張秀云，姚玉璧*，楊金虎，李文舉，雷俊，牛海洋

中國西北氣候變暖及其對農(nóng)業(yè)的影響對策

張秀云1,2，姚玉璧1,2*，楊金虎2，李文舉2，雷俊2，牛海洋2

1. 中國氣象局蘭州干旱氣象研究所//甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點實驗室//中國氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點開放實驗室，甘肅 蘭州 730020；2. 甘肅省定西市氣象局，甘肅 定西 743000

以全球氣候變暖和區(qū)域降水變率增加為主的氣候變化給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類食品安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。認(rèn)識氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響，提出科學(xué)的技術(shù)對策，是應(yīng)對氣候變化的基礎(chǔ)?；谖鞅?省區(qū)氣象觀測資料，分析西北地區(qū)近52年（1961—2012年）氣候時域趨勢變化和空間分布特征，對比討論了氣候變化對西北農(nóng)業(yè)的主要影響，提出了西北旱作農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變化的適應(yīng)技術(shù)對策。結(jié)果表明，近52年來，西北區(qū)域氣溫呈顯著上升趨勢，氣溫變化傾向率為0.312 ℃/10 a，從20世紀(jì)70年代開始?xì)鉁爻掷m(xù)上升，氣候變暖的突變點在1991年。西北區(qū)域降水量趨勢變化空間差異明顯，以黃河沿線為界，黃河以西區(qū)域降水量呈增多趨勢，黃河以東區(qū)域呈減少趨勢，并且降水量減少的幅度明顯高于增加的幅度。氣候變暖對農(nóng)作物生長生育、植物形態(tài)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量形成及品質(zhì)等生理生化過程產(chǎn)生重大影響，對作物種植結(jié)構(gòu)、栽培方式、種植制度，農(nóng)田耕作層土壤生態(tài)環(huán)境等也產(chǎn)生了重大影響。要通過優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、調(diào)整作物種植制度、改進作物栽培方式、改良作物品種、加強水肥系統(tǒng)協(xié)調(diào)管理等技術(shù)措施來適應(yīng)氣候變化。科學(xué)開發(fā)利用氣候資源，減緩氣候變暖的不利影響，積極應(yīng)對全球氣候變化。關(guān)鍵詞：氣候變暖；影響；對策；中國西北

近百年來，全球各地幾乎均可以觀測到氣候變暖的趨勢特征，全球氣候變暖是確信無疑的。全球平均地表溫度近 130 年來（1880—2012年）升髙了 0.85（0.65～1.06）℃，其氣候趨勢傾向率為0.050～0.082 ℃/10 a，平均為 0.065℃/10 a。1951—2012年，全球平均地表溫度的氣候趨勢傾向率為0.08～0.14 ℃/10 a，平均為 0.12 ℃/10 a，接近 1880年以來的兩倍；1983—2012年是自1850年以來最暖的3個10年（IPCC，2013）。全球變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源、生態(tài)環(huán)境安全等具有重大影響，對人類生存自然環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。氣候變暖的影響很容易產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的效應(yīng)（IPCC，2014）。

西北地區(qū)地理環(huán)境具有沙漠戈壁、丘陵溝壑和山地型高原地貌特征，是受東亞季風(fēng)、南亞季風(fēng)和西風(fēng)帶氣候系統(tǒng)影響的過渡區(qū)域，其中，陜西、寧夏、甘肅河?xùn)|地區(qū)屬季風(fēng)影響氣候區(qū)，新疆和甘肅河西地區(qū)屬西風(fēng)帶氣候區(qū)，青海和甘肅甘南地區(qū)屬高原氣候區(qū)，3種氣候區(qū)對全球氣候變暖的響應(yīng)不同（張強等，2011，2015）。據(jù)統(tǒng)計，1961—2008年，西北地區(qū)平均氣溫均呈顯著上升趨勢；降水量東西部呈反相位變化特征，其中，西部（包括新疆北部、祁連山區(qū)和柴達木盆地等地區(qū)）降水呈增加趨勢，東部（包括甘肅河?xùn)|地區(qū)、青海東部、陜西、寧夏等地區(qū)）呈減少趨勢；西北地區(qū)整體暖干化趨勢明顯，局部出現(xiàn)暖濕現(xiàn)象（張強等，2010）。

