河北省御道口牧场气候生产潜力估算

河北省御道口牧场气候生产潜力估算河北省御道口牧场气候生产潜力估算 唐海萍1 孙林1 李薇1 陈玉福2 张新时1 1 北京师范大学资源学院 100875 北京 2 中国科学院地理科学与资源研究所 100101 北京 摘要摘要 御道口牧场位于河北省围场县北部坝上地区 是河北省畜牧业生产的重要产区 本文根据牧场多年 降水和气温等气象观测资料 同时考虑地形因素和最小面积的限制 对御道口牧场的气候生产潜力进行了 估算 得出牧场的气候生产潜力在 3 75 5t hm 2 a 1之间 牧场内适合发展人工草地的平地和缓坡 坡度 5 约占总土地面积的 76 5 关键词关键词 气候 植被关系 NPP 御道口牧场 作为世界上人口最多的国家 中国人均自然资源是世界上最为贫乏的国家之一 在现有 的自然条件下 最大限度地挖掘生产潜力将是今后我国农业生产努力的方向 1 4 河北承德 御道口牧场地处我国草原牧区东南边缘 气候条件在北方草原中较为优越 原始草原保存完 好 是建设人工草地和提高草地生产潜力的理想场所 5 8 1 研究区概况研究区概况 1 1 地形地貌 御道口牧场位于河北承德市围场县西北部的塞罕坝上地区 海拔 1 230 1 820m 地貌上属内蒙古高原的东南边缘与冀西北山地的交汇带 在地质构造上为内蒙高原 背斜面 属大兴安岭余脉 由于受第三纪以来喜马拉雅造山运动的影响 形成了今日由东北 向西南倾斜的地势 牧场境内丘陵起伏 丘间平地彼此相连 系森林和草原的过渡地带 属 我国北方典型的农牧交错带 西部与内蒙古多伦县接壤 南部与围场县御道口乡毗邻 北部 东部与塞罕坝机械林场相连 地理位置见图 1 1 2 气候 御道口地区属中温带半湿润大陆性季风气候 年平均气温 0 5 区内冬季严寒 一月平均气温 21 极端最低气温 42 9 为河北省之首 最大冻土层 288 cm 年平均降 水量 452 6 mm 年平均蒸发量却高达 1 556 8 2 400 mm 为降水量的 4 5 倍 降水少而 变率大 年内干旱期长 夏季集中了全年 65 的降水 区内多大风 年平均风速 3 4 m s 1 年平均大风日数 62 d 6 级以上大风日数平均为 50 70 d a 1 3 5 月常刮 5 7 m s 1的大黄 风 最大风速可达 28 ms 1 年均无霜期 80 天 年均日照 2 827 7 小时 日照百分率 64 太阳辐射资源丰富 而且在生长季热量较好 雨量适中 水热同季 9 资助项目 资助项目 国家重点基础研究发展 九七三 计划资助项目 2006CB400505 和香港裘槎基金资助项目 图图 1 河北承德御道口牧场地理位置示意图河北承德御道口牧场地理位置示意图 1 3 植被与土壤 御道口牧场土壤分主要有灰色森林土 65 163 3 hm2 风沙土 15 416 hm2 沼泽土 1 052 hm2 和草甸土 6 052 hm2 等 4 类 土壤呈微酸性 有机质含量丰 富 透水性强 极有利于牧草生长 御道口牧场 拥有着河北省保存最为完好的上千平方公里大草原 全场总面积 10 万hm2 其中草场毛面积 7 3 万hm2 可利用面积 6 3 万hm2 天然林 人工林 1 8 万hm2 其他耕地 及未开发利用土地 1 5 万hm2 植被覆盖率西部为 40 东部为 95 森林主要有白桦 Betula platyphylla 林 山杨 Populus davidiana 林 华北落叶松 Larix principis rupprechtii 林 云 杉 Picea meyeri 林 草原为内蒙古草原的一部分 以多年生草本植物占优势 主要由草甸草 原和干草原组成 草甸草原优势种为羊草 Leymus chinensis 干草原优势种为克氏针茅 Stipa krylovii 短花针茅 S