气候变暖对新疆不同秋眠级紫花苜蓿种植适宜性的影响

普宗朝，张山清

（1. 新疆乌鲁木齐市气象局，新疆 乌鲁木齐 830002；2. 新疆农业气象台，新疆 乌鲁木齐 830002）

紫花苜蓿(Medicago sativa)具有抗逆性强、适应性广、产量高、营养丰富、适口性好的特点，素有“牧草之王”之称，是全世界种植面积最大的优良牧草[1]。紫花苜蓿品种多样，不同品种的紫花苜蓿对气候条件的要求及适应性不同[2]。秋眠性(fall dormancy)是指不同品种苜蓿在秋季日照长度变短、气温下降时其形态和生产能力表现出的不同的变化特征。依据这些反应特征，Hanson 等[3]将苜蓿品种分为9 个等级，并确定了每个秋眠级的标准对照苜蓿品种，其中1、2、3 级属秋眠类型，4、5、6 级属半秋眠类型，7、8、9 级为非秋眠类型。Sm ith[4]、Larson 和Sm ith[5]研究发现，苜蓿的秋眠性与其再生性、生产力、耐寒性等高度相关，其中，秋眠类型的苜蓿抗寒性强，但产量低、再生慢；非秋眠类型苜蓿抗热性强、产量高、再生快，但抗寒性能差。由于秋眠性具有独特且十分重要的生物学指示意义，因此，世界各地将秋眠性作为苜蓿品种特性评定的第一指标，在苜蓿种植品种的选择、引进以及越冬抗寒能力鉴定中得到广泛应用[6]。美国、加拿大等苜蓿种植大国应用秋眠性对苜蓿种植进行气候区划，并预测其抗寒性，为苜蓿的引种和品种布局提供科学依据[3]。卢欣石[2]以秋眠性指标为依据，将经过国家审定的23 个紫花苜蓿品种划分为秋眠性和极秋眠性类型，并提出了不同秋眠性紫花苜蓿在中国的适宜种植区域。朱万斌[7]采用秋眠性指标探讨了紫花苜蓿品种区划，认为热量和降水量是影响中国紫花苜蓿分布的关键因子，并根据田间试验给出不同秋眠级品种完成1～3茬所需要的积温。诸多学者基于苜蓿的秋眠性气候指标，利用中国各地年积温 ≥ 0、 ≥ 5 或 ≥ 10 ℃·d界限，以及冬季最低气温和年降水量等气候因子，结合地理信息技术对全国紫花苜蓿综合气候区划进行了初步研究，划定了不同秋眠级紫花苜蓿的适宜种植区域[8-12]。另有学者对北疆10 个不同秋眠级紫花苜蓿引进品种的产量与营养品质的研究表明，紫花苜蓿秋眠级与粗蛋白含量呈极显著负相关关系(P ＜ 0.001)，并指出石河子垦区最适宜种植的紫花苜蓿为秋眠级4 级和5 级品种[13]。

