气候变暖对西藏林芝地区作物生产的影响

次仁央金 吴 尧 陈 阜 卓 嘎 雷永登*

(1.中国农业大学 农学院, 北京 100193； 2.西藏农牧学院 植物科学学院，西藏 林芝 860000)

全球气候变暖已是不争的事实[1]。国家气候变化评估报告指出，1912—2012年中国年平均气温明显增加，升温幅度约为0.5～0.8 ℃，比同期全球升温幅度平均值略高[2]。我国的北方地区和青藏高原增温相比其他地区更为显著[2]。1961—2010年西藏暖冬的次数明显增加，各地冬季平均气温呈升高趋势，升幅为0.29～1.04 ℃/10年，尤其是近20年升温更强烈，达0.73～2.36 ℃/10年，2009年7月24日拉萨最高温度第二次突破有气象记录以来的最高气温30.4 ℃[3-4]。林芝地区是西藏热量资源最丰富的地区，是西藏典型的一年两熟农作区，作物生产状况代表藏东南地区种植业发展水平。

气候变化会对农业生产带来诸多影响和挑战。气候变化会引起作物种植界限和布局变化[5-6]；气候要素的变异也会影响作物生长发育、产量及品质[7-9]。青藏高原是对全球气候变化最为敏感的区域之一。不少学者围绕西藏林芝地区耕作制度和气候区划，霜冻暴雨等气象灾害，降水和气温等农业气候资源，气候变化对冬小麦播期影响以及冬小麦种植气候适宜性区划等方面开展了一些研究。乔卓玛等[10-12]研究认为，1978—2018年，林芝地区雷暴灾害主要集中在4—10月；霜冻有所减少，初霜日以1.4 d/10年的速度推迟，终霜日以1.6 d/10年的速率提早，无霜期平均延长3.0 d/10年，增温趋势显著；林芝地区中部的冬小麦传统播期内降水量微弱减少，而气温逐渐升高，播期明显推迟；相关分析表明冬小麦和油菜适宜区以察隅县和波密县为主。尽管气候变化对林芝地区农作物生产的影响受到越来越多的关注，但现有的研究大多局限于单纯的气象指标分析，针对气候变化对于本区域不同作物的物候期变化、种植面积、作物结构以及产量变化等方面的综合影响分析还鲜有报道。

本研究选取西藏林芝地区气象数据较为完备的4个县为研究区，冬小麦、玉米、春青稞和春油菜为林芝主要农作物，通过划分喜温作物和喜凉作物不同生长季，分析林芝地区1981—2018年气候变化对于区域作物物候期、种植结构及产量变化的影响，旨在揭示历史气候变化对林芝地区主要作物生产的实际影响，以期为今后气候变化背景下合理调整该地区作物种植结构和优化农业生产布局提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 区域概况

西藏林芝地区位于喜马拉雅山南部，地势北高南低，平均海拔3 100 m，属亚热带湿润和半湿润气候区，水热充足，物种丰富。冬小麦、春青稞和玉米是林芝地区最主要的粮食作物，分别占该地区粮食作物种植面积的40%、29%和11%，经济作物油菜占粮食作物种植面积的9%。本地区辖行政县7个，主要的种植业县包括林芝县、波密县、米林县和察隅县。年平均温度9.78 ℃，年降雨量746.69 mm，年均日照时数1 156.14 h，无霜期193 d，水资源丰富，占西藏水资源量的70%以上。

1.2 数据来源

本研究根据国家气象数据共享网和林芝地区林芝、波密、米林和察隅县当地基准气象站点，选取1981—2018年气象数据(表1)。各县逐日气象数据包括最低气温、平均气温、最高气温、降雨量、日照时数和相对湿度等，林芝地区作物生长季的各项气候要素值是根据4个站点作物生长季气候要素值平均所得。1986—2018年林芝地区及4个县的冬小麦、玉米、春青稞和油菜等作物面积和产量数据来自《林芝地区统计年鉴》(1990—2019)[13]。

