, *

西北干旱地區(qū)氣候變化及其對(duì)草地生產(chǎn)潛力的影響

張娟1, 李劍萍2, 王譽(yù)陶1, 張翼1, 井樂1, 李建平1, 3, *

1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 寧夏 銀川 750021 2. 寧夏防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 寧夏 銀川 750021 3. 西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地, 寧夏 銀川 750021

依據(jù)寧夏各縣區(qū)24個(gè)氣象站37年(1981—2017年)間的逐月氣溫、降水資料, 采用Miami模型和Thornthwaite Memorial模型計(jì)算寧夏草地生產(chǎn)潛力, 分析其時(shí)空變化。結(jié)果表明: 從時(shí)間變化來看, 寧夏平均氣溫以0.47 ℃·(10a)-1的速度持續(xù)上升, 降水量呈先下降后上升的趨勢(shì), 從2010—2017年年降雨量增加了40 mm; 從空間變化來看, 寧夏氣候從西北向東南由“暖干”向“冷濕”逐漸變化; 寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力從西北向東南逐漸遞增; 草地氣候生產(chǎn)潛力變化趨勢(shì)與降水變化趨勢(shì)一致, 各時(shí)間段氣候生產(chǎn)潛力與降水呈顯著正相關(guān)(<0.01), 與溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此, 降水是寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力的限制因素, 草地生產(chǎn)潛力較大區(qū)域在寧夏中南部, 而以溫度升高為特征的氣候變化, 對(duì)寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力影響較小。

草地生產(chǎn)潛力; 氣候變化; 寧夏; Miami模型

0 前言

草地是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 也是最常見的植被類型之一, 在食物安全、生態(tài)、碳平衡和全球氣候變化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。我國草地面積為4億公頃, 占全國土地面積的40%[1-2]。草地對(duì)全球變化較為敏感[3], 近年來, 氣候變暖、干旱和極端氣候事件使草原植物物候發(fā)生改變, 初級(jí)生產(chǎn)力和草原載畜能力降低[4]。

凈初級(jí)生產(chǎn)力是指綠色植物在單位面積、單位時(shí)間內(nèi)光合作用所積累的有機(jī)物總量[5], 反映植物群落的固碳能力, 是植被生長狀況和生態(tài)系統(tǒng)健康的重要指標(biāo)[6], 也是研究氣候變化對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)影響的重要參數(shù)[7]。草地地上凈初級(jí)生產(chǎn)力與年平均溫度和降水密切相關(guān)[8]。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出未來幾十年全球變暖將會(huì)持續(xù)下去, 對(duì)草地生產(chǎn)力產(chǎn)生顯著影響[9]。草地氣候生產(chǎn)潛力是草地凈初級(jí)生產(chǎn)力的一個(gè)方面, 研究草地生產(chǎn)潛力的時(shí)空分布及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)對(duì)于合理利用草地資源、提高草地生產(chǎn)力、保障草地生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義[10-11]。

草地是中國干旱半干旱區(qū)主要的植被類型, 也是我國北方地區(qū)最重要的生態(tài)屏障[12]。寧夏回族自治區(qū)(以下簡稱“寧夏”)位于我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)和生態(tài)脆弱帶, 屬于中溫帶干旱半干旱氣候區(qū), 天然草地面積為301.4萬公頃, 草原類型以北部荒漠草原類和南部溫性草原類為主, 全區(qū)降水稀少, 天然草地生產(chǎn)力的高低主要取決于當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境及其變化[13]。本研究以西北干旱地區(qū)草地為研究區(qū), 以寧夏24個(gè)氣象站點(diǎn)37年間(1981—2017年)的逐月氣溫、降水資料為基礎(chǔ), 運(yùn)用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型和克里格空間插值(Kriging) 法等分析草地生產(chǎn)潛力的時(shí)空變化特征, 以期揭示氣候變化對(duì)草地生產(chǎn)力影響的時(shí)空規(guī)律及其對(duì)氣候變化的響應(yīng), 為草地可持續(xù)發(fā)展、生產(chǎn)潛力動(dòng)態(tài)檢測(cè)以及草—畜平衡布局提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

