人工气候室的研发应用，在于气候的变化对农牧业生产造成影响，气候变化对农牧业生产造成什么影响呢？下面我们一起看看气候的变化对草原牧草生产的影响研究。联合国政府间气候变化委员会(IPCC)第1工作组第4次评估报告指出，过去100年，全球平均气温升高了0.74℃。中国大部分地区呈增温趋势，近50年变暖尤其明显，以北方增温最为明显。全球气候变化将对生态系统生产力产生重大影响，尤其是那些适应、调整能力差，生态异常脆弱的地区。气候生产力的大小能够反映当地光、温资源的配合效果，是生态学研究的重要内容。随着气候变暖，气候变化对牧草气候生产力的影响受到许多学者的关注。高素华等分析了各年代牧草气候生产力的变化，并讨论了气温和降水变化形成的不同气候情景对牧草气候生产力的影响；闫淑君阐述了近41年来气候变化对福建省自然植被净第一性生产力的影响；姚玉璧等利用ThornthwaiteMemorial模型分析了黄土高原气候与气候生产力对全球气候变化的响应，认为未来“暖湿型”气候对作物生产最有利。杨泽龙等以ThornthwaiteMemorial模型作为草地生产潜力估算指标，指出降水是内蒙古东部草地生产力提高的限制性因素。

     不同的地域之间，植被生产力对气温与降水变化的反应具有较大的差异。一方面，植被生产力对气温与降水的变化因不同地区产生不同的趋势响应；另一方面，不同地区的生产力对气候变化反应的敏感性亦存在较大的差异。由于气候变化在不同地域的表现差异较大，针对特定地域的具体气候变化特征而进行植被生产力的响应分析，是气候变化与生产力关系研究的价值所在。内蒙古荒漠草原是草原向荒漠过渡的旱生性最强的草原生态系统，气候干旱，自然环境严酷，生态环境十分脆弱，对气候条件的依赖性极强，气候变化对脆弱的荒漠草原生态系统的影响更为突出。因此，分析气候变化对荒漠草原牧草气候生产潜力的影响，有助于了解干旱半干旱地区的气候变化对植被产生的影响，对评价内蒙古荒漠草原生态系统的环境质量、调节生态过程具有重要意义，为充分利用气候资源，提高荒漠草原植物产量提供依据。

1.1　资料

     本研究采用了内蒙古中温型荒漠草原区(图1)的二连浩特市、苏尼特左旗、苏尼特右旗、乌拉特中旗、乌拉特后旗、四子王旗和达茂旗7个旗(县、市)11个代表性气象台站(二连浩特、那仁、苏尼特左旗、苏尼特右旗、朱日和、海流图、乌拉特后旗、四子王旗、达茂旗、白云鄂博和满都拉)47年(1961~2007年)的年平均气温和年降水量资料。其中，乌拉特后旗1974年前没有观测资料，故时期为1974~2007年。

1.2　研究方法

     考虑到所用资料既易于获取，同时又能有效阐明气候变化的影响，参照多数学者的研究，选用Lieth方法，即著名的Thornthwaite Memorial模型，表达植物产量与年平均气温、年降水量之间的关系，并计算牧草气候生产力(FPCP)：

     式中，FPCP是以实际蒸散量计算得到的牧草气候生产力，单位是每年每公顷产生的干物质千克数(kg/hm2·a)。V是年平均实际蒸散量(mm)，计算公式如下：

     式中，R是年降水量(mm)， L为年最大蒸散量(mm)，它是温度T的函数。L与T之间存在如下关系：

     式中，T为年平均气温(℃)。

     为了研究1961~2007年间内蒙古荒漠草原温度、降水及气候生产力随时间的变化速率(幅度)在空间上的差异，对每个台站所对应的年平均气温、年降水量及气候生产力值和年份建立趋势线，然后采用最小二乘法模拟趋势线的斜率：

     式中，a为趋势倾向率。如果a>0，表示随时间呈增加趋势，如果a<0，则表示随时间呈减少趋势。

气候生产力变化百分率η由下式计算：

     式中，FPCPi为各年或各阶段及不同气候变化情景下的牧草气候生产力，FPCP为1961~2007年47年的气候生产力平均值。

1.3　数据处理

     借助统计分析软件SPSS13.0，通过相关性分析，刻画各站年平均气温、年降水量与牧草气候生产力的相关性。采用Pearson相关系数，进行双尾t检验，置信度P<0.05为显著相关，P<0.01为极显著相关。利用Excel 2003软件进行数据的常规处理和图表绘制。空间分析与制图在ArcGIS软件的支持下完成。

