甘肃马铃薯产量区域特征及其与气象条件分析

文/ 张莉娅 齐小声 王毅荣

甘肃省定西市安定区气象局 甘肃定西 743000

引言

气候变化下作物生长明显响应[1-3]。对未来气候变化将造成的不良后果人们十分关心，许多国家都对此做了认真研究，以便及时采取对策，对农业做出相应调整[4，5]。全球气候变化对农业产生重大影响，其中对那些适应能力差，生产异常脆弱的地区是不利的，与气候变化同样重要的是气候变率的变化，极端气候事件则常使粮食生产损失巨大[6，8]。

气候变化对农业生产的影响主要表现在产量上，建立了气候波动与作物产量或气候生产力之间关系的气象产量模型或气候生产力模型，模拟气候变化对粮食产量的影响[9-12]。

马铃薯适应性强，喜温凉气候，不耐高温、高湿，有一定耐旱、耐瘠能力。在甘肃省境内分布广泛，仅次于小麦、玉米的第三大主要粮食作物，产量相对较高。被誉为中国马铃薯之乡的甘肃定西市占农作物总面积一半以上。马铃薯已被甘肃省政府作为农业支柱产业，优先发展。

甘肃省气候干燥，气温日较差大，光照充足，太阳辐射强。年平均气温在0～14℃之间，由东南向西北降低；河西走廊年平均气温为4～9℃，祁连山区0～6℃，陇中和陇东分别为5～9℃和7～10℃，甘南1～7℃，陇南9～15℃。年均降水量300毫米左右，降水各地差异很大，在42～760毫米之间，自东南向西北减少，降水各季分配不匀，主要集中在6～9月。甘肃省光照充足，光能资源丰富，年日照时数为1700～3300h，自东南向西北增多。河西走廊年日照时数为2800～3300h，敦煌是日照最多的地区，所以敦煌的瓜果甜美，罗布麻锁阳等药材非常地道；陇南为1800～2300h，是日照最少的地区；陇中、陇东和甘南为2100～2700h。甘肃省地处黄土、青藏和蒙古三大高原交汇地带。境内地形复杂，山脉纵横交错，海拔相差悬殊，高山、盆地、平川、沙漠和戈壁等兼而有之，是山地型高原地貌。从东南到西北包括了北亚热带湿润区到高寒区、干旱区的各种气候类型。甘肃地处内陆生产环境异常脆弱地区[13，14]，研究脆弱区不同气候带马铃薯区域分布特征很有必要，本文对此着重进行研究了。

图1 甘肃70县区马铃薯分布Fig1 Potato distributes over Gansu region

图2 甘肃马铃薯产量分布Fig2Spatial distribution of potato yield in Gansu region

图3 马铃薯产量绝对变率（a）和相对变率（b）的空间分布Fig3 Spatial structures of variation absolute (a) and relative (b) rate of potato yield

图4 马铃薯产量REOF的前6个空间模 (a-f)Fig.4 Spatial structures of the first 6（a-f）rotating loading vectors of potato yield in Gansu

1 研究方法

本文主要利用1981～2007年27年甘肃全省70县区马铃薯产量和县区所在地气象观测站生长期气温、降水实况资料。计算产量的绝对变率（绝对偏差的平均值）、相对变率（绝对变率与均值之比）和REOF分解[15]。

2 马铃薯产量的地域特征

2.1 马铃薯平均产量地域差异

甘肃省内主要种植区域如图1，河西走廊地区多以沙壤为主，适宜种植区主要在祁连山区，种植面积较少，主产地在河东黄土高原地区。马铃薯平均产量分布（图2）的基本特点是，由西向东、由北到南产量递减，黄土高原大多在2500kg/hm2（干物重）以下，产量最低区域1500kg/hm2以下。

2.2 马铃薯产量变率地域差异

河西走廊马铃薯产量的绝对变率（图3a）在600kg/hm2（干物重）以上，相对变率（图3b）在20%以上；河东绝对变率较小，陇中盆地变幅较小，陇中盆地变幅最小。

2.3 马铃薯产量典型区

对1981—2007年马铃薯产量剔去线形趋势项，进行EOF分解，取前6个显著的主分量，参加转动，做方差最大正交旋转（REOF分解）。REOF（空间模，旋转后的特征向量）反映空间相关程度。前6个空间模解释了总方差的91.7%，来分析甘肃马铃薯的次区域特征。