寧夏位于中國西北部(35°14'—39°23'N, 104°17'—107°39'E), 總面積為6.64萬平方千米, 是我國北方典型的農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū), 生態(tài)條件脆弱, 水土流失、草地退化、沙漠化等問題嚴(yán)重。地貌類型多樣, 北部為干旱剝蝕、風(fēng)蝕地貌, 南部為流水侵蝕地貌。研究區(qū)屬溫帶大陸性干旱半干旱氣候, 年平均降水量270—320 mm, 多集中于7—9月, 年平均氣溫為7—9.2 ℃, 無霜期120—218 d, 年日照時(shí)數(shù)2710—3124 h。植被以草原為主, 主要植被類型為溫性荒漠草原、溫性草原、溫性草原化荒漠、溫性山地草甸等(圖1)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

氣象資料來源于寧夏各縣區(qū)24個(gè)氣象站點(diǎn)的37年間(1981—2017年)的逐月氣溫、降水資料。

注: 來源于《寧夏草地資源》附圖。

Figure 1 Distribution pattern of grassland types in Ningxia

1.3 計(jì)算方法

1.3.1 Miami模型

該模型根據(jù)氣溫、降水量兩個(gè)氣候因子分別計(jì)算溫度生產(chǎn)潛力和降水生產(chǎn)潛力。

Y=30000/(1+1.315–0.119T) (1)

Y=30000/(1––0.000664R) (2)

式中:為年平均氣溫(℃);為年降水量(mm);Y和Y為根據(jù)年平均氣溫和年降水量計(jì)算的草地生產(chǎn)潛力, 稱為溫度生產(chǎn)潛力和降水生產(chǎn)潛力(kg·hm-2·a-1)。

1.3.2 Thornthwaite Memorial模型

該模型依據(jù)蒸散量計(jì)算草地生產(chǎn)潛力, 其中蒸散量是氣溫和降水的函數(shù)。

Y=30000×[1––0.0009695(E–20)] (3)

式中:Y為根據(jù)蒸散量計(jì)算的草地生產(chǎn)潛力(kg·hm–2·a–1);為實(shí)際年平均蒸散量(mm), 計(jì)算公式如下:

=1.05×[1+(1.05/)2]–0.5

式中:為年降水量(mm);為年平均最大蒸散量(mm), 計(jì)算公式如下:

=300+25+0.053

式中:為年平均氣溫(℃)。

1.3.3 草地氣候生產(chǎn)潛力

根據(jù)Liebig定律取(1)—(3)中的最小值作為寧夏草地的氣候生產(chǎn)潛力(kg·hm-2·a-1)。

=min(Y,Y,Y)

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Origin 8.0對(duì)氣象資料進(jìn)行處理, 采用ArcGIS 10.2中的克里格法空間插值模塊對(duì)24個(gè)氣象站點(diǎn)的點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)段(1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年、2011—2017年)處理, 獲得寧夏年平均氣溫、年降水量和草地氣候生產(chǎn)潛力的空間分布特征圖, 用R 3.5.1對(duì)氣溫、降水、蒸散量與草地生產(chǎn)潛力進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 寧夏氣候變化

2.1.1 年平均氣溫、年降水量的年際變化

寧夏37年間的年平均氣溫呈明顯的上升趨勢(shì)(圖2), 每10年增加0.47 ℃(<0.01), 氣溫平均值為8.40 ℃。1996年之前, 氣溫普遍位于平均值以下, 1996年之后, 氣溫普遍位于平均值以上, 這與全球氣候變暖的趨勢(shì)一致。最低值出現(xiàn)在1984年, 為6.76 ℃, 最高值出現(xiàn)在2013年, 為9.41 ℃。

圖2 寧夏年平均氣溫變化曲線

Figure 2 Ningxia annual average temperature curve

寧夏37年間的降水量變化趨勢(shì)不明顯(圖3), 圍繞平均值上下波動(dòng), 波動(dòng)幅度較大, 降水的年際變化大。降水量平均值為281.69 mm, 最高值出現(xiàn)在1990年, 為371.91 mm, 最低值出現(xiàn)在1982年, 為172.30 mm。

2.1.2 年平均氣溫的空間分布

寧夏年均氣溫從西北向東南逐漸降低(圖4), 在1981—2017年的四個(gè)時(shí)間段內(nèi), 各縣區(qū)的氣溫均有所升高, 且升高幅度逐漸減小。1981—1990年(圖4a)、1991—2000年(圖4b)、2001—2010年(圖4c)、2011—2017年(圖4d)四個(gè)時(shí)段內(nèi)寧夏各縣區(qū)平均氣溫分別為7.71 ℃、8.33 ℃、8.79 ℃、8.92 ℃。

