PDF(1201 KB)
Prediction Model Research on Green-Up Period of Alpine Grassland Grass Based on Heat Accumulation-Driven
ZHANGHaichun, LIUWenbing, HUANGJie, LIJinhong
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (34) : 106-111.
PDF(1201 KB)
Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
PDF(1201 KB)
Prediction Model Research on Green-Up Period of Alpine Grassland Grass Based on Heat Accumulation-Driven
To elucidate the influence mechanism of meteorological factors on the green-up period of forage grass in alpine grassland and improve prediction accuracy, this study integrated 2005-2023 phenological observations and meteorological data from the Tongde County Meteorological Bureau (Qinghai Province). Using linear trend analysis, Pearson correlation, and stepwise regression, we characterized interannual variation of the green-up date, identified key climatic drivers, and established a multiple linear regression prediction model. The results demonstrated that: (1) the mean green-up date was 1 May (Julian day 121 d), exhibited pronounced interannual variability (SD=5.8 d; range: 26 d), with no significant long-term trend (0.4 d/10 a, P>0.10), indicating high sensitivity to short-term climate fluctuations. (2) Accumulated temperature ≥0℃ (AT) showed a highly significant positive correlation with the green-up date (r=0.83, P<0.001), while sunshine hours also exhibited a significant correlation (r=0.61, P<0.01), precipitation had no discernible effect. (3) The stepwise regression model retained the ordinal date of the first AT≥3℃ and AT as predictors, achieving an R2=0.869 (F=52.92, P<0.001); Backward substitution validation yielded a mean absolute error of 2.0 d (98.6% accuracy, with 95% of predictions within ±2.0 d). This study confirms that that spring heat accumulation is the dominant driver of green-up timing, whereas water availability plays a secondary role. The proposed model provides a robust framework for phonological monitoring and sustainable grazing management in alpine ecosystems.
alpine steppe / forage grass green-up date / accumulated temperature ≥0℃ / climatic response / phenological prediction / stepwise regression
| [1] |
王静, 魏小红, 龙瑞军. 东祁连山高寒草甸植物抗寒性研究[J]. 草地学报, 2007, 15(6):537-542.
以高寒草甸22种植物叶片为材料,研究草本、灌木、蕨类和苔藓植物在低温胁迫下叶片膜透性和丙二醛(MDA)的含量及变化。结果显示:受低温胁迫后,叶片膜透性变化特征为蕨类植物>草本植物>灌木>苔藓,其中8种草本植物膜透性较对照的增加幅度均达显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平;嵩草(Kobresia bellardii)、马蔺(Iris lactea Pall.var.chinensis)和醉马草(Achnatherum inebrians)增幅明显低于阔叶型杂草和毒草;12种灌木膜透性的增幅达显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)水平,增幅24.0%~241.9%;蕨类植物问荆(E.arvense)膜透性较对照升高达518.2%;苔藓(Aulacomnium glaucuta)增加不显著,仅高于对照6.7%;8种草本植物MDA含量大幅度上升(P<0.05或P<0.01),其中嵩草、醉马草和马蔺MDA增幅明显低于阔叶毒杂草;12种灌木MDA含量,除鬼箭锦鸡儿(Caragana jubata)、百里香杜鹃(Rhododendron thymifolium)(P<0.05)和青海杜鹃(R.Prze-walskii)(P<0.01)较对照降低外,其余增加显著(P<0.05或P<0.01);问荆MDA变化幅度最高,达210.7%;苔藓含量降低,仅为对照的68.2%;蕨类植物MDA增幅大于草本植物和灌木,以苔藓最小;22种供试材料的抗寒性顺序为苔藓>灌木>草本植物>蕨类植物。
|
| [2] |
|
| [3] |
刘玲莉, 井新, 任海燕, 等. 草地生物多样性与稳定性及对草地保护与修复的启示[J]. 中国科学基金, 2023(4):560-570.
|
| [4] |
|
| [5] |
尹燕亭, 侯向阳, 运向军. 气候变化对内蒙古草原生态系统影响的研究进展[J]. 草业科学, 2011, 28(6):1332-1339.
|
| [6] |
洪江涛, 吴建波, 王小丹. 全球气候变化对陆地植物碳氮磷生态化学计量学特征的影响[J]. 应用生态学报, 2013, 24(9):2658-2665.