以气候变暖为主要特征的全球变化已成为不争的事实[14]。在此背景下，1951 年以来中国气候也呈明显的变暖趋势[15]。气候变暖使中国大部分地区热量资源增多，农业气候带北移，作物生长季延长[16]，各地适宜种植的农作物及其品种也发生了相应的变化[17-19]，但迄今有关气候变化对中国紫花苜蓿种植影响的研究还很少见。新疆地处欧亚大陆腹地，光照充足，热量丰富，气温日较差大，平原绿洲地带虽降水稀少，但天山、阿尔泰山和昆仑山区较丰沛的降水及高山冰川、积雪融水形成的径流为绿洲农业提供了较稳定的灌溉水资源保障[19-20]。独特的气候和生态条件以及广袤的土地资源，使新疆成为我国紫花苜蓿种植历史最悠久、种植规模最大的地区之一[21]。进入21 世纪以来，随着农业产业结构的调整，新疆农业种植由传统的“粮–经”二元结构向“粮–经–饲”三元结构转变，紫花苜蓿的种植进入了快速发展时期，2015 年全疆紫花苜蓿种植面积达35.167 7 × 104hm2，总产量6.008 44 × 108kg[22]，居全国前列。但由于幅员辽阔，地形地貌复杂，气候类型多样，新疆各地种植紫花苜蓿的气候适宜性及其品种类型不同。另外，自1961 年以来，受全球气候变暖的影响，新疆气候总体呈显著的“暖湿化”趋势，并且20 世纪90 年代末期以来气候变暖的速率进一步加快[17-19]，气候变暖必将对新疆紫花苜蓿的种植也产生广泛而深刻的影响。近年来，作为全国紫花苜蓿区划的一部分，新疆紫花苜蓿区划在一些学者的研究[8-12]中有过粗略体现，但作为独立的省(区)级专项区划至今仍未系统开展，而有关气候变化对新疆紫花苜蓿种植适宜性影响的研究更是鲜见报道。因此，在分析影响新疆紫花苜蓿种植的主要气候因素时空变化规律的基础上，结合紫花苜蓿的秋眠性气候指标，就气候变化对新疆不同秋眠级紫花苜蓿种植气候适宜性的影响及其分区进行研究和分析，以期为适应气候变化，科学制定新疆紫花苜蓿种植发展规划和品种布局，促进紫花苜蓿产业的持续稳定发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

新疆位于中国西北边陲，坐标73°40 − 96°18′ E，34°25′ − 48°10′ N，面积166.49 × 104km2，是中国陆地面积最大的省级行政区，其地形可概括为“三山夹二盆”，北部阿尔泰山，南部为昆仑山系，天山横亘于中部，准噶尔盆地和塔里木盆地分别位于阿尔泰山与天山之间以及天山与昆仑山之间。习惯上将天山以南称作南疆，天山以北为北疆，吐鲁番盆地、哈密盆地为东疆。新疆地势高差悬殊，最低点吐鲁番艾丁湖海拔−155 m，最高点喀喇昆仑山脉的主峰乔戈里峰海拔8 611 m。由于深居内陆，远离海洋，新疆属典型的温带大陆性气候，日照充足，昼夜温差大，降水稀少，气候干燥。独特的气候，广袤的土地资源，使新疆成为我国重要的粮、棉、特色林果和畜牧业生产基地。

1.2 资料来源

选取新疆气象信息中心(http://10.185.89.55/cim issapiweb/)提供的新疆境内102 个气象站1961−2019 年逐日平均气温、最低气温资料以及各站地理坐标和新疆地理信息数据资料(图1)。

1.3 不同秋眠级紫花苜蓿气候适宜性指标

图 1 新疆海拔高度及气象站点分布Figure 1 The distribution of elevation and 102 meteorological stations in Xinjiang

影响紫花苜蓿种植的因素较多，既有品种、栽培技术、土壤和灌溉条件等农业因素，还与生长季热量、越冬期的低温以及降水量等气候因素密不可分，其中，气候条件是影响不同秋眠级紫花苜蓿种植的基础性因素[1-3]。新疆降水稀少，紫花苜蓿对水分条件的需求主要通过灌溉得到有效保障，因此，本研究仅考虑紫花苜蓿生长期的热量条件及越冬期的低温作为其种植气候适宜性判别因子。由于日均气温(Tmean) ≥ 5 ℃是紫花苜蓿生长的界限温度[7-8,23]，因此，以 ≥ 5 ℃积温作为评价新疆紫花苜蓿生长期热量条件的气候因子，另以冬季最低气温(Tmin)作为判别紫花苜蓿越冬安全性的气候因子[2-3]。由于新疆 ≥ 5 ℃积温和冬季最低气温的年际波动和年代际变化都较大，若以 ≥ 5 ℃积温和冬季最低气温的多年平均值作为判别紫花苜蓿生长季热量条件和越冬安全性的指标，则只有50%成功的把握，因此，从稳产高产角度考虑，本研究采用80%保证率的 ≥ 5 ℃积温作为新疆紫花苜蓿生长期热量指标因子，90%保证率的冬季最低气温作为紫花苜蓿越冬期的低温指标因子[17-19,24-25]，参考关于紫花苜蓿种植气候适宜性指标的研究结果[7-11]，并结合新疆实际情况，确定各秋眠级紫花苜蓿种植适宜气候指标及其等级划分标准(表1)。由于以上两项气候指标对紫花苜蓿种植的影响是相互独立的，具有不可替代性，因此，必须同时具备。

