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      人工氣候室的研發應用，在于氣候的變化對農牧業生產造成影響，氣候變化對農牧業生產造成什么影響呢？下面我們一起看看氣候的變化對草原牧草生產的影響研究。聯合國政府間氣候變化委員會(IPCC)第1工作組第4次評估報告指出，過去100年，全球平均氣溫升高了0.74℃。中國大部分地區呈增溫趨勢，近50年變暖尤其明顯，以北方增溫最為明顯。全球氣候變化將對生態系統生產力產生重大影響，尤其是那些適應、調整能力差，生態異常脆弱的地區。氣候生產力的大小能夠反映當地光、溫資源的配合效果，是生態學研究的重要內容。隨著氣候變暖，氣候變化對牧草氣候生產力的影響受到許多學者的關注。高素華等分析了各年代牧草氣候生產力的變化，并討論了氣溫和降水變化形成的不同氣候情景對牧草氣候生產力的影響；閆淑君闡述了近41年來氣候變化對福建省自然植被凈第一性生產力的影響；姚玉璧等利用ThornthwaiteMemorial模型分析了黃土高原氣候與氣候生產力對全球氣候變化的響應，認為未來“暖濕型”氣候對作物生產最有利。楊澤龍等以ThornthwaiteMemorial模型作為草地生產潛力估算指標，指出降水是內蒙古東部草地生產力提高的限制性因素。

     不同的地域之間，植被生產力對氣溫與降水變化的反應具有較大的差異。一方面，植被生產力對氣溫與降水的變化因不同地區產生不同的趨勢響應；另一方面，不同地區的生產力對氣候變化反應的敏感性亦存在較大的差異。由于氣候變化在不同地域的表現差異較大，針對特定地域的具體氣候變化特征而進行植被生產力的響應分析，是氣候變化與生產力關系研究的價值所在。內蒙古荒漠草原是草原向荒漠過渡的旱生性最強的草原生態系統，氣候干旱，自然環境嚴酷，生態環境十分脆弱，對氣候條件的依賴性極強，氣候變化對脆弱的荒漠草原生態系統的影響更為突出。因此，分析氣候變化對荒漠草原牧草氣候生產潛力的影響，有助于了解干旱半干旱地區的氣候變化對植被產生的影響，對評價內蒙古荒漠草原生態系統的環境質量、調節生態過程具有重要意義，為充分利用氣候資源，提高荒漠草原植物產量提供依據。

1.1　資料

     本研究采用了內蒙古中溫型荒漠草原區(圖1)的二連浩特市、蘇尼特左旗、蘇尼特右旗、烏拉特中旗、烏拉特后旗、四子王旗和達茂旗7個旗(縣、市)11個代表性氣象臺站(二連浩特、那仁、蘇尼特左旗、蘇尼特右旗、朱日和、海流圖、烏拉特后旗、四子王旗、達茂旗、白云鄂博和滿都拉)47年(1961~2007年)的年平均氣溫和年降水量資料。其中，烏拉特后旗1974年前沒有觀測資料，故時期為1974~2007年。

1.2　研究方法

     考慮到所用資料既易于獲取，同時又能有效闡明氣候變化的影響，參照多數學者的研究，選用Lieth方法，即著名的Thornthwaite Memorial模型，表達植物產量與年平均氣溫、年降水量之間的關系，并計算牧草氣候生產力(FPCP)：

     式中，FPCP是以實際蒸散量計算得到的牧草氣候生產力，單位是每年每公頃產生的干物質千克數(kg/hm2·a)。V是年平均實際蒸散量(mm)，計算公式如下：

     式中，R是年降水量(mm)， L為年最大蒸散量(mm)，它是溫度T的函數。L與T之間存在如下關系：

     式中，T為年平均氣溫(℃)。

     為了研究1961~2007年間內蒙古荒漠草原溫度、降水及氣候生產力隨時間的變化速率(幅度)在空間上的差異，對每個臺站所對應的年平均氣溫、年降水量及氣候生產力值和年份建立趨勢線，然后采用最小二乘法模擬趨勢線的斜率：

     式中，a為趨勢傾向率。如果a>0，表示隨時間呈增加趨勢，如果a<0，則表示隨時間呈減少趨勢。

氣候生產力變化百分率η由下式計算：

     式中，FPCPi為各年或各階段及不同氣候變化情景下的牧草氣候生產力，FPCP為1961~2007年47年的氣候生產力平均值。

1.3　數據處理

     借助統計分析軟件SPSS13.0，通過相關性分析，刻畫各站年平均氣溫、年降水量與牧草氣候生產力的相關性。采用Pearson相關系數，進行雙尾t檢驗，置信度P<0.05為顯著相關，P<0.01為極顯著相關。利用Excel 2003軟件進行數據的常規處理和圖表繪制。空間分析與制圖在ArcGIS軟件的支持下完成。