全球气候变化背景下生物地球化学循环的响应规律和陆地植物适应对策已受到广泛关注.本文在分析气候变暖和降水变化对不同生态系统植物C∶N∶P的影响、CO<sub>2</sub>浓度升高对不同光合途径物种元素的影响,以及氮沉降对土壤植物元素影响的短期和长期效应等基础上,从植物生理特性和土壤有效营养元素变化等方面揭示了其可能存在的内在机理,以期为研究C、N、P化学元素在土壤植物之间传递与调节机制、陆地生态系统结构和功能，以及生物地球化学元素循环对气候变化的响应提供理论依据.最后提出了该领域研究中存在的问题及对今后研究的展望.
|
| [7] |
王怀海, 黄文达, 何远政, 等. 科尔沁沙质草地不同水热梯度土壤胞外酶活性[J]. 草业科学, 2023, 40(3):589-602.
|
| [8] |
朱远忠, 黄文达, 何远政, 等. 短期增温和降水减少对半干旱沙质草地群落特征的影响[J]. 生态学杂志, 2024, 44(3):470-478.
|
| [9] |
张荣菊, 李志梅. 鄂温克族自治旗羊草返青期预报模型[J]. 内蒙古农业科技, 2015, 43(1):132-134.
|
| [10] |
赵雪雁, 万文玉, 王伟军. 近50年气候变化对青藏高原牧草生产潜力及物候期的影响[J]. 中国生态农业学报, 2016, 24(4):532-543.
|
| [11] |
高亚敏. 气候因素对科尔沁草地北部牧草生长发育的影响[J]. 干旱区研究, 2019, 36(2):412-419.
利用巴雅尔吐胡硕牧业气象试验站牧草和气象观测资料,分析气候因素对科尔沁草地北部牧草生长发育的影响。结果表明:近27 a来研究区气温平均升高0.16 ℃·(10a)<sup>-1</sup>,降水量平均减少23.96 mm·(10a)<sup>-1</sup>,牧草生长季干燥指数平均上升0.15·(10a)<sup>-1</sup>,草地干旱化加剧。羊草(Leymus chinensis)、冰草(Agropyron cristatum)、委陵菜(Potentilla chinensis)返青期延迟,开花期提前,生长季长度缩短;降水量是影响3种植物返青期和枯黄期的主要因素,降水量与三者返青期呈负相关,与其枯黄期呈正相关。草层高度和牧草产量均呈极显著下降趋势(P<0.01),年均分别下降0.88 cm和减产121.43 kg·hm<sup>-2</sup>。草层高度、牧草产量与气温主要呈负相关,与降水量主要呈正相关,表明在气候变暖背景下,随着气温升高,降水减少,水分成为研究区牧草生长发育和产量形成的主要限制因子。根据积分回归模型分析,在牧草返青—展叶期,5月中旬降水量、日照对牧草气象产量影响的正效应达到最大;牧草拔节—开花期,5月下旬至6月中旬是牧草对水分、光照需求的主要阶段,6月下旬至7月中旬是牧草对热量需求的主要阶段;牧草灌浆—成熟期,8月气温对牧草气象产量的影响呈负效应,气温的负效应在8月中旬达到最大。
|
| [12] |
朱生翠, 周秉荣, 魏永林, 等. 气候变化对青海湖北岸天然牧草生长发育的影响[J]. 干旱气象, 2020, 38(5):804-809.
|
| [13] |
韩有香, 刘彩红, 李国山. 青海牧草对气候变化的响应[J]. 中国农学通报, 2021, 37(13):77-83.
为更好地了解气候变化对牧草的影响,采用线性趋势法和相关性分析,研究青海牧草的高度、覆盖度、产量、返青期和黄枯期以及影响因子。结果表明,6—8月牧草的高度和覆盖度均以不同的速率呈上升趋势,6月和7月的牧草产量以不同的速率呈增产趋势,8月的牧草产量呈减产趋势。返青期以-0.65 d/10 a的速率提前,枯黄期以0.15 d/10 a的速率推迟,牧草生长期延长;其中班玛、甘德、久治、玛沁、海晏、清水河、天峻和同德地区的牧草生长期延长,其他地区的牧草生长期缩短。冬季气温、6月下旬气温和8月风速是影响沱沱河地区牧草的主要因子;9月蒸发、秋季最低气温和6月≥10℃的积温是影响甘德地区牧草的主要因子;气温、2月0 cm地温和9月≥0℃的积温是影响天峻地区牧草的主要因子。
|
| [14] |
丁生祥, 郭连云. 同德县近50年气候变化特征及对农牧业生产的影响[J]. 贵州农业科学, 2009, 37(3):175-177.
|
| [15] |
童阿玛, 王柳英, 草地早熟禾在青海同德地区的适应性研究[J]. 安徽农业科学, 2009, 37(26):12465-12466.
|
| [16] |
郭连云. 青海同德近50年气候与草地畜牧业生产的关系[J]. 草业科学, 2008, 25(1):77-81.
|
| [17] |
丁生祥. 影响青海1号老芒麦产量的气候因子分析[J]. 安徽农业科学, 2007, 35(23):7137-7138.
|
| [18] |
刘剑霞, 王军, 胡小玲. 降水对青海同德高寒草地牧草产量影响的积分回归分析[J]. 畜牧与饲料科学, 2010, 31(1):83-84.
|
| [19] |
乜林德. 同德县天然草地资源现状与合理利用对策[J]. 草业与畜牧, 2007(8):22-23.
|
| [20] |
|
| [21] |
魏凤英. 现代气候统计诊断与预测技术[M]. 北京: 气象出版社,2007:37-59.
|
| [22] |
冯定原. 农业气象预报和情报方法[M]. 北京: 气象出版社,1988:101-120.
|
| [23] |
贾俊平, 何晓群, 金勇进. 统计学[M]. 北京: 中国人民大学出版社,2012:203-210.
|
| [24] |
黄文洁, 曾桐瑶, 黄晓东. 青藏高原高寒草地植被物候时空变化特征[J]. 草业科学, 2019, 36(4):1032-1043.
|
| [25] |
张港栋, 包刚, 元志辉, 等. 2001—2020年蒙古高原昼夜非对称变暖对植被返青期的影响[J]. 干旱区地理, 2023, 46(5):700-710.