表 1 新疆不同秋眠级紫花苜蓿种植气候适宜性指标Table 1 The climatic suitability indices for different fall dormancy grades alfalfa p lanting in Xinjiang

1.4 各指标气候要素的统计方法

1) ≥ 5 ℃积温：采用5 日滑动平均法[25]确定各年份日平均气温稳定通过 ≥ 5 ℃的初日和终日，≥5 ℃初、终日间逐日平均气温之和为 ≥ 5 ℃活动积温，简称 ≥ 5 ℃积温。

2) 冬季最低气温：上年秋末冬初日平均气温稳定 ＜ 0 ℃的初日至当年冬末春初日平均气温稳定 ＜0 ℃的终日为冬季[26]，期间出现的最低气温，称作冬季最低气温。

结合医院管理要求：从环境来看，干净整洁，无污染源，具有独立性，流水线工作，管理为封闭式，不会受到外界影响。合理划分回收污染物品和清洁物品的包装及无菌物品发放区域，利用强制性通过方式规定污染区、清洁区和无菌区路线，禁止逆行。

3) 80%保证率 ≥ 5 ℃积温和90%保证率冬季最低气温：由于热量要素服从正态分布[25]，根据正态分布中保证率与随机变量的关系，利用研究时段内各站 ≥ 5 ℃积温和冬季最低气温序列多年平均值与序列的样本标准差，计算80%保证率 ≥ 5 ℃积温和90%保证率冬季最低气温值[25]。

4) 缺失或不连续资料的插补：对少数因建站较晚、迁站或资料缺测，导致1961−2019 年 ≥ 5 ℃积温或冬季最低气温序列不完整、不连续的站点，以临近的天气气候条件及地形条件基本相似且资料序列完整的站作为基本站[27]，利用与基本站气候要素的线性回归关系(P ＜ 0.001)进行插补或延长[27]，以获取完整的 ≥ 5 ℃积温和冬季最低气温资料序列。

1.5 各指标气候要素变化趋势分析方法

用线性倾向率[28]对1961−2019 年新疆 ≥ 5 ℃积温和冬季最低气温的变化趋势进行分析。由于1961 年以来新疆各热量要素的变化具有阶段性差异[19]，主要表现为，20 世纪60 年代至70 年代 ≥ 5 ℃积温和冬季最低气温均为近50 多年最低；80 年代至90 年代冬季最低气温显著升高，而 ≥ 5 ℃积温变化不大；进入21 世纪以来，≥ 5 ℃积温显著升高，而冬季最低气温却又略呈降低趋势。因此，为明确不同阶段各指标要素的变化对不同秋眠级紫花苜蓿种植的影响，将1961−2019 年划分为1961−1980年(时段Ⅰ)、1981−2000 年(时段Ⅱ)和2001−2019 年(时段Ⅲ)3 个研究时间段进行对比分析。

1.6 各指标气候要素的栅格化数学模型

新疆地域辽阔，地形地貌复杂，地势高差悬殊，气候类型多样[19-20,26]，但气象站点稀疏且分布不均(图1)，为提高各指标气候要素空间分布式模拟的精度，采用混合插值法(宏观地理因子的三维二次趋势面模拟与反距离加权残差订正相结合)对各研究时段80%保证率 ≥ 5 ℃积温和90%保证率冬季最低气温进行500 m × 500 m 栅格点的空间插值模拟[17-19]，计算公式：

式中： w 为各要素的栅格点模拟值； w(λ,φ,h)为宏观地理因子影响的各要素的栅格点模拟值； ε为局部小地形因子和随机因素对各要素的影响，即残差项； λ为栅 格 点的平均经度(°)； φ为栅格点的平均纬度(°)；h为栅格点的平均海拔高度(m)；b0, b1, b2,··· ,b9为待定系数。 ε的栅格点插值模拟采用反距离加权法，插值计算公式：