2.1　內蒙古荒漠草原氣候變化分析

2.1.1　年平均氣溫的變化

     近50年內蒙古荒漠草原年平均氣溫呈極顯著的上升趨勢(圖2)，與全球變暖的趨勢相一致。根據趨勢線方程，每10年升溫約0.49℃，且通過了0.01水平的顯著性檢驗。特別是近20年(1986~2007)，升溫最為明顯。1986年以來，除1988年和1993年年平均溫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年分別達到最高值。而在1986年以前，大部分年份年平均氣溫低于多年平均值。從年代分析可以看出，60年代到2001~2007年年平均氣溫呈階梯式上升。60年代平均氣溫最低，2007年年平均氣溫最高。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　年降水量的變化

     根據內蒙古荒漠草原11個氣象站年降水量的平均值，繪制荒漠草原年降水量變化曲線(圖3)，可以看出，1961~2007年間，內蒙古荒漠草原地區的年降水量呈波動變化，總體變化趨勢不明顯。年降水量的最大值是2003年，最小值是1966年。各年代降水量都圍繞在多年平均值附近波動，60年代和2001~2007年降水較少，70年代降水較多，80年代與90年代降水變化幅度不大。

2.1.3　年平均氣溫與年降水量的空間變化趨勢

     就荒漠草原不同區域而言，溫度與降水有自身的變化規律，區域不同，變化速率不同(圖4)。荒漠草原區年平均氣溫均呈增加趨勢，荒漠草原東北部和西部增溫幅度相對較大，東南部和中部增溫幅度相對較小，增溫幅度最大的是蘇尼特右旗和二連浩特市，最小的是蘇尼特左旗；就年降水量而言，荒漠草原與典型草原相鄰的區域和中部偏西地區呈明顯增加趨勢，東北部地區呈明顯減少趨勢。降水增加幅度最大的是海流圖，減少最明顯的是朱日和。溫度與降水同在朱日和地區形成低值中心。

2.2　氣候生產力時空分布

2.2.1　氣候生產力年際變化特征

     近半個世紀以來，內蒙古荒漠草原牧草氣候生產力表現出不顯著的線性增加趨勢(圖5)，47年平均值為5112.11kg/hm2.a，線性趨勢的遞增率為1.6028kg/hm2.a。分析氣候生產力變化曲線發現，47年中的極大峰值出現在2003年，達到7438.5kg/hm2.a，較多年平均值高44.3%，其次為1979年。1965年的氣候生產力最低，為3026.3kg/hm2.a，較多年平均值少41.3%，其次為2005年。

     從年代的角度，內蒙古荒漠草原區牧草氣候生產力波動較大(表1)。20世紀60年代氣候生產力較低，距平百分率為-1.87%，70年代氣候生產力增加，為正距平，距平百分率為2.19%，且70年代氣候生產力最高。隨后荒漠草原氣候生產力有所下降，80年代較低，但90年代又有小幅回升，但低于多年平均值，然而至2001~2007年氣候生產力減少最為明顯，比多年平均值偏少4.49%。

     20世紀60年代內蒙古荒漠草原牧草氣候生產力大部分為負距平，其中滿都拉為低值中心，氣候生產力變化百分率小于10%；70年代多數為正距平，氣候生產力增加，高值中心出現在烏拉特后旗；80年代荒漠草原牧草氣候生產力正負距平相當，蘇尼特左旗和蘇尼特右旗氣候生產力開始減少，特別是烏拉特后旗減少明顯，距平百分率為-27.20%；90年代正距平主要集中在蘇尼特右旗和那仁地區；2001~2007年，負距平范圍增加，數值增大，大部分在-10.31%~-21.24%之間，低值中心出現在二連浩特和那仁地區。

2.2.2　氣候生產力空間分布特征

     根據各站多年平均氣候生產力，利用GIS趨勢分析工具，獲得荒漠草原氣候生產力的空間分布(圖6)。內蒙古荒漠草原氣候生產力基本呈東南—西北向分布，隨著逐漸遠離海洋，氣候生產力呈遞減趨勢。

     牧草氣候生產力在3315.96~7534.88kg/hm2.a之間，平均值為5112.11kg/hm2.a。氣候生產力區域差異性大，荒漠草原北部大部分在4800kg/hm2.a以下，其中，烏拉特后旗和二連浩特市為研究區最低值。高值區域主要集中于南部的小部分，位于四子王旗，高值區與低值區相差4218.92kg/hm2.a。從格局上看，向南接近典型草原地區氣候生產力大，而北部近草原化荒漠區氣候生產力明顯減少，造成這種差異的主要原因是南部地區的水熱組合優于北部。