大氣溫度是植物生存的基本要素，在適宜的大氣溫度閾值內(nèi)，植物生長發(fā)育速率與溫度呈顯著相關(guān)。氣溫變化引起葉片氣孔導(dǎo)度變化，進而影響光合作用與水分循環(huán)以及蒸散發(fā)過程（Rawson，1988；Zhou et al.，2011）。當(dāng)氣溫升高至超過適宜閾值時，葉片蒸騰速率超過凈光合速率（Ben-Asher et al.，2008；Rodin，1992；王潤元等，2006）；若氣溫超過最高溫度閾值，則作物光合酶的活性降低，葉綠體結(jié)構(gòu)遭破壞可引起氣孔關(guān)閉，導(dǎo)致光合作用降低直至停滯（Peng et al.，2004）。高溫環(huán)境條件下，呼吸強度也相應(yīng)增強，能量消耗顯著增加，凈光合積累隨之減少（趙鴻等，2016）

1961—2008年，氣候變暖使西北喜熱和越冬農(nóng)作物適宜種植區(qū)由低緯向高緯度推進了 1～1.5°，由低海拔向高海拔區(qū)提高了100～300 m；多熟制區(qū)域北擴，復(fù)種指數(shù)增加（張強等，2008，2012）。秋播作物播種期推遲了4～13 d，有限生長習(xí)性作物生長季縮短，無限生長習(xí)性作物生長季延長（Xiao et al.，2008，2010；姚玉璧等，2010，2012）。

西北地區(qū)由于地貌和氣候多重因素的影響，使得農(nóng)作物種類和種植方式復(fù)雜多樣。就農(nóng)作物屬性而言，有喜溫、喜涼和越冬作物；而種植方式有雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)、綠洲灌溉農(nóng)業(yè)、半旱作半灌溉農(nóng)業(yè)。本研究進一步分析了西北氣候變暖特征，揭示氣候變化對西北農(nóng)作物生長、農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)和布局、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害等的影響，提出西北旱作農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變暖的適應(yīng)技術(shù)對策，為促進西北農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障糧食安全提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 資料處理及方法

1.1 數(shù)據(jù)及處理

所用氣象要素數(shù)據(jù)為中國氣象局國家氣象信息中心整編的西北五省區(qū)（新疆、青海、甘肅、寧夏、陜西）國家氣象臺（站）逐日氣溫、降水量資料。日平均氣溫為 4個觀測時次（02:00、08:00、14:00、20:00）平均值，日降水量為逐時降水量累計值；序列長度均為 1961—2012年。利用最新發(fā)布的 RHtest軟件包（RHtestV4）中的懲罰最大 F檢驗（PMFT）均一性檢查技術(shù)（Wang et al.，2013；Wang，2008a，2008b）剔除資料序列中的非均一性臺站后，選取代表性較好的 343個氣象站 1961—2012年完整的逐日氣象觀測資料（其中，新疆101站、青海54站，甘肅80站、寧夏22站，陜西86站）進行研究。

1.2 分析方法

1.2.1 氣候傾向率

氣候要素的趨勢系數(shù)變化一般用一次線性方程表示，即：

a1為氣候要素傾向率，單位為某要素單位/10 a，據(jù)回歸理論是要素x的均方差，為數(shù)列1, 2,…n的均方差。由氣候趨勢系數(shù)xtr 求出氣候要素傾向率（魏鳳英，2007）。

1.2.2 突變檢測方法

Mann-Kendall方法是非參數(shù)突變統(tǒng)計檢驗，該方法的優(yōu)點是所選序列數(shù)據(jù)無需遵從某種分布特征，亦不受少數(shù)異常值的干擾（魏鳳英，2007），在原假設(shè)氣候序列沒有變化的情況下，定義一個統(tǒng)計量，進行方差檢驗。其中，UF為要素序列數(shù)據(jù)M-K檢測順序統(tǒng)計曲線，UB為要素序列數(shù)據(jù)M-K檢測逆序統(tǒng)計曲線，若順序統(tǒng)計曲線超過信度臨界線，即表示存在顯著的趨勢變化時，如果順序統(tǒng)計曲線與逆序統(tǒng)計曲線的交叉點位于信度臨界線之間，這點便是突變的開始點。

