唐曉培，宋 妮，陳智芳，王景雷※

（1. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物需水與調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新鄉(xiāng) 453002；2. 北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院 城市水循環(huán)與海綿城市技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875）

0 引 言

全球氣候變化已成為不可爭(zhēng)議的事實(shí)。農(nóng)業(yè)作為最易遭受氣候變化影響的產(chǎn)業(yè)之一，面臨很大的挑戰(zhàn)。黃淮海地區(qū)是中國(guó)優(yōu)質(zhì)小麥生產(chǎn)基地，其穩(wěn)定地生產(chǎn)產(chǎn)量對(duì)保障中國(guó)糧食安全意義重大。在眾多氣候因子中，農(nóng)業(yè)植被對(duì)溫度的敏感性最強(qiáng)[1]，1960—2009年黃淮海農(nóng)作區(qū)溫度總體呈上升趨勢(shì)[2]。冬前溫度過高可促使麥苗生長(zhǎng)旺盛，冬小麥越冬時(shí)間后移[3]，越冬期負(fù)積溫減少，凍害風(fēng)險(xiǎn)減小[4]，冬小麥安全越冬的概率加大，故冬小麥安全種植區(qū)域?qū)l(fā)生變化，特別是對(duì)溫度最敏感的北界地區(qū)，變化較為顯著[5-8]。因此，研究氣候變化情景下黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界的變化趨勢(shì)對(duì)合理利用該地區(qū)潛在地理、氣候資源以及有效避免自然災(zāi)害、確保該地區(qū)小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

研究氣候變化對(duì)冬小麥種植北界的影響，關(guān)鍵是冬小麥種植北界氣候指標(biāo)地選擇。影響冬小麥種植的潛在氣候因子主要分3類，第1類是能夠承受的最低溫度，第2類是完整的生育期和需求的熱量，第3類是形成植株體所需的水量[9]。早期學(xué)者僅考慮第1類氣候因子。如崔讀昌[10]認(rèn)為嚴(yán)寒低溫是決定冬小麥凍害的主要因子，并將最冷月平均最低氣溫-15℃和極端最低氣溫-22～-24 ℃作為中國(guó)冬春小麥品種分布?xì)夂騾^(qū)域的北界，國(guó)內(nèi)多位學(xué)者用此方法分別研究了中國(guó)冬小麥的種植北界及產(chǎn)量、可種植區(qū)域概率、農(nóng)業(yè)氣候資源及水資源盈虧等問題[11-15]。這種方法雖然考慮了冬小麥安全越冬的抗凍溫度指標(biāo)，但未考慮其耐凍溫度指標(biāo)，故此王宏[16]提出確定中國(guó)冬小麥安全種植北界的氣候指標(biāo)為最冷月平均溫度-8 ℃、冬季最低溫度小于等于-20 ℃的天數(shù)為 3 d且11月平均氣溫為2 ℃，同時(shí)，金之慶等[17-18]用此方法研究了未來氣候變化情景下中國(guó)冬小麥種植北界可能發(fā)生的地理位移及灌溉需水量等問題。近幾年來，隨著人們對(duì)冬小麥栽培學(xué)的深入了解，生育期熱量指標(biāo)和需水量指標(biāo)逐漸被大家認(rèn)識(shí)，如冬前積溫、越冬期負(fù)積溫、全生育期積溫、蒸騰量和降雨量等。郝志新等[19]采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì) 8個(gè)氣候因子進(jìn)行分析，認(rèn)為冬小麥種植主要?dú)夂蛞蜃邮窃蕉胺e溫，其次是越冬期負(fù)積溫。錢錦霞等[20]通過對(duì) 3個(gè)氣候因子的分析，認(rèn)為決定山西省冬小麥能否種植的關(guān)鍵因子是負(fù)積溫和年極端最低氣溫。Sun等[21]采用最大熵法從18個(gè)因子中確定影響冬小麥分布區(qū)域的主導(dǎo)氣候因子為越冬期負(fù)積溫、最冷月平均溫度、Penman模型估算的蒸騰量以及每年的降雨量。王連喜等[22]采用冬前積溫、最冷月平均溫度、越冬期負(fù)積溫以及全生育期積溫 4個(gè)熱量指標(biāo)作為北界參量，從單個(gè)站點(diǎn)的熱量資源角度以及不同站點(diǎn)坐標(biāo)位置的緯度信息角度，分析了氣候變暖背景下京津冀地區(qū)冬小麥種植北界的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)1961—2010年北界緯度以每年0.004 3°的速率北移。此外，對(duì)冬小麥種植北界氣候指標(biāo)的確定還包括這些指標(biāo)的臨界點(diǎn)。對(duì)于冬小麥生物學(xué)凍害溫度指標(biāo)，大部分學(xué)者選擇相同的臨界點(diǎn)，如最冷月平均溫度為-8 ℃、平均最低溫度為-15 ℃以及極端最低氣溫-22～-24 ℃。而對(duì)于冬小麥耐凍溫度指標(biāo)，不同地區(qū)的臨界點(diǎn)不同，如越冬期負(fù)積溫，郝志新等[19]在中國(guó)東北采用-600 ℃，劉德祥等[23]在中國(guó)西北地區(qū)采用-500 ℃，鄭小華等[24]在陜西省采用-400 ℃，王連喜等[22]在京津冀地區(qū)采用-450 ℃，高桂芹等[25]認(rèn)為河北唐山地區(qū)冬小麥負(fù)積溫在-350～-450 ℃之間可安全越冬。