klemenzii 羊草 草场优良牧草多 如羊草 披碱草 Elymus dahuricus 无芒雀麦 Bromus inermis 冰草 Agropyro cristatum 等 营养价值高 产量大 牲畜喜食 2 数据与方法数据与方法 2 1 数据来源 气象数据主要是御道口牧场 台站位置为 42 16 N 117 05 E 海拔为 1 323 0m 1956 1994 年 有些数据到 1997 年 多年平均气候指标和 2001 2003 年逐年温 度 降水量指标 多年平均指标为 月平均气温 月平均最高气温 月平均最低气温 月平 均降水量 月平均蒸发量 月平均日照时数 月平均风速 月平均总云量 月平均相对湿度 月平均本站气压 图件主要是 1 25 万地形图和御道口牧场边界图 2 2 2 气候生产力计算 净第一性生产力 NPP 的计算 采用周广胜和张新时 10 11 根据降水 量和净辐射资料建立模型 25 687 9exp 1 1 1 2 2 2 RRP RR RRr n 式中为植被净第一性生产力 n P 2 t DMhma 1 R 为辐射干燥度 r为多年降水 量 辐射干燥度与可能蒸散 E 之间存在着高度相关 回归关系为 mm 22 00313 0237 0 629 0 EER 其中E利用Holdrige可能蒸散率Er与生物温度TB及降水量r的关系求得 12 B rTrEE Br 93 58 其中E为年可能蒸散量 T mm B为年平均生物温度 按下式计算 11 B 12 365 mondayB TTT 式中为 0 30 之间的日均温 为 0 30 之间的月均温 day T mon T 3 结果与分析结果与分析 3 1 地形分析 根据 1 25 万地形图的处理结果 对每一个 50m 50m 单元格 计算以其为 中心的 250m 250m 区域内的平均坡度作为该点起伏度 按照平地 缓坡和山地丘陵将起伏度计算结果划分为 3 级 分别统计所占面积 生成牧 场地形统计数据见表 1 研究区内坡度平缓 87 36 的地方坡度小于 5 度 分别分布在平地 缓坡地和山地丘陵 牧场地形分区如图 2 表表 1 研究区地形统计研究区地形统计 hm2 坡度 平地 缓坡地 山地丘陵 合计 0 5 45113 3 28686 7 10433 3 5 10 8713 3 10 15 2786 7 15 20 666 7 20 25 26 7 小计 67 67 43 03 22626 7 96420 百分比 46 79 29 75 23 46 3 图图 2 御道口牧场地形分区示意图御道口牧场地形分区示意图 根据表 1 所得结果 研究区内地形平缓 坡度较小且分布集中 因此不同坡度坡向的坡 地上辐射的差异对 NPP 的影响可以忽略不计 主要考虑海拔高度对温度的影响 研究区多 年 1956 1994 年 平均温度 0 5 气象台站海拔 1 323m 假设研究区气温递减率为每 100m 下降 0 55 因此所有的海拔高度上的气温为 0 50 55 1323 100 H TH 式中H为海拔高度 m H T为海拔高度H处的温度 4 图图 3 御道口牧场净初级植被气候生产力示意图御道口牧场净初级植被气候生产力示意图 计算牧场 NPP 时采用了以 1 25 万分辨率地形图为底图生成的 DEM 图 计算时格点大 小为 50m 50m 计算结果如图 3 统计结果见表 2 表表 2 研究区内不同气候生产力小区不同地形面积统计研究区内不同气候生产力小区不同地形面积统计 hm2 净初级生产力 平地 缓坡 山地丘陵 合计 分区 t hm 2 a 1 0 5 0 5 0 5 5 1010 1515 2020 25 小计 1 4 75 5 00 6738 2754 7 301 3 176 35 3 1 3 513 3 10000 2 4 50 4 