章古台位于我国四大沙地之一的科尔沁沙地东南边缘，是对气候变化和人类活动影响最为敏感的地区，也是我国北方典型的农牧交错带和典型的沙漠化地区。干燥度指数是在气候变化、干旱化、荒漠化等研究中经常涉及的气候指标之一，尤其是在中纬度的干旱—半干旱地区，干旱化、荒漠化等与气候变化息息相关的诸多研究，都与干燥度指数的计算和表达存在着千丝万缕的联系［1］。干燥度又多以降水量为基础，本文试通过章古台地区降水分布规律和deMartonne干燥度、Kira干燥度指数、Selianinov干燥度在章古台地区的表达值阐述章古台地区气候状况与当地植被的相互关系。 1章古台地区降水的时空分布 降水是土壤—植物—大气连续体中水分的主要来源，是植物维持生长的重要物质基础。在人工植被稳定体系中，当固沙植物可利用的土壤含水量多寡成为建立可持续防护体系，有效控制沙漠入侵的主要限制因子时，应用多年观测资料对降水特征做理论分析，有助于理解其对荒漠生态系统的影响功能［2］。降水数据来自于章古台大一间气象点，并结合多年气象资料进行分析。 1．1章古台地区降水量年际变化 表1为章古台大一间气象点1983—2010年降水量和降水距平百分率，28年间年平均降水量469.4mm，最大值689．2mm(2010年)，最小值285．9mm(2008年)。降水距平百分率反映了某时段降水量相对于同期平均状态的偏离程度。国家气象中心以降水距平百分率为衡量干旱的主要指标做的旱涝等级见表2。由表1可以很清楚地看到降水距平的变化:很多相邻年份的降水距平变化幅度都很大，降水距平变化幅度特别大的相邻年份有2009—2010年(85.9%)，相邻年份的降水距平相差在50%左右的有1984—1985年(44.8%)、1995—1996年(45.9%)、2005—2006年(47．1%)和2008—2009年(49.2%)。可以看出，沙区的降水量年际分布不均匀，这对植树造林、生态修复都有影响。1999—2002年更是出现了罕见的连续4年干旱。年降水量变率加大，不确定性加大。 1．2章古台地区降水量月际分配特征 从表3中可以看出，该地区降水主要集中在6、7、8月，其中最高月份是7月份，其次是8月、6月。章古台地区大部分植物在5月初开始长叶，进入10月开始枯黄，多雨季节正是植株生长的季节。表31983—2010年时段月均降水量通过多年观测研究分析，在雨季连续降水日数在减少，连续无降水日数明显增加，这就增加了干旱发生的概率。当地旱灾包括春旱、伏旱和秋旱(秋吊)。春旱是4月中下旬到6月上旬，伏旱发生频率较小且多带局部性，一般出现在6月下旬—8月中旬。秋吊指发生在8月下旬—9月上旬的干旱。从表4可看出章古台地区主要表现出伏旱、秋吊2种旱灾形式。由表4可以看出，章古台地区出现伏旱的年份有1996年、2000年、2002年、2006年、2007年和2009年。章古台地区出现秋吊的年份有1996年、1999年、2001年、2002年、2007年和2009年。而在1996年、2002年、2007年、2009年伏旱、秋吊同时出现，造成了这4个年份造林成活率严重降低，影响了植被恢复。 1．3地下水位与降水量、林龄的关系 降水是沙区土壤水分及水资源的惟一来源，降水决定土壤水分及水资源的时空分布，与地形、地貌、土壤因子共同作用决定地带性和非地带性植被分布规律及生物生产力。在章古台大一间布置地下水位观测井1处，采用人工观测法，观测时间为全年12个月，每月1日、15日观测地下水水位，从1999年4月至2010年12月已连续观测11年。观测结果见表5。降水量是影响地下水位变化的主要环境因子。由表5可知，随着降水量的减少，地下水位呈现出下降趋势。地下水位变化滞后于降水变化。