氣候變化對(duì)中國(guó)冬小麥種植北界產(chǎn)生重大影響?；诖拮x昌[10]提出的冬小麥種植北界指標(biāo)，楊曉光等[11]認(rèn)為，與1951—1980年相比，1981—2007年冬小麥種植北界在遼寧省東部北移約120 km，西部北移約80 km，河北省北移約50 km，山西省北移約40 km，陜西省西部北移約47 km，內(nèi)蒙古、寧夏一線北移約200 km，甘肅西擴(kuò)20 km，青海西擴(kuò)120 km。排放情景特別報(bào)告（special report on emissions scenarios，SRES）的高經(jīng)濟(jì)發(fā)展能源種類平衡發(fā)展排放情景A1B下，相較于1951—1980年，2011—2040年和 2041—2050年種植北界在遼寧省、甘肅省和寧夏回族自治區(qū)繼續(xù)北移，在青海省繼續(xù)西擴(kuò)[15]。張夢(mèng)婷等[14]認(rèn)為，區(qū)域氣候模式 PRECIS（providing regional climates for impact studies）在代表性濃度路徑（representative concentration pathways，RCPs）RCP4.5 情景下，與1981—2010年相比，2071—2097年種植北界將平均北移約 147.8 km，其中遼寧省北移最明顯，其次為山西省。由于以往對(duì)冬小麥種植北界的研究，或基于全國(guó)范圍，面積較大，或基于單個(gè)站點(diǎn)，僅分析氣象指標(biāo)的變化趨勢(shì)，此外，所選氣候因子較為局限，所選情景較為單一，又因黃淮海地區(qū)為中國(guó)冬小麥重要產(chǎn)地，故此本研究以該地區(qū)為對(duì)象，從冬小麥生理學(xué)凍害溫度以及生育期所需積溫兩方面選擇 5個(gè)氣候指標(biāo)（最冷月平均溫度≥-8 ℃、極端最低氣溫≥-24 ℃、冬前積溫≥400 ℃、越冬期負(fù)積溫≥-450 ℃、全生育期積溫≥1 700 ℃）作為北界參量，分析 1961—2017年以及未來主要情景下2011—2100年黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界的變化趨勢(shì)，為黃淮海地區(qū)冬小麥種植區(qū)科學(xué)應(yīng)對(duì)氣候變化、氣候資源最大化利用、趨利避害提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 歷史氣象數(shù)據(jù)

歷史氣象數(shù)據(jù)來自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)（http://cdc.nmic.cn/home.do），包括黃淮海及周邊地區(qū)共94個(gè)氣象站1961—2017年逐日平均溫度和最低溫度氣象資料。