75 19687 3 12062 7 3136 2031 3 419 3 56 7 2 5644 7 37394 3 4 25 4 50 15853 3 10212 4326 3409 3 787 3 159 3 11 3 8692 7 34758 4 4 00 4 25 2505 3 3194 2258 2675 3 1297 3 399 3 15 3 6644 12343 5 3 75 4 00 330 7 461 3 409 3 418 7 247 3 52 7 1 3 1130 1922 3 2 基于地形的气候生产力分区 考虑到如果大规模改良草地或者建人工草地 仅有坡度还 不够 还需要考虑分布的面积大小 因为御道口牧场地处内蒙古高原东南边缘地带 受第三 纪以来喜马拉雅造山运动影响 慢慢形成目前广阔的波浪状丘陵山地及带状河谷阶地地形 现代地貌轮廓主要是东部的玄武岩构成的熔岩高原 剥蚀堆积丘陵和呈西北 东南带状分布 的风积丘陵平原 地形相对比较破碎 按气候生产力 图 3 以 0 25 为间隔分为五区 统计 5 每区内的可利用作为人工草地 得到表 3 所示的不同气候生产力区间内各种地形土地面积的 统计 御道口牧场的气候生产力在 3 75 5 00 t hm 2 a 1之间 生产力在 4 75 5 00 t hm 2 a 1之 间的区域占 10 38 4 50 4 75 t hm 2 a 1之间的占 37 78 4 25 4 50 t hm 2 a 1之间的占 36 05 4 00 4 25 t hm 2 a 1之间的占 12 80 3 75 4 00 t hm 2 a 1之间的占 1 99 御道 口牧场 76 83 土地面积的气候生产力在 4 25 4 75 t hm 2 a 1之间 约占总土地面积的 3 4 对于土地的适宜性 从人工草地的建设考虑 坡度与最小面积是限制条件 由表 3 可知 适 合发展人工草地的平地和缓坡 坡度 5 占总土地面积的 76 54 表表 3 不同气候生产力区间的可开发利用土地统计不同气候生产力区间的可开发利用土地统计 面积 分区 单位净生产力 t hm 2 a 1 102 hm2 净生产力合计 t a 1 1 4 75 5 00 100 06 47963 40 2 4 50 4 75 373 94 172606 00 3 4 25 4 50 347 58 153041 80 4 4 00 4 25 123 43 50997 29 5 3 75 4 00 19 22 7599 60 4 讨论讨论 4 1 对比牧场现状生产力状况 牧场生产力与载畜量紧密相关 相互影响 合理载畜量能够 保持草场生产力 而超载则会引起草场的退化 由于需求增加 草原牧区从 20 世纪 90 年代 至今普遍提高了草场载畜量 经历了从低载畜量到超载畜量的过程 导致草场退化 生产力 下降 丰宁满族自治县坝上地区理论载畜量为 16 2 万个羊单位 但实际载畜量达到 40 9 万 个羊单位 2000 年 草场生产力大幅下降 部分地区亩产鲜草仅 50 60 kg 平均生产力 5400 kg hm 2 目前坝上地区牧场生产力远远低于其气候生产力 必须建立人工草场 提高 牧场生产力以满足不断增长的需求 4 2 人工草地生产力增长潜力 人工草地是牧业用地中集约化经营程度最高的类型之一 是 草原畜牧业发展的质量指标 已成为畜牧业发展的巨大动力 从世界范围来看 人工草地面 积增加 1 动物生产水平就增加 4 13 人工草地是提高畜牧业生产的潜力所在 14 通常 当人工草地比例达到 10 草地畜牧业的经济效益就能提高一倍 我国现有人工草地 800 万hm2 仅占天然草地面积的 2 左右 远远低于美国 15 新西兰 75 等国家 人 6 工草地发展落后严重制约了我国畜牧业的发展 一般来说 