三江源草地總生物量對(duì)未來氣候變化的響應(yīng)

張文娟，葉麗珠，馬秉云，馬文文，侯扶江

（1.青海省自然資源綜合調(diào)查監(jiān)測(cè)院，青海西寧810000；2.青海省地理空間和自然資源大數(shù)據(jù)中心，青海西寧810000；3.草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 蘭州大學(xué)草地學(xué)業(yè)科技學(xué)院，甘肅蘭州730020）

三江源區(qū)是青藏高原的核心區(qū)域，同時(shí)也是黃河、長(zhǎng)江和瀾滄江的發(fā)源地、水源涵養(yǎng)地和補(bǔ)給區(qū)[1]。該區(qū)草地資源極為豐富，但自然條件惡劣，高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性和敏感性特征十分突出[2]。近幾十年，青藏高原地區(qū)氣溫持續(xù)升高、降水量逐漸增加[3-4]，部分地表植被如高寒草地的生產(chǎn)力和物候特征都發(fā)生了較大變化[5]，對(duì)高原畜牧業(yè)的影響日趨明顯。加之社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展導(dǎo)致不合理的人類活動(dòng)增加，破壞了當(dāng)?shù)氐牟莸厣鷳B(tài)系統(tǒng)，嚴(yán)重影響了草畜業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，研究未來氣候變化對(duì)三江源草地植被的潛在影響，對(duì)于高原草地管理具有重要的指導(dǎo)意義。

雖然氣候條件是決定植被生長(zhǎng)及其時(shí)空分布最主要的非生物因素[6]，但目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于氣候變化對(duì)草地生產(chǎn)力及其生態(tài)過程的影響還存在較大爭(zhēng)議[7-9]。一方面氣候變化可能導(dǎo)致草地類型的遷移和區(qū)域面積增加，進(jìn)而提高區(qū)域總草地生產(chǎn)力[10]。另一方面，升溫改變了草地的生態(tài)過程，對(duì)草地及其生產(chǎn)力也并非都呈積極影響，尤其是草原植被大多為C3植物，氣溫長(zhǎng)期快速上升對(duì)其生長(zhǎng)極為不利，往往導(dǎo)致草地生產(chǎn)力水平的下降[11]。此外，由于地處高寒，三江源脆弱的草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)溫度升高的響應(yīng)可能更加迅速且敏感[12]?？偠灾?，青藏高原持續(xù)暖濕化對(duì)當(dāng)?shù)夭莸刂脖坏挠绊懭源嬖诓淮_定性，深入理解并闡明高原草地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)未來氣候變化的響應(yīng)機(jī)理仍是目前的重要工作。

利用氣候情景結(jié)合模型模擬是研究未來氣候變化對(duì)草地影響的一種有效方法。當(dāng)前研究多采用DNDC(denitrification–decomposition,反硝化–分解)[13-14]、CENTURY[15-16]、Biome-BGC[17]等基于過程的模型來模擬草地在長(zhǎng)時(shí)間序列以及較大空間尺度上的變化特征。其中，DNDC模型由于其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)基本過程較為全面的考慮且較強(qiáng)的適用性，近年來在天然草地和家庭牧場(chǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用逐漸增多。DNDC模型最初是用于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體研究的陸地生物地球化學(xué)過程模型[18]，經(jīng)過20多年的發(fā)展，該模型已被廣泛應(yīng)用于20多個(gè)國(guó)家的農(nóng)田、森林、濕地、草原及家庭牧場(chǎng)等生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)展成為可以模擬多種陸地生態(tài)系統(tǒng)的綜合模型[19-21]。通過對(duì)參數(shù)庫和相應(yīng)模塊的改進(jìn)，DNDC模型已能夠適用于不同氣候及植被特征的模擬，其在草地研究中的應(yīng)用趨于深入并逐漸得到眾多科研人員的認(rèn)可[22-23]。

