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黑龙江省气候变化趋势对自然植被第一性净生产力的影响_图文


第 35 卷   6 期 第 2007 年 6 月

西北农林科技大学学报 ( 自然科学版) Jo urnal of Nort hwest A & F U niversity ( Nat . Sci. Ed. )

Vol. 35 No . 6 J un. 2007

黑龙江省气候变化趋势对自然植被第一性 净生产力的影响
3

高永刚1 , 温秀卿1 , 顾   1 , 姬菊芝2 红
( 1 黑龙江省气象科学研究所 , 黑龙江 哈尔滨 150030 ;2 黑龙江省哈尔滨市气象局 , 黑龙江 哈尔滨 150026)

[摘   ]   要 自然植被第一性净生产力 (Net p rimary p roductivity ,N PP) 可能是对气候变化反应最为敏感的生态环

境因素之一 , 研究气候变化对 N PP 的影响可为保护及合理利用自然植被资源提供理论依据 。本研究利用黑龙江省
1961~2003 年逐日气象资料 ,采用 N PP 综合研究模型和气候变化趋势分析的数学方法 ,研究了黑龙江省近 43 年来

气候和自然植被 N PP 及其变化趋势的时空特征 。结果表明 ,黑龙江省近 43 年来年平均气温和年降水量总体上呈增 加趋势 ,年平均气温变率和年降水量变化趋势百分率 10 年分别为 0. 38 ℃ 0. 49 % ; 日平均辐射量总体呈下降趋势 , 和 日平均辐射量变化趋势百分率 10 年为 - 0. 86 % ,各地气候要素 ( 年平均气温 、 年降水量 、 日平均辐射量) 及变化趋势存 在空间差异 。自然植被 N PP 在时间变化上呈增加趋势 , N PP 的平均变率 10 年为 0. 077 t/ hm2 ; 自然植被 N PP 及其 变化趋势存在空间差异 。黑龙江省中 、 东部湿润且热量较好地区 ,自然植被 N PP 值较高 ; 西部干旱地区和北部大兴安 岭寒温带热量资源匮乏地区 ,自然植被 N PP 值较低 。 气候要素及其变化趋势的空间差异对自然植被 N PP 及其变化 趋势的空间差异具有重要影响 ,自然植被 N PP 的时间分布特征与黑龙江省年平均气温 、 年降水量的时间分布特征基 本一致 ; 在黑龙江省近 43 年来气温趋势增高的背景下 ,自然植被 N PP 变率的空间变化与年降水量变化趋势百分率的 空间变化基本一致 ,限制黑龙江省自然植被 N PP 的主要原因是水分供应相对不足 ,在黑龙江省西部地区松嫩平原表 现特别明显 。自然植被 N PP 的变率与年平均气温变率 、 年降水量变化趋势百分率呈正相关 , 与日平均辐射量变化趋 势百分率呈负相关 。
[ 关键词 ]   黑龙江省 ; 自然植被 N PP ; 气候变化 [ 中图分类号 ]  S718 [ 文献标识码 ]   A [ 文章编号 ]   167129387 (2007) 0620171208

Imp act of climate change trend on natural vegetation net primary productivity in Heilongjiang Province
( 1 Heilong j i an g Provi nce I nstit ute of Meteorological S ciences , H arbi n , Heilon g j i ang 150030 , Chi na; 2 . H arbi n Meteorological B ureau of Heilon g j i an g Provi nce , H arbi n , Hei long j i an g 150026 , Chi na)

Abstract : Nat ural vegetatio n net p rimary p roductivit y ( N PP) is likely to be o ne of t he mo st sensitive ecological enviro nment factors fo r climate change feedback ,t he st udy of climate change impact o n N PP may logical data of Heilo ngjiang Province f ro m 1961 to 2003 ,based o n nat ural vegetatio n N PP synt hetical mo del and mat hematical analysis of t he climatic change t rend ,t he time and spacial dist ributio n characteristics of p rovide t heo ry gist for p rotecting and intelligently using nat ural vegetatio n reso urces. Wit h daily meteo ro2 t he climate and nat ural vegetatio n N PP and t heir change t rend were st udied in Heilo ngjiang Province f ro m 1961 to 2003. The result s show t hat ,t he yearly average air temperat ure and yearly rainfall respectively tend
3[ 收稿日期 ]   2006204218 (200503) [ 基金项目 ]   中国气象局沈阳大气环境研究所项目 “近 50 年来黑龙江省生态环境变化趋势及影响研究” [ 作者简介 ]   高永刚 (1967 - ) ,男 ,黑龙江汤原人 ,副研究员 ,硕士 ,主要从事农业和林业气象研究 。