2 西北氣候變化特征

2.1 氣溫變化

2.1.1 年平均氣溫變化

氣溫年際變化呈顯著上升趨勢（圖 1a），氣溫變化曲線線性擬合傾向率為 0.312 ℃/10 a（R2=0.602，P≤0.001）。氣溫Cubic函數(shù)呈一谷一峰型，方程為y=0.00005x3+0.0047x2-0.0848x- 0.4705，其線性化后的復(fù)相關(guān)系數(shù) R=0.825，通過 α=0.001檢驗。

圖1 中國西北區(qū)域氣溫距平變化特征Fig. 1 Change characteristic of temperature departure in Northwest China

2006年是近52年最暖的年份，平均氣溫距平0.97 ℃；1967年是近52年最冷的年份，平均氣溫距平為-1.65 ℃。從20世紀(jì)70年代開始年平均氣溫持續(xù)上升，特別是20世紀(jì)90年代，年均氣溫快速上升，增幅創(chuàng)近半個世紀(jì)新高。但是，在 2007—2012年，年平均氣溫出現(xiàn)了下降，2012年年平均氣溫距平為-0.46 ℃。

年平均氣溫趨勢變化空間分布如圖1b所示，區(qū)域內(nèi)氣溫距平傾向率除個別站點為負(fù)值外，其余均為正值，表現(xiàn)為一致的增加特征。年平均氣溫傾向率≥0.3 ℃/10 a的區(qū)域位于北疆、南疆東南部、青海、甘肅河西走廊、隴中北部、隴東和寧夏。其他大部分地區(qū)氣溫傾向率在0.1～0.3 ℃/10 a之間變化。

從20世紀(jì)60年代至21世紀(jì)，平均氣溫上升幅度逐漸加大，尤其是進入 90年代后，上升幅度明顯增大。20世紀(jì)90年代分別比60、70和80年代上升了 0.83、0.63和 0.47 ℃；21世紀(jì)初 10年（2001—2010年）比 20世紀(jì) 90年代又上升了0.56 ℃，為近50年來最暖的時期。

應(yīng)用Mann-Kendall（曼-肯德爾）氣候突變檢測法繪制西北平均氣溫距平氣候突變檢測曲線（圖2），其中，UF為西北平均氣溫距平氣候突變檢測順序統(tǒng)計曲線，UB為平均氣溫距平氣候突變檢測逆序統(tǒng)計曲線，當(dāng)信度水平α=0.05，顯著性檢驗臨界值 Uα=1.96；α=0.01，顯著性檢驗臨界值 Uα=2.58。由圖3可知，氣溫距平順序統(tǒng)計曲線UF從20世紀(jì)70年開始持續(xù)上升，在20世紀(jì)90年代初超過了α=0.05信度檢驗臨界線，之后大大超過了 α=0.01信度檢驗臨界線。UF和UB曲線相交于1991年，可見，自 1971年開始西北區(qū)域氣溫持續(xù)上升，氣候變暖的突變年在1991年。

圖2 中國西北氣溫突變檢測曲線Fig. 2 The sudden check curve of the temperature in Northwest China

2.1.2 分季節(jié)氣溫變化

圖3 中國西北區(qū)域降水量變化特征Fig. 3 Change characteristic of annual precipitation in Northwest China

西北冬季平均氣溫呈明顯上升趨勢，且增溫速率高于其他季節(jié)。其傾向率為0.5 ℃/10 a；1967年的冬季是近 52 年來最寒冷的冬季，比常年同期偏低2.9 ℃；1999年冬季是近52 年來最溫暖的冬季，比常年同期偏高1.6 ℃。

春季平均氣溫也呈持續(xù)上升趨勢，傾向率為0.27 ℃/10 a；2008年春季是近52年來最暖的春季，比常年同期偏高1.8 ℃；1970年春季是近52年來最冷的春季；比常年同期偏低1.7 ℃。

夏季平均氣溫上升速率低于其他季節(jié)，傾向率為0.25 ℃/10 a。2006年夏季為近52 年來最熱的夏季，比常年同期偏高 1.0 ℃；1976年夏季為近52 年來最涼快的夏季，比常年同期偏低1.4 ℃。

秋季平均氣溫上升速率僅次于春季，傾向率為0.34 ℃/10 a。2006年秋季是近52年來最熱的秋季，比常年同期偏高1.6 ℃；1967年秋季為近52 年來最涼爽的秋季，比常年同期偏低1.9 ℃。