2.1　内蒙古荒漠草原气候变化分析

2.1.1　年平均气温的变化

     近50年内蒙古荒漠草原年平均气温呈极显著的上升趋势(图2)，与全球变暖的趋势相一致。根据趋势线方程，每10年升温约0.49℃，且通过了0.01水平的显著性检验。特别是近20年(1986~2007)，升温最为明显。1986年以来，除1988年和1993年年平均温度低于多年平均值外，其余年份全部高于多年平均值，1998年和2007年分别达到最高值。而在1986年以前，大部分年份年平均气温低于多年平均值。从年代分析可以看出，60年代到2001~2007年年平均气温呈阶梯式上升。60年代平均气温最低，2007年年平均气温最高。60、70、80年代低于多年平均值，而90年代和2001~2007年高于多年平均值。

2.1.2　年降水量的变化

     根据内蒙古荒漠草原11个气象站年降水量的平均值，绘制荒漠草原年降水量变化曲线(图3)，可以看出，1961~2007年间，内蒙古荒漠草原地区的年降水量呈波动变化，总体变化趋势不明显。年降水量的最大值是2003年，最小值是1966年。各年代降水量都围绕在多年平均值附近波动，60年代和2001~2007年降水较少，70年代降水较多，80年代与90年代降水变化幅度不大。

2.1.3　年平均气温与年降水量的空间变化趋势

     就荒漠草原不同区域而言，温度与降水有自身的变化规律，区域不同，变化速率不同(图4)。荒漠草原区年平均气温均呈增加趋势，荒漠草原东北部和西部增温幅度相对较大，东南部和中部增温幅度相对较小，增温幅度最大的是苏尼特右旗和二连浩特市，最小的是苏尼特左旗；就年降水量而言，荒漠草原与典型草原相邻的区域和中部偏西地区呈明显增加趋势，东北部地区呈明显减少趋势。降水增加幅度最大的是海流图，减少最明显的是朱日和。温度与降水同在朱日和地区形成低值中心。

2.2　气候生产力时空分布

2.2.1　气候生产力年际变化特征

     近半个世纪以来，内蒙古荒漠草原牧草气候生产力表现出不显著的线性增加趋势(图5)，47年平均值为5112.11kg/hm2.a，线性趋势的递增率为1.6028kg/hm2.a。分析气候生产力变化曲线发现，47年中的极大峰值出现在2003年，达到7438.5kg/hm2.a，较多年平均值高44.3%，其次为1979年。1965年的气候生产力最低，为3026.3kg/hm2.a，较多年平均值少41.3%，其次为2005年。

     从年代的角度，内蒙古荒漠草原区牧草气候生产力波动较大(表1)。20世纪60年代气候生产力较低，距平百分率为-1.87%，70年代气候生产力增加，为正距平，距平百分率为2.19%，且70年代气候生产力最高。随后荒漠草原气候生产力有所下降，80年代较低，但90年代又有小幅回升，但低于多年平均值，然而至2001~2007年气候生产力减少最为明显，比多年平均值偏少4.49%。

     20世纪60年代内蒙古荒漠草原牧草气候生产力大部分为负距平，其中满都拉为低值中心，气候生产力变化百分率小于10%；70年代多数为正距平，气候生产力增加，高值中心出现在乌拉特后旗；80年代荒漠草原牧草气候生产力正负距平相当，苏尼特左旗和苏尼特右旗气候生产力开始减少，特别是乌拉特后旗减少明显，距平百分率为-27.20%；90年代正距平主要集中在苏尼特右旗和那仁地区；2001~2007年，负距平范围增加，数值增大，大部分在-10.31%~-21.24%之间，低值中心出现在二连浩特和那仁地区。

2.2.2　气候生产力空间分布特征

     根据各站多年平均气候生产力，利用GIS趋势分析工具，获得荒漠草原气候生产力的空间分布(图6)。内蒙古荒漠草原气候生产力基本呈东南—西北向分布，随着逐渐远离海洋，气候生产力呈递减趋势。

     牧草气候生产力在3315.96~7534.88kg/hm2.a之间，平均值为5112.11kg/hm2.a。气候生产力区域差异性大，荒漠草原北部大部分在4800kg/hm2.a以下，其中，乌拉特后旗和二连浩特市为研究区最低值。高值区域主要集中于南部的小部分，位于四子王旗，高值区与低值区相差4218.92kg/hm2.a。从格局上看，向南接近典型草原地区气候生产力大，而北部近草原化荒漠区气候生产力明显减少，造成这种差异的主要原因是南部地区的水热组合优于北部。