GAO Yo ng2gang1 ,W EN Xiu2qing1 , GU Ho ng1 ,J I J u2zhi2

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to increase as a whole in Heilo ngjiang Province f ro m 1961 to 2003 ,yearly average air temperat ure change rate and yearly rainfall change t rend percent are respectively 0. 38 ℃ and 0. 49 %for ten year s ,daily average radiatio n shows lowering t rend as a whole ,t he change t rend percent of daily average radiatio n is - 0. 86 % for ten years ,t he spacial differences of every area climate factor s ( yearly average air temperat ure , yearly rainfall and daily average radiatio n ) and t heir change t rends are different . The nat ural vegetatio n N PP show s increasing t rend in time change , t he average change rate is 0. 077 t/ hm2 for ten years ; t he spatial lo ngjiang Province have wet and good temperat ure reso urce , t he nat ural vegetatio n N PP is higher , west differences of nat ural vegetatio n N PP and it s change t rend are different . Middle and eastern regio ns of Hei2 dro ught regio ns are lack of rainfall ,nort h Daxinganling cold temperat ure zo ne regio n is lack of temperat ure change t rend have important impact o n t he spacial differences of nat ural vegetatio n N PP and it s change reso urce , and t heir nat ural vegetatio n N PP are lower . The spacial differences of climate factor s and it s t rend ,t heir time change characteristics are basically accordant bet ween nat ural vegetatio n N PP and yearly lo ngjiang Province f ro m 1961 to 2003 ,t heir spacial change characteristics are basically accordant between nat ural vegetatio n N PP change rate and yearly rainfall change t rend percent ,t he main limited factor to nat 2 negative correlatio n wit h daily average radiatio n change t rend percent . Key words : Heilo ngjiang Povince ; nat ural vegetatio n N PP ;climate change

lo ngjiang Province is specially severe. The change rates of nat ural vegetatio n N PP have po sitive correlatio n wit h yearly average air temperat ure change rate and yearly rainfall change t rend percent ,amd t hey show

p roductivit y ,N PP) 可能是对气候变化反应最为敏

暖较明显的背景下[ 123 ] , 黑龙江省气候变化较为显 著 [ 425 ] 。自 然 植 被 第 一 性 净 生 产 力 ( Net p rimary 感的生态环境因素之一 。自然植被 N PP 是指绿色 植物单位时间和单位面积上积累的有机干物质 , 即 光合作用合成的生物量与呼吸消耗量之差 , 它反映 了植物群落在自然环境条件下的生产能力 。自然植 被 N PP 的分布规律不仅对我国土地人口承载能力 估算 、 农业区划等具有重要的参考价值 ,而且为更好 地保护 、 利用和开发我国广阔的森林 、 草场资源提供 了理论依据 。国内外学者在自然植被 N PP 的模型 研究方面取得了重要研究成果 区域面积较大 、 地形复杂 、 自然植被丰富 , 各地气候 条件差异较大 , 特别是近几十年来气候条件的变化 对自然植被 N PP 将产生一定程度的影响 。目前 ,对 黑龙江省自然植被 N PP 的分布规律 ,及近几十年来
[ 6210 ]

气候变化对自然植被 N PP 影响的研究报道还较少 。 因此 ,本试验利用 1961 ~ 2003 年逐日气象资料 , 研 究了黑龙江省近 43 年来气候和自然植被 N PP 及其 变化趋势的时空特征 , 旨在为黑龙江省自然资源的 可持续利用和发展 , 以及保护和改善区域生态环境 提供参考依据 。

average air temperat ure and yearly rainfall . U nder t he backgro und of air temperat ure warming t rend in Hei2 ural vegetatio n N PP is relative water shortage in Heilo ngjiang Province ,and western So ngnen plain of Hei2

