李宏偉 李秀華 王林海 麻旭東 胡雪 王玉靜 烏蘭

摘要?依據(jù)1970—2015年包頭地區(qū)7個(gè)氣象臺(tái)站年均氣溫、≥10 ℃年活動(dòng)積溫和無霜期的數(shù)據(jù)，采用氣候傾向率法和IDW插值法，研究包頭地區(qū)近46年氣溫、積溫和無霜期的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明：包頭地區(qū)近46年年均氣溫、≥10 ℃活動(dòng)積溫和無霜期年代際變化為大致隨年代的增加而增加，增溫幅度為0.46 ℃/10 a，年平均氣溫46年升高約2.12 ℃;≥10 ℃年活動(dòng)積溫以99.38 ℃·d/10 a的傾向率升高，46年增加約457.2 ℃·d;年均無霜期以4.76 d/10 a的傾向率延長(zhǎng)，46年延長(zhǎng)約22 d;平均氣溫、≥10 ℃年活動(dòng)積溫和無霜期的空間特征為包頭市區(qū)和土默特右旗明顯高于達(dá)茂旗和固陽(yáng)縣，年代間變化特征大致為低值區(qū)范圍在逐漸縮小，高值區(qū)范圍在逐漸擴(kuò)大，年代間增暖的空間特征明顯。

關(guān)鍵詞?農(nóng)業(yè)熱量資源;時(shí)空變化;包頭地區(qū)

中圖分類號(hào)?S161.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A文章編號(hào)?0517-6611（2018）35-0149-06

氣溫、積溫和霜凍期的長(zhǎng)短等指標(biāo)常用來衡量某地區(qū)熱量資源的多少，熱量資源與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)。在氣候變暖的背景下[1]，我國(guó)熱量資源也發(fā)生了變化[2-6]，這在一定程度上影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[7-11]。近50年，全國(guó)熱量資源（平均、最高、最低溫度和積溫）呈增加趨勢(shì)，且最低溫度變化幅度高于最高溫度，對(duì)氣候增暖起主要作用[2]。中國(guó)80%以上區(qū)域呈現(xiàn)初霜日退后、終霜日提前和無霜期延長(zhǎng)的趨勢(shì)[6]。近10年來，東北水稻向北擴(kuò)張，種植北界北移了4個(gè)緯度;東北地區(qū)水稻生長(zhǎng)期內(nèi)光熱水同步，且晝夜溫差大，東北水稻生產(chǎn)可能是對(duì)氣候變化的良好適應(yīng)[12]。氣候變暖將改善區(qū)域的熱量資源，積溫增多，我國(guó)長(zhǎng)江以北特別是中緯度和高原地區(qū)的作物生長(zhǎng)季節(jié)延長(zhǎng)，低溫冷害有所減輕，喜溫作物界限北移，晚熟作物品種種植面積增加，促進(jìn)了種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整[13]。

包頭地區(qū)屬于典型的中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，相關(guān)部門近年來加大對(duì)農(nóng)牧業(yè)的投入力度，結(jié)合各區(qū)域農(nóng)牧業(yè)資源稟賦，初步形成北部草原畜牧發(fā)展帶、中部旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展帶和南部現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)發(fā)展帶的新格局，菜、薯、乳、肉 四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)比重達(dá)到70%以上。筆者以包頭地區(qū)為例，分析了近46年來農(nóng)業(yè)熱量資源的時(shí)空變化特征，以期在氣候變暖的大背景下充分利用農(nóng)業(yè)熱量資源，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1?資料與方法

1.1?研究地區(qū)概況

包頭地區(qū)位于109°15′～111°25′E，40°15′～42°45′N，面積為27 768 km2，該區(qū)域?qū)侔敫珊抵袦貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫5.9 ℃，晝夜溫差大。由于陰山山脈大青山段橫貫中部，形成北部高原、中部山地、南部平原3個(gè)地形區(qū)域。

1.2?資料與方法

利用包頭市7個(gè)氣象臺(tái)站1970—2015年的年平均氣溫、≥10 ℃年活動(dòng)積溫、無霜期的觀測(cè)資料，研究分析此期間包頭地區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源的時(shí)空變化特征。氣候傾向率采用一元線性回歸方程擬合：y=ax+b，a為趨勢(shì)傾向率或變化率，絕對(duì)值大小反映氣候要素的變化程度[14-15]。