各季節(jié)氣溫趨勢空間分布大部分區(qū)域呈現(xiàn)出一致的增溫特征，冬季氣溫的升幅明顯高于其他 3個季節(jié)。冬季氣溫變化為全區(qū)一致增加趨勢。青海西部、甘肅河西部分地方和陜北中部冬季氣溫增幅略高于其他地方。4個季節(jié)中，夏季氣溫的增幅略小于其他幾個季節(jié)，且南疆中部和陜南部分地方夏季氣溫還略有降低。

2.2 降水量變化

2.2.1 年降水量變化

西北區(qū)域降水量在年際間呈波動變化（圖3a），20世紀(jì)70年代和90年代屬于少雨期，60年代、80年代和21世紀(jì)初的10年屬于多雨期，反映出西北區(qū)域的降水以20 a左右的周期性變化為主，年代際變化十分顯著，無明顯趨勢變化特征。

1997年為西北地區(qū)近52年（1961—2012年）降水最少的一年，區(qū)域平均年降水量為281.4 mm，比常年值偏少28.2%，西北5省區(qū)均發(fā)生了極其嚴(yán)重的旱災(zāi)；年降水量次少年是 1986年，區(qū)域平均年降水量為318.3 mm，比常年值偏少29.6%。1964年區(qū)域平均年降水量最多，為510.5 mm，比常年值偏多18.8%；次多是2010年，區(qū)域平均年降水量為508 mm，比常年值偏多29.6%。

西北西部與中部降水趨于增多，東部的降水趨于減少，降水量區(qū)域性變化差異較大（圖3b）。以黃河沿線為界，黃河以西降水量呈增多趨勢，黃河以東呈減少趨勢，并且減少的幅度明顯高于增加的幅度；在青海中部和甘肅河西中部降水量氣候傾向率≥10 mm/10 a，其最大中心出現(xiàn)在青海的德令哈，降水量氣候傾向率為25.1 mm/10 a；而黃河以東氣候傾向率≤-10 mm/10 a，陜南氣候傾向率為-40 mm/10 a，遞減率最大中心出現(xiàn)在陜西南部的寧強，為-53.6 mm/10 a。

2.2.2 分季節(jié)降水量變化

西北冬季降水總體呈增加趨勢，每 10年增加8.3%。1964年、1969年、1972年、1976年、1978年、1989年和1990年冬季降水量均偏多，其他年份降水偏少或正常；1990年冬季降水量增至歷史最高點，降水偏多50%以上；1991年起呈階梯式持續(xù)下降，1999年下降至歷史最低，偏少50%，此后緩慢上升，2008年上升至高點。其趨勢變化在空間分布上表現(xiàn)為北疆增加趨勢明顯，南疆東部有減少趨勢；其他地區(qū)變化平緩。

春季降水總體呈略降趨勢。20世紀(jì)60年代前期變化幅度大，1964年增至歷史最高，此后開始下降，1968—1978年振蕩下降幅度小，在平均值附近波動；1983—1993年降水處于偏多期；1994年以后除1998年和2002年降水偏多外，均呈偏少振蕩狀態(tài)。春季降水趨勢變化在區(qū)域空間分布上差異較大，以黃河為界，黃河以西春節(jié)降水量呈增多趨勢，增幅較大的區(qū)域在天山與青海南部，傾向率為3～9 mm/10 a；黃河以東春季降水減少，傾向率為-3～-20 mm/10 a，其中，關(guān)中與陜南降水減少幅度最大，均≤-15 mm/10 a。

夏季降水總體呈略增趨勢，每10年增加0.9%。20世紀(jì)60年代至70年代中期降水偏少，70年代后期至90年代前期降水基本呈增多趨勢，1994年以后，除1998年降水增多外，其余時段均呈減少趨勢，1997年為歷史最少，偏少21%，2003年開始波動上升。夏季降水量趨勢變化空間分布特征表現(xiàn)為，以黃河為分界線，黃河以西夏季降水量呈增多趨勢，黃河以東夏季降水量呈減少趨勢。青海黃河源區(qū)域、甘肅河?xùn)|、寧夏河套等地夏季降水量均呈減少趨勢。

秋季降水量總體呈減少趨勢，每 10年減少3.4%。20世紀(jì)60年代至80年代中期、21世紀(jì)以來降水偏多；80年代中期至90年代末降水基本呈減少趨勢。秋季降水量的趨勢變化空間分布特征與春季接近，以黃河為界，黃河以西區(qū)域秋季降水量呈增多趨勢，大部分區(qū)域氣候傾向率在1～4 mm/10 a之間；黃河以東區(qū)域秋季降水呈減少趨勢，氣候傾向率大部分區(qū)域在-5～-20 mm/10 a之間，其中陜南秋季降水減少幅度最大，氣候傾向率為-20～-35 mm/10 a。