本研究利用DNDC模型對(duì)三江源區(qū)不同未來氣候情景下草地總生物量的變化進(jìn)行了模擬研究，旨在分析實(shí)際放牧條件下氣候變化對(duì)草地總生物量的影響，為高原牧民適應(yīng)未來氣候變化提供有效的放牧利用對(duì)策，這對(duì)確保當(dāng)?shù)夭莸厣鷳B(tài)功能的永續(xù)利用具有積極且重要的意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

三江源地處青藏高原腹地，是黃河、長(zhǎng)江和瀾滄江的發(fā)源地，地理位置介于89°24′?102°27′E，31°39′?37°10′N。該區(qū)總面積為3.63×105km2，占青海省國(guó)土面積的50.4%，行政區(qū)域涉及青海省玉樹、果洛等州的17縣1鎮(zhèn)[24]。研究區(qū)氣候?qū)偾嗖馗咴降貧夂?，冷季長(zhǎng)而暖季短，年均溫?5.6～3.8℃。境內(nèi)以山地地貌為主，地勢(shì)由西北向東南傾斜，海拔3 335～6 564 m，作為大江大河的發(fā)源地，三江源區(qū)雪山、冰川及水資源極為豐富。土壤受地形因素影響，垂直地帶性分布明顯，土層較薄，一般不超過50 cm，有機(jī)質(zhì)含量豐富但養(yǎng)分效率低。三江源地區(qū)有天然草地2.78×107hm2，占源區(qū)總面積的78.7%，類型主要以高寒草原及高寒草甸為主(圖1)。草地利用一般分為冬春和夏秋兩季放牧場(chǎng)，面積比例約為1?1.28[25]，且冬春放牧場(chǎng)由于放牧?xí)r間長(zhǎng)、壓力大，草地退化情況尤為嚴(yán)重。

圖1 三江源區(qū)草地類型及采樣點(diǎn)的空間分布Figure1 Grassland typesand spatial distribution of sampling pointsin Sanjiangyuan

1.2 DNDC模型

DNDC模型是以日作為時(shí)間步長(zhǎng)來模擬“植物–土壤–環(huán)境”間C、N循環(huán)的生物地球化學(xué)模型[26]。近過多年的發(fā)展與改進(jìn)，DNDC模擬的溫室氣體已由N2O增加到CO2和CH4，并且在國(guó)內(nèi)外碳氮循環(huán)的相關(guān)研究中得到了廣泛的應(yīng)用與驗(yàn)證[27-29]。DNDC由兩部分組成，每個(gè)部分包括3個(gè)子模型，分別對(duì)植物生長(zhǎng)、土壤–氣候、有機(jī)質(zhì)分解、硝化、反硝化以及發(fā)酵過程進(jìn)行模擬[30]。模型中主要的理論假設(shè)均來自于物理、化學(xué)和生物學(xué)定律中的確定性方程，以及相關(guān)研究中獲得的經(jīng)驗(yàn)方程。通過這些方程以及子模型間的作用反饋，DNDC模型能夠在點(diǎn)位和區(qū)域尺度下進(jìn)行陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳、氮及水循環(huán)的模擬。尤其是在區(qū)域尺度下與遙感數(shù)據(jù)結(jié)合，可為宏觀決策提供空間性和整體性的數(shù)據(jù)分析[31]。在區(qū)域模擬中，需要研究者將所有參數(shù)輸入到一個(gè)特定的數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)庫包含了模擬區(qū)域所有基本單元的地理位置、氣候、土壤、植被以及管理方面的信息，模擬結(jié)束后會(huì)產(chǎn)生年度報(bào)告，并按設(shè)置記錄每日的植物生長(zhǎng)情況、土壤溫濕變化、水分遷移、土壤中的碳匯、氮匯、碳通量、氮通量、硝酸鹽的淋溶流失以及各種氣體的排放通量等信息。

