陸廣彥，王發(fā)科，何生錄，許學(xué)蓮，曾國云

(1.青海省都蘭縣氣象局，青海 察汗烏蘇 816199；2.青海省格爾木市氣象局，青海 格爾木 816099)

1 引言

近幾十年來受自然和人類活動的共同影響，全球氣候顯著變暖[1，2]。中國氣溫變化與全球較一致且增溫趨勢略高于全球水平，達到0.22℃/10a，尤其在北方增溫趨勢更加明顯[3，4]。農(nóng)業(yè)是受全球氣候變化影響最大、最直接的行業(yè)之一[5，6]，由于高原地區(qū)特殊的環(huán)境和地理位置，高原地區(qū)又屬于氣候變化的敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)，因此極易受到氣候變化的影響[7]。格爾木地區(qū)位于青海省柴達木盆地中南部，地處35°10′～37°45′N，90°45′～95°51′E，總面積約8.3×104km2，是柴木盆地重要綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，主要種植枸杞、春小麥、油菜、藜麥等農(nóng)作物。區(qū)域內(nèi)氣候干燥，植被稀少，生態(tài)環(huán)境脆弱，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對氣候變化敏感，受全球氣候變化的影響，該區(qū)的氣候也發(fā)生一定的變化[8，9]。開展格爾木地區(qū)氣候變暖對農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的影響研究，對增強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)對氣候變化的能力，調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展等具有一定的指導(dǎo)意義。

2 研究方法和資料

2.1 資料

本研究選用1961～2015年格爾木、小灶火2個氣象站點氣溫、積溫及格爾木市糧食、油料、其它(蔬菜、瓜果、枸杞等)作物種植面積數(shù)據(jù)，農(nóng)作物種植面積數(shù)據(jù)來源格爾木市農(nóng)牧局。

2.2 研究方法

本研究主要引入氣候傾向率和氣候趨勢系數(shù)[10]判別分析格爾木地區(qū)氣象因素及農(nóng)作物種植面積的時間序列趨勢變化及影響，相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析采用Excel 2010實現(xiàn)。

2.2.1 氣候傾向率 對序列的趨勢變化用一次線性方程表示，即

y(t)=a0+a1t

(1)

y(t)為氣象要素、t為時間、a0為常數(shù)項、a1為線性趨勢項，把a1×10a作為氣象要素氣候傾向率，a1值的符號反映上升或下降的變化趨勢，a1<0表示在計算時段內(nèi)呈下降趨勢，a1>0 表示呈上升趨勢。a1值絕對值的大小可以度量其演變趨勢上升、下降的程度。

2.2.2 氣候趨勢系數(shù)

n個時刻的氣候要素序列與自然數(shù)列1，2，3，…，n的相關(guān)系數(shù)，即

(2)

3 結(jié)果分析

3.1 氣溫變化特征

3.1.1 氣溫年際變化 1961～2015年格爾木地區(qū)年平均氣溫為4.8℃，年平均最高氣溫為6.7℃，年平均最低氣溫為2.7℃。由圖1a可以看出，55 a來年平均氣溫呈升高趨勢，升溫傾向率為0.6℃/10a，通過0.01的顯著檢驗。分析其年代變化，各年代平均氣溫階段變化明顯，20世紀60至80年代初期增溫幅度較緩慢，80年代后期至21世紀以來增溫幅度明顯。21世紀以來較60年代相比年平均氣溫增加2.5℃(圖1b)。

圖1 格爾木地區(qū)年平均氣溫年際(a)和年代(b)變化

3.1.2 氣溫季節(jié)變化 進一步分析格爾木地區(qū)氣溫的季節(jié)變化，四季氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢，其中夏季增溫幅度最小，升溫傾向率為0.46℃/10a，冬季增溫幅度最大，升溫傾向率為0.74℃/10a，四季升溫趨勢均通過0.01的顯著檢驗，增溫趨勢明顯(表1)。

表1 格爾木地區(qū)年、季平均氣溫變化傾向率和趨勢系數(shù)

3.2 ≥0℃、≥5℃、≥10℃積溫的變化特征

3.2.1 積溫年際變化 圖2a為格爾木地區(qū)穩(wěn)定通過0℃、5℃、10℃的歷年積溫變化曲線?？梢钥闯觯鹘缦逌囟确e溫均呈增加的趨勢，增加傾向率為125.6～167.8℃/10a，各界限溫度的積溫增加趨勢均通過0.01的顯著檢驗，增加幅度明顯。其中≥0℃積溫增加幅度最少，≥10℃的積溫增加幅度最多。