赵哈林等研究了东北西部沙地近20年地下水位变化动态及其成因分析认为，地下水位的年际变化和降水量密切，但有滞后1～2年的现象［3］。朱教君等对科尔沁沙地南缘的大青沟和章古台地区地下水埋深研究得出，地下水埋深表现为疏林草地(大青沟地区)＜(章古台地区)衰退后皆伐地和草地＜林龄较小樟子松人工纯林＜林龄较大樟子松人工纯林。在章古台地区，不同植被覆盖与林龄也直接影响地下水埋深［4］。 1．4降水量与造林成活率、树木健康状况关系 1971年彰武县因春旱，造林成活率仅50%～60%，比常年低20～30个百分点，当年5—6月土壤干沙层达0．7～1．2m，造成许多幼林干枯。1967年夏季，章古台附近的落叶松试验林因干旱死亡率达40%。1999—2002年严重干旱年份，造林成活率明显下降，只有20%～30%，严重地块不到10%。1993、2004、2005年造林成活率较高主要是因为这几年5、6、7月份降雨量较大且较集中，2003年秋季降雨量较大，为2004年春季奠定了良好的墒情基础。2006、2007年分别遭遇伏旱和春旱，造林成活率、保存率相应降低。2008年和2010年降水充沛，造林成活率均达到97%以上。2007年6月通过对章古台三家子土壤湿度测试，0～100cm土层土壤湿度大于2%时草本植物能生长正常，当土壤湿度小于2%时，草本植物出现萎蔫现象。 连续的多年干旱(1999—2002年)，会对植被建设造成重大损失。杨树是科尔沁沙地的主要造林树种，1999—2002年期间普遍出现干枯死亡现象，当地杨树枯死率达8%～33%，因为干旱提前更新的林分达15%～20%［5］。樟子松生长量受到明显的影响，沙丘上部林分树高生长量仅为5～7cm，沙丘下部为13～15cm［5］，林分密度大的中成熟林树枝出现干枯，部分林木有枯死现象，整个林分呈现衰退现象。在采取清除病死树及间伐后，并在降水好转后(2003—2005年)，樟子松树木生长势逐渐恢复，由生长缓慢到生长正常，2006、2007年达到正常健康状态。 在干旱年份，地下水位急剧下降，是致使樟子松无法利用地下水，并导致其衰退的主要原因［4］。已有研究表明，沙地造林不但要注意造林的当前，还应考虑到造林后的长远。章古台地区20世纪50年代后期开始营造樟子松、油松等针叶树为主的片林，达666．7hm2，当时该地地下水位0．7～0．8m(雨季有的丘间低地地表甚至有积水)，水分条件很好，林木生长过程中还进行过间伐抚育。历时多年林木消耗水分逐渐增多，至1980年，地下水位下降至2m左右。自20世纪70年代以来，林木高生长趋于缓慢，表明降雨较多的草原地带沙地造林，非但喜湿的杨柳类乔木不宜大面积成片营造，甚至比较耐旱的针叶树乔木林亦必须适当控制［6］。#p#分页标题#e# 2三种干燥度指数概述 干燥度指数(Aridityindex，AI)，在此特指气候干燥度，是表征一个地区干湿程度的指标［1］。这里只介绍3种。 2．1deMartonne干燥度 deMartonne干燥度是利用温度与降水这2个气候因子来计算的。因其计算简单，指标明确，与植被和水分对应性强，所以经常用在气候区划上。deMartonne(1926)提出了一种简单的干燥度计算方法:IdM=P/(T+10)式中，IdM即deMartonne干燥度，P为年平均降水量(mm)，T为年平均温度值(℃)。deMartonne干燥度值小于10，表明严重干旱，河流断流，农作物需要强制人工灌溉;干燥度值在10～30之间，表明中等干旱，河流暂时性有水，流量中等，植被类型为草原;干燥度大于30，表明气候湿润，河流常年有水，不断流，且水量充足，植被类型为森林［7］。 2．