表1 西藏林芝地区气象站点信息Table 1 Meteorological stations information of Nyingchi region

1.3 研究方法

林芝地区4个县喜温作物气候生长期和喜凉作物气候生长期，是根据4个站点逐日日平均气温数据,采用五日滑动平均法，求算理论生长期界限温度10和0 ℃的起止日期(初日和终日)和持续期所得。再结合林芝地区主要农业县实际作物生产的经验农时，综合划分该区的普遍作物生长季和不同作物生长季。

普遍作物生长季也就是本地历年开春播种到秋季收获的季节，划分范围为每年的3—10月；不同作物生长季是按照历年各类作物不同播期划分，把该区的主要粮食作物划分为小春作物、大春作物和秋播作物。小春作物是指当地早春播种的作物，生长季划分范围为3—8月，主要代表作物有春青稞、春小麦和春油菜等，属于喜凉作物；大春作物是指当地晚春播种的作物，生长季划分范围为5—10月，主要代表作物为玉米，属于喜温作物；秋播作物是指当地秋季播种的作物，生长季划分范围为当年10月—次年7月，主要代表作物有冬小麦和冬油菜等，也属于喜凉作物。

采用气象单产分解法，量化分析气候变化对作物单产的影响。首先根据历年不同作物统计总产量和统计总面积求算历年单产，然后采用滑动平均方法(5年滑动平均)求得趋势单产[14]，再将历年实际单产减去历年趋势单产，得到该作物的气象单产。

2 结果与分析

2.1 林芝地区作物生长季气候变化特征

由表2可知，1981—2018年林芝地区作物生长季气温距平呈增高趋势，尤其自1998年开始作物生长季平均气温距平基本为正值，气温距平最高值为1.00 ℃，出现在2009年，生长季平均气温为14.06 ℃，距平最低值为-0.87 ℃，生长季平均气温差值为1.86 ℃，2008—2018年平均气温偏高0.48 ℃。从不同作物生长季来看，秋播作物生长季平均气温距平变化较为明显，距平由1982年的-1.01 ℃ 升高到2017年的0.94 ℃，平均气温偏0.77 ℃；其次是玉米等大春作物生长季平均气温距平由1997年的-0.79 ℃升高到2009年的1.12 ℃，升高1.91 ℃，2008—2018年平均气温偏高1.31 ℃。小春作物生长季平均气温距平由1990年的-0.67 ℃ 升高到2009年的0.96 ℃，升高1.63 ℃，平均气温偏1.63 ℃。说明1981—2018年林芝地区4个县均表现秋播喜凉作物生长季气温上升明显，其次是小春喜凉作物, 分别以0.34和0.29 ℃/10年的速率增加。

表2 林芝地区作物生长季及主要农作物生长季年平均气温距平值Table 2 Interannual variations of mean temperature anomaly during the whole crop growing and the main crop growing seasons of different counties in Nyingchi area ℃

由表3可知，1981—2018年降水量距平最低值出现在2009年为-232.71 mm。从不同作物生长季年平均降水量距平变化来看，1981—2018年秋播作物生长季降水量减少较为明显，在2000年之后降水量距平趋势基本在负值区，最低距平值为-171.33 mm，其中减少最明显的是察隅县，其次是波密县。分别以-29.6和-11.13 mm/10年速率减少。玉米等大春作物生长季年平均降水量距平呈减少趋势。春青稞等小春作物生长季年平均降水量距平变化呈微弱增加趋势，最高距平值为471.93 mm，其中米林县降水量距平增加较为明显，其次是林芝县。近年来林芝地区种植春播麦类作物面积明显减少，可能与春播作物生长季降水量的增加有一定的正相关。降水多、日照时数减少，对作物光合作用有一定的影响，可能造成产量降低，导致种植面积减少。

表3 林芝地区作物生长季及主要农作物生长季年平均降水量距平值Table 3 Interannual variations of annual mean precipitation anomaly during the whole crop growing season and the main crops growing season of different counties in Nyingchi region mm