人工草地生产力比天然草地可能高出 10 20 倍 在天然草地退化的情况下可 以达到 30 40 倍 已有大量实验证明 15 17 人工草地的生产力通常高于天然草地 4 5 倍 部 分达到 7 8 倍 目前坝上地区草地已经开始退化 进行人工草地建设能够大幅提高其生产力 4 3 气候生产潜力对比 在我国自然植被中 温带草原地区净第一性生产力较低 限制其生 产力提高的主要原因是水分供应不足 11 随着全球变暖 其气候生产潜力增长幅度也低于 大部分植被类型 18 增长潜力较低 在全国 12 个生态区中 内蒙古及长城沿线草地的生产 力远远低于其他 9 个区 仅高于西北区和青藏高原区 不足江南区的 1 4 气候生产潜力仅 高于西北区 为华南区的 1 8 目前大部分北方牧区都已严重超载 但通过对重点牧区和严 重退化草场进行生态建设后 各生态区的草地生产力和载畜量都将大幅提高 到 2030 年内 蒙古及长城沿线区的载畜量增长幅度将高达 45 到 2050 年仅次于东北区 19 由此可以看 出 温带草原地带气候生产潜力较低 但通过生态建设和恢复 其草地生产力将有较大的增 长空间 河北承德市气象台王桂龄先生提供御道口牧场气象数据 特此致谢 5 参考文献参考文献 1 王宗明 张柏 张树清等 松嫩平原农业气候生产潜力及自然资源利用率研究 J 中国农业气象 2005 26 1 1 2 何毓蓉 周红艺 张保华等 四川省耕地地力生产潜力及承载力研究 J 地理科学 2004 24 1 20 3 黄志英 梁彦庆 葛京凤 作物气候生产潜力估算及有效增产途径探讨 J 农业现代化研究 2003 24 6 446 4 赵昕奕 蔡运龙 区域土地生产潜力对全球气候变化的响应评价 以中国北方农牧交错带中段为例 J 地理学报 2003 58 4 584 5 刘迎春 人工草地放牧利用研究现状 J 四川草原 2005 5 6 6 牛书丽 蒋高明 人工草地在退化草地恢复中的作用及其研究现状 J 应用生态学报 2004 15 9 1662 7 刘黎明 张凤荣 赵英伟 我国草地资源生产潜力分析及其可持续利用对策 J 中国人口资源与环境 2002 12 4 100 8 杨正礼 杨改河 中国高寒草地生产潜力与载畜量研究 J 资源科学 2000 22 4 72 9 刘春兰 钱金平 御道口湿地生态功能评价及保护对策 J 黑龙江水专学报 2003 30 3 14 10 周广胜 张新时 自然植被净第一性生产力模型初探 J 植物生态学报 1995 19 3 193 11 周广胜 张新时 全球气候变化的中国自然植被的净第一性生产力研究 J 植物生态学报 1996 20 1 11 12 张新时 研究全球变化的植被 气候分类系统 J 第四纪研究 1993 2 157 13 胡自治 草地分类学概论 M 北京 中国农业出版社 1996 14 徐柱 面向 21 世纪的中国草地资源 J 中国草地 1998 5 1 15 杜占池 我国各类人工牧地的营养价值评价 J 资源科学 2002 24 3 79 7 16 陈敏 改良退化草地与建立人工草地的研究 M 呼和浩特 内蒙古人民出版社 1998 17 廖国藩 贾幼陵等 中国草地资源 M 北京 中国科技出版社 1996 18 李广 黄高宝 北京农牧交错带气候变化及草地生产力的响应 以甘肃省定西县为例 J 中国草地 2005 27 1 7 19 刘黎明 张凤荣 赵英伟 2000 2005年中国草地资源综合生产能力预测分析 J 草业学报 2002 11 1 76 EVALUATION OF THE CLIMATIC POTENTIAL PRODUCTIVITY OF YUDAOKOU PASTURE IN HEBEI PROVINCE Tang Haiping1 Sun Lin1 Li Wei1 Chen Yufu2 Zhan