普宗朝，張山清

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氣候變暖對(duì)新疆核桃種植氣候適宜性的影響*

普宗朝1，張山清2**

（1． 新疆烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830002；2．新疆農(nóng)業(yè)氣象臺(tái)，烏魯木齊 830002）

基于新疆102個(gè)氣象臺(tái)站1961-2015年逐日平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫資料，采用線性趨勢(shì)分析、累積距平、t檢驗(yàn)以及ArcGIS的空間插值技術(shù)，對(duì)影響新疆核桃種植的關(guān)鍵氣候因子（≥10℃積溫、最低氣溫≤?25℃日數(shù)、最高氣溫≥40℃日數(shù)、終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)）的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合核桃種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)，研究了氣候變化對(duì)新疆核桃種植氣候適宜性及其分布的影響。結(jié)果表明：新疆≥10℃積溫的空間分布總體呈現(xiàn)“南疆多，北疆少；平原和盆地多，山區(qū)少”的格局，最低氣溫≤?25℃日數(shù)有“南疆少，北疆多；平原和盆地少，山區(qū)多”的特點(diǎn)，夏季最高氣溫≥40℃日數(shù)為“東部多，西部少；平原和盆地多，山區(qū)少”的特點(diǎn)；終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)呈現(xiàn)“西部多，東部少；山區(qū)多，平原和盆地少”的格局。在上述氣候要素空間分異的綜合作用下，新疆核桃種植的氣候適宜區(qū)主要在塔里木盆地西部平原；次適宜區(qū)在塔里木盆地大部和吐哈盆地南部；北疆大部，阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)以及吐哈盆地、塔里木盆地東部為核桃不適宜種植區(qū)。在氣候變暖背景下，近55a新疆≥10℃積溫、最高氣溫≥40℃日數(shù)和終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)分別以64.7℃·d·10a?1、0.48d·10a?1、0.120d·10a?1的傾向率呈顯著（P＜0.05）增多趨勢(shì)，冬季日最低氣溫≤?25℃日數(shù)以?0.980d·10a?1的傾向率呈極顯著（P＜0.001）減少趨勢(shì)。上述各要素分別于1986年和1997年發(fā)生了突變，受其影響，1997年后較其之前，新疆核桃種植的氣候適宜區(qū)和次適宜區(qū)明顯擴(kuò)大，而不適宜區(qū)明顯減小，氣候變暖對(duì)新疆核桃種植總體趨于有利。

氣候變化；≥10℃積溫；最低氣溫≤?25℃日數(shù)；最高氣溫≥40℃日數(shù)；霜凍；核桃種植；氣候適宜性；新疆

政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第五次評(píng)估報(bào)告指出，過(guò)去130a（1880-2012年）全球氣溫升高了0.85℃，1951-2012年平均增溫速率約為1880 年以來(lái)升溫速率的兩倍[1]。第三次氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告指出，中國(guó)的陸地平均溫度升高幅度大于全球平均，但其變化具有明顯的區(qū)域性差異[2]，以氣候變暖為主要特征的全球變化已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。氣候變暖使中國(guó)大部分地區(qū)熱量資源增多，農(nóng)業(yè)氣候帶北移，作物生長(zhǎng)季延長(zhǎng)[3-4]，進(jìn)而對(duì)農(nóng)業(yè)種植制度、作物布局產(chǎn)生重要影響[5-6]，但同時(shí)，氣候變化也導(dǎo)致許多地區(qū)高溫?zé)岷?、低溫冷害、越冬凍害以及干旱、洪澇、霜凍等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害呈多發(fā)、重發(fā)之勢(shì)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不利影響趨于嚴(yán)重[7]。

中國(guó)是世界第一大核桃生產(chǎn)國(guó)[8]，光、熱、水等氣候條件是決定核桃適宜種植區(qū)、影響核桃產(chǎn)量和品質(zhì)的主要環(huán)境因素[8-10]。春季日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃核桃樹(shù)陸續(xù)進(jìn)入發(fā)芽、展葉、開(kāi)花和結(jié)實(shí)期，期間若出現(xiàn)最低氣溫≤0℃的霜凍，將對(duì)核桃生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成造成危害。核桃從發(fā)芽至果實(shí)成熟需≥10℃積溫3300℃·d以上，若形成較好的生產(chǎn)能力則需3800～4500℃·d。核桃從受精到堅(jiān)果成熟若出現(xiàn)最高氣溫超過(guò)38.0～40.0℃的高溫，果實(shí)易被灼傷，致使核仁發(fā)育不良，空殼率高。冬季最低氣溫低于?25.0℃將對(duì)核桃樹(shù)安全越冬造成威脅[9-10]。核桃一般要求全年日照時(shí)數(shù)不少于2000h、年降水量500～800mm才可滿足其生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)光照和水分條件的需求[11-16]。近年來(lái)有關(guān)中國(guó)核桃種植氣候適宜性的研究受到業(yè)內(nèi)許多學(xué)者的關(guān)注，郭兆夏等[11-16]根據(jù)核桃生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣候條件的要求，基于歷史氣候數(shù)據(jù)的多年平均值，分別就陜西、甘肅、河南、貴州、浙江、四川等部分核桃產(chǎn)區(qū)核桃種植氣候適宜性開(kāi)展了初步研究，但有關(guān)氣候變化對(duì)各地核桃種植影響的研究目前還鮮有報(bào)道。