1981—2017年間, 寧夏南北溫差增大, 溫差由8.84 ℃上升到9.25 ℃。最高氣溫出現(xiàn)在中部干旱帶的西北部以及北部引黃灌區(qū)的西部, 最低氣溫出現(xiàn)在南部山地丘陵區(qū), 六盤山海拔較其他地區(qū)高, 是研究區(qū)氣溫最低點(diǎn)。

圖3 寧夏年降水量變化曲線

Figure 3 Ningxia annual precipitation curve

圖4 寧夏年平均氣溫空間分布

Figure 4 Spatial distribution of annual average temperature in Ningxia

1981—1990年, 寧夏最高年均氣溫較低, 不超過10.50 ℃。氣溫在9.01 ℃—10.50 ℃之間的地區(qū)包括青銅峽市、中寧縣北部、紅寺堡區(qū)中西部和西夏區(qū)、賀蘭縣、平羅縣、大武口區(qū)等地的大部分范圍, 1991—2000年, 范圍擴(kuò)大至引黃灌區(qū)和中部干旱帶大部分地區(qū), 2001—2010年, 范圍繼續(xù)擴(kuò)大, 到2011—2017年, 范圍基本覆蓋了引黃灌區(qū)和中部干旱帶。2001—2010年, 年平均氣溫首先在青銅峽市中南部、中寧縣北部和利通區(qū)西北部突破10.50 ℃, 此后范圍逐步擴(kuò)大至紅寺堡區(qū)中西部、中寧縣中北部、利通區(qū)大部, 此外, 在永寧縣、西夏區(qū)和金鳳區(qū)的部分地區(qū)的年平均氣溫也突破10.50 ℃。南部山區(qū)六盤山附近氣溫最低, 1981—1990年, 該地區(qū)的最高氣溫不超過1.50 ℃, 2011—2017年, 該地最低氣溫超過1.50 ℃。

2.1.3 年降水量的空間分布

與氣溫變化梯度方向相反, 降水量的空間分布呈現(xiàn)由西北向東南遞增的趨勢(shì)(圖5)。各縣區(qū)的降水量總體穩(wěn)定, 年際變化不明顯。1981—1990年(圖5a)、1991—2000年(圖5b)、2001—2010年(圖5c)、2011—2017年(圖5d)四個(gè)時(shí)間段內(nèi)各縣區(qū)的平均降水量分別為285.38 mm、270.31 mm、270.00 mm、309.38 mm。整體上, 從1981—2010年, 各縣區(qū)降水量沿降水梯度稍有減少, 2010年后降水量增加。自治區(qū)降水量空間變化范圍大致為160—700 mm, 北部引黃灌區(qū)和中部干旱帶的西北部地區(qū)降水量不超過220 mm。1991—2000年(圖5b)平羅縣西部和大武口東南部地區(qū)降水量低于160 mm。涇源縣降雨量最多, 年降水量總體上大于640 mm。

圖5 寧夏年降水量空間分布

Figure 5 Spatial distribution of annual precipitation in Ningxia

2.2 草地氣候生產(chǎn)潛力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)Liebig定律, 將氣溫、降水、蒸散量所決定的草地生產(chǎn)潛力的最小值作為當(dāng)?shù)氐臍夂蛏a(chǎn)潛力值。從表1中可以看出, 由氣溫決定的生產(chǎn)潛力值高于由降水和蒸散量決定的生產(chǎn)潛力值(六盤山除外), 由蒸散量決定的生產(chǎn)潛力值略高于由降水決定的生產(chǎn)潛力值, 因此降水是寧夏各地區(qū)草地生產(chǎn)潛力的限制因素。六盤山的氣溫明顯低于其他地區(qū), 降水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地區(qū), 因此氣溫是六盤山草地生產(chǎn)潛力的主要限制因素。各地區(qū)草地生產(chǎn)潛力有明顯差異, 從引黃灌區(qū)到南部山區(qū)的草地生產(chǎn)潛力有逐漸升高的趨勢(shì)。