氣候空間分布模擬基于Arcgis10.1的反距離插值法（IDW）形成氣候要素的空間分布模擬。

2?結(jié)果與分析

2.1?包頭地區(qū)近46年農(nóng)業(yè)熱量資源的年代際變化特征

2.1.1?年平均氣溫。

由表1可見，自20世紀(jì)70年代以來，年代間平均氣溫在逐步升高。20世紀(jì)70年代年平均氣溫為4.42 ℃，80年代4.62 ℃，90年代升高到5.58 ℃，年平均氣溫較70年代升高了1.16 ℃。進(jìn)入21世紀(jì)，年代間平均氣溫繼續(xù)保持升高態(tài)勢(shì)，2000—2009年平均氣溫5.79 ℃，2010—2015年平均氣溫為5.84 ℃ 。1970—2015年包頭市年平均氣溫為5.20 ℃。近46年來，包頭地區(qū)年平均氣溫在波動(dòng)中升高，增溫幅度為0.46 ℃/10 a，年平均氣溫46年升高約2.12 ℃，增溫幅度達(dá)極顯著水平（R=0.729 1）。

2.1.2?≥10 ℃年活動(dòng)積溫。

當(dāng)日平均氣溫穩(wěn)定上升到10 ℃以上時(shí)，大多數(shù)農(nóng)作物才能活躍生長(zhǎng)，所以常用≥10 ℃年活動(dòng)積溫衡量大多數(shù)農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的熱量狀況[16]。表1表明，1970—2009年，年代間≥10 ℃年活動(dòng)積溫在逐步升高。20世紀(jì)70年代≥10 ℃年活動(dòng)積溫為2 679 ℃·d，80年

代2 749 ℃·d，90年代2 850 ℃·d，2000—2009年≥10 ℃年活動(dòng)積溫增幅最大，較過去10年增加了165 ℃·d，為3 015 ℃·d，2010—2015年略有降低。1970—2015年包頭市≥10 ℃年活動(dòng)積溫平均值為2 846 ℃·d。≥10 ℃年活動(dòng)積溫的變化趨勢(shì)。近46年來，包頭地區(qū)≥10 ℃年活動(dòng)積溫在波動(dòng)中升高，以99.38 ℃·d/10 a（r=0.74）的傾向率呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，46年升高約457.2 ℃·d。

2.1.3?無霜期。

無霜期是指一年中終霜后至初霜前的一整段時(shí)間，無霜期與農(nóng)作物生長(zhǎng)期有密切關(guān)系，是農(nóng)業(yè)上重要的熱量指標(biāo)[17]。從表1可以看出，1970—2009年年代間無霜期在逐步延長(zhǎng)，2010—2015年平均無霜期略有縮短。20世紀(jì)70年代年均無霜期為115 d;80年代延長(zhǎng)至128 d，10年間年均無霜期延長(zhǎng)13 d;90年代為130 d。21世紀(jì)頭10年年均無霜期緩慢延長(zhǎng)至135 d，2010—2015年為134 d。近46年來，包頭地區(qū)年均無霜期表現(xiàn)為明顯的延長(zhǎng)趨勢(shì)，其傾向率為4.76 d/10 a（r=0.61），46年延長(zhǎng)約22 d。

2.2?包頭地區(qū)近46年農(nóng)業(yè)熱量資源年代間空間變化特征

2.2.1?年平均氣溫。

年平均氣溫包頭市區(qū)和土默特右旗明顯高于達(dá)茂旗和固陽(yáng)縣，年平均氣溫年代間變化特征大體為低值區(qū)范圍在逐漸縮小，高值區(qū)范圍在逐漸擴(kuò)大，且7個(gè)氣象站點(diǎn)年代間平均氣溫也在逐漸升高，年代間增暖的空間特征明顯。20世紀(jì)70年代，年平均氣溫3 ℃分布區(qū)西部集中在達(dá)茂旗的巴音花鎮(zhèn)、明安鎮(zhèn)、白云礦區(qū)及固陽(yáng)縣西北部西斗鋪鎮(zhèn)大部和興順西的局部區(qū)域，東部則位于希拉穆仁鎮(zhèn)和石寶鎮(zhèn)的局部，自此之后3 ℃分布區(qū)的面積在年代間表現(xiàn)出縮小的特點(diǎn)，截止2015年，3 ℃分布區(qū)西部縮小為明安鎮(zhèn)的局部，東部縮小為希拉穆仁鎮(zhèn)和石寶鎮(zhèn)的小部分區(qū)域。20世紀(jì)70年代，年平均氣溫7 ℃以上位于土默特右旗的南部和包頭市區(qū)的小部分區(qū)域，此后，年平均氣溫7 ℃分布區(qū)的面積年代間逐漸北移，截止2015年最北端已進(jìn)入固陽(yáng)縣范圍，而且北部的滿都拉鎮(zhèn)局部出現(xiàn)了6～7 ℃高溫度區(qū)。