2.2 气候变化对作物生长物候期的影响

2.2.1喜凉作物物候期变化特征

由图1可知，林芝县喜凉作物气候生长期初日呈提前趋势，提前速率为3.75 d/10年；气候生长期终日呈微弱的推迟趋势，气候生长期持续期以5.34 d/10年的速率延长。波密县喜凉作物气候生长期初日明显提前，提前速率为4.78 d/10年；气候生长期终日推迟速率为2.72 d/10年；波密县喜凉作物气候生长期持续期以11.7 d/10年的速率延长，见图2。米林县喜凉作物气候生长期初日明显提前，提前速率为6.48 d/10年，见图3；终日呈推迟趋势，推迟速率为5.03 d/10年；米林县喜凉作物气候生长期持续期呈延长趋势，延长速率为11.41 d/10年。

图1 1981—2018年林芝县喜凉作物气候生长期物候年际变化特征Fig.1 Interannual variations of the phenological periods for chimonophilous crops in Nyingchi County (1981-2018)

图2 1981—2018年波密县喜凉作物气候生长期物候年际变化特征Fig.2 Interannual variations of the phenological periods for chimonophilous crops in Bome County (1981-2018)

图3 1981—2018年米林县喜凉作物气候生长期物候年际变化特征Fig.3 Interannual variations of the phenological periods for chimonophilous crops in Mainling County (1981-2018)

2.2.2喜温作物物候期变化特征

由图4可知，林芝县喜温作物气候生长期初日呈微弱提前趋势，提前速率为2.54 d/10年；生长期终日呈略微推迟趋势，推迟速率为2.72 d/10年；生长持续期以4.27 d/10年的速率呈明显延长趋势。波密县喜温作物气候生长期初日略微呈提前趋势，终日呈推迟趋势，气候生长持续期基本保持平衡，见图5。察隅县喜温作物气候生长期初日提前趋势不够明显，见图6。米林县喜温作物气候生长期初日呈提前趋势，提前速率为1.64 d/10年；生长期终日以1.95 d/10年的速率推迟；喜温作物气候生长期持续期以3.57 d/10年的速率延长，见图7。

图4 1981—2018年林芝县喜温作物气候生长期物候年际变化特征Fig.4 Interannual variations of the phenological periods for thermophilic crops in Nyingchi County (1981-2018)

图5 1981—2018年波密县喜温作物气候生长期物候年际变化特征Fig.5 Interannual variations of the phenological periods for thermophilic crops in Bome County (1981-2018)

图6 1981—2018年察隅县喜温作物气候生长期物候年际变化特征Fig.6 Interannual variations of the phenological periods for thermophilic crops in Zayu County (1981-2018)

图7 1981—2018年米林县喜温作物气候生长期物候年际变化特征Fig.7 Interannual variations of the phenological periods for thermophilic crops in Mainling County (1981-2018)

综上所述，1981—2018年林芝地区各县喜凉作物和喜温作物气候生长期均呈延长趋势，并且喜凉作物生长期延长趋势较喜温作物更为明显，同时表现出一定的空间差异。米林县作物气候生长期延长趋势最明显，其次是波密县和林芝县喜凉作物生长期。根据生长季气候资源特征分析结果，作物生长期对气温升高响应明显，受降水影响不大。

2.3 林芝地区种植结构和作物单产变化

2.3.1主要作物播种面积变化特征

由图8可知，1986—2018年林芝地区玉米种植面积以0.61×103hm2/10年的速率增加。2004年之前增加速率为0.32×103hm2/10年，2004年之后增加趋势更加明显，增速为1.01×103hm2/10年，播种面积由2005年的1.95×103hm2增加到2018年的3.37×103hm2，玉米播种面积增加1.42×103hm2。2008—2018年玉米播种面积增加1.42×103hm2。

冬小麦是林芝地区主要传统粮食作物，1986—2018年，冬小麦面积整体震荡降低(图8(b))。小麦播种面积在1999年达到最大值，为8.23×103hm2，然后呈降低趋势。1986—1999年，小麦播种面积以平均1.34×103hm2/10年的速率增加，而在2000—2018年，剔除2002和2004年2个特殊数据点后，小麦播种面积呈微弱降低趋势，平均降低速率为0.13×103hm2/10年。林芝地区冬小麦面积减少，其中林芝县、察隅县和波密县冬小麦面积减少速度最大。