1.2.1 模型參數(shù)設(shè)置

本研究采用區(qū)域尺度的模擬方式，為了便于與農(nóng)牧業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合，將研究區(qū)按縣級(jí)行政區(qū)劃分為17個(gè)研究單元，并結(jié)合1?30萬的草地類型圖形成最基本的模擬單元，每個(gè)基本單元均為獨(dú)立的模擬單元并擁有唯一標(biāo)識(shí)號(hào)。區(qū)域數(shù)據(jù)庫包括草地植被數(shù)據(jù)庫、土壤數(shù)據(jù)庫以及氣象數(shù)據(jù)庫。模型運(yùn)行時(shí)必要的氣象輸入要素包括逐日最高、最低氣溫和降水量等基本信息。現(xiàn)實(shí)氣候情景數(shù)據(jù)(1987?2016年)來源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/)，經(jīng)過插值處理生成分辨率為1 km的柵格數(shù)據(jù)。未來氣候變化數(shù)據(jù)采用聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第五次報(bào)告(Fifth Assessment Report,AR5)融入政策因素的代表性濃度路徑RCP 4.5和RCP 8.5[32-33]，以及25個(gè)CMIP5(全球氣候模型第五次耦合模式比較計(jì)劃)模型的平均值形成的氣候數(shù)據(jù)作為模型輸入數(shù)據(jù)，空間分辨率為50 km ×50 km。

模型參數(shù)化是進(jìn)行模擬的關(guān)鍵步驟，DNDC模型中提供的作物生理和物候?qū)W參數(shù)以及土壤和放牧管理參數(shù)大多基于北美及中國(guó)其他地區(qū)的資料進(jìn)行配置，并不適用于青藏高原地區(qū)。因此，本研究根據(jù)三江源地區(qū)的動(dòng)植物與環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了校正與更新，使其適用于該地區(qū)的模擬研究。植被數(shù)據(jù)庫的輸入?yún)?shù)涉及三江源不同草地類型的地理位置、面積以及當(dāng)?shù)刂参锏纳?、物候?qū)W特征等，調(diào)整后的植被輸入?yún)?shù)及來源如表1所列。其中，生物量數(shù)據(jù)來源于2005?2016年青海省三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)工程草地監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，植被地面采樣點(diǎn)年均168個(gè)，采樣時(shí)間為每年7月中旬至8月下旬的植被生長(zhǎng)盛期。其他數(shù)據(jù)來源于相關(guān)研究資料及模型的缺省值。

表1 三江源區(qū)主要草地類型的植被與土壤輸入?yún)?shù)Table 1 Parameters for the main grassland type used in the DNDC model of Sanjiangyuan

土壤數(shù)據(jù)庫的參數(shù)主要涉及位置、參照系統(tǒng)及土壤屬性3類信息(表1)。其中，土壤屬性又包括土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、土壤容重和pH等。本研究使用的土壤參數(shù)主要來源于模型的缺省值及1 ?1 000 000的全國(guó)土壤空間數(shù)據(jù)庫。

管理數(shù)據(jù)庫中本研究只涉及放牧管理的參數(shù)設(shè)置。需要定義的草地放牧參數(shù)主要有牲畜類型、牲畜數(shù)量以及放牧?xí)r間等，這些參數(shù)被用來計(jì)算放牧?xí)r牧草的消耗以及牲畜糞尿的排放。DNDC模型會(huì)根據(jù)每公頃牲畜1 d所需的飼草量所需的飼草量，通過比較牲畜所需的飼草量與當(dāng)日的草地植被生物量來確定牲畜當(dāng)日實(shí)際攝入的植物生物量[30]。模擬時(shí)牲畜數(shù)量按牲畜單位統(tǒng)計(jì)各種和不同大小的牲畜[38]。放牧?xí)r間設(shè)置為全年放牧。

1.2.2 模型驗(yàn)證方法

本研究利用均方根誤差(RMSE)、模型效率(ME)以及決定系數(shù)(R2)來評(píng)估模擬結(jié)果的有效性。驗(yàn)證數(shù)據(jù)來源于2005?2016年的草地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，隨機(jī)抽取30%的數(shù)據(jù)作為觀測(cè)值與模擬值進(jìn)行對(duì)比。RMSE、R2和ME的計(jì)算公式如下[39-40]：

式中:Pi代表了模擬值，Oi代表實(shí)測(cè)值， 與 為模擬值與實(shí)測(cè)值的平均數(shù)，n為驗(yàn)證點(diǎn)的數(shù)量。