新疆位于中國(guó)西北邊陲，地處歐亞大陸腹地，光照充足，年日照時(shí)數(shù)2500～3500h；熱量豐富，平原地區(qū)大部≥10℃積溫在3800℃·d以上；平原綠洲地帶雖降水稀少，但山區(qū)較豐沛的降水和高山冰川、積雪融水形成的徑流為農(nóng)業(yè)灌溉提供了較穩(wěn)定的水資源保障[9-10,17]，加之空氣干燥，氣溫日較差大[17]，獨(dú)特的氣候和生態(tài)條件，使新疆許多地區(qū)適于核桃種植，且生產(chǎn)的核桃殼薄、仁香、品質(zhì)上乘，享譽(yù)國(guó)內(nèi)外[9-10]。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著新疆“大力發(fā)展特色林果業(yè)”戰(zhàn)略的貫徹實(shí)施，作為新疆特色林果重要組成部分的核桃種植業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，2015年全疆核桃種植面積達(dá)3.51677×105hm2，總產(chǎn)6.00844×108kg[18]，居全國(guó)首位，核桃已成為促進(jìn)新疆農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但由于新疆地域遼闊，地形地貌復(fù)雜，氣候類型多樣，各地氣候條件對(duì)核桃種植的適宜程度有很大差異。近年來(lái)，新疆部分地區(qū)出現(xiàn)了忽視氣候條件的適宜性而盲目擴(kuò)大種植面積，或種植區(qū)域不合理，導(dǎo)致核桃遭受越冬凍害、高溫?zé)岷Α⑺獌鑫：Φ绒r(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增加，產(chǎn)量低而不穩(wěn)，品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響了核桃生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益[9-10,19]。

有關(guān)新疆氣候變化的研究表明，在全球變暖背景下，過(guò)去50多年新疆氣候總體呈顯著變暖趨勢(shì)[20]，≥0℃積溫增多[21]、無(wú)霜凍期延長(zhǎng)[22]、冬季極端最低氣溫升高[23]。有學(xué)者就近50a新疆氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響進(jìn)行初步研究表明，氣候變暖對(duì)新疆設(shè)施農(nóng)業(yè)[24]以及棉花[25]、紅棗[26]、哈密瓜[27]、釀酒葡萄[28]等部分特色農(nóng)作物的種植總體趨于有利[29]，但有關(guān)氣候變化對(duì)新疆核桃種植影響的研究目前尚未開(kāi)展。本文擬在對(duì)1961-2015年影響新疆核桃生產(chǎn)的主要?dú)夂蛞蛩貢r(shí)空變化進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)核桃的生物學(xué)特性及其對(duì)氣候條件的要求，結(jié)合核桃種植氣候適宜性指標(biāo)，就1961-2015年新疆氣候變化對(duì)核桃種植氣候適宜性的影響進(jìn)行研究和分析，以期為適應(yīng)氣候變化，充分發(fā)揮新疆核桃種植有利的農(nóng)業(yè)氣候條件，規(guī)避不利氣象災(zāi)害的影響，科學(xué)制定新疆核桃發(fā)展規(guī)劃，促進(jìn)核桃生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

選用新疆自治區(qū)范圍內(nèi)102個(gè)資料序列較長(zhǎng)的氣象站1961-2015年逐日平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫資料，以及各站地理坐標(biāo)和新疆地理信息數(shù)據(jù)，研究分析氣候變化對(duì)核桃種植氣候適宜性的影響。研究區(qū)域和所選氣象站點(diǎn)見(jiàn)圖1。各站氣象數(shù)據(jù)、地理坐標(biāo)和新疆1:50000地理信息數(shù)據(jù)由新疆氣象信息中心提供。

1.2 核桃種植氣候適宜性指標(biāo)的確定

前人研究結(jié)果表明，制約新疆核桃生產(chǎn)的氣候因素主要是生長(zhǎng)期的熱量條件、越冬期低溫、果實(shí)生長(zhǎng)期高溫以及核桃展葉、開(kāi)花期的霜凍，而光照和自然降水對(duì)核桃基本無(wú)制約作用[8-10,19]。因此，確定≥10℃積溫、最低氣溫≤?25℃日數(shù)、最高氣溫≥40℃日數(shù)以及終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)作為新疆核桃種植氣候適宜性判別因子，其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。由于上述各要素對(duì)核桃生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成的影響具有相互不可替代性，因此，確定核桃種植氣候適宜性時(shí)以上四要素需同時(shí)必備，缺一不可。