1.2 未來氣候模式與情景數(shù)據(jù)

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)提出的代表性濃度路徑新情景中，RCP4.5為中間穩(wěn)定路徑，接近當(dāng)前實(shí)際發(fā)展，RCP8.5為高濃度路徑，是發(fā)展的上限，故此本研究采用這 2種情景來分析未來黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界的變化趨勢(shì)。大氣環(huán)流模型（general circulation models，GCMs）采用加拿大氣候模式與分析中心推出的CanESM2（the second generation of Canadian Earth System Model）氣候模式。該氣候模式與其他氣候模式相比，在中國(guó)的年尺度和月尺度上對(duì)溫度的模擬具有較高精度[26-27]，且黃淮海地區(qū)采用統(tǒng)計(jì)降尺度模型（statistical downscaling model，SDSM）對(duì)其處理后，日尺度上率定期和驗(yàn)證期的觀測(cè)值與模擬值的確定性系數(shù)在0.95以上，均方根誤差在0.3之內(nèi)[28]，因此該模式適用于中國(guó)黃淮海地區(qū)。氣候模式數(shù)據(jù)來自 Canadian Climate Data and Scenarios（http://www.cccsn.ec.gc.ca），具體降尺度預(yù)測(cè)過程詳見文獻(xiàn)[28]。

1.3 冬小麥種植北界氣象指標(biāo)

黃淮海地區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬小麥—夏玉米輪作是其主要種植模式。冬小麥一般在每年10月份播種，翌年 6月份收獲，大部分種植區(qū)的灌溉條件已經(jīng)能夠滿足生長(zhǎng)期的正常需水量[29]。因此，本研究在前人研究以及實(shí)際種植基礎(chǔ)上，考慮冬小麥理論播種期（10月份日均溫連續(xù)3 d低于18 ℃[29]）以及不影響夏玉米收獲日期，以冬小麥可種植最大機(jī)率來研究北界的演變趨勢(shì)，將冬小麥播種期定為每年的10月1號(hào)，收獲期定為翌年6月20號(hào)。采用5日滑動(dòng)平均法在冬小麥生育期內(nèi)將日平均溫度穩(wěn)定降至0和穩(wěn)定升至0期間定為冬小麥越冬期，從冬小麥生理學(xué)凍害溫度以及生育期所需積溫兩方面選擇 5個(gè)氣象指標(biāo)作為黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界氣象參數(shù)，分別為：最冷月平均氣溫≥-8 ℃[16]、極端最低氣溫≥-24 ℃[10]、冬前積溫≥400 ℃[22,30-31]、越冬期負(fù)積溫≥-450 ℃[22,25,30]以及全生育期積溫≥1 700 ℃[22,30,32]。

1.4 冬小麥種植北界確定方法

根據(jù)所選黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界氣象指標(biāo)，同時(shí)滿足 5個(gè)指標(biāo)的年份稱其為可種植年份，該年份的可種植概率賦值為1，不滿足任何一個(gè)指標(biāo)的年份為不可種植年份，該年份的可種植概率賦值為0。

式中 PX為 X年份的可種植概率，X為實(shí)際 1961—2017年以及未來2種情景下2011—2100年；TA,X、TB,X、TC,X、TD,X、TE,X分別為X年的1月份平均氣溫、1月份極端最低氣溫、冬前積溫、越冬期負(fù)積溫、全生育期積溫，℃。

為了更好地探究冬小麥可種植北界的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化過程，本研究將1961—2010年每10 a作為一個(gè)年代際進(jìn)行劃分，1961—1970年、1971—1980年、1981—1990年、1991—2000年、2001—2010年，2011—2017年7 a作為一個(gè)年代際劃分；基于農(nóng)業(yè)種植制度變化的時(shí)間尺度，未來情境下2011—2100年每30 a作為一個(gè)年代際進(jìn)行劃分，分別為2011—2040年、2041—2070年、2071—2100年。采用王培娟等[12]提出的統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算各個(gè)站點(diǎn)冬小麥可種植年代際概率，具體計(jì)算公式