從氣溫、降水量、蒸散量與草地生產(chǎn)潛力相關(guān)分析可以看出, 氣溫()和溫度生產(chǎn)潛力()、降水量()和降水生產(chǎn)潛力()、蒸散量()和由蒸散量決定的生產(chǎn)潛力()均呈正相關(guān)關(guān)系(<0.01)(圖6), 由、、三者中的最小值構(gòu)成的氣候生產(chǎn)潛力()與降水量呈顯著正相關(guān)(<0.01), 充分說明降水量是寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力的決定因素。蒸散量由氣溫和降水量共同影響, 由蒸散量決定的草地生產(chǎn)潛力實(shí)際上是由氣溫和降水量共同決定的, 氣溫升高, 降水量減少, 草地生產(chǎn)潛力降低。

表1 寧夏草地生產(chǎn)潛力

注:為氣溫,為降水量,為蒸散量,Y、Y、Y為根據(jù)氣溫、降水量、蒸散量計(jì)算的草地生產(chǎn)潛力,為草地氣候生產(chǎn)潛力。

2.3 草地氣候生產(chǎn)潛力分析

2.3.1 草地氣候生產(chǎn)潛力的年際變化

草地氣候生產(chǎn)潛力自1980年以來呈緩慢上升趨勢(shì)(圖7), 圍繞平均值上下波動(dòng), 波動(dòng)幅度大, 草地氣候生產(chǎn)潛力年際變化大。最高值出現(xiàn)在1985年, 為6223.99 kg·hm-2·a-1, 最低值出現(xiàn)在1982年, 為3094.87 kg·hm-2·a-1。草地氣候生產(chǎn)潛力年際變化特征與年降水量年際變化特征一致, 充分說明降水是寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力的限制因素。

注: T為氣溫, R為降水量, E為蒸散量, YT、YR、YE為根據(jù)氣溫、降水量、蒸散量計(jì)算的草地生產(chǎn)潛力, Y為草地氣候生產(chǎn)潛力。

Figure 6 Correlation analysis of temperature, precipitation, evaporation and potential grassland productivity

2.3.2 草地氣候生產(chǎn)潛力的空間分布

寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力的空間分布特征與年降水量的空間分布特征一致。1981—2017年各區(qū)域草地氣候生產(chǎn)潛力由西北向東南逐級(jí)遞增(圖8)。西北地區(qū)氣候生產(chǎn)潛力范圍在3000 kg·hm-2·a-1—4000 kg·hm-2·a-1之間, 1991—2000年西北地區(qū)大武口區(qū)出現(xiàn)最低值, 為2800.96 kg·hm-2·a-1(圖8b)。涇源縣南部的草地氣候生產(chǎn)潛力最高, 最低值在9000 kg·hm-2·a-1以上, 最高可達(dá)到10515.70 kg·hm-2·a-1(圖8d)。

圖7 寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力變化曲線

Figure 7 Curve of climate production potential change in Ningxia grasslan

1981—2017年, 各縣區(qū)的草地氣候生產(chǎn)潛力先減少后增加。1981—1990年(圖8a), 各縣區(qū)的氣候生產(chǎn)潛力平均值為4819.01 kg·hm-2·a-1, 1991—2000年, 平均值下降至4714.78 kg·hm-2·a-1(圖8b), 2001—2010年(圖8c)達(dá)到最低值, 為4710.94 kg·hm-2·a-1, 2011—2017年(圖8d)增加至5000 kg·hm-2·a-1以上。

1981—1990年(圖9a)、1991—2000年(圖9b)、2001—2010年(圖9c)、2011—2017年(圖9d)四個(gè)時(shí)間段內(nèi), 降水量、蒸散量和草地氣候生產(chǎn)潛力均呈顯著正相關(guān)(<0.01), 從空間分布來看, 南部山區(qū)氣溫低, 降水量高, 蒸散量大, 草地氣候生產(chǎn)潛力高。