   近百年来 , 在全球气候变暖和我国东北地区变

1  资料来源

研究区域为黑龙江省 , 区域面积 45. 6 万 km2 , 包括 81 个气象观测站点 。气象数据来源于黑龙江

省气象科学研究所整编的黑龙江省 1961 ~ 2003 年 逐日 网 格 气 象 资 料 , 网 格 格 距 为 ( 50 km ×50 km) [ 11 ] 。气象要素包括平均气温 、 平均最高气温 、 平均最低气温 、 日降水量 、 相对湿度 、 日照时数 、 水汽 压、 气压及采用 Supit 公式 [ 12 ] 计算的地面日辐射量 。

2  研究方法

2. 1   自然植被 N PP 的计算

。由于黑龙江省

20 世纪 80 年代以来 , 国内一些学者开始采用

国际上流行的自然植被 N PP 估算模型 ( Miami 模 型 、Tho rnt hwaite Memorial 模型和 Chikugo 模型) 对中国自然植被的气候生产潜力及其对未来气候变 化的反应进行模拟研究 [ 13215 ] , 并开始探讨建立更为 完善的自然植被 N PP 模 型 [ 627 ] 。1998 年 , 周广 胜 等 [ 8 ] 基于 Chikugo 模型相似的推导过程 , 根据植物 的生理生态学特点及联系能量平衡和水量平衡方程 的实际蒸散模型 , 以及在国际生物计划 ( IB P ) 期间 获得的世界各地的 23 组森林 、 草地及荒漠等自然植 被资料和相应的气候资料 ,提出了自然植被 N PP 的

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综合模型 , 并与其他模型的适用性进行比较研究表 明 ,Chikugo 模型 、 北京模型与综合模型均能较好地 反应森林 N PP 状况 , 但对于干旱半干旱地区 , 北京 模型与综合模型能较好地反应自然植被的 N PP , 而
Chikugo 模型的计算值偏小 。因此 , 本研究采用自

变化趋势量 ( 变率) 。气候变化分析中 , 气温变化趋 势通常以 10 年的气温变率为单位 ,降水量和辐射量 变化趋势通常以 10 年的变化量与平均值比值的百 分数为单位 ( 变化趋势百分率) , 进而可计算各地年 降水量 、 日平均辐射量变化趋势百分率 ,即 : ΔC PC / % = × %。 100
C

然植被 N PP 的综合模型

[8 ]

:
2 2

( 6)

r R n ( r + R n + rR n ) N P P = RD I ? [ ]? ( R n + r) ( R n 2 + r2 )

exp [ - ( 9 . 87 + 6 . 25 R D I)

0. 5

],
2

( 1)

式中 : PC 为各地各气候要素 ( 年降水量 、 日平均辐射 量) 变化趋势百分率 ,ΔC 为各地各气候要素 10 年的 变化趋势量 , C 为各地各气候要素 1961 ~2003 年的 平均值 。

式中 : N P P 为每年自然植被 N PP ( t/ hm ) ; R D I 为 辐射干燥度 , 是辐射能量的年净收入与蒸发的年降 水量所需能量的比值 , 表示气候干燥程度 ; r 为年降 水量 ( mm) ; R n 为净辐射量 (J / hm2 ) , 代表热量或温 度因子 , 是植被生态过程强度的度量 。其中 , R D I 、
R n 和 I 的计算公式分别为 : RD I = Rn L ?r , ( 2) ( 3)
0. 5

3  黑龙江省气候变化特征分析
3. 1   黑龙江省气候变化的时间特征

黑龙江省近 43 年来年平均气温距平 、 年降水量 距平 、 日平均辐射量距平时间变化特征见图 1 ~ 3 。 由图 1 可见 ,黑龙江省年平均气温总体呈增高趋势 , 与全国气温变化趋势相似 。黑龙江省近 43 年来年 平均气温距平为 2. 6 ℃。趋势计算结果表明 , 黑龙
( 4)