2.2.3　氣候生產力的空間變化趨勢

     1961~2007年間，內蒙古荒漠草原牧草氣候生產力的趨勢傾向率為-19.91~13.64，可見內蒙古荒漠草原各地氣候生產力長期變化趨勢不一致，空間差異性大。依據趨勢傾向率空間分布(圖7)可知，荒漠草原中部氣候生產力呈增加趨勢，西部和東部呈減少趨勢。增加明顯的地區主要有四子王旗、達茂旗和白云鄂博，趨勢傾向率a≥10；減少明顯的區域主要有朱日和、烏拉特后旗和蘇尼特左旗，趨勢傾向率a≤-10。其中，朱日和地區趨勢傾向率為-19.91，呈明顯的減少趨勢，且變化速率最大，是氣候生產力最顯著減少且速率最大的地區，這與該地區年降水量的變化趨勢相同。可見蘇尼特右旗南部的朱日和地區是氣候生產力變化的敏感區。

2.3　氣候變化對牧草氣候生產力的影響

2.3.1　氣候生產力與氣候因子的相關分析

     統計分析內蒙古荒漠草原區牧草氣候生產力與年降水量(R)和年平均氣溫(T)的關系(表2)發現，年降水量與草地氣候生產力的相關系數為0.998到1，呈極顯著相關；而除朱日和與年平均氣溫存在相關性之外，其余地區與年平均氣溫沒有顯著相關性。可見，降水是內蒙古荒漠草原區的主要限制因子，這與李霞等認為降水是制約中國北方溫帶草原區植被生長的根本原因的結論相一致。

2.3.2　不同氣候變化情景對牧草氣候生產力的影響

     依據秦大河、丁一匯等的預測，未來50年，我國北方可能呈“暖濕型”變化。“暖濕型”氣候對全國都有利，“冷干型”氣候對全國都不利。研究表明，荒漠草原地區氣候變暖已成事實，但降水的增減不確定，存在區域差異性。假設未來由于溫室氣體等的增加導致氣候變化，使內蒙古荒漠草原地區年平均氣溫升高1℃，而年降水量增加或減少20%，在此氣候變化情景下，荒漠草原區牧草氣候生產力又如何改變呢？為此，我們以各站47年氣候生產力平均值為基數，計算不同氣候變化情景下氣候生產力的變化百分率，進一步分析氣候因素對氣候生產力的影響。

2.3.2.1　溫度變化對荒漠草原牧草氣候生產力的影響

     假定年降水不變，年平均氣溫升高1.0℃，內蒙古荒漠草原區牧草氣候生產力的變化百分率為0.07%~0.25%(表3)。說明荒漠草原在現有降水量條件下，溫度升高有利于增加植物生產力，但增加幅度不大。其中那仁地區的氣候生產力對溫度的變化比較敏感，變化幅度大于0.25%。假定年降水不變，年平均氣溫降低1.0℃時，內蒙古荒漠草原牧草氣候生產力變化百分率為-0.09%~-0.29%(表3)，略有減少，不過變化幅度依然較小。

2.3.2.2　降水變化對荒漠草原牧草氣候生產力的影響

     假定溫度不變，在降水減少20%時，內蒙古荒漠草原牧草候生產力的變化百分率為-18.35%~-22.097%(表3)。氣候生產力減少明顯，絕大多數地區減少20%以上，荒漠草原北部減少最為明顯，二連浩特變化幅度最大，減少22.09%；四子王旗的變化幅度最小，但也到達了-18%。由此可見，溫度不變，降水減少20%時，對荒漠草原牧草氣候生產力影響很大。

     假定溫度不變，降水增加20%時，內蒙古荒漠草原牧草氣候生產力的變化百分率為16.99%~21.38%(表3)，絕大多數地區牧草氣候生產力增加幅度大于19%。降水增加時，牧草氣候生產力的變化幅度比降水減少時的變化幅度要小，由此可見，降水減少比降水增加對荒漠草原牧草氣候生產力的影響更大，而且降水變化對牧草氣候生產力的影響遠遠大于氣溫變化對牧草氣候生產力的影響。

