大田作物生长季热量资源变化及对农业生产的影响

2014-05-01黄英华马永忠李明春万绪江唐远明王国莉

山西农业科学 2014年4期

黄英华，马永忠，李明春，万绪江，唐远明，王国莉

（1.建昌县气象局，辽宁建昌125300；2.辽宁省人工影响天气办公室，辽宁沈阳110000；3.辽宁省气象保障中心，辽宁沈阳110000；4.宽甸县气象局，辽宁宽甸118200）

近年来，全球气候变暖[1-2]是人们最为关心的问题之一，气温升高、热量资源增加是气候变暖的具体表现[3-6]。北方大田作物生长季气候变化与农业生产息息相关，影响着农作物布局和农业产业的稳定性，进而影响粮食安全生产[7-11]。因此，探讨大田作物生长期的热量资源变化，对农作物合理布局和粮食生产具有重要意义。在气候变暖大环境下，因受地理环境、地理位置的影响，气候变化存在明显的区域性，辽宁西部及建昌地区气温变化趋势与各地趋势基本一致，但也有该地区的特点[12-15]。

本研究通过对建昌地区1960—2012年53 a的大田作物生长季气温资料进行诊断分析，并探讨热量资源变化对农业生产的影响，旨在为深入了解建昌地区热量资源的变化规律，合理开发利用热量资源，确保粮食生产安全以及稳步丰产丰收提供决策依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

建昌地区位于辽宁省西部丘陵山区，隶属辽宁省葫芦岛市，地理坐标为 119°12′47″～120°17′46″E，40°24′30″～41°05′57″N之间。该区总面积 3181 km2，耕地面积约6万hm2；境内有松岭山脉贯穿东北—西南，最高峰大青山海拔为1 223m；主要河流有大凌河、六股河、青龙河、黑水河；地势呈西北高、东南低。建昌县处于暖温季风气候带，具有大陆性季风气候特点，所以四季分明。春季雨少多大风，空气干燥，常有春寒和倒春寒出现；夏季多雨炎热，雨量比较集中；秋季雨少，气温下降迅速；冬季空气冷寒，降水量稀少。

1.2 资料来源

1960—2012年气温资料由葫芦岛市气象局资料室提供，包括逐日平均气温、初终霜日期和无霜期，在逐日平均气温基础上分别统计出年、月平均气温、作物生长季平均气温，并运用5 d滑动平均法确定≥10℃初终日期，计算≥10℃积温。大田作物生长季为4—9月。

1.3 分析方法

采用标准偏差方法[16]分析气象要素异常年，确定极端事件发生几率。通过一元线性回归方程的回归系数，确定气候倾向率[17]。应用累积距平的最大值确定气温、积温、无霜期的气候突变点，使用信噪比（XZB）[18]对突变点的显著性进行检验，当XZB≥1.0时，认为存在明显气候突变；当1.0＞XZB＞0.6时，存在气候突变；当XZB≤0.6时，气候突变不明显。

2 结果与分析

2.1 作物生长季温度变化

1960—2012年建昌地区年平均气温为8.5℃，4—9月大田作物生长季平均气温为18.7℃，1994年最高，为20.4℃，1976年最低，为16.9℃。标准偏差为±0.7℃，作物生长季平均气温正常值在18.0～19.4℃之间，在近53 a里，异常偏高有9 a，几率为17.0%，均出现在1981年之后；异常偏低有7 a，几率为13.2%，均出现在1995年之前（图1）。

由图1-a可知，1960—2012年作物生长季气温序列出现3个明显跳跃阶段，即：1969—1980年（T1）为低温时段，平均为18.0℃；1981—1995年（T2）由低到高过渡，跳跃至平均为18.8℃；1997—2009年（T3）为高温时段，跳跃至平均为19.4℃；高低相差1.4℃。1960—2012年作物生长季平均气温总趋势呈波动升高，线性相关系数为0.399 7，达到极显著水平（P＜0.01），气候倾向率为0.19℃/10 a，平均每10 a作物生长季气温升高约0.2℃。

从年代际平均温度分析可以看出，20世纪70年代（18.1℃）最低，其次是60年代（18.4℃），80年代（18.7℃）与总平均值持平，而90年代（19.2℃）和21世纪10年代（19.1℃）较高，年代最大相差1.1℃。

由图1-b可知，作物生长季平均气温累积距平均小于0，在1980年累积距平绝对值达到最大，然后逐渐回升，这是由低到高的转折点，由此可假设1980，1981年存在气候突变。根据信噪比检验结果，XZB为0.74，突变较为显著，假设成立。说明从1981年开始作物生长季平均气温突变性升高，突变之前1960—1980年平均值为18.2℃，突变之后1981—2012年平均值为19.0℃，升高了0.8℃。