圖1 新疆氣象站點(diǎn)分布

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

（1）≥10℃積溫

采用五日滑動(dòng)平均法[30]確定各年份日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)≥10℃的初日和終日，≥10℃初、終日間逐日平均氣溫之和為≥10℃活動(dòng)積溫，簡(jiǎn)稱≥10℃積溫。

（2）最低氣溫≤?25℃和最高氣溫≥40℃日數(shù)

最低氣溫≤?25℃的日數(shù)是核桃冬季休眠期間日最低氣溫≤?25℃的天數(shù)之和；最高氣溫≥40℃日數(shù)是核桃生長(zhǎng)季日最高氣溫≥40℃的天數(shù)之和。

表1 新疆核桃種植氣候適宜性指標(biāo)及其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

（3）終霜凍日早于≥10℃初日的日數(shù)

將春季最后一次出現(xiàn)最低氣溫≤0℃之日作為終霜凍日[17]，并將終霜凍日早于或晚于≥10℃初日的天數(shù)作為終霜凍對(duì)核桃樹(shù)危害程度的判別指標(biāo)。

1.4 變化趨勢(shì)分析

分別用線性傾向率、累積距平以及t檢驗(yàn)[30]對(duì)1961-2015年≥10℃積溫、冬季最低氣溫≤?25℃日數(shù)、最高氣溫≥40℃日數(shù)、終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的變化趨勢(shì)、突變特征進(jìn)行分析和檢測(cè)。

1.5 柵格化數(shù)學(xué)模型

新疆地域遼闊，地形地貌復(fù)雜，地勢(shì)高差懸殊，氣候類型多樣[17]，但氣象站點(diǎn)稀疏且分布不均（圖1），為提高各指標(biāo)氣候要素空間分布式模擬的精度，采用混合插值法（宏觀地理因子的三維二次趨勢(shì)面模擬與反距離加權(quán)殘差訂正相結(jié)合）對(duì)各指標(biāo)氣候要素進(jìn)行500m×500m柵格點(diǎn)的空間插值模擬[20-22]，計(jì)算式為

式中，w為各氣候要素的柵格點(diǎn)模擬值；w(l,j, h)為宏觀地理因子影響的各氣候要素的柵格點(diǎn)模擬值；e為局部小地形因子和隨機(jī)因素對(duì)各氣候要素的影響，即殘差項(xiàng)；l為柵格點(diǎn)的平均經(jīng)度（°）；j為柵格點(diǎn)的平均緯度（°）；h為柵格點(diǎn)的平均海拔高度（100m）；b0-b9為待定系數(shù)。

殘差項(xiàng)e的柵格點(diǎn)插值模擬采用反距離加權(quán)法，具體的插值計(jì)算式為[20-22]

式中，e為氣候要素殘差項(xiàng)的柵格點(diǎn)模擬值；n為用于插值的氣象站點(diǎn)的數(shù)目；ei為第i個(gè)氣象站點(diǎn)氣候要素的殘差值；di為插值的柵格點(diǎn)與第i個(gè)氣象站點(diǎn)之間的歐氏距離，k為距離的冪。

1.6 核桃種植氣候適宜性分析

在ArcGIS10.2平臺(tái)上將經(jīng)過(guò)柵格化空間插值模擬的各指標(biāo)氣候要素圖層，按照表1等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行分級(jí)并疊加處理，即可獲得綜合考慮各指標(biāo)氣候要素變化的新疆核桃種植氣候適宜性區(qū)劃圖，并對(duì)其進(jìn)行分區(qū)評(píng)述。

2 結(jié)果與分析

2.1 各氣候指標(biāo)的變化趨勢(shì)和突變特征

2.1.1 ≥10℃積溫

由圖2可見(jiàn)，1961-2015年，新疆年≥10℃積溫總體以64.7℃·d·10a?1的傾向率呈極顯著（P<0.001）增多趨勢(shì)（圖2），55a來(lái)增多了355.6℃·d。累積距平和t檢驗(yàn)表明（表2），近55a新疆≥10℃積溫于1997年發(fā)生突變，突變后較突變前全疆平均≥10℃積溫增多259.4℃·d。

2.1.2 冬季最低氣溫≤?25℃日數(shù)

由圖3可見(jiàn)，1961-2015年，新疆冬季最低氣溫≤?25℃日數(shù)總體以?0.980d·10a?1的傾向率呈極顯著（P＜0.001）減少趨勢(shì)（圖3），55a來(lái)減少了5.4d。累積距平和t檢驗(yàn)表明（表2），近55a新疆日最低氣溫≤?25℃的日數(shù)于1986年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均日最低氣溫≤?25℃日數(shù)減少了3.4d。

圖2 1961-2015年新疆102站平均≥10℃積溫變化

圖3 1961-2015年新疆日最低氣溫≤?25℃日數(shù)變化

表2 新疆核桃種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)突變點(diǎn)t檢驗(yàn)結(jié)果

注：n1、n2分別為檢測(cè)點(diǎn)前后氣候要素序列的樣本數(shù)。*、**分別表示通過(guò)0.05、0.01水平的顯著性檢驗(yàn)。下同。

Note: n1and n2are the sample number before and after detected point.*is P＜0.05，**is P＜0.01. The same as below.