式中PY,N為Y年份所在N年代際的冬小麥可種植概率，Y為每個(gè)年代際的開始年份，分別為1961、1971……2011、2041、2071，N為年代際年數(shù)，本研究為10、7和30。

基于各站點(diǎn)冬小麥可種植年代際概率，參照 80%的氣候保證率比例，將年代際概率≥80%的地區(qū)稱其為冬小麥可種植區(qū)[19-20]，年代際概率＜80%的地區(qū)稱其為不可種植區(qū)，可種植區(qū)與不可種植區(qū)的分界線即為冬小麥種植北界。

2 結(jié)果與分析

2.1 黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界偏移現(xiàn)狀

基于確定的 5個(gè)北界指標(biāo)閾值估算出的冬小麥可種植年代際概率，采用普通克里格法進(jìn)行插值，繪制出1961—2017年各個(gè)年代際80%氣候保證率下冬小麥種植北界，如圖1所示。

圖1 黃淮海地區(qū)各年代際冬小麥種植北界Fig.1 Northern limit of winter wheat in different decades in Huang-Huai-Hai Plain

從圖1可以看出，1961—1970年黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界主要分布在天津—河北霸州—保定—石家莊—邢臺(tái)—山西臨汾一線；1971—1980年北界北移，河北境內(nèi)北移約65 km，到達(dá)北京、唐山附近，山西境內(nèi)北移約40 km，到達(dá)隰縣附近；與1971—1980年相比，1981—1990年北界變化很小，僅在河北唐山附近略南移、山西運(yùn)城附近略北移；與1981—1990年相比，1991—2000年北界變化顯著，尤以山西境內(nèi)為甚，將原本的正弦線趨勢(shì)壓縮為平滑拋物線趨勢(shì)，臨汾附近南移，陽(yáng)城附近北移，同時(shí)，北京附近南移，河北唐山附近北移，石家莊附近東移，邢臺(tái)附近西移；2001—2010年冬小麥種植北界與1991—2000年相比，呈北移西擴(kuò)趨勢(shì)，北京附近北移約30 km，河北石家莊附近西擴(kuò)約30 km，山西臨汾附近北移約40 km，西擴(kuò)約50 km；2011—2017年冬小麥種植北界與2001—2010年相比，呈南移西擴(kuò)趨勢(shì)，河北唐山附近南移約40 km，石家莊附近西擴(kuò)約30 km，山西臨汾附近南移約40 km。由統(tǒng)計(jì)年鑒知，相較于2001—2010年，2011—2017年河北省冬小麥種植面積減少 1.30%，冬小麥大部分種植在邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定、滄州、衡水、廊坊、唐山附近，秦皇島附近有小范圍種植，但逐年減少，張家口、承德目前沒有種植冬小麥[33]；與2001—2010年相比，2011—2017年山西省冬小麥種植面積減少3.88%，大部分種植在南部的運(yùn)城、臨汾、陽(yáng)城，介休附近有小范圍種植，中部隰縣、榆社、河曲、五寨、原平、興縣、太原等附近幾乎沒有種植冬小麥，北部右玉、大同由于平均氣溫更低，更不適合冬小麥種植[34]，這與本研究結(jié)果一致。

2.2 RCP4.5情景下黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界偏移狀況

將RCP4.5情景下黃淮海地區(qū)94個(gè)站點(diǎn)3個(gè)年代際2011—2040年、2041—2070年、2071—2100年的冬小麥可種植概率進(jìn)行插值并繪制 80%保證率下冬小麥種植北界，如圖2所示。

