沈平，陳榮，杜堯東，張永華，高建秋

（1.廣東省突發(fā)事件預警信息發(fā)布中心，廣東廣州 510640；2.廣東省氣候中心，廣東廣州 510640；3.廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心，廣東廣州 510640）

馬鈴薯作為全球第3大糧食作物，中國5大主食之一，具有高產、周期短、營養(yǎng)豐富等優(yōu)點［1]。廣東省地處熱帶、南亞熱帶地區(qū)，熱量充足，尤其冬季光熱條件好，具備開展冬種馬鈴薯種植條件。近年來冬種馬鈴薯已成為廣東省糧食增產、農業(yè)增效、農民增收的重要途經［2]。然而，在全球氣候變暖的背景下［3]，局地出現(xiàn)了忽視氣候變化對種植適應性的影響，而盲目擴大種植范圍的現(xiàn)象。導致種植區(qū)域及耕種時間的不適宜，嚴重影響了冬種馬鈴薯的產量和品質。

近年來，在全球氣候變化背景下廣東農業(yè)氣候資源變化的研究表明，過去40年，廣東溫度呈增加趨勢［4]，熱量資源明顯增多，光照及降水呈減少趨勢，但減幅較?。?]。因此，學者就氣候變化對廣東農作物種植氣候生態(tài)適應性進行大量研究，歸納總結了氣候變化對作物生長發(fā)育的影響和作物種植區(qū)域調整建議［6-12]，杜堯東等［5]探討了廣東地區(qū)氣候變暖對農業(yè)的影響與對策；陳新光等［7]就氣象變化背景下廣東早稻播期調整方式進行研究；黃珍珠等［8]研究氣候變化背景下廣東寒露風特征及其對晚稻產量影響的分析；梁敏妍等［11]對長壩沙田柚的氣候適宜性及其變化趨勢進行分析。但關于氣候變化對廣東冬種馬鈴薯種植區(qū)劃的影響研究則鮮有報道。本研究擬利用廣東省86個氣象站臺1961—2016年的氣象要素，參考以往有關冬種馬鈴薯種植區(qū)劃指標的研究成果，結合廣東種植實際情況，分析近56年來廣東氣候變化對冬種馬鈴薯種植氣候區(qū)劃的影響，以期為廣東省持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展冬種馬鈴薯產業(yè)提供理論參考依據(jù)。

1 資料與方法

1）資料來源。

本研究采用廣東省探測數(shù)據(jù)信息中心提供的廣東省86個氣象站點1961—2016年近56年的逐日平均氣溫、極端最低氣溫、降雨量、日照時數(shù)等氣象數(shù)據(jù)。基礎地理信息數(shù)據(jù)由廣東省氣候中心提供廣東省1∶25萬數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)。

2）區(qū)劃指標。

根據(jù)廣東省11月至翌年2月的氣候特點，結合馬鈴薯整個生長期和關鍵生育期對氣候條件的要求，參考以往研究成果［13]與廣東種植實際情況，本研究選擇11月—次年2月的平均氣溫、11月—次年2月80%保證率≥10℃的積溫、11月—次年2月80%保證率的極端最低氣溫、1—2月平均氣溫和霜凍日數(shù)［14]，確定該5個因子作為劃分冬種馬鈴薯種植氣候區(qū)劃的指標。指標分級標準如表1所示。

表1 冬種馬鈴薯種植的農業(yè)區(qū)劃指標

3）數(shù)據(jù)處理。

（1）氣候要素變化趨勢和突變特征分析方法。

分析1961—2016年廣東冬種馬鈴薯氣候區(qū)劃有關氣候要素的變化趨勢和特征［15]。鑒于氣候波動對農業(yè)生產的影響，≥10℃積溫和極端最低氣溫2個區(qū)劃因子進行了80%保證率［16]的運算考慮，根據(jù)正態(tài)分布中保證率與隨機變量的關系，使用區(qū)劃因子多年平均值和樣本標準差，計算各站11月—2月80%保證率的≥10℃積溫和極端最低氣溫。

（2）冬種馬鈴薯氣候區(qū)劃方法。

采用86個氣象觀測站的氣象資料，運用回歸分析分別對突變前后2個時間段的5個區(qū)劃因子與經緯度、海拔高度、坡度和坡向建模并進行小網(wǎng)格推算（表2）。在ArcGIS10.0平臺下，根據(jù)表1對各區(qū)劃因子柵格數(shù)據(jù)進行分級處理并獲取區(qū)劃圖，將各區(qū)劃因子按相同權重迭加處理，獲得廣東冬種馬鈴薯氣候區(qū)劃圖。