2.2.3　气候生产力的空间变化趋势

     1961~2007年间，内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的趋势倾向率为-19.91~13.64，可见内蒙古荒漠草原各地气候生产力长期变化趋势不一致，空间差异性大。依据趋势倾向率空间分布(图7)可知，荒漠草原中部气候生产力呈增加趋势，西部和东部呈减少趋势。增加明显的地区主要有四子王旗、达茂旗和白云鄂博，趋势倾向率a≥10；减少明显的区域主要有朱日和、乌拉特后旗和苏尼特左旗，趋势倾向率a≤-10。其中，朱日和地区趋势倾向率为-19.91，呈明显的减少趋势，且变化速率最大，是气候生产力最显著减少且速率最大的地区，这与该地区年降水量的变化趋势相同。可见苏尼特右旗南部的朱日和地区是气候生产力变化的敏感区。

2.3　气候变化对牧草气候生产力的影响

2.3.1　气候生产力与气候因子的相关分析

     统计分析内蒙古荒漠草原区牧草气候生产力与年降水量(R)和年平均气温(T)的关系(表2)发现，年降水量与草地气候生产力的相关系数为0.998到1，呈极显著相关；而除朱日和与年平均气温存在相关性之外，其余地区与年平均气温没有显著相关性。可见，降水是内蒙古荒漠草原区的主要限制因子，这与李霞等认为降水是制约中国北方温带草原区植被生长的根本原因的结论相一致。

2.3.2　不同气候变化情景对牧草气候生产力的影响

     依据秦大河、丁一汇等的预测，未来50年，我国北方可能呈“暖湿型”变化。“暖湿型”气候对全国都有利，“冷干型”气候对全国都不利。研究表明，荒漠草原地区气候变暖已成事实，但降水的增减不确定，存在区域差异性。假设未来由于温室气体等的增加导致气候变化，使内蒙古荒漠草原地区年平均气温升高1℃，而年降水量增加或减少20%，在此气候变化情景下，荒漠草原区牧草气候生产力又如何改变呢？为此，我们以各站47年气候生产力平均值为基数，计算不同气候变化情景下气候生产力的变化百分率，进一步分析气候因素对气候生产力的影响。

2.3.2.1　温度变化对荒漠草原牧草气候生产力的影响

     假定年降水不变，年平均气温升高1.0℃，内蒙古荒漠草原区牧草气候生产力的变化百分率为0.07%~0.25%(表3)。说明荒漠草原在现有降水量条件下，温度升高有利于增加植物生产力，但增加幅度不大。其中那仁地区的气候生产力对温度的变化比较敏感，变化幅度大于0.25%。假定年降水不变，年平均气温降低1.0℃时，内蒙古荒漠草原牧草气候生产力变化百分率为-0.09%~-0.29%(表3)，略有减少，不过变化幅度依然较小。

2.3.2.2　降水变化对荒漠草原牧草气候生产力的影响

     假定温度不变，在降水减少20%时，内蒙古荒漠草原牧草候生产力的变化百分率为-18.35%~-22.097%(表3)。气候生产力减少明显，绝大多数地区减少20%以上，荒漠草原北部减少最为明显，二连浩特变化幅度最大，减少22.09%；四子王旗的变化幅度最小，但也到达了-18%。由此可见，温度不变，降水减少20%时，对荒漠草原牧草气候生产力影响很大。

     假定温度不变，降水增加20%时，内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的变化百分率为16.99%~21.38%(表3)，绝大多数地区牧草气候生产力增加幅度大于19%。降水增加时，牧草气候生产力的变化幅度比降水减少时的变化幅度要小，由此可见，降水减少比降水增加对荒漠草原牧草气候生产力的影响更大，而且降水变化对牧草气候生产力的影响远远大于气温变化对牧草气候生产力的影响。