1.3 放牧強(qiáng)度計(jì)算

研究區(qū)內(nèi)放牧牲畜類型以牦牛和藏羊?yàn)橹鳎送膺€有極少量的馬。牲畜全年放牧，數(shù)量來源于青海省農(nóng)牧業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。利用牲畜數(shù)量可計(jì)算放牧單元內(nèi)的放牧強(qiáng)度，計(jì)算公式如下[21]：

式中:GI表示放牧強(qiáng)度，LP表示放牧家畜的數(shù)量，GA則表示放牧的草地面積。根據(jù)NY/T 365?2002天然草地合理載畜量的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，牛、馬和羊(綿羊、山羊)的折算系數(shù)[38]分別為4.0、5.0和1.0。

1.4 三江源地區(qū)未來氣候變化

氣候模擬結(jié)果顯示，到2046年，三江源地區(qū)的降水和氣溫在不同氣候情景下均高于2016年。RCP 4.5和RCP 8.5兩種氣候情景對(duì)比，全年降水量和溫度平均增幅分別為14.57、14.16 mm和1.09、1.20℃。

圖2 RCP 4.5和RCP 8.5氣候情景下降水量與溫度的時(shí)空變化Figure 2 The spatiotemporal distributionsof precipitation and temperaturechange under the RCP 4.5 and RCP 8.5 scenarios

從空間分布來看(圖2)，三江源區(qū)西部及南部的降水增幅較高，而東北部的降水增幅相對(duì)較低。RCP 4.5及RCP 8.5兩種氣候情景下，降水存在相似的空間變化模式，呈現(xiàn)由南到北、由西向東遞減的空間變化規(guī)律。溫度的空間變化模式也同樣具有相似性，兩種氣候情景下溫度均表現(xiàn)為全區(qū)增加的趨勢(shì)，增幅在1～1.3℃，同時(shí)西南部的增溫幅度較東部地區(qū)更高。此外，RCP 8.5的溫度增量普遍高于RCP 4.5。

圖3 地上生物量觀測(cè)值與模擬值的比較Figure 3 Comparison of the modeled and observed aboveground biomass values

2 結(jié)果與分析

2.1 模型結(jié)果驗(yàn)證

選擇不同年份、不同區(qū)域的草地地上生物量模擬值與觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比(圖3)，結(jié)果表明，模型的模擬值與地面觀測(cè)值均分布于45°對(duì)角線兩側(cè)，二者之間的差異相對(duì)較小，且呈顯著的線性相關(guān)(P< 0.001)。說明觀測(cè)值與模擬值具有較好的一致性，能夠很好地反映研究區(qū)草地地上生物量的實(shí)際狀況與變化，模擬結(jié)果是有效的。

2.2 不同氣候情景下草地總生物量的時(shí)空變化

三江源區(qū)草地總生物量在不同氣候情景下的模擬結(jié)果(圖4)表明，現(xiàn)實(shí)氣候情景(1987?2016年)下，三江源草地總生物量存在明顯的年際波動(dòng)變化，且總體表現(xiàn)為緩慢減少的趨勢(shì)。全區(qū)草地總生物量變化具有一定的空間差異(圖5)，表現(xiàn)為中西部地區(qū)增加而東部地區(qū)降低的空間格局。其中，增幅較高的區(qū)域?yàn)殡s多縣西部、治多縣東部以及瑪沁縣西南部，平均增幅大于10 g·m?2；而降幅較大的區(qū)域?yàn)闁|部的河南、澤庫、班瑪?shù)瓤h，平均降幅大于10 g·m?2。

圖4 草地總生物量的年際變化Figure 4 Annual variation in grassland total biomass

RCP 4.5與RCP 8.5兩種未來氣候變化情景下，三江源地區(qū)草地總生物量均值表現(xiàn)為下降趨勢(shì)(圖4)，平均降幅分別為17.61%(RCP 4.5)和25.02%(RCP 8.5)。從其變化率的空間分布來看(圖5)，總生物量的變化呈明顯的空間分異性，未來氣候變化情景下，總生物量增加的區(qū)域主要分布于研究區(qū)的中西部，而其余大部分地區(qū)，如河南縣、澤庫縣、瑪沁縣、達(dá)日縣、囊謙縣以及唐古拉山鎮(zhèn)等區(qū)域則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。RCP 8.5氣候情景下草地總生物量為下降的區(qū)域面積要略多于RCP 4.5，其面積占比分別為50.31%和44.64%。