2.1.3 最高氣溫≥40℃日數(shù)

由圖4可見(jiàn)，1961-2015年，新疆最高氣溫≥40℃日數(shù)總體以0.120d·10a?1的傾向率呈極顯著（P＜0.01）增多趨勢(shì)（圖4），55a來(lái)增多了0.7d。累積距平和t檢驗(yàn)表明（表2），近55a新疆最高氣溫≥40℃日數(shù)于1997年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均最高氣溫≥40℃日數(shù)增多了0.6d。

2.1.4 終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)

由圖5可見(jiàn)，1961-2015年，新疆終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)總體以0.48d·10a?1的傾向率呈顯著（P＜0.05）增多趨勢(shì)（圖5），55a來(lái)增多了2.6d。累積距平和t檢驗(yàn)表明（表2），近55a新疆終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)于1986年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)增多了2.4d。

圖4 1961-2015年新疆最高氣溫≥40℃日數(shù)變化

圖5 1961-2015年新疆終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)變化

2.2 各氣候指標(biāo)的空間分布及其變化

2.2.1 ≥10℃積溫

以1997年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分別計(jì)算1997年前（1961-1996年）、后（1997-2015年）≥10℃積溫平均態(tài)的空間分布，結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖可見(jiàn)，新疆日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃積溫的空間分布總體呈現(xiàn)“南疆多，北疆少；平原和盆地多，山區(qū)少”的特點(diǎn)。按照對(duì)核桃種植適宜程度劃分的≥10℃積溫的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），1997年前，≥10℃積溫多于4500℃·d的區(qū)域僅在東疆的吐哈盆地腹地、南疆塔里木盆地東北部羅布泊地區(qū)有少量分布；塔里木盆地和吐哈盆地大部以及北疆準(zhǔn)噶爾盆地西南緣局部為3800～4500℃·d；準(zhǔn)噶爾盆地中南部，塔里木盆地和吐哈盆地周邊山前傾斜平原3300～3800 ℃·d；北疆大部，阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)≥10℃積溫少于3300℃·d （圖6a）。1997年后較其之前，≥10℃積溫多于4500℃·d的區(qū)域明顯擴(kuò)大，具體表現(xiàn)為，不僅在吐哈盆地有所擴(kuò)大，而且在塔里木盆地該區(qū)域也明顯向中西部高海拔地區(qū)擴(kuò)展；3800～4500℃·d區(qū)域的海拔上限有所抬升，其中北疆抬升200～250m，南疆和東疆抬升100～200m，受其影響，北疆該區(qū)域明顯東擴(kuò)、北抬，面積擴(kuò)大，南疆則因≥10℃積溫多于4500℃·d區(qū)域擴(kuò)大的“擠壓”作用，該區(qū)域面積有所減?。荒?、北疆3300～3800℃·d的區(qū)域均不同程度地向高緯度、高海拔地區(qū)壓縮，≥10℃積溫不足3300℃·d的區(qū)域也向高海拔地區(qū)抬升并壓縮，平均抬升100～200m（圖6b）。

2.2.2 日最低氣溫≤?25℃的日數(shù)

以1997年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分別計(jì)算其前（1961- 1996年）、后（1997-2015年）兩段日最低氣溫≤?25℃日數(shù)平均態(tài)的空間分布，結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖可見(jiàn)，新疆冬季日最低氣溫≤?25℃日數(shù)的空間分布呈現(xiàn)“南疆少，北疆多；平原和盆地少，山區(qū)多”的特點(diǎn)。按照對(duì)核桃種植適宜程度劃分的日最低氣溫≤?25℃日數(shù)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表1），1997年前，年最低氣溫≤?25℃日數(shù)少于0.3d的區(qū)域主要在塔里木盆地大部和吐魯番盆地中心地帶；0.3～3.0d的區(qū)域在吐哈盆地大部及塔里木盆地周邊低山丘陵地帶；北疆及阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)在3.0d以上（圖7a）。

1997年后較其之前，南疆日最低氣溫≤?25℃日數(shù)少于0.3d的區(qū)域有所增大，0.3～3.0d的區(qū)域向高海拔抬升；與此同時(shí)，伊犁河谷平原地帶也被0.3～3.0d所覆蓋；南、北疆最低氣溫≤?25℃日數(shù)多于3.0d的區(qū)域均不同程度地向高海拔抬升并壓縮，平均抬升150～200m（圖7b）。