3 結(jié)論和討論

從時(shí)間變化來看, 研究區(qū)年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)(<0.01), 增幅為0.47 ℃·(10a)-1, 與全球氣候變暖現(xiàn)象一致; 降水量呈緩慢上升的趨勢(shì), 未達(dá)到顯著水平。其中, 1981—2010年, 降水量呈下降趨勢(shì),2010年以后, 降水量有所增加, 這與內(nèi)蒙古中部草原的氣候變化特征相同[14]。從空間變化來看, 研究區(qū)氣候條件從西北向東南由“暖干”逐漸向“冷濕”轉(zhuǎn)變。馬甜[15]等人認(rèn)為, 寧夏中部干旱帶氣候在1961—2008年間呈現(xiàn)“暖干化”發(fā)展趨勢(shì), 羅瑞敏[16]等人認(rèn)為云霧山草原1992—2011年間降水量呈下降趨勢(shì), 這與本研究中1981—2010年間降水量變化趨勢(shì)吻合。寧夏自治區(qū)位于農(nóng)牧交錯(cuò)帶, 生態(tài)條件脆弱, 長期不合理的放牧方式導(dǎo)致草地被破壞, 生物量減少, 地皮裸露沙化, 干旱加劇, 這可能是2010年前寧夏各區(qū)域年降水量減少的原因, 從2000年以來, 自治區(qū)實(shí)施封山禁牧政策, 10年來, 森林覆蓋率大幅增加, 沙化面積減少, 水土流失得到遏制, 下墊面的改變促進(jìn)降水量增加。氣溫與降水量、蒸散量、草地氣候生產(chǎn)潛力呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)。氣溫上升, 溫度生產(chǎn)潛力增加, 但氣溫上升引起蒸散量增加, 從而導(dǎo)致氣候生產(chǎn)潛力下降[16]。

圖8 寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力空間分布

Figure 8 Spatial distribution of potential climatic grassland productivity in Ningxia

注: T1、T2、T3、T4為氣溫, R1、R2、R3、R4為降水量, E1、E2、E3、E4為蒸散量, YT1、YT2、YT3、YT4、YR1、YR2、YR3、YR4、YE1、YE2、YE3、YE4為根據(jù)氣溫、降水量、蒸散量計(jì)算的草地生產(chǎn)潛力, Y1、Y2、Y3、Y4為草地氣候生產(chǎn)潛力。

Figure 9 Correlation analysis of temperature, precipitation, evaporation and potential grassland productivity (four time periods)

在干旱半干旱區(qū), 草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化極為敏感, 溫度和降水決定植被生長的水熱條件, 從而影響草地氣候生產(chǎn)潛力[17]。溫度升高促進(jìn)植物生長, 但高溫又會(huì)增加干燥化[18], 降低草地氣候生產(chǎn)潛力, 而增加降雨量可緩解干燥化, 使草地氣候生產(chǎn)潛力提高。因此, 不同研究區(qū)域特有的氣候特征決定著該區(qū)域的草地生產(chǎn)潛力, 如我國東部地區(qū)降水豐沛, 草地生產(chǎn)潛力主要受制于溫度, 而西北干旱地區(qū)受制于降水[19]。在本研究中, 寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力與降水量呈正相關(guān)(<0.01), 二者變化特征一致, 降水是當(dāng)?shù)貧夂蛏a(chǎn)潛力的決定因子。李廣[20]、孫慧蘭[21]等的研究也證實(shí)了降水是制約半干旱區(qū)草地生產(chǎn)潛力的主控因素。龔相文等人研究發(fā)現(xiàn), 屬干旱半干旱氣候的科爾沁地區(qū)草地氣候生產(chǎn)潛力與降水量呈極顯著正相關(guān), 水分是當(dāng)?shù)刂脖簧L的主要限制因子[22], 這和本研究結(jié)果一致, 即降水是寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力的制約因素, 溫度變化對(duì)該區(qū)草地生產(chǎn)潛力影響較小。

研究區(qū)草地生產(chǎn)潛力空間分布上從東南向西北遞減, 與我國生物生產(chǎn)量的空間分布規(guī)律一致[23]。寧夏草地氣候生產(chǎn)潛力范圍為3167.25 kg·hm-2·a-1—10212.89 kg·hm-2·a-1, 寧夏各縣區(qū)平均值為4869.46 kg·hm-2·a-1, 北部引黃灌區(qū)氣候生產(chǎn)潛力平均值為3332.65 kg·hm-2·a-1, 中部干旱帶氣候生產(chǎn)潛力平均值為4321.04 kg·hm-2·a-1, 南部山區(qū)氣候生產(chǎn)潛力平均值為7832.58 kg·hm-2·a-1。生產(chǎn)潛力的限制因素隨空間分布而不同[24], 引黃灌區(qū)和中部干旱帶地勢(shì)平坦, 海拔低, 降水少, 氣候生產(chǎn)潛力小, 南部山區(qū)海拔高, 地形復(fù)雜, 多地形雨, 氣候生產(chǎn)潛力大。寧夏各縣區(qū)草地氣候生產(chǎn)潛力總體的限制因素是降水, 六盤山因海拔較高, 氣溫較低, 降水豐富, 限制因素為氣溫。