3 討論

3.1 模擬的不確定性分析

圖5 不同氣候情景下草地總生物量的時(shí)空變化Figure5 Thespatiotemporal distributionsof total grassland biomasschanges under different climatic scenarios

DNDC模型能夠根據(jù)不同的氣候情景對(duì)草地變化過程進(jìn)行較好的模擬和預(yù)測(cè)。然而，利用模型對(duì)復(fù)雜生態(tài)過程進(jìn)行概化和假設(shè)性模擬，勢(shì)必導(dǎo)致其存在一定的不確定性[41]。首先，在模擬過程中，由于模型存在結(jié)構(gòu)性缺陷以及初始值的輸入偏差，可能對(duì)結(jié)果帶來一定的不確定性。其次，DNDC模型在模擬時(shí)需要對(duì)模擬單元的參數(shù)進(jìn)行均一化處理，而模型的各類參數(shù)尤其是土壤參數(shù)在現(xiàn)實(shí)中存在不同程度的空間異質(zhì)性，對(duì)其均一化處理則會(huì)成為區(qū)域模擬中不確定性的主要來源。此外，由于缺乏土壤對(duì)草食動(dòng)物踐踏的響應(yīng)機(jī)理，模擬中還忽略了草食動(dòng)物對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的踐踏作用，這也可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果存在一定偏差。模型的不確定性還可能來自于植被參數(shù)設(shè)置，在模擬時(shí)通常假設(shè)草地群落結(jié)構(gòu)是保持穩(wěn)定不變的，而實(shí)際由于放牧和氣候變化，草群結(jié)構(gòu)往往處于動(dòng)態(tài)變化中[42]。同時(shí)，未來氣候情景CMIP5 RCP經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間序列的模擬，其結(jié)果中的不確定性會(huì)隨時(shí)間的推移而增加[43]。此外，三江源大部分地區(qū)都實(shí)行冬春和夏秋兩季放牧，牧民根據(jù)季節(jié)的變化而轉(zhuǎn)移放牧場(chǎng)，由于缺乏詳細(xì)數(shù)據(jù)以及可靠的模型來模擬這一情景，因此，本研究只能假設(shè)一年中家畜放牧是在同一牧場(chǎng)進(jìn)行，并且同一行政單元同類型草地其放牧率也相同。這在一定程度上簡(jiǎn)化了模型的參數(shù)設(shè)置，同樣可能導(dǎo)致模擬結(jié)果的不確定性。

3.2 氣候因子對(duì)草地變化的影響

在青藏高原地區(qū)，獨(dú)特的氣候條件對(duì)當(dāng)?shù)夭菰脖患捌渖锪慨a(chǎn)生了較大影響[44]，其中溫度和降水是直接影響草地生物量變化的兩個(gè)主導(dǎo)氣候因子[45-46]。近年來，眾多學(xué)者利用不同的溫室氣體排放方案對(duì)三江源地區(qū)的未來氣候變化進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析[46-47]。結(jié)果表明，盡管不同氣候模型的預(yù)測(cè)結(jié)果略有差異，但總體來說，三江源地區(qū)氣溫升高的趨勢(shì)是毋庸置疑的。相對(duì)于溫度的快速上升，降水的增幅則相對(duì)較小且具有較大的空間差異[46,48]，這與本研究結(jié)果一致。溫度和降水共同決定著三江源區(qū)草地生物量的累積，未來隨著溫度的逐年升高，草地生物量在短期內(nèi)可能會(huì)顯著增加[44,49]。然而，在長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)變暖下，當(dāng)溫度升高超過一定值，高緯度地區(qū)植被的生長(zhǎng)反而會(huì)被限制[50]，最終導(dǎo)致草地生物量的減少[51]。這可能是由于氣溫的顯著增加導(dǎo)致了水分蒸發(fā)量大于降水量，降水帶來的正面效益被抵消[50]，最終限制了生物量的增加，進(jìn)而導(dǎo)致草地總生物量平均值呈下降趨勢(shì)。即便如此，由于三江源地區(qū)存在不同的氣候模式，以及溫度和降水變化的空間差異、不同類型草地氣候響應(yīng)模式的差異[52-53]、各區(qū)放牧強(qiáng)度的差異，這些因素的疊加最終導(dǎo)致草地總生物量變化趨勢(shì)的空間差異。此外，從本研究結(jié)果來看，三江源草地總生物量在不同氣候情景下均呈現(xiàn)中西部和東南部增加、東北部減少的趨勢(shì)，這與當(dāng)?shù)厮疅嶙兓?guī)律基本保持一致。