2.3.2.3　溫度和降水對荒漠草原牧草氣候生產力的綜合影響

     前面分析了氣溫或降水有一項不變的特定情況下，另一項變化對牧草氣候生產力的影響，只是說明氣溫與降水對氣候生產力的影響程度。實際上，對牧草生產真正有意義的是溫度和降水的綜合影響。在全球氣候變化背景下，結合當地目前的氣候條件，分別討論“暖濕型”、“暖干型”和“冷濕型”氣候變化情景對內蒙古荒漠草原牧草氣候生產力的影響：(1)“暖濕型”氣候對牧草氣候生產力的影響：當年平均氣溫升高1℃，年降水量增加20%時，內蒙古荒漠草原牧草氣候生產力均呈增加趨勢，增加率在17.32%~21.49%之間(表4)。說明“暖濕型”氣候對植物干物質積累有利，其中二連浩特和烏拉特后旗的增加幅度最大，大于20%。(2)暖干型氣候對牧草氣候生產力的影響：當年平均氣溫升高1℃，年降水量減少20%時，內蒙古荒漠草原各地牧草氣候生產力變化百分率減少18.1%~22.06%(表4)。“暖干型”氣候總體上使牧草氣候生產力降低，其中荒漠草原北部變幅較大。(3)“冷濕型”氣候對牧草氣候生產力的影響：當年平均氣溫降低1℃，而年降水量增加20%時，荒漠草原各地牧草氣候生產力變化百分率增加16.61%~21.23%(表4)，其中荒漠草原西北部變化幅度較大。“冷濕型”氣候也有利于牧草氣候生產力的增長，說明當地牧草生長受溫度的影響較少，降水的作用最大，即使溫度略有降低，但只要降水增加，牧草的氣候生產力也會增加，這也與本文得出的降水與氣候生產力的相關性最顯著的結論一致。

3.1　近47年內蒙古荒漠草原年平均氣溫呈極顯著的上升趨勢，增溫幅度為0.49℃/10a，特別是近20年(1986~2007)升溫最為明顯；年降水量總體變化趨勢不明顯，各年代降水量都圍繞在多年平均值附近波動。從區域上看，荒漠草原東北部和西部增溫幅度相對較大，東南部和中部增溫幅度相對較小；年降水量在與典型草原毗鄰地區和中部偏西地區明顯增加，東北部地區明顯減少。

3.2　牧草氣候生產力表現出不顯著的線性增加趨勢，線性趨勢的遞增率為1.6028kg/hm2.a；70年代氣候生產力最高，2001~2007年氣候生產力減少最為明顯。內蒙古荒漠草原氣候生產力基本呈東南—西北向分布，隨著離海洋距離的增加而減少，其中荒漠草原的中部牧草氣候生產力增加顯著，這與年降水量的變化趨勢基本一致。

3.3　年降水量與牧草氣候生產力有極其顯著的線性相關，與年平均氣溫沒有顯著相關性。

       水分條件是制約內蒙古荒漠草原牧草氣候生產力的關鍵因子。

3.4　氣候變化對牧草氣候生產力影響顯著。

     在現有降水條件下，溫度升高或降低1℃，牧草氣候生產力增加或減少的幅度不大；而在現有溫度條件下，降水增加或減少20%，變化幅度很大，降水量對牧草氣候生產力的影響遠遠大于溫度的影響。“暖濕型”氣候有利于植物干物質的積累，可使荒漠草原牧草氣候生產力提高；“暖干型”氣候總體上使牧草氣候生產力降低；“冷濕型”氣候也有利于牧草氣候生產力的增長，說明當地牧草生長受溫度的影響較少，降水的作用最大，即使溫度下降一定程度，只要降水增加，牧草的氣候生產力也會增加，這也與本文得出的降水與氣候生產力的相關性最顯著及楊澤龍和李霞提出的降水是制約北方草原和內蒙古東部植被生長關鍵因子的結論一致。

3.5　不同地區氣候變化對牧草生產力的影響不同。

      趙慧穎認為，內蒙古典型草原牧草氣候生產潛力不高的主要原因是氣溫升高、降水量減少，氣候暖干化趨勢顯著，使得降水成為限制該典型草原地區牧草氣候生產潛力的主導因素。姚玉璧指出，“暖濕型”氣候對黃土高原地區作物生產最有利。福建省福州地區暖干氣候有利于提高氣候生產力，而冷濕的氣候不利于提高氣候生產力。同樣地，“暖濕型”氣候對植物干物質積累有利，可使浙江省植物氣候生產力提高；而“暖干型”氣候總體上使浙江省植物氣候生產力下降，隨著降水增加，植物生產力的總趨勢是提高的。目前，荒漠草原平均氣溫較高，降水較少，受氣溫和降水的影響，牧草氣候生產力呈減少趨勢。未來內蒙古荒漠草原的氣候如果向暖干化趨勢發展，那么水分對牧草生產力的影響將更加明顯，牧草氣候生產力將會繼續減少。作為我國生態最為脆弱的地帶之一，地處干旱、半干旱區的內蒙古荒漠草原伴隨著氣候變化，第一性生產力將呈下降趨勢，加上過度放牧和環境惡化等綜合作用，給當地的農牧民生產生活及區域可持續發展帶來嚴重影響，迫切需要提出科學的氣候變化應對方案。