采用不同的模型進(jìn)行估算獲得的草地生產(chǎn)潛力值不同。本研究采用Thornthwaite Memorial 模型和Miami模型估算草地生產(chǎn)潛力, 兩者相比, 前者考慮的氣候因素更全面, 計(jì)算結(jié)果偏差較小[25]。但兩種模型都沒有考慮到土壤特性、草地利用狀況等因素對(duì)草地生產(chǎn)潛力的影響, 計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況的擬合程度不夠好。朱玉果[26]等人采用CASA模型對(duì)寧夏草地凈初級(jí)生產(chǎn)力進(jìn)行估算, 結(jié)果與當(dāng)?shù)夭莸厣a(chǎn)力實(shí)測(cè)值擬合較好。周平[27]等人對(duì)8種模型進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn), 周廣勝模型和LPA模型對(duì)草地生產(chǎn)力的模擬結(jié)果較好。下一步研究將對(duì)估算模型進(jìn)行優(yōu)化選擇, 使研究結(jié)果更加精準(zhǔn)。

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Climate change in arid regions of Northwest China and its impact on potential grassland productivity

ZHANG Juan1, LI Jianping2,WANG Yutao1, ZHANG Yi1, JING Le1, LI Jianping1,3,*

1. School of Agriculture, Ningxia University, Ningxia Yinchuan 750021, China 2. Ningxia Key Laboratory of Disaster Prevention and Reduction, Yinchuan 750021, China 3. National Key Laboratory Breeding Base for Restoration and Reconstruction of Degraded Ecosystems in Northwest China, Yinchuan 750021, China

Based on the monthly temperature and precipitation data of 24 meteorological stations in Ningxia during the past 37 years (1981-2017), the Miami model and the Thornthwaite Memorial model were used to calculate the potential grassland productivity in Ningxia,and analyzed its spatial and temporal changes. The results showed that from the perspective of time changes, the average temperature in Ningxia continued to rise at a rate of 0.47°C every 10 years,and the precipitation first decreased and then increased; the annual precipitation increased by 40 mm from 2010 to 2017. From northwest to southeast in Ningxia, the phenology was changed from "warm and dry" to "cold and wet". Meanwhile, the potential climatic productivity of grassland in Ningxia gradually increased from northwest to southeast. The trend of potentialclimatic productivity of grassland was consistent with the trend of precipitation. There was a significant positive correlation between potential climatic productivity and precipitation (<0.01)each time period, and a negative correlation between potential climatic productivity and temperature. Therefore, precipitation was the limited factor for the potential climatic productivity of grassland in Ningxia, the largest potential grassland productivity was in the south-central part of Ningxia, and the climate change characterized by rising temperature has a weak impact on the potential climatic productivity of Ningxia grassland.

potential grassland productivity; climate change; Ningxia; Miami model

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.03.024

S812

A

1008-8873(2020)03-182-11

2019-06-23;

2019-09-08

國家自然科學(xué)基金(31660143)資助; 寧夏大學(xué)草學(xué)一流學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(NXYLXK2017A01)

張娟(1993—), 女, 山西太原人, 碩士, 主要從事草地生態(tài)與模型構(gòu)建研究, E-mail: 18435121531@163.com

李建平(1982—), 男, 陜西延安人, 博士, 副教授, 碩導(dǎo), 主要從事草地生態(tài)與模型構(gòu)建研究, E-mail: lijianpingsas@163.com

張娟, 李劍萍, 王譽(yù)陶,等. 西北干旱地區(qū)氣候變化及其對(duì)草地生產(chǎn)潛力的影響[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(3): 182–192.

ZHANG Juan, LI Jianping, WANG Yutao, et al. Climate change in arid regions of Northwest China and its impact on potential grassland productivity [J]. Ecological Science, 2020, 39(3): 182–192.