2.2.3 最高氣溫≥40℃日數(shù)

以1997年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，其前、后兩段日最高氣溫≥40℃日數(shù)平均態(tài)的空間分布如圖8。由圖可見(jiàn)，新疆核桃生長(zhǎng)季最高氣溫≥40℃日數(shù)的空間分布總體呈現(xiàn)“東部多，西部少；平原和盆地多，山區(qū)少”的特點(diǎn)。以對(duì)核桃果實(shí)生長(zhǎng)影響程度分級(jí)（表1）的夏季最高氣溫≥40℃日數(shù)的分布情況來(lái)看，1997年前，最高氣溫≥40℃日數(shù)10d以上的區(qū)域僅在于吐哈盆地腹地和塔里木盆地東北部羅布泊地區(qū)有少量分布；3～10d的區(qū)域主要在塔里木盆地東部、吐哈盆地大部，另在準(zhǔn)噶爾盆地西南緣、北疆沿天山東部平原地帶也有少量存在；全疆其余地區(qū)均在3d以下（圖8a）。

圖6 1997年前（a）、后（b）新疆≥10℃積溫空間分布

圖7 1997年前（a）、后（b）新疆日最低氣溫≤?25℃日數(shù)的空間分布

圖8 1997年前（a）、后（b）新疆夏季最高氣溫≥40℃日數(shù)的空間分布

1997年后較其之前，吐哈盆地和塔里木盆地東部羅布泊地區(qū)最高氣溫≥40℃日數(shù)10d以上的區(qū)域均有所擴(kuò)大，另在哈密地區(qū)北部淖毛湖荒漠戈壁地帶也有少量出現(xiàn)；3～10d的區(qū)域在南疆塔里木盆地東部和東疆吐哈盆地明顯擴(kuò)大，但北疆地區(qū)變化不明顯；3d以下的區(qū)域在南疆明顯縮小，北疆變化不大（圖8b）。

2.2.4 終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)

1997年前、后兩段終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)平均態(tài)的空間分布結(jié)果見(jiàn)圖9。由圖可見(jiàn)，新疆終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的空間分布總體呈現(xiàn)“西部多，東部少；山區(qū)多，平原和盆地少”的特點(diǎn)。1997年前，吐哈盆地大部、南疆東部等地多年平均終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃的初日之后（終霜凍日早于≥10℃初日的日數(shù)≤0），常對(duì)正處于展葉、開(kāi)花期的核桃樹(shù)造成凍害；南、北疆平原地區(qū)大部以及伊犁河谷雖多年平均終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃的初日之前，但提前日數(shù)一般只有0～8d，部分年份終霜凍還會(huì)出現(xiàn)在≥10℃的初日之后，仍會(huì)對(duì)核桃樹(shù)造成一定霜凍危害；南疆西部平原地帶多年平均終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃初日之前8d以上，核桃樹(shù)極少遭受春季終霜凍危害。另外，天山、昆侖山區(qū)多年平均終霜凍日也多出現(xiàn)在≥10℃初日之前8d以上，但由于這些區(qū)域多為牧區(qū)，不能種植核桃（圖9a）。

1997年后較其之前，多年平均終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃的初日之后的區(qū)域明顯減小，其主體僅在哈密地區(qū)東南部的平原地帶有所出現(xiàn)；終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之前0～8d的區(qū)域北疆變化不大，南疆則明顯向東部退縮；終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之前8d以上的區(qū)域北疆變化仍然不大，南疆則明顯向東部擴(kuò)張（圖9b）。

2.3 核桃種植氣候適宜性的變化及其分區(qū)評(píng)述

2.3.1 適宜種植區(qū)

在ArcGIS10.2平臺(tái)上分別將1997年前、后新疆≥10℃積溫、冬季最低氣溫≤?25℃日數(shù)、最高氣溫≥40℃日數(shù)、終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的柵格數(shù)據(jù)按照表1的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行分級(jí)，并將分級(jí)后的各要素圖層進(jìn)行疊加處理，獲得綜合考慮各指標(biāo)氣候要素變化的新疆核桃種植氣候適宜性區(qū)劃圖（圖10）。由圖10可見(jiàn)，1997年前新疆核桃適宜種植區(qū)主要在南疆的喀什地區(qū)大部、和田地區(qū)西部以及阿克蘇地區(qū)西南部平原地帶（圖10a），其海拔上限自北向南在1100-1400m范圍，面積7.2256×104km2，占新疆總面積的4.3%。1997年后較其之前，核桃適宜種植區(qū)總體向高緯度和高海拔區(qū)域轉(zhuǎn)移，其主體轉(zhuǎn)移至阿克蘇地區(qū)平原大部以及和田地區(qū)西北部，另在塔里木盆地西南緣海拔1200-1500m的山前傾斜平原地帶也呈帶狀分布出現(xiàn)，面積增至1.26044×105km2，較1997年前增大了5.3788×105km2，占比增大3.3個(gè)百分點(diǎn)（表3）。