基于2001—2020年归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数（EVI）2种遥感植被指数以及蒙古高原94个气象站点的月最高、最低温和降水量数据，利用累积NDVI的Logistic曲线曲率极值法和动态阈值法2种物候识别方法提取蒙古高原植被返青期，分析蒙古高原昼夜非对称变暖的时空变化及其对植被返青期的影响。结果表明：（1） 2001—2020年蒙古高原生长季开始前6个月（上一年11月—当年4月）平均最高温[0.7 ℃·(10a)<sup>-1</sup>]和最低温[0.3 ℃·(10a)<sup>-1</sup>]均呈上升趋势，最高温的变暖速率是最低温的2.3倍。（2） 季前昼夜非对称变暖对植被返青期均产生提前作用，但与最高温相比，最低温对返青期的影响程度更大，且影响范围更为广泛。（3） 季前昼夜非对称变暖对不同植被类型返青期产生不同影响，白天变暖对灌丛、农田和稀疏植被返青期的影响更明显，夜间变暖对森林和草地返青期的影响更强，特别是森林地区（25.5%）。研究白天和夜间非对称变暖对蒙古高原植被物候的影响，对揭示温度对春季植被物候的影响机制有重要意义。
|
| [26] |
张钛仁, 颜亮东, 张峰, 等. 气候变化对青海天然牧草影响研究[J]. 高原气象, 2007, 26(4):724-731.
根据青海省4个牧业气象代表站点1988-2005年天然牧草数据和同期气候资料,分析了青海天然牧草生长发育与气象条件的关系,探讨了气候变化对青海省牧草发育期、高度及产量形成的影响。研究表明:青南东部地区影响牧草返青出现的主要因素是热量条件,而青南西部和环湖地区牧草返青期的早晚主要受制于水分条件;两地区牧草黄枯期出现的迟早与日平均气温稳定通过5℃的终日相接近;在干旱、半干旱地区,天然牧草产量形成的主要因素取决于水分条件,年降水越多,牧草产量越高;青南东部的半湿润地区,温度对产量的影响大于降水对产量的影响。在全球气候变暖的背景下,青海省半湿润牧业区,随气温升高,牧草产量有所增加,草场载畜量有所上升;但在干旱、半干旱牧业区,气候变暖加剧草地水分的散失,牧草的生长发育受阻,产草量下降,同时,优良牧草在草场中的比例下降,杂类草的数量和比例上升,草场朝不良方向演替,呈现退化趋势。
|
| [27] |
|
| [28] |
Since the early 2000s, China has carried out extensive "grain-for-green" and grazing exclusion practices to combat desertification in the desertification-prone region (DPR). However, the environmental and socioeconomic impacts of these practices remain unclear. We quantify and compare the changes in fractional vegetation cover (FVC) with economic and population data in the DPR before and after the implementation of these environmental programmes. Here we show that climatic change and CO fertilization are relatively strong drivers of vegetation rehabilitation from 2001-2020 in the DPR, and the declines in the direct incomes of farmers and herders caused by ecological practices exceed the subsidies provided by governments. To minimize economic hardship, enhance food security, and improve the returns on policy investments in the DPR, China needs to adapt its environmental programmes to address the potential impacts of future climate change and create positive synergies to combat desertification and improve the economy in this region.© 2023. The Author(s).
|
| [29] |
王绍武, 罗勇, 赵宗慈, 等. 现代气候统计诊断与预测技术(第二版)[M]. 北京: 气象出版社,2005:98-102.
|
| [30] |
|
| [31] |
韩有香, 张洪轩, 赵海霞, 等. 青海牧草返青期变化特征及其与气象因子的关系[J]. 草地学报, 2010, 18(5):612-617.
|
| [32] |
郭斌, 王珊, 张菡, 等. 若尔盖湿地天然牧草生育期变化特征及其对气候变化的响应[J]. 高原山地气象研究, 2018, 38(2):49-57.
|
| [33] |
苗百岭, 梁存柱, 韩芳, 等. 内蒙古主要草原类型植物物候对气候波动的响应[J]. 生态学报, 2016, 36(23):7689-7701.
|
| [34] |
苏芬, 胡德奎. 三江源区高寒草原天然牧草返青期变化特征及其与气象因子的关系[J]. 贵州农业科学, 2022, 50(5):86-91.
|
/
| 〈 |
|
〉 |