2.2.2?≥10 ℃年活動(dòng)積溫。

≥10 ℃年活動(dòng)積溫包頭市區(qū)和土默特右旗明顯高于固陽(yáng)縣和達(dá)茂旗，年代間變化特征大致為低值區(qū)范圍在逐漸縮小，高值區(qū)范圍在逐漸擴(kuò)大，且7個(gè)氣象站點(diǎn)≥10 ℃年活動(dòng)積溫值也在逐漸升高，年代間積溫升高的空間特征明顯。20世紀(jì)70年代，2 200 ℃·d以下分布區(qū)西部集中在達(dá)茂旗的巴音花鎮(zhèn)、明安鎮(zhèn)、白云礦區(qū)及固陽(yáng)縣西北部西斗鋪鎮(zhèn)大部和興順西的局部區(qū)域，東部則位于希拉穆仁鎮(zhèn)、石寶鎮(zhèn)的局部及達(dá)爾罕蘇木的小部分地區(qū);自此之后，2 200 ℃·d以下分布區(qū)的面積年代間表現(xiàn)出縮小的特點(diǎn)，截止2009年，2 200 ℃·d以下分布區(qū)西部縮小為明安鎮(zhèn)大部和巴音花鎮(zhèn)的小部分地區(qū)，東部縮小為希拉穆仁鎮(zhèn)和石寶鎮(zhèn)的小部分地區(qū)。20世紀(jì)70年代，3 000 ℃·d以上分布區(qū)位于土默特右旗的南部和包頭市區(qū)的小部分區(qū)域，此后3 000 ℃·d以上分布區(qū)的面積年代間逐漸北移，截止2015年最北端已進(jìn)入固陽(yáng)縣范圍，而且北部的滿都拉鎮(zhèn)局部出現(xiàn)了3 000 ℃·d以上高值區(qū)。

2.2.3?無霜期。

包頭市區(qū)和土默特右旗無霜期明顯長(zhǎng)于固陽(yáng)縣和達(dá)茂旗，年代間變化特征大致為低值區(qū)范圍在逐漸縮小，高值區(qū)范圍在逐漸擴(kuò)大，年代間無霜期延長(zhǎng)的空間特征明顯。1970—1979年無霜期110 d以下分布區(qū)集中于達(dá)茂旗東部和固陽(yáng)縣北部，20世紀(jì)80年代迅速縮小，僅分布于希拉穆仁鎮(zhèn)、石寶鎮(zhèn)大部以及達(dá)爾罕蘇木的小部分地區(qū)，90年代這一區(qū)域繼續(xù)縮小，2000—2009年和2010—2015年2個(gè)時(shí)段變化不大。20世紀(jì)70年代，無霜期長(zhǎng)達(dá)140～150 d，僅分布在土默特右旗南部;80年代，150 d以上分布區(qū)出現(xiàn)于土默特右旗南部的明沙淖鄉(xiāng)、海子鄉(xiāng)、將軍堯鎮(zhèn)和包頭市區(qū)的小部分區(qū)域;90年代這一區(qū)域北移，占據(jù)土默特右旗大部和包頭市區(qū)的小部分區(qū)域，2000—2009年，該區(qū)域北移到除九峰山生態(tài)管理委員會(huì)和美岱召鎮(zhèn)局部外的整個(gè)土默特右旗和包頭市區(qū)南部;2010—2015年，土默特右旗150 d以上無霜期范圍繼續(xù)擴(kuò)大至九峰山生態(tài)管理委員會(huì)的南部，包頭市區(qū)這一區(qū)域較過去10年南移縮小。

