西部典型牧区草地生态系统植被生态需水研究

发布时间：2020-09-05 09:36

　　我国西部地区,区域水资源问题始终是约束当地社会经济发展的首要因素。所以针对区域水资源日益短缺的现状,要想实现牧区由传统畜牧业向生态型畜牧业的转变,就需平衡天然草原和人工草地耗水的关系。开展气候变化下天然草地植被生态需水研究,有助于弄清草原群落生态需水的变化规律,明确草地生态系统水分循环和水分平衡的规律,为区域草地灌溉、草地生态系统恢复与规划建设提供可靠的科学依据。本次研究是在气候变化这一大背景下,结合西部典型牧区气候要素趋势演变特征,以肃南县为例计算不同站点代表区不同草地类型典型水文年生态需水量和生态缺水量;明确草地植被物候演变趋势,并结合气温、降水和物候期三个控制变量,分析了未来不同气候变化情景下肃南县草地植被生态需水量变化规律。论文得出的主要结论如下:(1)西部典型牧区各气候要素具有明显的时空变化特征。从东南到西北,平均气温递减而日照时数增加;从南向北,降水量与相对湿度空间分布趋势基本一致,呈现阶梯型递减分布格局;西部典型牧区近60a年均气温呈显著上升趋势,升温幅度为0.31℃/10a,发生显著突变年份为1 996年;各站点年均气温的变化率为-0.14～0.82℃/10a;平均最高气温与最低气温整体上呈现出上升趋势,整体升温率分别为0.26℃/10a、0.39℃/10a;年均降水量变化总体呈现微弱增湿的趋向,增加幅度为2.12 mm/10a;各站点年均降水量的变化率为-31.18～21.34 mm/10a;年日照时数总体上呈现下降趋势,其倾向率为15.47 h/10a;平均相对湿度与平均风速也均呈现下降趋势,其倾向率分别为0.37%/10a、0.11m/s·10a-1。西部典型牧区近60a天然草地植被生长季各气候要素与全年变化趋势基本一致,但其变幅与全年相比,气温、降水、日照都有所减小,风速和相对湿度基本保持不变。天然牧草关键生长期气温、降水、日照时数的分析发现牧草抽穗-开花期所需的气温、降水均高于返青期,而所需太阳辐射差距不大。(2)西部典型牧区潜在蒸散发量空间分布自南向北呈增加趋势,自东北向西南呈减少趋势;年均参考作物蒸散量总体以0.95 mm/10a的速率呈现缓慢增加的趋势;各站点年均参考作物蒸散量的变化率在-3.7～3.18 mm/a之间;各气候要素对潜在蒸散量的敏感性依次为:相对湿度风速日照时数平均气温;各气候要素相对变化依次为:平均气温日照时数相对湿度风速;各气候因子中只有相对湿度对ET0表现为正贡献,贡献率最大为日照时数,且相对湿度对ET0的贡献率(正影响)不及平均气温和日照时数叠加之和(负影响)。(3)肃南县多年平均生长季ET0线性倾向率为6.7/10a,Mann-Kendall趋势检验表明,仅有高台站年生长季ET0呈下降趋势,且永昌、张掖、托勒站呈现显著增长的变化趋势。57年间肃南县年均生长季ET0由南向北逐步增加,从河西走廊平原区到祁连北麓中高山区随海拔高度增加生长季EE0逐步减小。同一代表区不同草地类型生态需水定额不同,有效降雨量差异不大;不同代表区同一草地类型的生态需水定额也存在一定差异,而有效降雨量差异较大。除明花乡外,其它各区域内温性草原类和高寒草甸类草地生态需水量占据了区域生态需水总量的大部分比例,且各区域草地生态缺水量主要表现为温性草原类草地缺水。(4)肃南县草地植被生长季长度呈延长趋势,仅有永昌站草地植被生长季长度出现缩短,全区平均气候倾向率约为10 d/10a。气温升高、降水增加对不同代表区不同草地类型生态缺水的影响不同,同一代表区不同草地类型生态缺水的影响也存在一定的差异。就肃南县而言,气温增加0.5℃,草地植被生态缺水量增加1913.28万m3;降水增加10%,草地植被生态缺水量减少8686.43万m3。(5)在RCP4.5、RCP8.5两种情景下,区域草地生态系统逐步趋于稳定,且RCP4.5情景下更有利于植被的恢复。就肃南县各乡镇草地植被生态缺水量变化量来看,在RCP4.5情景下,除明花乡和祁丰藏族乡以外,其余各乡镇草地植被生态缺水量相对于历史时期都有所减小,草地植被生态系统均趋于稳定发展;在RCP8.5情景下,肃南县草地植被生态缺水量整体都出现较大幅度增加,仅在2050s时期的部分乡镇草地植被生态缺水量减小;其中明花乡和祁丰藏族乡在未来两种气候情景下,各时期生态缺水量相对于历史时期都有所增加,生态环境可能出现恶化。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S812
【部分图文】：

