中国草地农业气候时空变化特征

来源 :中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:sea0972
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草地农业气候是作物布局、种植制度和畜牧养殖的重要依据,对一个地区的农业发展水平产生巨大影响。在全球气候变化背景下,影响草地农业中植物和动物生长和分布的气候要素亦发生变化。系统分析1961~2016年中国草地农业气候要素的时空演变格局,对促进草地农业经济发展,适应和缓解气候变化对草地农业生产的影响具有重要的理论和现实意义。草地农业包括植物与动物,植物为动物提供食物,动物给植物传播种子,两者之间相互依存,相互影响。本文以中国大陆为研究区,根据柯本气候分类,划分为干旱带、暖温带、寒温带和极地带气候区,利用中国气象信息中心提供的1961~2016年期间的网格(日最低温和日最高温)及台站(日平均气温、日均相对湿度和日均风速)气象数据,对中国大陆不同气候区内的植物寒冷度分区、植物炎热度分区、动物(牛)冷应激分区和动物(牛)热应激分区的时空模式进行研究,植物的寒冷度(炎热度)分区有助于根据植物的耐寒性(耐热性)确定植物的分布范围,动物的冷应激(热应激)会使动物的生产效率、繁殖和动物福祉下降,冷(热)应激分区的识别有利于牛生产风险性能的评估,为植物与动物协调发展提供科学参考。得到以下主要结论:(1)干旱带、暖温带、寒温带和极地带的平均年极端最低温分别为-26.12℃、-5.21℃、-28.83℃和-26.48℃,均呈显著上升趋势,升幅顺序依次为:极地带(0.57℃/10a)>寒温带(0.47℃/10a)>干旱带(0.41℃/10a)>暖温带(0.36℃/10a)。中国植物寒冷度分区主要包括分区4(-34.4~-28.9℃)、5(-28.9~-23.3℃)、6(-23.3~-17.8℃)和9(-6.7~-1.1℃),随纬度和海拔的降低,分区4、5和6依次分布,广泛分布在北方,而分区9分布在南方中部。植物寒冷度分区的变化主要表现为暖区替换冷区,分区的北界向高纬度和高海拔移动。植物寒冷度分区的变化意味着一些植物物种可能向北向上移动,生物多样性的边界可能发生变化,可在这些气候变化敏感地区引进一些能够适应当地冷气候条件的植物。(2)干旱带、暖温带、寒温带和极地带的年均日最高温>30℃天数分别为32d、57d、14d和11d,均呈显著上升趋势,升幅顺序依次为:暖温带(1.48d/10a)>干旱带(1.32d/10a)>寒温带(0.86d/10a)>极地带(0.34d/10a)。中国植物炎热度分区主要包括分区1(<1d)、2(1~7d)、4(14~30d)和7(60~90d),分区1和2主要分布在高纬度和高海拔地区,如青藏高原、大兴安岭、小兴安岭等,分区4分布在东北和内蒙古,分区7分布在华北、华东、华中和西北等地。中国大陆植物炎热度分区的变化主要表现为分区的北移和上移,且主要以一个分区的变化为主,除青藏高原地区均发生变化。植物炎热度分区的变化导致当地物种因环境温度过热而不再适宜生长,可能会引起植物的迁移或灭绝,这对于具有炎热夏季地区的生物多样性、植物生物量和产量以及动物能够获得的营养价值具有重要意义。(3)风寒温度(WCT)在冷月(1月、2月和12月)较低,且均在1月达到最低,牛受到的冷应激由强到弱依次为:寒温带(-11.00)>极地带(-8.62)>干旱带(-8.49)>暖温带(2.05),除暖温带以外均达到中度冷应激。中国高纬度和高海拔地区的WCT值较低,牛受到的冷应激较为严重。干旱带、暖温带、寒温带和极地带冷月WCT值的变化率依次为0.44/10a、0.10/10a、0.32/10a和0.86/10a,表明各气候带内牛受到的冷应激呈减缓趋势。在冷月,轻度冷应激分布在西部和中部地区,中度冷应激分布在西北、华北和东北的大部分地区,重度冷应激分布在内蒙古高原东部、东北平原北部和青藏高原中部。1月的冷应激在20世纪60年代至90年代期间北方大部分地区呈减缓特征,说明气候变暖影响了冷应激的分布,使其呈减缓趋势。90年代至21世纪,西北地区的冷应激加剧,说明其受到气候变化的较大影响,这期间,冬季升温趋势减缓,甚至转为下降。同时,不同等级冷应激分区的研究对于以开放或半开放牛舍养殖为主的外部应激环境的影响具有重要意义。(4)温湿度指数(THI)在暖月(6月、7月和8月)较高,且均在7月达到最高,牛受到的热应激由强到弱依次为:暖温带(75.19)>干旱带(65.15)>寒温带(64.69)>极地带(59.05),暖温带为轻度热应激。低纬度的南部地区、高纬度的西北内陆以及青藏高原南部的THI值较高。干旱带、暖温带、寒温带和极地带暖月THI值的变化率依次为0.29/10a、0.02/10a、0.32/10a和0.17/10a,表明各气候带内牛受到的热应激越来越严重,这对以牛为养殖业的产业分布及格局产生不利影响。在暖月,轻度热应激分布在西北的塔里木盆地、东南部的大部分地区以及东北的南部地区,中度热应激分布在南部沿海和长江中下游平原地区,重度热应激散点分布在东部中纬度地区。7月的热应激在20世纪80年代至90年代期间西北内陆、东北平原、华北平原等地区的热应激呈加剧变化。热应激分区的研究对于新养殖场的选址、现有养殖场的风险评估和缓解措施的采取具有实践意义,并能为政府及相关产业提供理论依据和决策参考。
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