Rn = Ra (1 - V ) - I ,

δ e I = ( 0 . 39 ×T a - 0 . 05 × × a
4

)

n S ( 0 . 10 + 0 . 9 × ) (δ× )。 N 4 . 18

江省年平均气温 10 年变率为 0. 38 ℃, 显著高于全 [ 国年平均气温变率 ( 10 年变率为 0. 06 ℃1 ] ) 。20 世 纪 60~ 80 年代后期 , 黑龙江省气温整体较低 , 且长 达 27 年 ,其中 1975 和 1982 年年平均气温较高 , 分 别高出平均气温 1. 01 ℃ 0. 83 ℃。黑龙江省年平 和 均气温显著升温始于 1988 年 ,较全国年平均气温显 著升高 [ 18 ] 时间晚了 2 年 , 其后气温在此高位波动 。
20 世纪 90 年代是近 43 年来最温暖时期之一 。

式中 :L 为水蒸发潜热 , L = ( 2 500 - 2 . 4 ×T) ×103 ) J / kg , T 为年平均气温 ( ℃ ; Ra 为总辐射量 (J/ hm2 ) ;
V 为地表发射率 , 通常取 0 . 2 ; I 为长波有效辐射量

(J/ hm2 ) ; Ta 为年平均气温的绝对温标 ( K) ; ea 为年平

均水汽压 ( hPa) ; n/ N 为日照百分率 ;δ为斯蒂芬 - 玻 耳兹曼常数 ,δ= 5 . 67 × - 8 W/ ( m2 ?K4 ) ; S 为太阳 10 常数 , S = 1 353 . 73 W/ m2 [ 9 ,16 ] 。
2. 2   自然植被 N PP 及气候要素变化趋势的计算

由图 2 可见 ,黑龙江省近 43 年来年降水量出现 较大波动 ,总体上呈小幅增加趋势 。黑龙江省近 43 年来年降水量的平均值为 514. 5 mm 。趋势计算结 果表明 ,年降水量 10 年变率为 2. 5 mm ,年降水量变 化趋势百分率 10 年为 0. 49 % 。60 年代初期降水 量偏高 ,60 年代中后期降水量下降 , 到 70 年代前半 期降水量重新增加 ,但 70 年代后半期降水量明显下 降 ,且一直持续到 1980 年 ,1981 年后开始有波动回 升 ,直到 1997 之后又呈明显下降趋势 ,至 2003 年又 出现缓慢回升迹象 。 由图 3 可见 ,黑龙江省近 43 年来日平均辐射量 总体呈下降趋势 , 其中 20 世纪 80 年代前处于正距 平 ,80 年代后处于负距平 , 表明 80 年代前辐射条件 较好 。黑龙江省近 43 年来日平均辐射量的平均值 为 13 249 J / m2 。趋势计算结果表明 ,日平均辐射量 的 10 年变率为 - 114. 1 J , 日平均辐射量变化趋势 百分率 10 年为 - 0. 86 % 。

以各地年份为自变量 , 各地各年自然植被 N PP 为因变量 ,利用一次线性方程 y ( t) = a0 + a1 t 可定量 描述各地自然植被 N PP 随时间的变化趋势 , 其中
a1 = d y ( t) / d t , 为 N PP 的稳定倾向率 , 即 : N PP 的年

平均变化趋势 。稳定倾向率 a1 可采用最小二乘法 求解[ 17 ] , 即 :
a1 = [ ∑X i Y i - ( ∑X i ∑Y i ) / m ]/ [ ∑X i - ( ∑X i ) / m ] 。
2 2

( 5)

式中 : Y i 为各地 1961 ~2003 年计算的 NPP 因变量 ;
X i 为各地 1961 ~ 2003 年份自变量 ( 即 : 1961 , 1962 ,

…, 2003) ; m 是各地样本数 , 取值为 43 。在实际各地
NPP 的趋势分析中 , 通常以 10 年为步长分析各地 43

年稳定倾向率的变化情况 , 即 :10 a1 ( t/ hm ) 。 ) 年降水量 同样 , 可计算各地年平均气温 ( ℃ 、
2

( mm) 、 日平均辐射量 ( kJ / m ) 等气候因素的 10 年
2

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图1  黑龙江省近 43 年来年平均气温的时间变化特征
Fig. 1  Time change characteristic of yearly average air temperat ure in Heilongjiang Province f ro m 1961 to 2003

图2  黑龙江省近 43 年来年降水量的时间变化特征
Fig. 2  Time change characteristic of yearly rainfall in Heilo ngjiang Province f rom 1961 to 2003