從圖2可以看出，未來RCP4.5情景下3個(gè)年代際黃淮海地區(qū)及周邊冬小麥可種植概率的空間分布非常相似，均從東南方向向西北方向遞減，且隨著時(shí)間推移，不同年代際概率的分界線均逐漸向西北方向移動(dòng)（圖2a～2c）。冬小麥可種植年代際概率為＞0.2～0.8的區(qū)域主要分布在山西中部、山西與河北交界處以及北京北部。與 2011—2017年黃淮海地區(qū)北界的實(shí)際趨勢(shì)相比，RCP4.5情景 80%保證率下 2011—2040年冬小麥種植北界整體趨勢(shì)與之較一致，在河北樂亭—唐山—北京—河北保定—石家莊—邢臺(tái)—山西榆社—臨汾一線，但在河北唐山、樂亭附近，北界北移約45 km，在河北石家莊附近，北界東移約 40 km，在山西臨汾附近，北界北移約35 km（圖2d）。與2011—2040年相比，2041—2070年北界變化較大：河北唐山、樂亭附近北移至秦皇島；山西臨汾附近北移至介休，榆社附近形成一個(gè)面積約13 600 km2的橢圓，且為不可種植區(qū)域（圖 2d）。相較于2041—2070年，2071—2100年北界在河北境內(nèi)趨于穩(wěn)定，在山西境內(nèi)北移約60 km，到達(dá)太原北部，且榆社附近的不可種植區(qū)域消失。

圖2 RCP4.5情景下黃淮海地區(qū)冬小麥可種植年代際概率及80%保證率下種植北界Fig.2 Probability of winter wheat planting and northern limit of winter wheat planting at 80% guarantee level under RCP4.5 in Huang-Huai-Hai Plain

2.3 RCP8.5情景下黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界偏移狀況

RCP8.5情景下黃淮海地區(qū)2011—2100年3個(gè)年代際的冬小麥可種植概率及80%保證率下種植北界如圖3所示。

從圖3可以看出，未來RCP8.5情景下3個(gè)年代際黃淮海地區(qū)及周邊冬小麥可種植概率的空間分布差異較大，主要表現(xiàn)在不同年代際概率的分界線明顯向西北方向移動(dòng)，且呈“S”狀。冬小麥可種植年代際概率為＞0.2～0.8的區(qū)域，2011—2040年主要分布在山西太原附近、山西與河北交界處以及北京附近（圖3a），2041—2070年則分布在山西五寨附近、河北張家口與豐寧附近（圖3b），2071—2100年北移至山西河曲附近、西擴(kuò)至河北張北附近（圖3c）。與2011—2017年黃淮海地區(qū)北界的實(shí)際趨勢(shì)相比，RCP8.5情景80%保證率下2011—2040年冬小麥種植北界整體趨勢(shì)與之較一致：主要分布在河北秦皇島—唐山—北京—河北保定—石家莊—山西臨汾一線。其中，在河北唐山與樂亭附近，北界北移約50 km，河北石家莊附近，北界東移約40 km，山西臨汾附近，北界北移約35 km（圖3d）。與2011—2040年相比，2041—2070年北界北移距離較大：河北境內(nèi)北移至遵化、青龍附近，山西境內(nèi)北移至興縣、太原附近。此外，榆社附近出現(xiàn)一個(gè)面積約4 800 km2的不可種植區(qū)域。2071—2100年北界呈“S”狀，主要分布在河北承德—豐寧—張家口—懷來—保定—山西原平—五寨—河曲一線，與2041—2070年相比，河北境內(nèi)北移約70 km，山西境內(nèi)北移約75 km。

圖3 RCP8.5情景下黃淮海地區(qū)冬小麥可種植年代際概率及80%保證率下種植北界Fig.3 Probability of winter wheat planting and northern limit of winter wheat planting at 80% guarantee level under RCP8.5 in Huang-Huai-Hai Plain