圖2 格爾木地區(qū)年≥0℃、≥5℃、≥10℃積溫年際(a)和年代(b)變化

3.2.2 積溫年代變化 分析≥0℃、≥5℃、≥10℃的積溫年代變化，與年平均氣溫變化趨勢相似，各界限溫度積溫隨年代呈增加趨勢，階段變化明顯，20世紀60至80年代初期增加幅度較小，增加幅度達52.5～130.4℃；80年代后期至21世紀以來增加幅度較大，增加幅度達169.2～293.8℃。21世紀以來與60年代相比，≥0℃、≥5℃、≥10℃的積溫分別增加569.2℃、604.2℃、720.9℃(圖2b)。

4 格爾木地區(qū)氣候變暖對農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的影響

4.1 農(nóng)作物種植面積變化

由圖3a可以看出，1961～2015年格爾木地區(qū)糧食作物種植面積呈減少趨勢，年平均種植面積為1.88×103hm2，年最大種植面積為5.17×103hm2，年最小種植面積為0.27×103hm2，減少傾向率為404.0 hm2/10a，通過0.01顯著檢驗，減少趨勢明顯；油料作物種植面積呈略減少趨勢，年平均種植面積為0.23×103hm2，年最大種植面積為1.34×103hm2，年最小種植面積為0.03×103hm2，減少傾向率為1.2hm2/10a，未通過0.05顯著檢驗，減少趨勢不明顯；其它作物種植面積呈增加趨勢，年平均種植面積為2.49×103hm2，年最大種植面積為5.92×103hm2，年最小種植面積為0.01×103hm2，增加傾向率為595.0 hm2/10a，通過0.01顯著檢驗，增加趨勢明顯。

由圖3b可以看出，格爾木地區(qū)糧食作物種植面積年代變化較明顯，20世紀60至70年代變化較平穩(wěn)，80年代以來減少明顯，21世紀以來與60年代相比種植面積減少1.53×103hm2，減少45%；油料作物種植面積各年代變化幅度小，60至80年代增減幅度不明顯，90年代呈略增加趨勢，21世紀以來呈略減少趨勢，21世紀與60年代相比種植面積減少0.07×103hm2，減少23%；其它作物種植面積60至90年代變化幅度不明顯，21世紀以來增加明顯。21世紀以來與60年代相比種植面積增加2.32×103hm2，增加13.6倍。

圖3 格爾木地區(qū)農(nóng)作物種植面積年際(a)和年代(b)變化

分析表明，糧食和油料作物種植面積隨年平均氣溫的增加而減少，其它作物種植面積隨年平均氣溫的增加而增加，糧食和其它作物種植面積變化總體趨勢與氣溫變化有類似性，當(dāng)氣溫增加緩慢時，糧食(其它)作物種植面積減少(增加)不明顯；當(dāng)氣溫增加明顯時，糧食(其它)作物種植面積減少(增加)明顯。格爾木地區(qū)年平均氣溫20世紀60至80年代初期增溫幅度較緩慢，80年代后期至21世紀以來增溫明顯。糧食作物種植面積60至70年代減少不明顯，80年代以來減少明顯；其它作物種植面積60至80年代增加不明顯，90年代以來呈持續(xù)增加趨勢，尤其2005年以來增加趨勢極明顯。

4.2 農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)變化

根據(jù)表2可以看出，格爾木地區(qū)20世紀60和70年代農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)比例分別為88∶8∶4、87∶9∶4，變化不明顯；80至90年代糧食作物種植比例呈減小趨勢，油料和其它作物種植比例呈增大趨勢，其中90年代農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)變化較明顯，糧食作物種植比例減小了13%、油料作物種植比例增大了9%，其它作物種植比例增大了4%；21世紀以來農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，糧食和油料作物種植比例分別減小了28%、16%，其它作物種植比例增大了44%。21世紀以來與60年代相比糧食作物種植比例減小了48%，油料作物種植比例減小了3%，其它作物種植比例增大了51%。

表2 格爾木地區(qū)各年代農(nóng)作物種植面積(hm2)和種植結(jié)構(gòu)(%)