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西部典型牧区及其代表县域分布如图2-1 所示。图 2-1 西部典型牧区及其代表县域分布Fig.2-1 Western typical pastoral areas and their representative county distribution2.2 各区概况2.2.1 肃南裕固族自治县（内陆干旱草原区）2.2.1.1 地形地貌肃南裕固族自治县作为全国唯一的裕固族自治县，1954 年成立，地处河西走廊中部、祁连山北麓一线，坐标东经 97°21′-102°13′，北纬 37°28′-39°49′。区划地形狭长，东西长650km，南北宽120 200km。全县由 3 块组成，分别为东部的皇城镇；中西部的红湾寺镇、马蹄乡、康乐镇、大河乡、祁峰乡、白银乡以及北部的明花乡，总土地面积约 2.4 万 km2。其地势自南向北呈带状起伏，南高北低，西高东低，整个地貌类型划分为祁连山中高山区、河西走廊前山倾斜平原区和走廊平原?

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图 2-2 肃南裕固族自治县地形图Fig.2-2 Topographic map of Sunan Yugur Autonomous County.2 气候特征肃南县地处青藏高原北部，属高寒半干旱气候，夏秋季凉爽而短暂，冬春季寒冷而多年平均降水量 267.1 mm，主要集中在 6-9 月，约占全年降水量的 60%以上，在上，呈东多西少，南多北少的趋势；多年平均蒸发量为 1784 mm；年平均气温 3气温为-27.6℃，年最高气温为 32.4℃；日照时数 3085 h，无霜期 83 天左右。.3 自然资源肃南县地域辽阔，各类资源富集，全县拥有各类草原面积 17850 km2，其中可利用6 km2，草原面积占国土面积的 74.7%，可利用草原面积占总草原面积的 78.2%；肃肃省黑色、有色金属矿产的重要富集区，全县已探明的金属矿和非金属矿达 30 多县水资源丰富，流域总面积 2.15 万 km2，是河西内陆河流的主要产流区，整个县域羊河、黑河、疏勒河三大水系，年径流总量 43.11 亿 m3。其中黑河流域 33.68 亿 m流域 8.54 亿 m3，疏勒河流域 0.89 亿 m3；且肃南县拥有独特的生态资源，包括祁

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2 研究区概况土层厚度从数十厘米到两米以上。有名的赛什克农场就在其中，下部为湖成阶地，盆地相似，都兰湖分布盆地东部，海拔 2937m，湖水已浓缩，成为我省有名的无机一。茶卡盆地。是由布赫特山、青海南山和茶卡北山共同构成的又一闭流盆地。其地形地质与德令哈盆地大略相同，唯无戈壁带，海拔 3509m 至 4200m，因高原隆起和，盆地内海拔 3509.6m 的茶卡湖已成盐湖，是全国闻名的无机盐开采基地。卜浪沟盆地。属柴达木盆地的腹地，北部以牦牛山区为界，海拔 2780m，是全县海地区，地势较为平坦，广泛分布着第三系风沙岗地，大部分地区新砂丘又置于古老，成为沼泽砂岗地貌。

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