3 討論

1961—2012年，西北區(qū)域氣溫顯著上升，年平均氣溫增速和各季節(jié)氣溫增速均顯著高于全國平均值（第三次氣候變化國家評估報告編寫委員會，2017）。隨著氣候變暖，西部主要糧食作物生育期發(fā)生顯著變化。冬小麥播種期每10年推后2～3 d；返青期每 10年提前4～5 d，開花期和成熟期每10年提前5～6 d。冬小麥越冬期每10年縮短5～6 d、全生育期每10年縮短7～8 d。主要糧食作物玉米播種期提前2 d左右，營養(yǎng)生長期提早4～5 d，生殖生長期提早6～7 d，全生育期縮短6d左右。油料作物冬油菜推遲播種期 7～13 d，冬季停止生長期推遲16～24 d，返青后生育期提前8～12 d，全生育期縮短17～32 d（張強等，2015）。

西北主要經(jīng)濟作物棉花播種期提前5～12 d，開花期提前4～12 d，停止生長期推遲6～9 d，生殖生長期延長6～12 d，全生育期延長14～18 d。馬鈴薯花序形成期每10年提前8～9 d，開花期每10年提前4～5 d，花序形成至可收期和全生育期均為每10年年延長9～10 d（姚玉璧等，2016）。

由此可見，增溫雖然可以加快作物營養(yǎng)生長速度，但也會抑制部分作物生殖生長，導(dǎo)致有限生長習(xí)性的作物（小麥、玉米和油菜等）營養(yǎng)生長階段縮短，部分生殖生長階段延長，全生長期縮短。而秋季增溫明顯推遲了無限生長習(xí)性作物的停止生長期，但會加快營養(yǎng)生長的速度，導(dǎo)致無限生長習(xí)性的作物（棉花、馬鈴薯等）營養(yǎng)生長階段縮短，生殖生長階段延長，全生長期延長（張強等，2015；姚玉璧等，2012，2013）。

氣候變暖使西北主要作物生理生態(tài)特征發(fā)生變化。春小麥干物質(zhì)積累期（灌漿和乳熟期）凈光合速率、氣孔導(dǎo)度隨溫度的升高而減小，隨空氣濕度升高而增加；而蒸騰速率則隨溫度的升高而增加，隨空氣濕度的升高而減小。大多數(shù)作物的葉片水分利用效率隨氣溫升高而逐漸降低。氣候暖干化對春小麥的光合作用和干物質(zhì)積累過程均產(chǎn)生顯著的抑制效應(yīng)。溫度升高導(dǎo)致春小麥淀粉含量下降、蛋白質(zhì)含量上升。生長期氣溫平均每升高1 ℃，春小麥淀粉含量下降1.6%，蛋白質(zhì)含量升高0.8%（王鶴齡等，2015；肖國舉等，2012，2015；張凱等，2015，2016）。

溫度升高顯著地影響了春小麥籽粒中痕量元素鎘（Cd）、銅（Cu）、鐵（Zn）和鋅（Fe）的富集水平，且富集水平具有顯著的品種差異性。小麥籽粒中鋅（Zn）和鐵（Fe）含量隨溫度升高表現(xiàn)為先增后降的變化趨勢，而鎘（Cd）和銅（Cu）隨溫度升高表現(xiàn)為下降趨勢。氣候變暖將改變小麥籽粒中營養(yǎng)和非營養(yǎng)元素的含量，可能影響小麥的品質(zhì)以及食品安全。預(yù)計到 2050年，西北半干旱地區(qū)春小麥籽粒中Cd、Zn起碼將分別超越限量標(biāo)準(zhǔn)值490%和27%，而Cu的含量將會在安全要求的范圍之內(nèi)。增溫使馬鈴薯塊莖中鎘、鉛、鐵、鋅和銅含量降低，葉片中銅、鋅和鐵濃度提高，而鎘和鉛濃度下降（Li et al.，2011）。