2Kira干燥度 Kira(吉良龙夫)的干燥度是以降水与温暖指数的比值来表示的，其计算公式为:当WI=0～100℃•月－1时，k=P/(WI+20)当WI＞100℃•月－1时，k=2P/(WI+140)式中:k为Kira干燥度;P为年降水量;温暖指数(WI)是采用月平均气温高于5℃的总和，作为植物生长的热量条件，即:WI=∑(t－5)(t:大于5的月均温)［1，7］ 2．3Selianinov干燥度 谢良尼诺夫在1937年提出的一经验公式，也是利用温度与降水量计算干燥度。我国科学家根据我国的实际情况经过大量推算，修正后的谢良尼诺夫公式为:K=0．16×(全年≥10℃的积温)/(全年≥10℃期间的降水量)其中，K为干燥度。中国科学院自然区划工作委员会(1959)的中国气候区划即根据谢氏干燥度进行的。用16．0等值线作为极干旱与干旱区的分界，用4．0等值线作为干旱与半干旱区的分界线，用1．5等值线作为干旱亚湿润与半干旱区的分界指标，用1．0等值线作为湿润与干旱亚湿润区的分界线［7，8］。 3章古台地区3种干燥度指数表达值 表6采用的气象数据均来自章古台大一间气象点。从表6研究结果可知，章古台地区是典型的亚湿润半干旱区，半湿润成分偏多，半干旱部分偏少。deMartonne干燥度指数和Kira干燥度指数有降低趋势，谢氏干燥度指数有升高趋势，这都是气候变干旱、变恶劣的表现，该地区有从半湿润半干旱向半干旱半湿润转变的倾向。下面对不同干燥度指数对应的气候类型分别进行分析。表7研究结果显示，28年间章古台地区deMar-tonne干燥度指数区间为16．7～43．1，平均值为28.2。有42．9%的年份是湿润年份，有57．1%的年份是半湿润半干旱年份。表8研究结果表明，28年间章古台地区Kira干燥度指数区间为2．8～7.1，平均值为4．6，温暖指数范围为74．3～90．0℃•月－1。有67．9%的年份是半湿润年份，有32．1%的年份是半干旱年份。我国温带草原和温带荒漠的Kira干燥度指数分别为3～8和0．7～2．9，温暖指数分别为40～80和64～90℃•月－1［7］。从章古台地区Kira干燥度指数值可确定章古台地区属于草原和荒漠的交替地带。由表9研究结果可知，28年间章古台地区谢氏干燥度指数区间为0．8～2．1，平均值为1．3。有28．6%的年份是湿润年份，有42．9%的年份是半湿润年份，有28．6%的年份是半干旱年份。北魏以前以及北魏至金代时期科尔沁沙地的植被类型在总体上属于草甸草原、疏林草原和森林草原相间分布的类型［9，10］。综合考虑历史及理论因素，章古台地区植被建设和生态修复都应以草甸草原、疏林草原和森林草原为发展方向。［11］ 4结论与讨论 4．1章古台地区在1983—2010年28年间，年平均降水量469．4mm，最大降水量689．2mm，最小降水量285．9mm。降水主要集中在6、7、8月，其中7月份最高，其次是8月、6月。章古台地区的土壤性质决定了当地不怕涝，只怕旱。降水量是影响地下水位的主要因子，是章古台地区植被建设和生态修复的主要限制因子。 4．2章古台地区deMartonne干燥度指数区间16．7～43．1，平均值28．2;Kira干燥度指数区间2．8～7.1，平均值4．6;谢氏干燥度指数区间0．8～2．1，平均值1．3。deMartonne干燥度指数和Kira干燥度指数有降低趋势，谢氏干燥度指数有升高趋势。通过3种干燥度表达值，章古台地区是典型的亚湿润干旱区，半湿润成分偏多，半干旱成分偏少。 4．3现在章古台地区植被类型多为森林，且以樟子松和杨树为主导，成片的防风固沙林为主。从历史和理论两大因素综合考虑，章古台地区植被建设和生态修复都应向草甸草原、疏林草原、森林草原发展，避免特殊年份(持续干旱年份)林分衰退现象再次出现。应推广生态、经济效益高的农田防护林模式与林农模式。