核桃適宜種植區(qū)氣候溫和，多年平均年≥10℃積溫3800～4500℃·d，熱量條件能夠滿足核桃生長(zhǎng)發(fā)育和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的需要；冬季日最低氣溫≤?25℃日數(shù)在0.3d以下，核桃樹(shù)遭受越冬凍害的風(fēng)險(xiǎn)低；夏季最高氣溫≥40℃日數(shù)不足3d，高溫?zé)岷^輕；終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃初日之前8d以上，核桃樹(shù)展葉、開(kāi)花期遭受霜凍危害的幾率很低，加之該區(qū)域光照充足，氣溫日較差大，灌溉條件有保障，因此，是新疆核桃種植最理想的發(fā)展區(qū)域。

1997年后較其之前南疆核桃適宜種植區(qū)向高緯度和高海拔區(qū)域轉(zhuǎn)移的成因主要是，受氣候變暖的影響，≥10℃積溫增多，利于核桃優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的≥10℃積溫3800～4500℃·d的區(qū)域普遍向高緯度和高海拔轉(zhuǎn)移之故。

2.3.2 次適宜種植區(qū)

1997年前新疆核桃次適宜種植區(qū)主要在南疆的塔里木盆地中西部，另在東疆的吐魯番盆地南部也有少量分布（圖10a），面積287357×105km2，占新疆總面積的17.3%。1997年后較其之前核桃次適宜種植區(qū)明顯擴(kuò)大（圖10b），其中，在塔里木盆地明顯向東擴(kuò)展，在吐哈盆地南部該區(qū)域也有所擴(kuò)大。另外，北疆伊犁河谷平原地帶、塔額盆地以及準(zhǔn)噶爾盆地西南緣等地的零星區(qū)域也成為核桃次適宜種植區(qū)，其面積增至4.21433×105km2，較1997年前增大了1.34076×105km2，占比增加8.0個(gè)百分點(diǎn)（表3）。

次適宜種植區(qū)氣候條件對(duì)核桃種植的適宜程度總體遜于適宜區(qū)，但各地制約其種植氣候適宜性的因素不同，塔里木盆地中部平原主要是核桃展葉、開(kāi)花期遭受霜凍危害的幾率高于適宜種植區(qū)，塔里木盆地東部、吐哈盆地南部是由于夏季最高氣溫≥40℃的日數(shù)以及≥10℃積溫值超過(guò)了適宜范圍，對(duì)核桃優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)具有一定不利影響，而塔里木盆地北部和西部的低山、丘陵地帶以及北疆的次適宜種植區(qū)則是由于≥10℃積溫只有3300～3800℃·d，熱量條件稍顯不足，且冬季氣溫較低，日最低氣溫≤?25℃日數(shù)在0.3～3.0d，越冬期遭受凍害的風(fēng)險(xiǎn)高于適宜區(qū)。

圖9 1997年前（a）、后（b）終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的空間分布

圖10 1997年前后核桃種植氣候適宜性區(qū)劃結(jié)果

表3 圖10中各項(xiàng)面積的統(tǒng)計(jì)結(jié)果和比較

1997年后較其之前，核桃次適宜種植區(qū)明顯擴(kuò)大的成因主要是，第一，受氣候變暖的影響，原先海拔較高的低山、丘陵地帶因熱量不足而不能種植核桃的區(qū)域成為核桃次適宜種植區(qū)；第二，終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)普遍增多，東疆和南疆東部地區(qū)終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之后的區(qū)域明顯減小，核桃樹(shù)遭受春季終霜凍危害的幾率降低，核桃次適宜種植區(qū)擴(kuò)大。

2.3.3 不適宜種植區(qū)

北疆大部以及阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)冬季嚴(yán)寒，日最低氣溫≤?25℃的日數(shù)多在3d以上，核桃樹(shù)難以安全越冬，且上述地區(qū)除準(zhǔn)噶爾盆地中南部以外的絕大部分區(qū)域≥10℃積溫不足3300℃·d，難以滿足核桃生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成對(duì)熱量條件的基本需求，因此是核桃的不適宜種植區(qū)。另外，吐哈盆地及塔里木盆地東部因夏季氣候炎熱，≥10℃積溫在4500℃·d以上，最高氣溫≥40℃日數(shù)在10d以上，且多年平均終霜凍日在≥10℃初日之后，核桃樹(shù)展葉、開(kāi)花期遭受終霜凍危害的幾率高，因此也不適宜核桃種植（圖10）。1997年前新疆核桃不適宜種植區(qū)面積為1.305287×106km2，占新疆總面積的78.4%，1997年后降至1.117423×106km2，面積縮小1.87864×105km2，占比縮小11.3個(gè)百分點(diǎn)（表3）。