图3  黑龙江省近 43 年来日平均辐射量的时间变化特征
Fig. 3  Time change characteristic of daily average radiation in Heilo ngjiang Province f rom 1961 to 2003

3. 2   黑龙江省气候变化的空间特征

在全球气候变暖的背景下 , 尽管黑龙江省气候 条件也相应地发生了变化 , 但由于黑龙江省处于中 高纬度地区 ,并且区域面积较大 、 地形复杂 , 因此黑 龙江省各地气候条件的变化也不尽相同 , 各有其特 点 。黑龙江省近 43 年来年平均气温变率 、 年降水量 和日平均辐射量变化趋势百分率的空间分布见图
4~6 。

由图 1 和图 4 可见 , 黑龙江省各地年平均气温 的变化呈增高趋势 ,统计结果表明 ,年平均气温变率 平均增幅 10 年为 0. 38 ℃,最低为 0. 16 ℃, 最高为 0. 73 ℃。但各地年平均气温增温幅度存在空间差 异 ,年平均气温增幅最显著的区域为大兴安岭地区 东南部和黑河地区 ,10 年增幅为 0. 58 ~0. 73 ℃; 大 兴安岭地区北部 ( 漠河县 ) 年平均气温增幅较小 ,10 年增幅为 0. 16~0. 34 ℃。三江平原地区年平均气

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温 10 年增幅为 0. 34 ~ 0. 42 ℃, 其中三江平原东部 靠近乌苏里江边缘地区 ( 抚远县 、 饶河县 ) 年平均气 温增幅较小 ,10 年为 0. 16 ~ 0. 34 ℃。松嫩平原地 区西部年平均气温增幅较大 ,10 年为 0. 50 ~ 0. 58 ℃,其中松嫩平原的齐齐哈尔地区南部 、 大庆地区西 南部年平均气温 10 年增幅为 0. 42~0. 50 ℃。松嫩

平原的东南部 、 绥化地区北部 、 佳木斯地区北部和南 部、 牡丹江地区西部年平均气温 10 年增幅为0. 42~ 0. 50 ℃。小兴安岭伊春地区北部 ( 小兴安岭北坡 ) 、 鸡西地区南部年平均气温 10 年增幅为 0. 16 ~ 0. 34 ℃; 伊春地区中部和南部 、 佳木斯地区西部 、 牡丹江 地区南部年平均气温 10 年增幅为 0. 34~0. 42 ℃。

图4  黑龙江省近 43 年来年平均气温变率的空间分布
Fig. 4  Spacial dist ributio ns characteristic of yearly average air temperat ure change rate in Heilongjiang Province f ro m 1961 to 2003

图5  黑龙江省近 43 年来年降水量变化趋势百分 率的空间分布
Fig. 5  Spacial dist ributions characteristic of yearly rainfall change t rend percent in Heilongjiang Province f ro m 1961 to 2003

由图 5 可见 ,大兴安岭地区 、 松嫩平原地区 、 三 江平原地区北部 、 哈尔滨地区东部和牡丹江大部分 地区均是年降水量趋势增加的区域 , 其他区域基本 是年降水量趋势减少的区域 。在趋势增加的区域 中 , 大 兴 安 岭 地 区 北 部 增 加 幅 度 最 大 , 10 年 为 3. 20 %~7. 10 % ; 大兴安岭地区东南部 、 松嫩平原地 区、 三江平原地区北部 、 哈尔滨地区东部和牡丹江大 部分地区增加幅度次之 ,10 年为 0 %~ 3. 20 % 。在 趋势减少的区域中 ,伊春地区 、 哈尔滨地区南部和东 南部 、 七台河市是年降水量趋势减少最显著区域 ,10 年为 - 5. 00 %~ - 2. 20 % ; 黑河地区东南部 、 三江平 原地区东部 、 牡丹江地区东南部年降水量趋势减少 幅度次之 ,10 年为 - 2. 20 %~0 % 。 由图 3 和图 6 可见 , 黑龙江省日平均辐射量变 化趋势基本上呈减少趋势 , 其中日平均辐射量减少 幅度最显著区域在黑龙江省北部的大兴安岭地区 , 齐齐哈尔 、 、 大庆 绥化 、 牡丹江 、 鸡西一线以南区域 , 其日 平 均 辐 射 量 减 少 幅 度 10 年 为 - 2. 87 % ~