氣候變暖對西北作物種植制度也產(chǎn)生了影響。西北喜溫和越冬作物適宜種植區(qū)域由低緯向高緯度推進了 100～200 km，由低海拔向高海拔區(qū)推進100～300 m；使受影響區(qū)域作物種植制度由“一年一熟”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙荒陜墒臁?，部分區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙荒甓嗍臁保晦r(nóng)作物復(fù)種指數(shù)明顯增加，復(fù)種面積提高4～5倍，多熟制區(qū)域明顯北擴，多熟制區(qū)的海拔高度提升了200～300 m（張強等，2015；吳乾慧等，2017）。

氣候變暖使西北農(nóng)作物、果樹、中藥材種植區(qū)域向北、向高海拔區(qū)推進，春小麥適宜種植區(qū)、不可種植區(qū)縮??；冬小麥適宜、可種植區(qū)急劇擴大；玉米最適宜種植區(qū)擴大、不適宜種植區(qū)變化不大；馬鈴薯最適宜、不適宜種植區(qū)減小，次適宜區(qū)、可種植區(qū)擴大；棉花適宜種植區(qū)擴大；蘋果、桃樹、大櫻桃、釀酒葡萄等適宜種植區(qū)擴大。在以春小麥為主的傳統(tǒng)干旱氣候區(qū)種植結(jié)構(gòu)向以玉米、棉花和冬小麥為主轉(zhuǎn)變，半干旱氣候區(qū)種植結(jié)構(gòu)向以冬小麥、馬鈴薯和冬油菜為主轉(zhuǎn)變（王鶴齡等，2012；姚玉璧等，2017）。

氣候變暖使農(nóng)田耕作層土壤生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化，表現(xiàn)為土壤酶活性明顯下降，土壤養(yǎng)分分解加速，土壤鹽堿化程度明顯加重。冬季氣溫提高0.5～2.5 ℃，則土壤有效氮、過氧化氫酶、脲酶和磷酸酶活性分別下降 2.45～4.66 g?kg-1、0.08～1.20 mL?g-1、0.004～0.019 mg?g-1和 0.10～0.25 mg?kg-1。同時，冬季氣溫升高使土壤蒸發(fā)加快，導(dǎo)致土壤鹽由深層向土壤耕作層移動，全鹽含量和總堿度分別增加 0.39～0.50 g?kg-1和 0.01～0.03 cmol?kg-1，土壤鹽漬化加重（肖國舉等，2010，2012）。

另外，氣候變暖導(dǎo)致西北干旱化趨勢明顯；干旱、高溫、干熱風(fēng)等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻率增加，強度增大，災(zāi)害損失加重；春小麥條銹病、馬鈴薯晚疫病、玉米棉鈴蟲等作物病蟲害增加、危害加重（張強等，2014；）。

4 西北農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變暖技術(shù)對策

根據(jù)政府間氣候變化專門委員會（IPCC）的報告，未來 50年，全球氣候可能繼續(xù)變暖，直接影響種植業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和病原菌傳播途經(jīng)，必將對糧食、食品和生態(tài)安全提出新的挑戰(zhàn)（IPCC，2014）。中國西北既是氣候變化敏感區(qū)，又是生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響尤為突出。為此，提出西北農(nóng)業(yè)應(yīng)對氣候變暖的適應(yīng)減災(zāi)綜合技術(shù)對策：

（1）氣候變暖加快作物生長，要求田間管理科學(xué)應(yīng)對。氣候變暖改變了西北作物生理生態(tài)習(xí)性，加快了作物生長發(fā)育，影響作物產(chǎn)量。要求適應(yīng)氣候變化新特征，利用變化后的氣候資源，趨利避害。春播作物需提前播種，秋播作物需推遲播種；采取地膜覆蓋，耙耱鎮(zhèn)壓、中耕培土等措施減緩?fù)寥浪终舭l(fā)；加強作物關(guān)鍵生育期水肥管理，改進作物栽培與耕作措施，提升作物田間管理水平。

（2）春夏干旱趨勢加重，作物種植實施“壓夏擴秋”。20世紀(jì)80年代以來，西北半干旱區(qū)擴大了馬鈴薯、玉米和秋雜糧播種面積，縮減春小麥、豆類播種面積，趨利避害，確保糧食穩(wěn)定生產(chǎn)。未來20～30年，“壓夏擴秋”仍將是西北半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)應(yīng)對氣候變化的主要技術(shù)對策之一。