青稞是林芝地区最古老的传统作物之一，基本以春青稞为主，多年种植面积仅次于冬小麦居第二位。1986—2018年来林芝地区春青稞播种面积以-0.14×103hm2/10年的速率呈快速减少趋势(图8(c))。1986—1997年青稞种植面积呈下降趋势，以0.40×103hm2/10年的速率下降；1997—2014年青稞种植面积亦呈平稳下降趋势。林芝地区的油菜种植面积尽管较少，却是林芝地区主要的经济油料作物。1986—2018年油菜播种面积以0.35×103hm2/10年的速率呈现增加趋势(图8(d))，1986—1995年增速较快，以0.66×103hm2/10 年的平均速率增加，而1996—2018年，这一平均增加值为0.196×103hm2/10 年。此外，林芝地区蔬菜瓜果种植面积增加也较为明显。

“o”的代表实际面积；“—”代表趋势线。The “o” in the figure represents the actual area; The “—” line represents the trend line.图8 1986—2018年玉米、冬小麦、青稞和油菜播种面积变化特征Fig.8 Temporal changes in sown areas of maize, winter wheat, highland barley and rapeseed (1986-2018)

综上可见，1986—2018年林芝地区种植结构发生了较为明显的变化。冬小麦和青稞依然是林芝地区主要的粮食作物，但是种植面积呈减少趋势。玉米成为林芝地区粮饲兼用作物，面积已经超过油菜，总体增速为0.53×103hm2/10年，具有较大的发展潜力。1998—2018年林芝地区的油菜种植面积持续增加。

2.3.2主要作物单产变化特征

由图9可知，不同作物的单产差异较大。总体表现为玉米单产最高，其次是冬小麦和青稞，油菜单产最低。4种作物气象单产的变化趋势不明显。1986—2018年，玉米单产以112.64 kg/(hm2·年)的速率增加，其中1986—1997年增速最大，为214.97 kg/(hm2·年)，而1998—2018年，增加速率为84.58 kg/(hm2·年)(图9(a))。1986—2018年林芝地区冬小麦单产以35.25 kg/(hm2·年)的平均速率增加，其中1986—1997年，小麦单产增速最大，为161.90 kg/(hm2·年)，从1998年开始，冬小麦单产呈下降趋势，但下降速率较为缓慢，为13.76 kg/(hm2·年)(图9(b))。青稞单产在1986—2018年以48.43 kg/(hm2·年)的速率增加，其中1986—1999年增速最为突出，为112.53 kg/(hm2·年)，2000—2018年，呈震荡增加趋势，增速为7.04 kg/(hm2·年)(图9(c))。1986—2018年林芝地区油菜单产也呈增加趋势，速率为36.15 kg/(hm2·年)，其中以1986—2006年增加幅度最大，速率为48.50 kg/(hm2·年)，然后增加幅度降低，2007—2018年，增速为30.45 kg/(hm2·年)(图9(d))。

“•”代表统计单产；“o”代表气象单产；“—”代表趋势。The “•” represents the statistical yield per unit area; The “•” represents meteorological yield per unit area; The “—” represents the trend.图9 1986—2018年林芝地区玉米、冬小麦、青稞和油菜单产变化特征Fig.9 Temporal changes in yields of maize, winter wheat, highland barley and rapeseed (1986-2018)

3 讨 论

气候变化对作物物候期影响的相关研究表明，我国青藏高原的作物物候变化主要受温度和水分影响，气候暖干特征明显可使得物候期缩短，而暖湿特征明显则可延长物候期[15]。冬小麦生长物候期随生长季内平均温度上升而延长，春小麦物候期随平均温度上升而缩短[16]。作物生长季热量增加对提高作物单产和扩大种植面积有一定促进作用[17]。对西藏自治区林芝地区而言，1986—2018年玉米种植面积、单产的增加，除了人们观念转变和科技进步贡献之外，更多可能归功于生长季较明显的增温趋势。而冬季或秋播作物生长季增温显著，降水有所减少，可能是冬小麦播种面积和单产减少的主要原因之一。有研究表明，气温升高，使我国南方小麦减产1.7%～10.7%[18-19]。也有研究认为，玉米相比小麦对气候因子的敏感性高，气候变暖会导致玉米减产[20-21]，与本研究结果不太一致，主要原因可能是目前林芝地区作物生长季增温还处在玉米生长适宜范围内。