式中： ε为指标要素残差项的栅格点模拟值；n 为用于插值的气象站点的数目； εi为第i 个气象站点指标要素的残差值；di为插值的栅格点与第i 个气象站点之间的欧氏距离；k 为距离的幂。

1.7 不同秋眠级紫花苜蓿种植气候适宜性分析

在ArcGIS 10.5 平台上将经过空间插值模拟的不同时段各指标气候要素的栅格化图层进行分级和叠加处理，即可获得新疆不同时段各秋眠级紫花苜蓿种植气候适宜性区划图，并对其进行分区评述。

2 结果与分析

2.1 各指标气候要素变化趋势

2.1.1 ≥ 5 ℃积温

图 2 1961−2019 年新疆 ≥ 5 ℃积温变化Figure 2 Change of the ≥ 5 ℃ accumulated tem perature in Xinjiang from 1961 to 2019

2.1.2 冬季最低气温

1961−2019 年新疆冬季最低气温总体以0.63 ℃·10 a−1的倾向率呈极显著(P ＜ 0.001)上升趋势(图3)，59 年来升高了3.7 ℃。就3 个时段全疆平均冬季最低气温的变化情况来看(表2)，时段Ⅰ最低，为−26.3 ℃，较59 年平均值偏低1.8 ℃；时段Ⅱ升至−23.3 ℃，较时段Ⅰ升高了3.0 ℃，比59 年平均值偏高1.2 ℃，升温明显；进入21 世纪以来，时段Ⅲ冬季最低气温又略有降低，为−23.8 ℃，较时段Ⅱ降低了0.5 ℃，但仍较59 年平均偏高0.7 ℃。3 个时段90%保证率冬季最低气温的变化与冬季最低气温平均值的变化基本一致，即时段Ⅰ的90%保证率最低气温最低，为−29.9 ℃，比59 年的90%保证率最低气温低1.2 ℃；时段Ⅱ升至−27.0 ℃，较时段Ⅰ升高了2.9 ℃，比59年的90%保证率最低气温偏高1.7 ℃；时段Ⅲ略有降低，为−27.8 ℃，较时段Ⅱ降低了0.8 ℃，但仍较59 年的90%保证率最低气温偏高0.9 ℃。比较各时段90%保证率冬季最低气温与同期冬季最低气温平均值可以看出，前者较后者偏低3.7～4.0 ℃。

2.2 各气候指标空间分布及其变化

2.2.1 80%保证率 ≥ 5 ℃积温

新疆80%保证率 ≥ 5 ℃积温的空间分布总体呈现“南疆多，北疆少；平原和盆地多，山区少”的特点(图4)。时段Ⅰ(1961–1980 年)，80%保证率 ≥ 5 ℃积温多于5 000 ℃·d (5 000～5 841 ℃·d)的区域仅在东疆的吐鲁番盆地、哈密盆地腹地有少量分布；南疆的塔里木盆地、东疆的吐鲁番盆地和哈密盆地大部以及北疆的准噶尔盆地西南缘局部为4 000～5 000 ℃·d；准噶尔盆地大部，塔里木盆地、吐鲁番盆地和哈密盆地周边山前倾斜平原为3 000～4 000 ℃·d；准噶尔盆地周边山前倾斜平原及塔里木盆地、吐鲁番盆地和哈密盆地周边低山丘陵地带为2 300～3 000 ℃·d；阿尔泰山和天山山区以及昆仑山的中、高山带不足2 300 ℃·d。时段Ⅱ(1981–2000 年)与时段Ⅰ相比，80%保证率 ≥ 5 ℃积温的空间分布格局变化不大，其中，80%保证率 ≥ 5 ℃积温多于5 000 ℃·d(5 000～5 940 ℃·d)和4 000～5 000 ℃·d 的区域略有扩 大，而3 000～4 000 ℃·d 和2 300～3 000 ℃·d 以及不足2 300 ℃·d 的区域略有减小。时段Ⅲ(2001−2019 年)较时段Ⅱ，各等级80%保证率 ≥ 5 ℃积温区的海拔上限抬升了100～200 m，因此，80%保证率 ≥ 5 ℃积温多于5 000 ℃·d (5 000～6 178 ℃·d)和4 000～5 000 ℃·d 的区域向高海拔或高纬度方向明显的扩张，而3 000～4 000 ℃·d 及2 300～3 000 ℃·d 的区域明显减小，不足2 300 ℃·d 的区域向高海拔方向略有压缩。新疆没有80%保证率 ≥ 5 ℃积温6 300 ℃·d 以上区域出现。