1997年后較其之前新疆核桃不適宜種植區(qū)縮小的原因，一是，氣候變暖使塔里木盆地和吐哈盆地周邊山前傾斜平原及部分低山丘陵地帶的核桃次適宜種植區(qū)向高海拔、高緯度方向抬升、擴(kuò)大，不適宜種植區(qū)被壓縮；二是，吐哈盆地以及塔里木盆地東部春季終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之后的區(qū)域明顯減小，核桃樹(shù)遭受終霜凍危害的幾率降低，核桃次適宜種植區(qū)擴(kuò)大，不適宜區(qū)減小。

3 結(jié)論與討論

（1）影響新疆核桃種植的主要?dú)夂蛞蛩鼐哂忻黠@的區(qū)域性差異，≥10℃積溫的空間分布總體呈現(xiàn)南疆多，北疆少；平原和盆地多，山區(qū)少的特點(diǎn)，最低氣溫≤?25℃日數(shù)的空間分布呈現(xiàn)南疆少，北疆多；平原和盆地少，山區(qū)多的格局，夏季最高氣溫≥40℃日數(shù)的空間分布呈現(xiàn)東部多，西部少；平原和盆地多，山區(qū)少的特點(diǎn)，終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的空間分布總體呈現(xiàn)西部多，東部少；山區(qū)多，平原和盆地少的特點(diǎn)。在上述各氣候要素空間分異的綜合作用下，新疆核桃種植的氣候適宜區(qū)主要在塔里木盆地西部和西南部平原地帶；塔里木盆地大部和吐哈盆地南部為核桃種植的氣候次適宜區(qū)；北疆大部，阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)以及吐哈盆地大部、塔里木盆地東部的部分區(qū)域?yàn)楹颂也贿m宜種植區(qū)。在氣候變暖背景下，近55a，新疆≥10℃積溫、最高氣溫≥40℃日數(shù)和終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)呈顯著（P＜0.05）增多趨勢(shì)，冬季日最低氣溫≤?25℃日數(shù)呈極顯著（P＜0.001）減少趨勢(shì)，且上述各要素分別于1986年和1997年發(fā)生突變。受其影響，1997年后較其之前，新疆核桃種植氣候適宜區(qū)和次適宜區(qū)明顯擴(kuò)大，不適宜區(qū)明顯減小。

（2）據(jù)文獻(xiàn)[31]，20世紀(jì)80年代以前新疆核桃種植規(guī)模很小，1992年全疆種植面積僅1.0×104hm2，總產(chǎn)5.0×103t，且僅分布在南疆塔里木盆地西南部的和田、喀什兩地區(qū)。近20多年新疆核桃發(fā)展迅猛，至2015年種植面積已達(dá)3.51677×105hm2，總產(chǎn)6.00844×108kg[18]，較1992年分別提高了31.7倍和120.2倍，且全疆核桃種植面積的92.4%和總產(chǎn)的95.9%集中在南疆西部的阿克蘇、和田、喀什三地區(qū)，其中阿克蘇地區(qū)發(fā)展尤為迅速，2015年種植面積達(dá)1.09704×105hm2，居全疆各地區(qū)首位。對(duì)照上述核桃種植的分布區(qū)域及其變化可以初步得出如下結(jié)論：第一，本研究關(guān)于新疆核桃種植氣候適宜性的研究結(jié)果與核桃種植的實(shí)際情況基本相符；第二，目前，新疆核桃大多種植在氣候適宜的阿克蘇、和田、喀什三地區(qū)，但在次適宜區(qū)仍有一定規(guī)模的種植；第三，適宜的氣候是作物種植的基本條件[17]，近20多年新疆核桃種植發(fā)展迅速除得益于國(guó)家政策、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及核桃栽培管理技術(shù)的進(jìn)步[31]外，氣候變暖使核桃適宜種植區(qū)擴(kuò)大應(yīng)是其先決因素。