3 討 論

黃淮海地區(qū)1971—2017年的5個(gè)年代際冬小麥種植北界，均與相鄰前 1個(gè)年代際相比，有所變動(dòng)。其中，1971—1980年北移距離最大，1981—1990年北移距離最小，1991—2000年整體變化幅度最大，2011—2017年則呈南移現(xiàn)象（圖1）。北界的這種變化趨勢(shì)與各個(gè)年代際冬季氣溫的變化情況緊密相關(guān)，北京、天津、河北省、山西省四省市冬季（12月、1月、2月）積溫1971—1980年較1961—1970年平均每年增加61.36 ℃，1981—1990年較1971—1980年平均每年增加 9.40 ℃，1991—2000年較1981—1990年平均每年增加106.64 ℃，2011—2017年較2001—2010年平均每年降低 19.10 ℃。冬季氣溫驟然升高將導(dǎo)致北界大幅北移或整體變化幅度加劇，變化較小則表現(xiàn)為北界北移距離較小，溫度降低則使北界南移，這與楊曉琳等[2-3,5]的結(jié)論一致。1961—1970年山西省的冬小麥種植北界，李祎君等[3]認(rèn)為到達(dá)山西中北部，王培娟等[12]認(rèn)為到達(dá)山西中部，錢錦霞等[20]認(rèn)為在臨汾、晉城附近，本研究則發(fā)現(xiàn)在臨汾、陽(yáng)城附近。前兩者的結(jié)果與本研究結(jié)論差異較大，第三者的結(jié)果與本研究結(jié)論相近。出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因可能是所選氣候指標(biāo)的不同。前兩者僅考慮了冬小麥的抗凍指標(biāo)，第三者考慮了抗凍、耐凍指標(biāo)，本研究則綜合了冬小麥抗凍、耐凍、全生育期熱量指標(biāo)。基于2011—2017年河北省、山西省的統(tǒng)計(jì)年鑒資料[33-34]，河北省、山西省冬小麥的種植區(qū)域與本研究2011—2017年北界結(jié)果較一致，這在一定程度上說明所選指標(biāo)的精確度較高。此外，所選區(qū)域的尺度大小以及站點(diǎn)的數(shù)量多少等都會(huì)對(duì)研究的結(jié)果產(chǎn)生一定影響。王連喜等[22]基于抗凍、耐凍、全生育期熱量指標(biāo)并結(jié)合柵格數(shù)和站點(diǎn)緯度信息，得到了京津冀地區(qū)冬小麥可種植北界的年代際回歸方程，該方法對(duì)北界的變化趨勢(shì)研究具有一定的價(jià)值，但不能直觀的表現(xiàn)出各個(gè)地區(qū)北界的動(dòng)態(tài)變化過程，因此，本研究選擇普通克里格方法對(duì)各個(gè)年代際冬小麥可種植概率進(jìn)行插值，以便更直接的觀察到各個(gè)地區(qū)北界的動(dòng)態(tài)變化過程。普通克里格方法通過對(duì)未知樣點(diǎn)周圍實(shí)測(cè)樣點(diǎn)的平均權(quán)重系數(shù)對(duì)未知樣點(diǎn)進(jìn)行線性無偏最優(yōu)估計(jì)[35]，但也存在著過度平滑問題[36]。如2001—2010年和2011—2017年，考慮到山西介休站點(diǎn)周圍隰縣、榆社、太原等站點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)，在估值過程中對(duì)介休站點(diǎn)的原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生壓縮作用及平滑效應(yīng)，從而使該站點(diǎn)由可種植區(qū)域變?yōu)椴豢煞N植區(qū)域，這與實(shí)際情況不符。因此，采用該方法對(duì)變化較劇烈的空間屬性進(jìn)行估計(jì)和預(yù)測(cè)時(shí)，需要進(jìn)一步深入研究。