表 2 1961−2019 年不同时期新疆紫花苜蓿种植气候区划指标要素值Table 2 Climatic regionalization index value of alfalfa in different periods in Xinjiang from 1961 to 2019

图 3 1961−2019 年新疆冬季最低气温变化Figure 3 Change of w inter m inimum tem perature from 1961 to 2019 in Xinjiang

2.2.2 90%保证率冬季最低气温

图 5 1961−2019 年新疆90%保证率冬季最低气温空间分布Figure 5 The spatial distribution of guarantee rate 90%w inter m inimum tem perature from 1961 to 2019 in Xinjiang

新疆90%保证率冬季最低气温的空间分布总体呈现“南疆高，北疆低；平原高，山区低”的特点，另外，准噶尔盆地腹地受冬季“冷湖”效应的影响[26]，也是冬季最低气温的低值区(图5)。时段Ⅰ，塔里木盆地和吐鲁番盆地大部高于−23.3 ℃ (−23.3～−16.4 ℃)；塔里木盆地和吐鲁番盆地周边山前倾斜平原和低山带、哈密盆地大部、伊犁河谷以及准噶尔盆地西部和东部低平原地带为−31.7～−23.3 ℃；北疆北部、西部，准噶尔盆地腹地，以及天山和昆仑山中高山带为−40.0～−31.7 ℃；阿尔泰山区以及天山和昆仑山的高山带低于−40.0 ℃。时段Ⅱ与时段Ⅰ相比，除昆仑山高山带90%保证率冬季最低气温略有降低，其−40.0 ℃～−31.7 ℃和低于−40.0 ℃的区域略有扩大外，全疆大部90%保证率冬季最低气温呈上升趋势，升幅在0.1～3.0 ℃，受其影响，各等级90%保证率冬季最低气温区的海拔上限抬升了100～300 m，90%保证率冬季最低气温高于−23.3 ℃ (−23.3～−13.6 ℃)和−31.7～−23.3 ℃的区域明显扩大，而−40.0～−31.7 ℃和低于−40.0 ℃的区域明显向高海拔或高纬度方向压缩。时段Ⅲ与时段Ⅱ相比，全疆90%保证率冬季最低气温的空间分布格局变化不大，但各地仍略有变化，其中，北疆沿天山西部、伊犁河谷以及天山、昆仑山高山带升温0.1～1.5 ℃，全疆其余大部降温0.2～2.0 ℃，受其影响，北疆北部，天山、阿尔泰山以及昆仑山区90%保证率冬季最低气温−40.0～−31.7 ℃和低于−40.0 ℃的区域有所减小，−31.7～−23.3 ℃的区域有所扩大，而高于−23.3 ℃(−23.3～−13.0 ℃)的区域变化不大。全疆没有90%保证率冬季最低气温高于−12.0 ℃·d 的区域。

2.3 不同秋眠级紫花苜蓿气候适宜性区划

2.3.1 秋眠级4～6 级紫花苜蓿适宜种植区

时段Ⅰ，该秋眠级紫花苜蓿适宜种植区在塔里木盆地以及吐鲁番盆地的腹地(图6)，面积51.677 5 ×104km2，占新疆总面积的31%。时段Ⅱ，该秋眠级紫花苜蓿适宜种植区在塔里木盆地变化不明显，但在吐鲁番盆地明显扩大，另在哈密盆地也有一定规模的出现，其面积增至56.459 4 × 104km2，增大了4.781 9 ×104km2，占比增大到34%。时段Ⅲ，该区在塔里木盆地、吐鲁番盆地和哈密盆地均进一步扩大，其面积增至62.702 6 × 104km2，较时段Ⅱ扩大了6.243 2 ×104km2，占比增大到38% (表3)。