（3）近55a氣候變暖對(duì)新疆核桃種植雖總體有利，但各地有明顯的區(qū)域性差異。例如，作為核桃種植氣候次適宜區(qū)的巴音郭楞蒙古自治州以及伊犁河谷等地，近年來(lái)核桃種植也呈快速發(fā)展之勢(shì)[31]，但受氣候變化的影響，近年冬季低溫、春季霜凍等異常災(zāi)害性天氣、氣候事件頻發(fā)，使核桃遭受越冬凍害、霜凍危害的風(fēng)險(xiǎn)增大[9,19]；另外，氣候變暖使夏季炎熱的吐哈盆地以及塔里木盆地東部核桃果實(shí)主要生長(zhǎng)期氣溫進(jìn)一步升高并超出其生長(zhǎng)發(fā)育的適宜范圍，對(duì)核桃優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)造成不利影響等。因此，須根據(jù)新疆氣候變化及其對(duì)核桃種植影響的區(qū)域性特點(diǎn)，科學(xué)調(diào)整核桃發(fā)展規(guī)劃和種植布局。可利用氣候變暖使阿克蘇、和田、喀什等地核桃種植氣候適宜區(qū)擴(kuò)大的有利條件，增大上述地區(qū)核桃種植的規(guī)模，充分發(fā)揮其氣候資源優(yōu)勢(shì)和核桃種植的規(guī)模效應(yīng)，提高核桃生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益；同時(shí)，適當(dāng)控制次適宜區(qū)核桃的發(fā)展速率和種植規(guī)模，降低各種氣象災(zāi)害對(duì)核桃生產(chǎn)的不利影響。

需要指出的是，在實(shí)際生產(chǎn)中，核桃種植區(qū)域的確定不僅受以熱量條件為主的氣候因素的影響，同時(shí)還與市場(chǎng)狀況、種植技術(shù)、土壤和灌溉條件等因素密不可分[26-28]，因此，在本研究基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)因素的綜合影響，制定更加符合新疆實(shí)際的核桃種植區(qū)劃和發(fā)展規(guī)劃，是今后新疆核桃種植業(yè)發(fā)展的主要研究工作。

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Impact of Climate Change on Walnut-Planting Climatic Suitability in Xinjiang

PU Zong-chao1，ZHANG Shan-qing2

（1．Urumqi Meteorological Bureau of Xinjiang, Urumqi 830002,China; 2．Xinjiang Agro-meteorological Observatory, Urumqi 830002）

Based on the data of daily mean temperature, maximum temperature and minimum temperaturefrom 102 meteorological stations in Xinjiangduring 1961-2015, the fundamental spatial-temporal change characteristic of keyclimatic factorsaffecting walnut planting, such as ≥10℃ accumulated temperature(∑Tmen≥10℃), days of minimum temperature was lower than ?25℃ (DTmin≤?25℃), days of the daily maximum temperature was over 40℃(DTmax≥40℃) andthe days which was the last frost date earlier than the first date of daily mean temperature≥10℃(DFTmen≥10℃?LF), were analyzed by using the methods of linear regression, accumulative anomaly, T-test and mixed spatial interpolation technology based on ArcGIS. And the effect of above climatic factors change on walnut-planting climatic suitability, andthe distributed areas of suitable, sub-suitable and unsuitable to walnut-planting were studied by combining with the climatic suitability zoning index of walnut planting. The main results showed thatspatial distribution of aboveclimatic factors had very obvious difference from place to place in Xinjiang, generally, ∑Tmen≥10℃were more in south than in north, in plain and basin than in mountain regions.DTmin≤?25℃were more in north and mountain regions than in south, plain and basin.DTmax≥40℃were more in east, plain and basin than in west and mountain regions.DFTmen≥10℃?LFwere more in west and mountain regionsthanin east, plain and basin. Under the comprehensive influence of above climatic factors, the climate suitable areas for walnut planting were mainly in the west of Tarim basin, sub-suitable areas were in most of Tarim basin and the south of Tuha basin. Most of the northern Xinjiang, Altai mountain, Tianshan mountain and Kunlun mountain, and the Tuha basin, eastern part of the Tarim basin were not suitable for walnut-planting. In the background of global warming, ∑Tmen≥10℃, DTmax≥40℃andDFTmen≥10℃?LFhad been significantly（P＜0.05）increased with the rate of 64.7℃·d·10y?1，0.48d·10y?1and 0.120d·10y?1, respectively, DTmin≤?25℃presented significantly（P＜0.001）decreasing trend with the rate of ?0.980d·10y?1, and above climatic factors had mutation in 1986 or 1997respectively, climate warming was obvious in recent 55 years in Xinjiang. By the affected of climate warming, the suitable areas and sub-suitable areas for walnut-planting were increased, but unsuitable areas were decreased after 1997 than before in Xinjiang region, generally, climate warming was beneficial to walnut planting in Xinjiang during 1961-2015.

Climate change;≥10℃accumulated temperature; Days of minimum temperature is lower than ?25℃; Days of maximum temperature is over than 40℃; Days of last frost date earlier than the first date of daily mean temperature≥10℃; Walnut-planting; Climatic suitability; Xinjiang region

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.04.006

普宗朝,張山清.氣候變暖對(duì)新疆核桃種植氣候適宜性的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(4):267-279

2017-08-07

。E-mail: zhangshanqing-66@163.com

國(guó)家自然科學(xué)基金（41375122）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（IDM201201）；科技部農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金（2013GB24160633）；新疆氣象局科研項(xiàng)目（MS201512）

普宗朝（1965-），高級(jí)工程師，從事氣候變化與農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail: puzongchao@163.com