3?結(jié)論與討論

近46年，包頭地區(qū)年均氣溫、≥10℃年活動(dòng)積溫和無霜期均表現(xiàn)出增加特點(diǎn)，表明該區(qū)域農(nóng)業(yè)熱量資源逐漸增加，無疑為該區(qū)域馬鈴薯、玉米等作物品種的選擇提供了更大的空間。包頭地區(qū)的固陽(yáng)縣和達(dá)茂旗作為我國(guó)馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)和種薯生產(chǎn)基地，曾經(jīng)主栽品種多為中早熟，比如費(fèi)烏瑞它和克新一號(hào)，近幾年一些產(chǎn)量和品質(zhì)俱佳的中晚熟品種占相當(dāng)面積，例如冀張薯8號(hào)、青薯9號(hào)。這些在一定程度上提高了熱量資源的利用效率，保障了該區(qū)域的糧食安全。水是干旱、半干旱區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素，在全球氣候變暖的大背景下，吳普特等[18]分析了1949—2005 年中國(guó)氣候變化特征，表明 20 世紀(jì) 90 年代以前，干旱趨勢(shì)相對(duì)緩和，90 年代以后，干旱變化趨勢(shì)進(jìn)一步加劇。由于氣候變化引起中國(guó)農(nóng)田灌溉用水增加量平均超過 1 000 億 m3，單位面積糧食減產(chǎn)量平均超過1 000 kg/hm2。氣候變化將改變區(qū)域降水量和降水格局，北方江河徑流量減少、南方徑流量增加，各流域年均蒸發(fā)量增大，其中黃河及內(nèi)陸河地區(qū)的蒸發(fā)量增加約15%，導(dǎo)致流域流量下降乃至斷流[19]。該研究區(qū)的包頭市區(qū)和土默特右旗屬于引黃灌溉區(qū)，黃河蒸發(fā)量的增大將進(jìn)一步加劇該區(qū)域的用水緊張問題。近31年來，固陽(yáng)縣土壤水分呈顯著下降趨勢(shì)，以秋季下降速度最快;土壤水分與溫度呈負(fù)相關(guān)，與降水量呈正相關(guān)，其中夏季溫度和降水量對(duì)土壤水分的影響最為顯著[20]。

參考文獻(xiàn)

[1] IPCC.Working group I contribution to the IPCC fifth assessment report（AR5），climate change 2013：The physical science basis[M].Cambridge：Cambridge University Press，2013.

[2] 胡琦，潘學(xué)標(biāo)，邵長(zhǎng)秀，等.1961—2010年中國(guó)農(nóng)業(yè)熱量資源分布和變化特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2014，35（2）：119-127.

[3] 李碩，沈彥俊.氣候變暖對(duì)西北干旱區(qū)農(nóng)業(yè)熱量資源變化的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，21（2）：227-235.

[4] 普宗朝，張山清，李景林，等.近50年新疆冬季熱量資源時(shí)空變化[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014，32（2）：40-46.

[5] 劉實(shí)，王勇，繆啟龍，等.近50年?yáng)|北地區(qū)熱量資源變化特征[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2010，21（3）：266-278.

[6] 寧曉菊，張麗君，楊群濤，等.1951年以來中國(guó)無霜期的變化趨勢(shì)[J].地理學(xué)報(bào)，2015，70（11）：1811-1822.

[7] 賈建英，郭建平.東北地區(qū)近46年玉米氣候資源變化研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（3）：302-307.

[8] 賴純佳，千懷遂，段海來，等.淮河流域小麥-水稻種植制度的氣候適宜性[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，44（14）：2868-2875.

[9] 鄭冰嬋.氣候變化對(duì)中國(guó)種植制度影響的研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（2）：308-311.

[10] 冶明珠，郭建平，袁彬，等.氣候變化背景下東北地區(qū)熱量資源及玉米溫度適宜度[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，23（10）：2786-2794.

[11] 李祎君，王春乙.氣候變化對(duì)我國(guó)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的影響[J].氣候變化研究進(jìn)展，2010，6（2）：123-129.

[12] 潘根興，高民，胡國(guó)華，等.氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（9）：1698-1706.

[13] 劉彥隨，劉玉，郭麗英，等.氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響及應(yīng)對(duì)策略[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，18（4）：905-910.

[14] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，1999：43-47.

[15] 普宗朝，張山清，楊琳.1961-2008年新疆克拉瑪依市氣候變化分析[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（4）：55-60.

[16] 王立祥，李軍.農(nóng)作學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[17] 錢錦霞，張霞，張建新，等.近40年山西省初終霜日的變化特征[J].地理學(xué)報(bào)，2010，65（7）：801-808.

[18] 吳普特，趙西寧.氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)用水和糧食生產(chǎn)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26（2）：1-6.

[19] 林而達(dá)，許吟隆，蔣金荷，等.氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告（Ⅱ）：氣候變化的影響與適應(yīng)[J].氣候變化研究進(jìn)展，2006，2（2）：51-56.

[20] 李宏偉，李秀華，夏雪蓮，等.包頭市固陽(yáng)縣近 50 余年氣候變化及其對(duì)土壤水分的影響[J].北方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2016，44（4）：90-93.