该种植区属暖温带气候区[19]，是新疆热量资源最丰富的区域，80%保证率 ≥ 5 ℃积温在4 000 ℃·d以上，吐鲁番盆地和哈密盆地腹地可达5 000 ℃·d以上(但不足6 300 ℃·d)，积温条件能够满足秋眠级4～6 级的半秋眠性紫花苜蓿的种植，其中，吐鲁番盆地和哈密盆地腹地甚至能满足秋眠级7～8 级的非秋眠性紫花苜蓿的种植。可是由于该种植区90%保证率冬季最低气温虽高于−23.3 ℃，但低于−12.0 ℃，因此，只能种植秋眠级4～6 级的半秋眠性紫花苜蓿品种。

图 6 1961−2019 年新疆紫花苜蓿秋眠级及适宜气候区划Figure 6 The climatic zoning of fall dormancy grades and suitable alfalfa variety from 1961 to 2019 in Xinjiang

对比可以看出，90%保证率冬季最低气温−23.3 ℃以上区域普遍较80%保证率 ≥ 5 ℃积温4 000 ℃·d以上的区域大，按照“木桶短板定律”，秋眠级4～6 级紫花苜蓿适宜种植区的分布主要取决于80%保证率 ≥ 5 ℃积温，而90%保证率冬季最低气温对其影响不大。3 个时段的秋眠级4～6 级紫花苜蓿适宜种植区与同时期80%保证率 ≥ 5 ℃积温4 000 ℃·d 以上区域的一致性和吻合度远高于90%保证率冬季最低气温−23.3 ℃以上区域，也证明了这一点。近59 年新疆秋眠级4～6 级紫花苜蓿适宜种植区扩大的成因主要是，气候变暖使80%保证率 ≥ 5 ℃积温4 000 ℃·d 以上区域总体向高海拔、高纬度方向扩张，与此同时90%保证率冬季最低气温−23.3 ℃以上的区域也明显扩大。秋眠级4～6级紫花苜蓿适宜种植区光热气候资源丰富，紫花苜蓿生长季长，收获茬次多(可收获4～5 茬)，产量高、品质优，因此，是新疆紫花苜蓿种植最理想的区域。

表 3 新疆不同时期紫花苜蓿秋眠级及适宜种植品种区域面积Table 3 The statistics result of all dormancy grades and suitable alfalfa variety p lanting area in different periods

2.3.2 秋眠级2～3 级紫花苜蓿适宜种植区

时段Ⅰ，秋眠级2～3 级的紫花苜蓿适宜种植区主要分布在塔里木盆地周边山前倾斜平原、吐鲁番盆地和哈密盆地大部、伊犁河谷以及准噶尔盆地西部和东部的低平原地带(图6)，面积33.906 5 × 104km2，占新疆总面积的20%。时段Ⅱ较时段Ⅰ，2～3 级紫花苜蓿适宜种植区在塔里木盆地、吐鲁番盆地和哈密盆地有所减小，但在北疆却明显扩大，具体表现为：准噶尔盆地原先秋眠级1～2 级的适宜种植区大部被2～3 级适宜种植区所覆盖，全疆秋眠级2～3 级的紫花苜蓿适宜种植区面积增至38.066 6 × 104km2，较时段Ⅰ增大了4.160 1 × 104km2，占比增大到23%，增大3 个百分点。时段Ⅲ与时段Ⅱ相比，该秋眠级紫花苜蓿适宜种植区在北疆变化不大，南疆和东疆略有减小，其面积略降至36.366 6 × 104km2，较时段Ⅱ缩小了1.700 0 × 104km2，占比降至22% (表3)。