第1空间模（图4a）占总方差的41.27%，图中最显著的特征是，陇南大部地区与其余地区数值符号相反，换言之，除陇南地区外全省各地变化一致，产量变化与陇南反向，大值区主要集中在河西走廊东中部，可见，河西走廊中东部区域变化一致程度最高，成为高相关区域。是产量分布最主要的空间分布特征

第2空间模（图4b）占总方差的15.88%，区域数值最大值在陇中区域一带，相关程度最高，可见马铃薯产量演变的另一个典型区在陇中地区。以负值为主，绝对值从东向西降低，可见河东地区相关程度很高，产量变化与河西反向。由此可见，甘肃马铃薯产量存在着3个典型区域，即河西走廊地区、黄土高原地区和陇南山区。

第3空间模（图4c）占总方差的15.18%，区域数值最大值在陇东区域一带，相关程度最高，可见马铃薯产量演变的第三个典型区在陇东地区。

第4空间模（图4d）占总方差的7.42%，区域数值最大值在甘南高原地带，相关程度最高，可见马铃薯产量演变的第四个典型区在甘南高原地区。

第5空间模（图4e）占总方差的6.21%，区域数值最大值在黄灌区一带，相关程度最高，可见马铃薯产量演变的第五个典型区在陇中地区。

第6空间模（图4f）占总方差的5.79%，区域数值最大值在陇南山区一带，相关程度最高，可见马铃薯产量演变的第六个典型区在陇南山区地区。

由此可见，甘肃马铃薯产量存在着6个典型区域，即河西走廊地区、陇中黄土高原地区和陇东黄土高原地区、甘南高原地区、黄灌区和陇南山区。

河西走廊地区多以沙壤为主，适宜种植区主要在祁连山区，种植面积较少，单产量高，但总产量很小。陇南山地可种植面积也较小，单产、总产都很低。黄土高原地区，土壤深厚，气温适宜。

3 马铃薯产量的气候影响

选取陇中黄土高原的安定区为代表，分析气候对产量的影响。马铃薯单产极不稳定，有时最低产量只有最高时的一半，干旱是制约产量的主要气候因素。

选取安定逐年单产及相应年份的旬平均气温、降水资料进行相关分析。可见，5月初种植，气温升速较慢，5月—6月上旬气温对马铃薯的产量正相关，气温升高1℃，产量可增加109.5kg/hm2，萌芽需要一定的热量；马铃薯出苗以后，热量的影响强度逐渐减少，出苗至分枝前后，是热量影响产量的最不敏感阶段，也是由正影响转向负影响的转折阶段。茎块形成膨大期，气温过高则抑制马铃薯产量增加，7月份气温与产量负相关，气温增加1℃，产量可降低56.4kg/hm2。8月中旬以后热量都呈歉状态，气温与产量成正相关，即气温每升高1℃，产量可增加60.7kg/hm2。

马铃薯块茎膨大主期，需水量迅速增大，6月中旬—7月下旬期间降水与气温正相关，每增加1mm 降水，产量可增加55.3kg/hm2；9月降水量与产量成负相关，降水量每增加1mm，产量降低25.5kg/hm2，这与马铃薯在块茎膨大后期过多降水还会引起湿腐病导致产量下降有关。

4 结论和讨论

(1)马铃薯平均产量由西向东、由北到南产量递减，黄土高原大多在2500kg/hm2（干物重）以下，产量最低区域1500kg/hm2以下。马铃薯产量的绝对变率河西在600kg/hm2（干物重）以上，相对变率在20%以上；河东绝对变率较小，陇中盆地变幅最小。

(2)甘肃马铃薯产量存在着6个典型区域，即河西走廊地区、陇中黄土高原地区和陇东黄土高原地区、甘南高原地区、黄灌区和陇南山区。空间分布最显著的特征是，除陇南地区外全省变化具有一定的一致性。

(3)5月—6月上旬气温对马铃薯的产量正相关，7月份气温与产量负相关，8月中旬以后热量都呈歉状态，气温与产量成正相关；6月中旬—7月下旬期间降水与气温正相关，9月降水量与产量成负相关。

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