為進(jìn)一步探討在實(shí)際放牧條件下，氣候因素對(duì)三江源草地總生物量的影響，采用多元線性回歸模型分析每個(gè)模擬單元中生物量的年際變化及與之對(duì)應(yīng)的年均溫、年均降水量和放牧強(qiáng)度之間的關(guān)系。結(jié)果表明，氣候因子中氣溫與降水可分別解釋26.4%、0.4%的草地總生物量變化，二者之和可以解釋26.8%的草地總生物量變化，而放牧強(qiáng)度可解釋6.4%的草地總生物量變化(表2)。根據(jù)預(yù)測(cè)殘差平方和(PRESS)所得值來看，氣溫是導(dǎo)致草地總生物量變化的重要原因，降水和放牧強(qiáng)度對(duì)草地總生物量變化的影響相對(duì)較小。

3.3 三江源草地應(yīng)對(duì)氣候變化的放牧利用對(duì)策

放牧是三江源草地最主要的利用方式，冷、暖兩季交替的季節(jié)性輪牧是該區(qū)畜牧業(yè)生產(chǎn)的重要特點(diǎn)。根據(jù)農(nóng)牧業(yè)歷史數(shù)據(jù)分析，區(qū)內(nèi)冷季放牧場(chǎng)的載畜壓力普遍大于暖季放牧場(chǎng)，草地利用具有明顯的季節(jié)不均衡性，加之由氣候因素決定的季節(jié)性草地生物量不平衡加劇了該區(qū)的草畜矛盾，可能會(huì)導(dǎo)致草地的持續(xù)退化[25]。為了更好地應(yīng)對(duì)青藏高原暖濕化趨勢(shì)，同時(shí)綜合考慮草地總生物量的未來變化趨勢(shì)以及放牧強(qiáng)度的空間差異(圖6)，將三江源區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)域，并針對(duì)不同分區(qū)的實(shí)際情況提出放牧家畜的合理布局對(duì)策。

表2 主要影響因子對(duì)草地總生物量變化的相對(duì)貢獻(xiàn)率Table 2 The relative contribution rate analysisof grassland biomasschange with the main associated factors

3.3.1 草畜業(yè)高質(zhì)量發(fā)展區(qū)

在未來氣候情景下，三江源地區(qū)草地總生物量總體呈現(xiàn)西部、東南部區(qū)域增加而東北部區(qū)域減少的趨勢(shì)。源區(qū)東部的同德、河南、澤庫和興海等縣草地總生物量在未來氣候情景下的降幅較大，最高可達(dá)?57.53%。這一地區(qū)是青海省重要的草畜業(yè)發(fā)展基地，人類活動(dòng)是該區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)變化的主導(dǎo)因素[54]。在2005?2016年，這一地區(qū)的草地放牧強(qiáng)度相對(duì)較高，尤其是同德縣，暖季與冷季放牧場(chǎng)的放牧強(qiáng)度均超過2.0個(gè)羊單位·hm–2。綜合來看，未來氣候變化對(duì)該區(qū)草畜業(yè)的發(fā)展極為不利，草地總生物量的持續(xù)下降會(huì)引起放牧壓力的加大，最終導(dǎo)致草地的逐漸退化，進(jìn)而制約該區(qū)草畜業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，這一區(qū)域未來可重點(diǎn)發(fā)展生態(tài)型、集約型畜牧產(chǎn)業(yè)，在為農(nóng)牧民創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，合理利用草地，提升草畜業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。尤其是同德縣，可根據(jù)時(shí)間序列中草地總生物量的較低值來核定天然草地載畜量，加大減畜力度，必要時(shí)可采取季節(jié)性禁牧或永久禁牧的管理措施，同時(shí)加強(qiáng)栽培草地改良，以增加草地生產(chǎn)力的穩(wěn)定性和應(yīng)對(duì)氣候變化的能力。