2.3.2.3　温度和降水对荒漠草原牧草气候生产力的综合影响

     前面分析了气温或降水有一项不变的特定情况下，另一项变化对牧草气候生产力的影响，只是说明气温与降水对气候生产力的影响程度。实际上，对牧草生产真正有意义的是温度和降水的综合影响。在全球气候变化背景下，结合当地目前的气候条件，分别讨论“暖湿型”、“暖干型”和“冷湿型”气候变化情景对内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的影响：(1)“暖湿型”气候对牧草气候生产力的影响：当年平均气温升高1℃，年降水量增加20%时，内蒙古荒漠草原牧草气候生产力均呈增加趋势，增加率在17.32%~21.49%之间(表4)。说明“暖湿型”气候对植物干物质积累有利，其中二连浩特和乌拉特后旗的增加幅度最大，大于20%。(2)暖干型气候对牧草气候生产力的影响：当年平均气温升高1℃，年降水量减少20%时，内蒙古荒漠草原各地牧草气候生产力变化百分率减少18.1%~22.06%(表4)。“暖干型”气候总体上使牧草气候生产力降低，其中荒漠草原北部变幅较大。(3)“冷湿型”气候对牧草气候生产力的影响：当年平均气温降低1℃，而年降水量增加20%时，荒漠草原各地牧草气候生产力变化百分率增加16.61%~21.23%(表4)，其中荒漠草原西北部变化幅度较大。“冷湿型”气候也有利于牧草气候生产力的增长，说明当地牧草生长受温度的影响较少，降水的作用最大，即使温度略有降低，但只要降水增加，牧草的气候生产力也会增加，这也与本文得出的降水与气候生产力的相关性最显著的结论一致。

3.1　近47年内蒙古荒漠草原年平均气温呈极显著的上升趋势，增温幅度为0.49℃/10a，特别是近20年(1986~2007)升温最为明显；年降水量总体变化趋势不明显，各年代降水量都围绕在多年平均值附近波动。从区域上看，荒漠草原东北部和西部增温幅度相对较大，东南部和中部增温幅度相对较小；年降水量在与典型草原毗邻地区和中部偏西地区明显增加，东北部地区明显减少。

3.2　牧草气候生产力表现出不显著的线性增加趋势，线性趋势的递增率为1.6028kg/hm2.a；70年代气候生产力最高，2001~2007年气候生产力减少最为明显。内蒙古荒漠草原气候生产力基本呈东南—西北向分布，随着离海洋距离的增加而减少，其中荒漠草原的中部牧草气候生产力增加显著，这与年降水量的变化趋势基本一致。

3.3　年降水量与牧草气候生产力有极其显著的线性相关，与年平均气温没有显著相关性。

       水分条件是制约内蒙古荒漠草原牧草气候生产力的关键因子。

3.4　气候变化对牧草气候生产力影响显著。

     在现有降水条件下，温度升高或降低1℃，牧草气候生产力增加或减少的幅度不大；而在现有温度条件下，降水增加或减少20%，变化幅度很大，降水量对牧草气候生产力的影响远远大于温度的影响。“暖湿型”气候有利于植物干物质的积累，可使荒漠草原牧草气候生产力提高；“暖干型”气候总体上使牧草气候生产力降低；“冷湿型”气候也有利于牧草气候生产力的增长，说明当地牧草生长受温度的影响较少，降水的作用最大，即使温度下降一定程度，只要降水增加，牧草的气候生产力也会增加，这也与本文得出的降水与气候生产力的相关性最显著及杨泽龙和李霞提出的降水是制约北方草原和内蒙古东部植被生长关键因子的结论一致。

3.5　不同地区气候变化对牧草生产力的影响不同。

      赵慧颖认为，内蒙古典型草原牧草气候生产潜力不高的主要原因是气温升高、降水量减少，气候暖干化趋势显著，使得降水成为限制该典型草原地区牧草气候生产潜力的主导因素。姚玉璧指出，“暖湿型”气候对黄土高原地区作物生产最有利。福建省福州地区暖干气候有利于提高气候生产力，而冷湿的气候不利于提高气候生产力。同样地，“暖湿型”气候对植物干物质积累有利，可使浙江省植物气候生产力提高；而“暖干型”气候总体上使浙江省植物气候生产力下降，随着降水增加，植物生产力的总趋势是提高的。目前，荒漠草原平均气温较高，降水较少，受气温和降水的影响，牧草气候生产力呈减少趋势。未来内蒙古荒漠草原的气候如果向暖干化趋势发展，那么水分对牧草生产力的影响将更加明显，牧草气候生产力将会继续减少。作为我国生态最为脆弱的地带之一，地处干旱、半干旱区的内蒙古荒漠草原伴随着气候变化，第一性生产力将呈下降趋势，加上过度放牧和环境恶化等综合作用，给当地的农牧民生产生活及区域可持续发展带来严重影响，迫切需要提出科学的气候变化应对方案。