（3）冬季增溫趨勢明顯，推進“冬小麥北移”種植。冬小麥種植區(qū)北移，促進了西北地區(qū)作物耕作制改革和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)“一年兩熟”或“一年多熟”。近20年，西北東部黃土高原區(qū)域?qū)嵤┝硕←湵币撇呗?，加強越冬保苗、提前灌頭水、氮肥施用時間后移、采用機播且提早施肥等技術(shù)，確立了符合引黃灌區(qū)的冬小麥品種選育、栽培、耕作制度。調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，推廣間作套種，冬小麥套種玉米；提高復(fù)種指數(shù)，復(fù)種蔬菜、青貯玉米、油葵等種植模式，使冬小麥產(chǎn)量單產(chǎn)比春小麥增產(chǎn)54.3%。如此一來對減少春季沙塵、改善生態(tài)環(huán)境也起到了積極作用。

（4）田間能量輸入增加，積極推行“多熟種植”。氣候變暖提高了西北區(qū)域農(nóng)田熱量資源，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)≥0 ℃的界限積溫提高，西北作物潛在生長發(fā)育期延長，作物多熟種植區(qū)域、復(fù)種區(qū)域均擴大。氣候資源容量提高。西北喜溫作物及林果藥材適宜種植緯度北移，預(yù)計 2030—2050年，“一年一熟”制大約可向北推移200～300 km，“一年二熟”和“一年三熟”制的北界也將向北推移500 km左右（陳曉光等，2013）。

（5）適應(yīng)暖干化氣候環(huán)境，選育高耐旱新品種。全球氣候變化要求提高作物對生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性。加強作物抗旱育種研究，培育與氣候變化相適應(yīng)的作物新品種，對全球變化背景下的半干旱地區(qū)有重要意義。西北半干旱區(qū)氣候變暖趨勢明顯加快，氣候變化使冬季明顯變暖。日照偏少的地區(qū)品種選育向弱冬性、弱感光性、分蘗力強、抗病性強的品種方向發(fā)展、并有計劃地培育和選用抗早、抗?jié)场⒖垢邷?、抗病蟲害等抗逆品種。西北地區(qū)具有開展小麥、水稻、玉米、馬鈴薯等作物新品種選育和超高產(chǎn)栽培的優(yōu)勢，必將在糧食生產(chǎn)能力的提升中發(fā)揮重要作用。

（6）改進土壤耕作方式、實施高效水肥補充利用、維護灌溉農(nóng)田的水鹽平衡，保護農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的正常運行。氣候變暖使西北農(nóng)田耕作層土壤環(huán)境酶活性呈下降趨勢，土壤有機養(yǎng)分分解速度加速，土壤鹽堿化程度呈加重趨勢，土壤水分蒸發(fā)量呈增加趨勢。因此，在西北半干旱地區(qū)，應(yīng)對氣候變化的農(nóng)田土壤管理應(yīng)采取以下對策：改進土壤耕作方式、科學(xué)蓄水保墑、減少土壤水分蒸發(fā)；改進傳統(tǒng)施肥方式，實施水肥高效利用，提高肥效和作物對營養(yǎng)元素的利用效率；實施土壤水肥動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)不同的土壤肥力和含水量調(diào)整灌溉量，提高水分利用效率；保持灌溉農(nóng)田的水鹽平衡，維持農(nóng)田生態(tài)環(huán)境用水，充分考慮農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的用水需求，采用大田集水、地膜覆蓋、抗旱劑、抗旱品種、集水補充灌溉等多種方式，實施全方位節(jié)水調(diào)控措施。

（7）充分開發(fā)利用西北區(qū)域空中水資源，發(fā)展干旱區(qū)域水肥高效利用節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)。預(yù)計未來中國西北地區(qū)降水總量仍呈減少趨勢，最大減幅在 4 mm左右，而西北西北部地區(qū)的降水略有增加，但增加幅度非常有限，最大增加3 mm左右（第三次氣候變化國家評估報告編寫委員會，2017），表明中國西北大部分地區(qū)依靠大氣降水難以緩解水資源短缺的問題，自然降水仍然是該區(qū)域未來限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的因素。大力開發(fā)利用空中云水資源，發(fā)展大田集水、地膜覆蓋、抗旱劑、抗旱品種、集水補充灌溉等一系列旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)是應(yīng)對全球氣候變化的有效措施。