圖6 2005?2016年三江源草地放牧強(qiáng)度的空間分布Figure 6 Spatial distribution of grazing pressure in sanjiangyuan grassland from 2005 to 2016

3.3.2 草畜平衡發(fā)展區(qū)

在未來氣候情景下，源區(qū)中東部的瑪多、曲麻萊及囊謙等縣草地總生物量變化較為穩(wěn)定，變化幅度相對(duì)較小，基本介于?3.66%～0.93%，這一地區(qū)氣候變化帶來的正負(fù)面影響均不明顯。同時(shí)，該區(qū)域的草地放牧強(qiáng)度基本處于中等水平，超載過牧情況相對(duì)較輕。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)放牧強(qiáng)度進(jìn)行適度調(diào)整以維持草畜平衡是該區(qū)未來平穩(wěn)發(fā)展的關(guān)鍵。其中，對(duì)于草地總生物量減少的地區(qū)，未來需要進(jìn)行適度減畜或者補(bǔ)飼以降低過牧帶來的負(fù)面影響，而對(duì)于生物量略有增加的區(qū)域，可以根據(jù)實(shí)際適度增加牲畜數(shù)量，提高草地的利用率。

3.3.3 生態(tài)保護(hù)優(yōu)先區(qū)

在未來氣候情景下，三江源區(qū)西部的雜多、治多等縣以及唐古拉山鎮(zhèn)的部分地區(qū)，草地總生物量增幅相對(duì)較大，最高可達(dá)7.36%，而這一區(qū)域的家畜放牧壓力相對(duì)較小，尤其是治多縣的草地放牧強(qiáng)度基本小于0.2羊單位·hm2。該區(qū)域由于受人類干擾較少，草地變化基本由氣候因素控制，加之近些年區(qū)域保護(hù)力度持續(xù)加大，應(yīng)對(duì)未來氣候變化的能力相對(duì)較強(qiáng)，同時(shí)考慮到該區(qū)是野生動(dòng)物的重要棲息地[55]，因此未來該區(qū)域仍以生態(tài)保護(hù)為主。

4 結(jié)論

本研究以三江源區(qū)草地野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)與研究區(qū)的實(shí)際情況，校正和構(gòu)建了適用該地區(qū)的DNDC模型參數(shù)庫，并在此基礎(chǔ)上對(duì)比分析了不同時(shí)期和未來氣候情景(RCP 4.5和RCP 8.5)下草地總生物量的時(shí)空變化。研究結(jié)果表明，與現(xiàn)實(shí)氣候情景(1987?2016年)相比，RCP 4.5和RCP8.5兩種未來氣候情景下草地總生物量均呈顯著的下降趨勢(shì)，并且RCP 8.5氣候情景下草地總生物量的降幅和下降區(qū)域均大于RCP 4.5氣候情景，表明未來氣候變化對(duì)三江源的草地生長(zhǎng)極為不利，且由于溫度可能是導(dǎo)致草地總生物量變化的主導(dǎo)因素，溫度越高草地總生物量的降幅越大。因此，草地管理應(yīng)適應(yīng)潛在的氣候變化，綜合考慮草地總生物量的未來變化趨勢(shì)以及放牧強(qiáng)度的空間差異，明確草地功能區(qū)劃，增強(qiáng)草畜平衡管理，以確保三江源區(qū)草地的可持續(xù)發(fā)展。