图6  黑龙江省近 43 年来日平均辐射量变化 趋势百分率的空间分布
Fig. 6  Spacial dist ributions characteristic of daily average radiatio n change t rend percent in Heilongjiang Province f rom 1961 to 2003

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- 0. 99 % ; 黑龙江省北部黑河地区日平均辐射量有

t/ hm2 。 不同年代自然植被 N PP 的变化特点有一定

增加趋势 , 其增幅 10 年为 0 %~ 0. 97 % ; 其他地区 日 平 均 辐 射 量 减 少 幅 度 10 年 为 - 1. 62 % ~ - 0. 49 % 。

差异 ,其中 20 世纪 80 年代前 N PP 基本上呈减小趋 势 ; 1979 ~ 1994 年 N PP 呈 增 加 趋 势 ; 1994 年 后 N PP 总体上又呈下降趋势 。由此可知 , 自然植被 N PP 的时间分布特征与黑龙江省年平均气温 、 年降 水量的时间分布特征基本一致 。 4. 2   黑龙江省自然植被 N PP 的空间特征 黑龙江省区域辽阔 、 地形复杂 ,各地气候差异比 较显著 ,特别是近 43 年来黑龙江省气温 、 降水量 、 辐 射量等气候条件发生了显著变化[ 425 ] ,黑龙江省各地

4  黑龙江省气候变化对自然植被 NPP

的影响
4. 1   黑龙江省自然植被 N PP 的时间特征

由图 7 可 知 , 黑 龙 江 省 近 43 年 来 自 然 植 被
N PP 总体上呈增加趋势 。趋势计算结果表明 , 黑龙

江省自 然 植 被 N PP 的 平 均 变 率 10 年 为 0. 077

自然植被 N PP 也相应发生了变化 。黑龙江省近 43 年来自然植被 NPP 及其变率的空间分布特征见图 8 。

图7  黑龙江省近 43 年来自然植被 N PP 的时间变化特征

Fig. 7  Time change characteristic of nat ural vegetation N PP in Heilongjiang Province f ro m 1961 to 2003

图8  黑龙江省近 43 年来自然植被 N PP 及其变率的空间分布特征
A. N PP 平均值的空间分布 ;B. N PP 变率的空间分布

Fig. 8  Spacial dist ributio ns characteristic of nat ural vegetatio n N PP and it s recent change rate in Heilo ngjiang Province f rom 1961 to 2003
A . Spacial dist ributions characteristic of N PP average value ;B. Spacial dist ributions characteristic of N PP change rate

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4. 2. 1   黑龙江省自然植被 N PP 平均值的空间分布

特征   由黑龙江省自然植被 N PP 平均值的空间分 布 ( 图 82A ) 可见 , 从整体来看 , 黑龙江省自然植被 N PP 基本上呈带状分布 , 黑龙江中部 、 东部雨热条 件好 ,有利于自然植被的生长 ,N PP 值较高 ; 黑龙江 省北部 ( 大兴安岭 、 黑河地区北部 ) 气温和辐射量较 差 ,热量不足是其主要限制因子 ,尽管降水量条件较 好 ,但 N PP 值相对较低 ; 黑龙江省西部的松嫩平原 等区域 ,虽然热量条件好 , 但该区域降水量条件差 , 干旱成为自然植被生长的限制因子 ,该区域 N PP 值 最低 。 不同地区自然植被 N PP 的差异较大 ,其中黑龙 江省自然植被 N PP 高值区域 , 主要分布于伊春地 区、 鹤岗地区西部 、 绥化地区东部和哈尔滨地区东部 所形成的南北向较大带状区域内 ,该区域 N PP 每年 为 10. 15~11. 81 t/ hm2 , 伊春地区和鹤岗地区西部 的 N PP 值高是年降水量丰沛所致 ,绥化地区东部和 哈尔滨地区东部的 N PP 值高是年平均气温高和年 降水量较多所致 。自然植被 N PP 次高值区域 ,主要 分布于黑河地区东部 、 绥化地区北部和西南部 、 三江 平原东部边缘的侥河县和虎林市 、 鸡西地区南部 ,该 区域 N PP 每年为 9. 29~10. 15 t/ hm2 ,该 N PP 次高 值区域是年平均气温较高和年降水量较多所致 。自 然植被 N PP 较高值区域 , 主要分布于三江平原 、 七 台河地区 、 牡丹江地区所形成的西北 - 东南向大的 平原东 部和 北部 地区 N PP 较 低 , 每 年 为 6. 86 ~ 8. 34 t/ hm2 ,大兴安岭地区 N PP 值较低是年平均气 温低和辐射量较差所致 , 松嫩平原东部和北部地区 N PP 值较低是年降水量较少所致 。松嫩平原的西 南部 ,即齐齐哈尔南部 、 大庆地区 , N PP 值最低 , 每 年为5. 50~6. 86 t/ hm2 ,该区域 N PP 值最低是年降 水量最少导致干旱所致 。 4. 2. 2   黑龙江省自然植被 N PP 变化趋势的空间分 布特征   由黑龙江省近 43 年来自然植被 N PP 变率 的空间分布 ( 图 82B ) 可见 , 从整体来看 , 在黑龙江省 近 43 年气温趋势增高的背景下 , 自然植被 N PP 变 率的空间变化与年降水量变化趋势百分率的空间变 化基本一致 ,限制黑龙江省自然植被 N PP 的主要原 因是水分供应相对不足 。黑龙江省伊春地区 、 绥化