该种植区大部属中温带气候区[19]，80%保证率≥ 5 ℃积温3 000～4 200 ℃·d，90%保证率冬季最低气温−31.7 ℃～−23.3 ℃，气候条件适合秋眠级2～3 级的紫花苜蓿种植，年收获3～4 茬。对照3 个时段秋眠级2～3 级紫花苜蓿适宜种植区与同时段80%保 证 率 ≥ 5 ℃积 温3 000～4 200 ℃·d 和90%保证率冬季最低气温−31.7～−23.3 ℃区域的分布，可以看出该秋眠级紫花苜蓿适宜种植区及其变化主要受90%保证率冬季最低气温的影响，80%保证率 ≥ 5 ℃积温对其影响不大。时段Ⅱ较时段Ⅰ因90%保证率冬季最低气温显著升高，全疆尤其是北疆90%保证率冬季最低气温−31.7～−23.3 ℃的区域明显扩大，因此，秋眠级2～3 级的紫花苜蓿适宜种植区也明显扩大；时段Ⅲ较时段Ⅱ的90%保证率冬季最低气温略有降低，因此，全疆2～3 级秋眠级紫花苜蓿的适宜种植区也略有缩小。

2.3.3 秋眠级1～2 级紫花苜蓿适宜种植区

时段Ⅰ，秋眠级1～2 级的紫花苜蓿适宜种植区主要分布在北疆北部、西部，准噶尔盆地腹地以及天山和昆仑山中、低山带(图6)，面积25.709 6 × 104km2，占新疆总面积的15%。时段Ⅱ较时段Ⅰ，该区明显减小，主要表现为，时段Ⅰ准噶尔盆地大部秋眠级1～2 级紫花苜蓿适宜种植区至时段Ⅱ已被秋眠级2～3 级所取代，全疆秋眠级1～2 级适宜种植区面积缩小至17.354 6 × 104km2，较时段Ⅰ减小了8.355 ×104km2，占比减小到10%。时段Ⅲ较时段Ⅱ，该秋眠级的适宜种植区的分布和面积变化不大(表3)。

该种植区属中温带和寒温带过渡气候区[19]，热量条件相对匮乏，80%保证率 ≥ 5 ℃积温2 300～3 000 ℃·d，冬季气温较低，90%保证率冬季最低气温−40.0～−31.7 ℃，综合气候条件仅适合秋眠级1～2 级紫花苜蓿的种植，年收获2～3 茬。

对照3 个时段秋眠级1～2 级紫花苜蓿适宜种植区与同期80%保证率 ≥ 5 ℃积温2 300～3 000 ℃·d和90%保证率冬季最低气温−40.0～−31.7 ℃区域的分布，可以看出该秋眠级紫花苜蓿适宜种植区的分布主要受90%保证率冬季最低气温的影响，而80%保证率 ≥ 5 ℃积温的变化对其影响不大。时段Ⅰ至时段Ⅱ因90%保证率冬季最低气温显著升高，北疆及天山山区90%保证率冬季最低气温−40.0～−31.7 ℃的区域明显缩小，因此，秋眠级1～2 级紫花苜蓿适宜种植区也明显减小；时段Ⅲ较时段Ⅱ的90%保证率冬季最低气温变化不大，因此该秋眠级紫花苜蓿的适宜种植区也稳定少变。

2.3.4 紫花苜蓿不宜种植区

阿尔泰山、天山和昆仑山区大部属寒温带和亚寒带，高海拔区域属高山寒带气候区[19]，热量资源严重匮乏，80%保证率 ≥ 5 ℃积温不足230 0 ℃·d，难以满足紫花苜蓿生长发育对热量条件的基本需求，加之冬季严寒，90%保证率冬季最低气温低于−40.0 ℃，紫花苜蓿安全越冬没有保障，因此，该区域不适宜紫花苜蓿的种植(图6)。可以看出紫花苜蓿不适宜种植区及其变化主要受80%保证率 ≥ 5 ℃积温的影响，时段Ⅰ至时段Ⅱ因各山区80%保证率 ≥ 5 ℃积温少于2 300 ℃·d 的区域变化不大，因此该区也稳定少变；时段Ⅲ较时段Ⅱ80%保证率 ≥ 5 ℃积温少于2 300 ℃·d 的区域总体向高海拔收缩，因此，紫花苜蓿不宜种植区也有所减小(表3)。