表2 區(qū)劃因子推算模型

2 氣候要素變化趨勢

2.1 年平均氣溫

1961—2016年廣東年平均氣溫序列的累積距平在1996年出現(xiàn)最小值（圖1），對1961—1996和1997—2016年廣東年平均氣溫進行t檢驗結果顯示，｜t0｜＝7.485 0＞ta＝0.001，表明，近56年廣東省年平均氣溫于1997年發(fā)生了突變，突變后年平均氣溫升高了0.68℃。

2.2 11月—次年2月平均氣溫

1961—2016年廣東省11月—次年2月平均氣溫序列的累積距平在1986年出現(xiàn)最小值（圖2），對1961—1986和1987—2016年廣東省11月—次年2月平均氣溫進行t檢驗結果顯示，｜t0｜＝3.862 3＞ta＝0.001，表明，近56年廣東省11月—次年2月的平均氣溫于1986年發(fā)生了突變，突變后升高了0.87℃。

2.3 ≥10℃的積溫

1961—2016年廣東省≥10℃積溫序列的累積距平在1986年出現(xiàn)了最小值（圖3），對1961—1986和1986—2016年廣東省≥10℃積溫進行t檢驗結果顯示，｜t0｜＝4.732 3＞ta＝0.001，表明，近56年廣東省≥10℃積溫在1986年前后發(fā)生了突變，突變后廣東省11月—次年2月≥10℃積溫增加了0.82℃。

圖1 1961—2016年廣東省年平均氣溫及其累積距平的變化

圖2 1961—2016年廣東省11月—次年2月平均氣溫及其累積距平的變化

圖3 1961—2016年廣東省11月—次年2月≥10℃積溫及其累積距平的變化

3 區(qū)劃因子空間分布變化

以氣候要素的變化特征為依據(jù)，年平均氣溫的突變點為1997年，這與杜堯東等［17]研究結果一致。而冬種馬鈴薯生長期的2個區(qū)劃因子11月—次年2月平均氣溫與11月—次年2月氣溫≥10℃積溫突變點均發(fā)生在1987年，但1987—1997年間累積距平變化相對平緩，1997年之后累積距平增幅變大。為了便于分析，以1997年為時間節(jié)點，探討1997年前（1961—1996年）、后（1997—2016）各區(qū)劃因子空間分布的差異。

3.1 11月—次年2月平均氣溫

廣東11月—次年2月平均氣溫空間總體呈現(xiàn)“南部高、北部低，沿海高、山區(qū)低”的分布特點。突變前≥15℃的區(qū)域主要分布在湛江、茂名地區(qū)、珠江口兩側以及南部沿海一線，大部分地區(qū)11月—次年2月平均氣溫在15℃以下，粵北北部山區(qū)氣溫低于11℃（圖4a）。1997年后≥15℃的區(qū)域面積由39.1%增至47.7%，13～15和11～13℃范圍的區(qū)域面積略有減小，≤11℃的區(qū)域面積變化不大（圖4b）。

3.2 11月—次年2月80%保證率≥10℃積溫

突變前11月—次年2月80%保證率≥10℃積溫≥1 800℃區(qū)域面積占總面積的37.2%，主要分布在粵西西南部、珠江口兩側以及南部沿海地區(qū)。1 400～1 800℃的區(qū)域向北覆蓋至肇慶、清遠、河源以南一線，其余地區(qū)≥10℃積溫＜1 400℃（圖5a）。1997年后11月—次年2月80%保證率≥10℃積溫≥1 800℃范圍增至43.5%。1 400～1 800和1 000～1 400℃的區(qū)域略有縮小，≤1 000℃區(qū)域變化較小（圖5b）。

圖4 1961—1996年（a）和1997—2016年（b）的11月—次年2月平均氣溫分布（單位：℃）

圖5 1961—1996年（a）和1997—2016年（b）的11月—次年2月≥10℃積溫分布（單位：℃）

3.3 11月—次年2月80%保證率極端最低氣溫

1961—1997年，80%保證率11月—次年2月極端最低氣溫高于3.5℃的區(qū)域在粵西西南、珠江口兩側以及南部沿海一線區(qū)域，占總面積的41.5%。0.0～3.5℃的區(qū)域向北覆蓋肇慶、清遠、河源、梅州一帶，占總面積的32.4%，而＜0℃的區(qū)域主要集中在粵北山區(qū)（圖6a）。1997年后，變化較明顯的2個區(qū)域為：0.0～3.5℃的區(qū)域面積縮小至28.2%，≤-3℃的區(qū)域由10.2%增至14.3%（圖6b）。