未來2種情景下，RCP4.5冬小麥種植北界變化趨勢(shì)明顯小于RCP8.5。RCP4.5情景下，與2041—2070年相比，2071—2100年北界在河北境內(nèi)趨于穩(wěn)定，在山西境內(nèi)北移且距離較?。▓D 2d），RCP8.5情景下，與 2041—2070年相比，2071—2100年北界在河北和山西境內(nèi)均北移且距離較大（圖3d）。分析認(rèn)為，2種情景下河北、山西 2省的不同表現(xiàn)，可能與不同情景下排放路徑和兩地區(qū)地理因素緊密相關(guān)：RCP4.5代表中濃度路徑發(fā)展，輻射和溫室氣體濃度路徑形狀為不超過目標(biāo)水平趨于穩(wěn)定，而RCP8.5代表高濃度路徑發(fā)展，輻射和溫室氣體排放持續(xù)上升[37]。RCP4.5情景下，隨著溫室氣體排放量增加氣溫升高，但在河北境內(nèi)受燕山山脈阻擋，熱量資源向北傳遞速度較慢，因而北界北移速度較慢，在山西境內(nèi)，由于山脈多為南北走向，熱量資源向北傳遞速度較快，進(jìn)而北界北移速度較快。RCP8.5情景下，氣溫增幅較快，燕山已無法阻擋熱量資源向北傳遞的趨勢(shì)，故河北境內(nèi)北界的北移速度也較快。此外，未來2種情景下，2041—2070年山西境內(nèi)均出現(xiàn)一個(gè)以榆社為中心的不可種植區(qū)域，這可能是因?yàn)橛苌缢幧降?，海拔較高，氣溫較低，且四周為太原盆地、長(zhǎng)治盆地、華北平原，極易形成四周為可種植區(qū)域，而中間為不可種植區(qū)域的現(xiàn)象，又由于 RCP8.5情景下氣溫增加較大，所以RCP8.5情景下不可種植區(qū)域面積較小。

盡管冬小麥北界有北移西擴(kuò)趨勢(shì)，且這種趨勢(shì)正在逐漸加劇，但冬小麥合理規(guī)劃擴(kuò)種并不是如此簡(jiǎn)單，需要考慮諸多因素。其中，北移冬小麥品種的選擇為首要因素，現(xiàn)有品種在北移區(qū)種植可能會(huì)引起生育期改變[38]，因此，強(qiáng)冬性小麥品種亟需研發(fā)。其次為田間管理制度。冬小麥分蘗節(jié)深度與越冬期死亡率關(guān)系密切，必須采取相應(yīng)措施確保冬小麥安全越冬[10]。此外還應(yīng)提高對(duì)氣象災(zāi)害的預(yù)判力，考慮北移冬小麥種植的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié) 論

本研究在前人研究的基礎(chǔ)上選擇最冷月平均溫度≥-8 ℃、極端最低氣溫≥-24 ℃、冬前積溫≥400 ℃、越冬期負(fù)積溫≥-450 ℃、全生育期積溫≥1 700 ℃作為冬小麥種植北界參數(shù)，系統(tǒng)地分析了黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界的時(shí)間演變特點(diǎn)，并預(yù)測(cè)了不同情景下黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界的未來變化趨勢(shì)，得到主要結(jié)論如下：

1）1961—1970 年黃淮海地區(qū)冬小麥種植北界主要分布于天津—河北霸州—保定—石家莊—邢臺(tái)—山西臨汾一線；1971—1980年，該線在河北境內(nèi)北移約65 km，在山西境內(nèi)北移約40 km；與1971—1980年相比，1981—1990年北界變化較小，僅在河北唐山附近略南移，在山西運(yùn)城附近略北移；與1981—1990年相比，1991—2000年北界變化較大，尤以山西地區(qū)為最，將原本的正弦線趨勢(shì)壓縮為平滑拋物線趨勢(shì)，臨汾附近南移，陽(yáng)城附近北移；相較于1991—2000年，2001—2010年北界略北移；相較于2001—2010年，2011—2017年北界呈南移現(xiàn)象。

2）未來RCP4.5情景下，2011—2040年冬小麥種植北界主要分布在河北樂亭—唐山—北京—河北保定—石家莊—邢臺(tái)—山西榆社—臨汾一線；2041—2070年，該線在河北境內(nèi)北移至秦皇島，山西境內(nèi)北移至介休；與2041—2070年相比，2071—2100年北界在河北境內(nèi)趨于穩(wěn)定，在山西境內(nèi)北移至太原北部。

3）未來RCP8.5情景下，冬小麥種植北界變化較大：2011—2040年，北界位于河北秦皇島—唐山—北京—河北保定—石家莊—山西臨汾一線；2041—2070年，該線在河北境內(nèi)北移至遵化、青龍附近，在山西境內(nèi)北移至興縣、太原附近；2071—2100年，北界北移至承德—豐寧—張家口—懷來—保定—山西原平—五寨—河曲一帶。