地区北部 、 黑河地区南部 、 三江平原东部边缘 ( 抚远 县、 饶河县) 、 七台河地区是自然植被 N PP 变化趋势 降低的区域 ,其他区域自然植被 N PP 变化基本上呈 增加趋势 。 在自然植被 N PP 变化趋势降低的区域中 ,伊春 地区自然植被 N PP 趋势减少幅度最大 ,10 年的减 少幅度大于 - 0. 32 t/ hm2 ; 绥化地区北部 、 黑河地区 ( 抚远县 、 )、 南部 、 三江平原东部边缘 饶河县 七台河 地区自然植 被 N PP 趋势 减 少 幅 度 次 之 , 10 年 为 - 0. 32~0 t/ hm2 。从气候条件分析来看 , 上述地区 自然植被 N PP 趋势减少主要是由年降水量趋势减 少造成的 ( 图 5) 。 在自然植被 N PP 变化趋势增加的区域中 ,大兴 安岭地区自然植被 N PP 增加的幅度最大 ,10 年增 幅大于 0. 39 t/ hm2 ,这可能是由于该区域年平均气 温较低 ,而气温条件是该区域自然植被 N PP 的主要 限制因子 ,随气温趋势增高 N PP 呈增加趋势 。黑河 地区北部 、 大庆地区东北部 、 牡丹江地区南部是自然 植被 N PP 趋势增加值较高区域 , 自然植被 N PP 增 加幅度 10 年为 0. 20~0. 39 t/ hm2 ,这是该区域降水 量趋势增加 、 气温趋势增高所致 。三江平原地区 、 鹤 ( 南部除外) 、 岗地区 、 鸡西地区 、 牡丹江地区 松嫩平 原西部的齐齐哈尔地区 、 大庆地区南部等区域是自 然植被 N PP 趋势增加相对较低区域 , 该区域 N PP 增加幅度 10 年为 0 ~ 0. 20 t/ hm2 , 其中黑龙江省东 部的三江平原地区 、 鹤岗地区 、 鸡西地区 、 牡丹江地 区 ( 南部除外) N PP 的增加主要是年平均气温 、 年降 水量趋势增加所致 ; 黑龙江省西部的齐齐哈尔地区 、 大庆地区南部 N PP 的增加 ,主要是降水量趋势增加 所致 ,该区域降水量不足是其主要限制因子 。
4. 2. 3   黑龙江省气候变化趋势对自然植被 N PP 变

带状区域内 ,以及松嫩平原东北部 、 黑河地区西部 , 该区域 N PP 每年为 8. 34~9. 29 t/ hm2 ,黑河地区西 部 N PP 值较高是年降水量较多所致 , 而其他 N PP 较高值区域的 N PP 值较高是年平均气温相对较高 和年降水量相对较多所致 。在大兴安岭地区 、 松嫩