1986—2018年，林芝地区作物种植结构发生了明显的变化，表现为喜温作物种类和种植面积增加，部分传统喜凉作物面积明显减少。首先，林芝地区玉米播种面积较20世纪80年代增加1.60×103hm2；其次，蔬菜瓜果类播种面积以0.51×103hm2/10 年的速率增加；冬小麦和春青稞播种面积分别以-0.17×103和-0.14×103hm2/10 年的速率下降，主要是林芝县、米林县和波密县的播种面积减小。统计分析显示，林芝地区波密县是冬小麦和春油菜高产区，林芝县是春青稞和春玉米高产区。粮食作物单产变化趋势空间差异较大，春玉米单产总体呈增加趋势，主要由于林芝县、米林县和察隅县玉米产量呈现增加趋势。林芝地区冬小麦、春青稞单产自20世纪90年代中期开始呈下降趋势。众所周知，作物结构的变化也与当地农业发展政策有密切的关系，自2008年，林芝地区作为西藏自治区“后花园”和“菜篮子”基地，大力发展蔬菜和经济果林，同时推广粮食兼用玉米品种，使得林芝地区作物种类、面积等有了明显的变化。当然如果没有适宜的环境和气候条件，想种的作物也不可能种成。所以，林芝地区作物结构的变化也得益于气候变暖。

在气候变暖背景下，热量资源变化将对寒地农作物生产环境、生长发育、种植结构及种植制度产生重要影响[22]。作物物候是一种指示气候变化综合响应的指标[23]，而物候期的变化对小麦植株性状和产量有影响[24]。未来气候变暖会对林芝地区秋播作物带来潜在的干热风险，增加生产成本，而高原地区作物物候期的延长有利于喜温作物的种植。从长远来讲，林芝地区作物生长季增温对玉米和冬小麦等生产的影响，不能从简单的统计分析结果确定，人为的管理措施也会在一定程度上影响作物物候和产量[25]。因此，要进一步结合田间试验，研究探讨作物物候、产量变化的机理，深入分析多年作物播种面积、产量变化与气候因子之间的关联性。

4 结 论

1981—2018年，西藏林芝地区作物生长季气候呈现变暖趋势，生长季年平均气温以0.35 ℃/10年的速率增加，西北部较东南部增温明显，且增暖主要得益于喜凉作物生长季的增温。秋播作物、小春作物和大春作物生长季内的年平均气温分别以0.34、0.29和0.26 ℃/10年的速率增加。林芝地区作物生长季年平均降水量为704.74 mm，虽然没有明显的变化趋势，但年际间波动较大，范围在437.43～878.50 mm，加之气温升高，导致区域作物生产面临一定的高温、干旱等气象灾害风险。

1981—2018年，西藏林芝地区喜凉作物和喜温作物的生长物候期均呈延长趋势，并且喜凉作物物候期的延长趋势较喜温作物更为明显，同时表现出一定的空间差异。其中米林县变化最为明显，该县喜凉作物气候生长期初日呈提前趋势、终日呈推迟趋势，速率分别为6.48和5.03 d/10年，使米林县喜凉作物气候生长期延长11.4 d/10年。林芝地区作物结构变化表现为喜温作物种植面积增加，部分传统喜凉作物面积减少。林芝地区春玉米和蔬菜瓜果类播种面积分别以0.53×103和0.51×103hm2/10年的速率增加；冬小麦和春青稞播种面积以0.17×103和0.14×103hm2/10年的速率减少。未来应积极调整优化种植结构，充分利用当地气候热量资源和土地资源，稳定农业生产的同时注意防范气候波动引起的自然灾害风险。