格爾木地區(qū)屬灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，水源主要來自南部山區(qū)降水和冰雪融水，種植區(qū)自然降水多寡對農(nóng)業(yè)的影響并不十分明顯，氣候的冷暖變化則是影響農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素。上述分析表明，格爾木地區(qū)氣溫升高，氣候變暖，農(nóng)作物生長季積溫增多，熱量資源增加，使區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物生長季延長，種植區(qū)域由低海拔向高海拔地區(qū)延伸，有利于農(nóng)作物種植面積擴大和復(fù)種指數(shù)的提高，同時有利于特色農(nóng)作物推廣和種植，對調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)十分有利。根據(jù)統(tǒng)計分析，21世紀以來較20世紀60年代相比農(nóng)作物生長季延長20～25 d，農(nóng)作物播種期提前近12～16 d；農(nóng)作物播種總面積20世紀60年代初期約為3.7×103hm2，2015年約為6.2×103hm2，擴大幅度達60%；農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)占比20世紀60年代初期為86∶8∶6，2015年占比達4∶1∶95，種植結(jié)構(gòu)變化明顯。分析其原因，主要是產(chǎn)量高、經(jīng)濟效益明顯的枸杞等特色農(nóng)作物種植面積擴大所致，尤其是枸杞種植面積迅速擴大導(dǎo)致糧食作物種植面積迅速減少。經(jīng)統(tǒng)計，2015年枸杞作物種植面積為5.2×103hm2，種植面積占比達84%，枸杞等特色農(nóng)業(yè)成為推動當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟增長的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

4.3 氣溫變化對農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的影響

由圖4a可以看出，格爾木地區(qū)年平均氣溫與糧食和油料作物種植面積呈負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.5401和-0.0141，其中糧食作物通過了0.01顯著檢驗，相關(guān)明顯，氣溫每升高1.0℃，糧食作物種植面積減少560.1 hm2，油料作物種植面積減少3.9 hm2。其它作物種植面積與年平均氣溫呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.5824，通過了0.01顯著檢驗，相關(guān)明顯，氣溫每升高1.0℃，其它作物種植面積增加833.9 hm2(圖略)。

圖4 格爾木地區(qū)糧食(a)和油料(b)作物種植面積對年平均氣溫的響應(yīng)

綜合上述分析，氣溫升高，氣候變暖，熱量資源增加，對農(nóng)作物生長提供了豐富的熱量資源，有利于農(nóng)作物種植面積擴大和復(fù)種指數(shù)的提高，同時有利于特色農(nóng)作物推廣和種植，是影響農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要原因，使區(qū)域內(nèi)糧食作物種植面積明顯減少，其它作物種植面積明顯增加，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變。

5 結(jié)論與討論

5.1 格爾木地區(qū)年平均氣溫呈顯著增加趨勢，升溫傾向率為0.6℃/10a

年平均氣溫20世紀60至80年代初期增溫幅度較緩慢，80年代后期至21世紀以來增溫明顯。21世紀以來較60年代相比平均氣溫增加2.5℃。

5.2 積溫

格爾木地區(qū)≥0℃、≥5℃、≥10℃的積溫均呈顯著增加的趨勢，增加傾向率為125.6～167.8℃/10a，其中≥0℃積溫增加最少，≥10℃的積溫增加最多。各界限溫度積溫60至70年代增加幅度較小，增加幅度達52.5～130.4℃，90年代以來增加幅度較大，增加幅度達169.2～293.8℃。21世紀以來與上世紀60年代相比，≥0℃、≥5℃、≥10℃的積溫分別增加569.2℃、604.2℃、720.9℃。

5.3 作物面積變化

格爾木地區(qū)糧食和油料作物種植面積呈減少趨勢，減少傾向率分別為404.0 hm2/10a、1.2 hm2/10a；其它作物種植面積呈增加趨勢，增加傾向率為595.0 hm2/10a，糧食作物和其他作物種植面積變化趨勢明顯。

5.4 格爾木地區(qū)年平均氣溫與糧食和油料作物種植面積呈負相關(guān)關(guān)系，與其它作物種植面積呈正相關(guān)關(guān)系

氣溫每升高1.0℃，糧食作物種植面積減少560.1 hm2，油料作物種植面積減少3.9 hm2，其它作物種植面積增加833.9 hm2，糧食和其他作物種植面積變化與年平均氣溫相關(guān)顯著。

分析表明，氣溫升高，氣候變暖導(dǎo)致格爾木地區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變，但影響農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的因素除氣候因素外，還有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平、經(jīng)濟效益、政策導(dǎo)向等因素[11]，尤其近年來隨著市場經(jīng)濟不斷發(fā)展，無論從政府角度還是農(nóng)戶角度，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以市場為導(dǎo)向，國家農(nóng)業(yè)經(jīng)濟政策的大力實施、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和推廣等對農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了較大的影響。因此，在格爾木地區(qū)氣候趨于明顯變暖的背景下，就國家農(nóng)業(yè)經(jīng)濟政策、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)等對農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)影響等有待進一步研究。