化趋势的影响   为定量分析黑龙江省近 43 年来气 候变率与自然植被 N PP 变率的关系 ,以各地自然植 被 N PP 的 10 年变率 ( Y ) 为因变量 , 以各地气候变化 趋势因素 ( 10 年的年平均气温变率 ( X 1 ) 、 年的年 10 降水量变化趋势百分率 ( X 2 ) 、 年的日平均辐射量 10 ( X 3 ) ) 为自变量 , 建立多元线性回 变化趋势百分率 归方程 。 Y = 0 . 068 1 X 1 + 0 . 111 9 X 2 - 0 . 026 3 X 3 ( 7) 0 . 048 6 , 3 3 ( n = 285 , R = 0 . 994 6 , 标准误差 S R = 0. 031 08 ) 从式 ( 7) 可见 , 黑龙江省近 43 年来气候变率与 自然植被 N PP 的变率具有极显著的相关性 ,自然植

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西北农林科技大学学报 ( 自然科学版)

第 35 卷

被 N PP 的变率与年平均气温变率 、 年降水量变化趋 势百分率呈正相关 , 与日平均辐射量变化趋势百分 率呈负相关 。需要说明的是 ,在 N PP 变率与年平均 气温变率 、 年降水量变化趋势百分率 、 日平均辐射量 变化趋势百分率 3 变量的多元回归分析中 , 由于年 平均气温与日平均辐射量均是与热量相关的指标 , 两者存在一定的正相关性 , 且多元回归分析是在黑 龙江省整体水平上进行的 , 尽管辐射量变化趋势百 分率在湿润地区可能会与 N PP 变率出现正相关 ,而 多元回归分析的结果使年平均气温的作用体现更明 显 ,导致式 ( 7 ) 中 N PP 变率与日平均辐射量变化趋 势百分率呈负相关 ,但式 ( 7) 能较好地反映年平均气 温变率与年降水量变化趋势百分率对 N PP 变率的 作用效果 。 利用式 ( 7 ) 可以计算 , 当年平均气温变率每 10 年增高 0. 5 ℃ , 自然植被 N PP 的 10 年增加量为 时 0. 034 05 t/ hm2 ; 当年降水量变化趋势百分率每 10 年增加 0. 5 %时 , 自然植被 N PP 的 10 年增加量为 0. 056 00 t/ hm2 ; 当日平均辐射量变化趋势百分率 每 10 年增加 0. 5 %时 , 自然植被 N PP 的 10 年减少 量为 0. 013 05 t/ hm2 。

龙江省西部地区松嫩平原表现特别明显 。 3) 气候要素的变化趋势与自然植被 N PP 的变 化趋势具有极显著的相关性 。自然植被 N PP 的变 率与年平均气温变率 、 年降水量变化趋势百分率呈 正相关 ,与日平均辐射量变化趋势百分率呈负相关 。
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5    结 论
1 ) 黑龙江省近 43 年来年平均气温和年降水量

总体上呈增加趋势 , 年平均气温变率和年降水量变 化趋势百分率 10 年分别为 0. 38 ℃ 0. 49 % ; 日平 和 均辐射量总体呈下降趋势 , 日平均辐射量变化趋势 百分率 10 年为 - 0. 86 % 。但在气候变化趋势的总 体背景下 ,各地气候要素 ( 年平均气温 、 年降水量 、 日 平均辐射量) 及变化趋势存在空间上的差异 。 2) 黑龙江省近 43 年来自然植被 N PP 总体上呈 增加趋势 ,自然植被 N PP 的平均变率 10 年为0. 077 t/ hm2 。气候要素及其变化趋势在空间上的差异对 自然植被 N PP 及其变化趋势的空间分布特点具有 重要影响 。黑龙江省中 、 东部湿润且热量较好地区 , 自然植被 N PP 值较高 ; 西部干旱地区和北部大兴安 岭寒温带热量资源匮乏地区 , 自然植被 N PP 值较 低 。在黑龙江省近 43 年气温趋势增高的背景下 ,自 然植被 N PP 变率的空间变化与年降水量变化趋势 百分率的空间变化基本一致 , 表明限制黑龙江省自 然植被 N PP 的主要原因是水分供应相对不足 ,在黑

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