圖6 1961—1996年（a）和1997—2016年（b）的11月—次年2月≥10℃極端最低氣溫分布（單位：℃）

3.4 1—2月平均氣溫

1961—1996年1—2月平均氣溫≥14℃主要分布在粵西西南，珠江口以西沿海地區(qū)以及東莞、深圳、汕尾、惠州有零星分布。12～14℃區(qū)域向北覆蓋云浮、佛山、廣州、惠州、揭陽、汕頭、潮州一帶區(qū)域，肇慶、河源、梅州有帶狀分布。其余地區(qū)1—2月平均氣溫＜12℃，清遠以北地區(qū)低于10℃（圖7a）。1997年之后，除≥14℃區(qū)域由25.2%增至42.9%外，其余3個區(qū)域面積均有縮小，≤10℃區(qū)域由14.6%減至10.9%，10～12℃區(qū)域由24.1%減至16.9%，12～14℃區(qū)域由36.1%減至29.3%（圖7b）。

圖7 1961—1996年（a）和1997—2016年（b）的1—2月平均氣溫分布（單位：℃）

3.5 霜日

突變前后廣東省霜日數(shù)變化較大，突變后年均霜日≤3 d的區(qū)域擴大明顯，占總面積的28.7%?！?0和3～7 d的區(qū)域均呈減小趨勢，分別由46.6% 減至33.0% 和34.0% 減至23.3%；7～10 d的區(qū)域變化較小，霜日數(shù)的減少有利于冬種馬鈴薯安全越冬（圖8）。

圖8 1961—1996年（a）和1997—2016年（b）的霜日分布（單位：d）

4 冬種馬鈴薯氣候區(qū)劃的變化

結合對冬種馬鈴薯不同適宜程度的各氣候要素的等級標準，在ArvGis10.0平臺上對1997年前后與馬鈴薯生長發(fā)育相關性較強的5個氣象要素的柵格數(shù)據(jù)進行疊加處理，獲得了1997年前、后廣東冬種馬鈴薯種植氣候區(qū)劃（圖9）。

圖9 1961—1996年（a）和1997—2016年（b）廣東冬種馬鈴薯種植氣候區(qū)劃圖

1997年前后廣東冬種馬鈴薯種植氣候區(qū)劃除了最適宜區(qū)面積大幅增加外，其余區(qū)域面積均有不同程度縮小，但整體而言，適宜冬種馬鈴薯種植的面積增加，有利于廣東冬種馬鈴薯發(fā)展。

（1）最適宜氣候區(qū)在1997年突變之后有明顯的增大趨勢，1997年之前最適宜種植區(qū)主要分布在粵西西南部、南部沿海一帶和珠江口兩側地區(qū)，面積為621.77萬hm2。1997年后，冬種馬鈴薯適宜種植區(qū)有明顯向北擴張趨勢，珠江口兩側區(qū)域尤其明顯，面積增至754.75萬hm2，較1997年前增大了132.98萬hm2，面積比例增加7.4%。（2）氣候突變后廣東冬種馬鈴薯適宜種植區(qū)整體北移，但面積變化較小，由突變前的495.93萬hm2減至472.61萬hm2。（3）廣東冬種馬鈴薯種植氣候次適宜區(qū)突變前主要分布在中部偏北地區(qū)，面積為479.81萬hm2，占全省總面積的26.7%。氣候突變后該區(qū)域北界無明顯變化，但受適宜區(qū)整體北移影響，面積減至380.95萬hm2，面積比例減少了5.5%。（4）廣東冬種馬鈴薯不適宜區(qū)突變前后變化較小，面積由突變前的199.49萬hm2，降至188.69萬hm2，面積比例縮小了0.6%。

制約廣東冬種馬鈴薯種植規(guī)模進一步擴大的主要氣候因素是冬季寒害和馬鈴薯生長期的熱量條件不足。本研究結果表明，在全球變暖背景下，近56年，尤其是1997年以來馬鈴薯生長發(fā)育所需氣候條件改善明顯，使得廣東冬種馬鈴薯的最適宜種植區(qū)向北擴大7.4%；適宜區(qū)面積變化不明顯，但整體北移；次適宜、不適宜區(qū)分別縮小了5.5%和0.6%。充分合理利用廣東農業(yè)氣候資源朝利于冬種馬鈴薯種植方向發(fā)展這一結論，適度北推冬種馬鈴薯種植規(guī)模，進一步促使廣東冬種馬鈴薯產業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展。