2.2 ≥10℃积温变化

建昌地区气温稳定通过≥10℃初日平均在4月16日，终日平均在10月12日，≥10℃积温平均为3471℃·d，1998年最多，为 3863℃·d，1969年最少，为3031℃·d，极差为832℃·d。标准偏差为±191℃·d，≥10℃积温正常值在3 280～3662℃·d之间，积温异常偏多有10 a，均出现在1975年之后，几率为18.9%；积温异常偏少也有10 a，几率为18.9%，分布较为分散（图2）。

从图2-a可以看出，1960—2012年≥10℃积温年际变化呈波动性递增趋势，线性相关系数为0.400 6，达到极显著水平（P＜0.01），气候倾向率为49.98（℃·d）/10 a，平均每 10 a增加≥10℃积温约50.0℃·d。

从年代际平均值可知，20世纪70年代≥10℃积温（3339℃·d）最少，其次是60年代（3390℃·d），80年代（3470℃·d）居中与总平均值相近，90年代（3564℃·d）和 21世纪 10年代（3546℃·d）较多，年代际最大相差225℃·d。

由图2-b可知，≥10℃积温累积距平均小于0，在1996年累积距平绝对值达到最大，然后逐渐回升，这是由少到多的转折点，由此可假设1996，1997年存在气候突变。根据信噪比检验结果，XZB为0.64，突变较为显著，假设成立。说明从1997年开始≥10℃积温突变性增加，突变之前1960—1996年平均值为3410℃·d，突变之后1997—2012年平均值为3611℃·d，升高了201℃·d。

2.3 无霜期

建昌地区终霜日平均在4月22日，初霜日平均在10月8日，无霜期平均为168 d，2009年最长，为197 d，1979年最短，为142 d，极差为55 d。标准偏差为±10.3 d，无霜期正常在157.7～178.3 d之间，异常偏多有7 a，几率为13.2%，异常偏少有7 a，几率为 13.2%（图3）。

由图3-a可知，无霜期呈波动增加趋势，线性相关系数为0.387 6，达到极显著水平（P＜0.01），气候倾向率为2.44 d/10 a，平均每10 a无霜期延长约2.5 d。

从年代际变化看，20世纪70年代（161 d）无霜期最短，其次是 60年代（164 d），80年代（172 d），90年代（173 d）和 21世纪 10年代（172 d）相接近，最大相差12 d。

由图3-b可知，无霜期累积距平绝对值在1984年达到最大，然后逐渐回升，这是由少到多的转折点，由此可假设1984，1985年存在气候突变。根据信噪比检验结果，XZB为0.62，突变较为显著，假设成立。说明从1985年开始无霜期突变性延长，突变之前1960—1984年平均值为163 d，突变之后1985—2012年平均值为173 d，无霜期延长了10 d。

3 结论

（1）建昌地区大田作物生长季在4—9月份，此时段气温高低对农作物生长发育以及产量形成至关重要。分析结果与气候变暖相吻合，1960—2012年建昌地区作物生长季气温呈明显升高趋势，这与马永忠等[15]的研究结果相一致，平均每10 a升高约0.2℃，近20 a平均气温升高了1.0℃。在近53 a里，异常低温年有7 a，其中，有6 a发生在1985年之前，而近20 a里仅有一年发生在1995年，说明在近年代持续性低温年对农业生产影响概率较低。作物生长季平均气温在1981年突变性升高，突变之后气温平均升高了0.8℃。

（2）热量资源呈明显增加趋势，1960—2012年≥10℃积温平均每10 a增加约50℃·d，近10 a（2003—2012年）与前 10 a（1960—1969年）相比，≥10℃积温平均增加了180℃·d。≥10℃积温从1997年突变性增加，突变之后≥10℃积温平均增加了201℃·d。≥10℃积温异常偏少有10 a，且1985年之前有7 a，1986年之后有3 a，而最近的异常偏少发生在2007年。说明热量资源虽然增加显著，但还不稳定，这对农业生产及农作物生长还存在一定的影响。

（3）无霜期明显延长，每10 a平均延长2.5 d。在1985年无霜期突变性延长，突变之后无霜期平均延长约10 d。无霜期异常偏少有7 a，1979年之前有6 a，1980年之后仅有一年（2004年），说明近年代无霜期延长相对稳定。

4 讨论

气温升高、热量资源增加对农业生产存在2种不同的可能性。一方面是有利因素，当热量资源增加时，可改变栽培管理模式，更换作物品种品系和增加复种指数，使作物生育期延长或增加两茬栽培，以此提高生物产量或者提高单位面积产量。另一方面，气温升高使得作物蒸腾与地表面蒸发加大、加快，导致水资源短缺，造成作物水分供应不足，发生阶段性干旱[19-20]等，使农业生产环境进一步恶化。

依据以上分析结果，建昌地区作物生长季平均气温和无霜期稳步升高和延长，≥10℃积温增加虽然还不十分稳定，但该区域热量资源丰富[15]，为开发利用热量资源，调整农业生产结构奠定了稳固的基础。因此，可研究引进培育新的栽培品种，调整农业布局，更加科学地利用热能资源，增加农业经济收入。

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