3 讨论与结论

自20 世纪60 年代以来国内外关于紫花苜蓿的秋眠性以及不同秋眠级紫花苜蓿种植对气候条件要求的研究已渐趋成熟[2-7]，基于此，近年来以秋眠性气候指标为依据的紫花苜蓿种植气候适宜性区划逐渐受到业内学者的关注[1,8-12]，区划方法多是利用研究区有限的气象站点的历史气候资料，在GIS平台上采用反距离加权 (IDW)或克里金(Kriging)法[8-12]分别对各指标气候要素进行栅格化空间插值，将分级后的各指标气候要素的栅格化图层进行叠加处理，获得区划图，由于IDW、Kriging 空间插值法未能考虑海拔高度、纬度、经度等地理因素对气候要素的影响[29]，因此，区划结果大多较为粗糙[8-12]，难以满足现代农牧业发展对紫花苜蓿种植精细化气候区划的需求。本研究采用宏观地理因子的三维二次趋势面模拟与反距离加权残差订正相结合的混合插值法[17-19,29]对各指标气候要素进行栅格化空间插值，充分考虑了新疆“三山夹两盆”的复杂地貌对气候要素的影响，并兼顾局地气候的分布特点，因此，各指标气候要素的空间插值模拟精度较高，区划结果更加精细、科学。

本研究基于紫花苜蓿气候区划指标和区划方法研究工作的结果[7-12]，使用统计学方法以及ArcGIS的空间插值技术，结合新疆气候特点，就气候变暖背景下近59 年新疆不同秋眠级紫花苜蓿种植适宜性的变化进行了初步研究，得出以下主要结论。1)影响新疆紫花苜蓿种植的主要气候要素是80%保证率 ≥ 5 ℃积温和90%保证率冬季最低气温，两项气候要素的空间分布总体呈现“南疆多(高)，北疆少(低)；平原多(高)，山区少(低)”的特点，在综合作用下，秋眠级4～6 级紫花苜蓿适宜种植区主要在南疆的塔里木盆地以及东疆的吐鲁番盆地和哈密盆地；秋眠级2～3 级紫花苜蓿适宜种植区分布在塔里木盆地、吐鲁番盆地和哈密盆地周边的山前倾斜平原，伊犁河谷以及准噶尔盆地西部和东部的低平原地带；秋眠级1～2 级紫花苜蓿适宜种植区在北疆北部、西部，准噶尔盆地腹地以及天山和昆仑山中低山带；阿尔泰山、天山和昆仑山区大部为不适宜种植区。此区划结果与北疆地区主要种植“阿尔冈金”、“胖多”、“金皇后”等秋眠级2～3 级的紫花苜蓿品种[30]以及南疆地区多种植秋眠级4～6 级的半秋眠性品种新疆“大叶苜蓿”[21]的实际一致，这说明此区划值得信赖。2)气候变暖使近59 年新疆80%保证率 ≥ 5 ℃积温和90%保证率冬季最低气温呈显著增多或升高趋势，受其影响，新疆秋眠级4～6 级和2～3 级紫花苜蓿适宜种植区域呈扩大趋势，而秋眠级1～2 级适宜种植区以及不宜种植区呈减小趋势，这对新疆紫花苜蓿种植的发展具有重要实际意义。

需要指出的是，在实际生产中，紫花苜蓿种植区域的确定不仅受生长季热量条件、冬季最低气温的影响，同时还与土壤、灌溉条件及冬季积雪等因素密不可分[1,7-12]。因此，在本研究工作基础上，统筹考虑自然、社会和经济因素的综合影响，制定更加符合新疆生产实际的紫花苜蓿种植区划和发展规划，是今后的主要研究工作之一。另外，未来随着气候的继续变暖[14-15]以及紫花苜蓿新品种的培育和引进[31]，新疆紫花苜蓿种植气候适宜性区划也须随之适时更新和完善。