5 結(jié)論

近 50年來，西北區(qū)域氣溫呈顯著上升趨勢，氣溫變化傾向率為0.312 ℃/10 a，其中，冬季升溫最為顯著，氣溫變化傾向率為0.50 ℃/10 a。從1971年開始西北區(qū)域氣溫持續(xù)上升，氣候變暖的突變年在 1991年。降水量變化空間差異突出，其中，新疆北部、祁連山區(qū)和柴達木盆地等地區(qū)降水量呈增加趨勢；甘肅河?xùn)|地區(qū)、青海東部、陜西、寧夏等地區(qū)呈減少趨勢。以黃河沿線為界，黃河以西降水量呈增多趨勢，黃河以東呈減少趨勢，并且減少的幅度明顯高于增加的幅度。

氣候變暖導(dǎo)致西北農(nóng)作物光合酶活性降低，呼吸強度增強，凈光合積累減少；春播作物播種期提前、秋播作物播種期推遲；有限生長習(xí)性的作物生長季縮短，無限生長習(xí)性的作物生長季延長；喜溫作物（冬小麥、玉米、棉花等）和越冬作物、多熟制適宜區(qū)域均北擴；農(nóng)作物復(fù)種指數(shù)提高，復(fù)種面積增加。

未來 50年，全球氣候可能繼續(xù)變暖，直接影響種植業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性和病原菌傳播途經(jīng)，必將對糧食、食品和生態(tài)安全提出新的挑戰(zhàn)。為此，要采取科學(xué)措施，應(yīng)對氣候變暖。

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Abstract: Agricultural production and human food safety are facing a severe challenge because of the climatic change which is mainly involved with the warming of global climate and the rising of rainfall changing rate. It is the basis for treating against the climate change by knowing the impact of climatic change on agriculture and finding out scientific and technical measures. Based on the meteorological data observed in five provinces (districts) in Northwest China, the temporal and regional trend and spatial distribution characteristics of climatic change in Northwest China in 1961—2012 were studied, the main impact of climatic change on agriculture in Northwest China was discussed by comparison, and adaptive technical measures for dry farming in Northwest China against climatic change was brought forward. The result showed, in the recent 52 a, the air temperature in Northwest China rose significantly, and the trend rate of air temperature change was 0.312 ℃/10 a, the air temperature kept rising from the beginning of 1970s, and the discontinuity point of climatic warming was in 1991. The rainfall changing trend in Northwest China was distinct with a spatial difference, by the border of the Yellow River, rainfall was increasing in the western region while it was decreasing in the eastern region, and the amplitude of rainfall decreasing was distinctly higher than the amplitude of increasing. Climatic warming significantly impacts not only the physiological and biochemical process including crop growth, plant morphology and structure,yield formation and quality, but also the crop planting structure, culturing mode, planting system, and the soil ecological environment in the cultivated farm horizon. Climatic change can be adapted to by optimizing the agricultural planting structure, adjusting the crop planting system, improving the crop culturing mode, upgrading the crop species and enhancing the water-fertilizer coordination, etc.The global climatic change can be challenged by developing and using climatic resources scientifically, and relieving the adverse impact of climatic change.

Key words: climatic warming; impact; measures; Northwest China

Characteristic and Countermeasures of Climate Warming and Its Impacts on Agriculture in Northwest China

ZHANG Xiuyun1,2, YAO Yubi1,2, YANG Jinhu2, LI Wenju2, LEI Jun2, NIU Haiyang2

1. Key Laboratory of Arid Climate Change and Reducing Disaster of Gansu Province, China Meteorological Administration//Lanzhou Institute of Arid Meteorology, China Meteorological Administration, Lanzhou 730020, China;2. Meteorological Bureau of Dingxi of Gansu Province, Dingxi 743000, China

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.09.009

P464; S162.5

A

1674-5906（2017）09-1514-07

張秀云, 姚玉璧, 楊金虎, 李文舉, 雷俊, 牛海洋. 2017. 中國西北氣候變暖及其對農(nóng)業(yè)的影響對策[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 26(9): 1514-1520.

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國家自然科學(xué)基金項目（41575149）；公益性行業(yè)（氣象）科研專項（重大專項）（GYHY201506001-6）；國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目（973計劃）（2013CB430206）

張秀云（1963生），女，高級工程師，主要從事應(yīng)用氣象業(yè)務(wù)研究。E-mail: yaoyubi_099@sina.com*通信作者：姚玉璧，男，正研級高級工程師，研究方向為農(nóng)業(yè)氣象。E-mail: yaoyubi@163.com

2017-06-20