張 驥，劉艷群，朱學(xué)超，張 羽，植石群，于 洲

(1.鶴山市氣象局，廣東 鶴山 529700；2.韶關(guān)市氣象局，廣東 韶關(guān) 512026；3.臨沂市氣象局，山東 臨沂 276004；4.氣候中心，廣州 510640；5.湛江市氣象局，廣東 湛江 524000)

引言

人類農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)既受氣候影響，又通過(guò)不斷改變土地和水的利用，包括調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)等活動(dòng)來(lái)改變地表植被覆蓋狀況，從而改變地表物理特性以及地—?dú)庵g熱量與水分的交換，對(duì)氣候產(chǎn)生影響［1-2］。關(guān)于植被覆蓋、作物種植布局受氣候及其變化影響的研究很多［3-6］，開(kāi)展植被及其演變對(duì)區(qū)域或局地氣候(或溫度、降水和蒸發(fā)等氣候要素)影響的觀測(cè)和模擬研究亦不少［7-18］，其中陳懷亮等［8］研究指出，黃淮海地區(qū)大范圍城鎮(zhèn)化和農(nóng)田化進(jìn)程，均造成了氣候及水資源要素的變化，使得生態(tài)環(huán)境趨于惡化；朱晗暉等［15］研究結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)乇泶植诙仍黾?減小)時(shí)，交錯(cuò)帶相應(yīng)地區(qū)及附近地區(qū)溫度升高(降低)，降水量差值增加(減少)。

雷州半島地處中國(guó)大陸最南端，熱量資源豐富，土地資源種類繁多，是廣東省乃至全國(guó)劍麻、橡膠等多種產(chǎn)品重要生產(chǎn)基地［19］，但雷州半島又是廣東省干旱災(zāi)害較為嚴(yán)重的區(qū)域［20］，隨著全球氣候變化的加劇，其干旱特別是冬春連旱加劇趨勢(shì)顯著［21-22］，勢(shì)必會(huì)制約農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展?；跉夂蚺c人類活動(dòng)互相影響的考慮，為了合理開(kāi)發(fā)利用雷州半島水分氣候資源，科學(xué)布局作物種植區(qū)域和比例，有必要對(duì)雷州半島地區(qū)作物布局調(diào)整與當(dāng)?shù)亟邓⒄舭l(fā)關(guān)系進(jìn)行研究。本文在參考前人［23］有關(guān)研究方法和思路的基礎(chǔ)上，基于雷州半島作物調(diào)整明顯期的1961—2001 年降水量和蒸發(fā)量資料及主要農(nóng)作物種植面積資料，著重分析雷州半島降水與蒸發(fā)變化特征，以及雷州半島農(nóng)作物布局調(diào)整與其變化之間的關(guān)系，探明兩者的響應(yīng)規(guī)律，為科學(xué)防旱抗旱解決水資源短缺問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與氣候環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展提供一定的基礎(chǔ)理論依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料來(lái)源

1961—2001 年徐聞、雷州、湛江、遂溪和廉江五個(gè)氣象觀測(cè)站逐日降水量和蒸發(fā)量資料，以及同期水稻、糖蔗、花生、蔬菜和水果等作物種植面積資料。

1.2 雷州半島農(nóng)作物種植基本情況

雷州半島面積1.247×106hm2，耕地面積4.9×105hm2。雷州半島主要農(nóng)作物有糧食作物、糖蔗、花生、蔬菜和水果。糧食作物以早晚稻為主，水稻種植面積先增后減，從1960 年2.453×105hm2開(kāi)始逐年增長(zhǎng)，1976 年種植面積最大，達(dá)到3.487×105hm2，到2002 年，又減少到2.153×105hm2。糖蔗種植面積各年有所波動(dòng)，從1962 年1.13×104hm2開(kāi)始逐年增長(zhǎng)，90年代中期種植面積最大，達(dá)1.467×105hm2左右，到2002 年，又減少到1.12×105hm2?；ㄉN植面積波動(dòng)較大，多的年份達(dá)5.4×104hm2，少的年份為2.13×104hm2。蔬菜種植面積呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，從60 年代初1×104hm2左右增長(zhǎng)到2002 年1.047×105hm2。水果以南亞熱帶水果和多年生果樹(shù)為主，種植面積從60年代初1.3×103hm2左右增長(zhǎng)到2002 年8.6×104hm2。

1.3 分析方法

首先用氣候傾向率、Mann-Kendall 氣候突變檢驗(yàn)等氣候統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，分析雷州半島降水和蒸發(fā)的變化特征；然后分別分析徐聞等五個(gè)站平均雨日、降水量、蒸發(fā)量與水稻、糖蔗、花生、蔬菜和水果種植面積的相關(guān)性，選取通過(guò)顯著性檢驗(yàn)的兩組變量，用線性模型、二次模型、對(duì)數(shù)模型、S 型模型、生長(zhǎng)模型、復(fù)合模型、三次模型、逆模型、冪模型、指數(shù)模型、logistic 模型等11 種模型對(duì)其分別進(jìn)行擬合，選擇決定系數(shù)R2最大的模型建立最優(yōu)擬合方程；最后選取與徐聞等五個(gè)站平均雨日、降水量、蒸發(fā)量顯著相關(guān)的農(nóng)作物種植面積分別建立回歸方程，以探討農(nóng)作物種植面積與降水、蒸發(fā)的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 雷州半島降水、蒸發(fā)變化特征

2.1.1 雷州半島降水變化特征

(1)雷州半島降水日數(shù)變化特征

雷州半島年平均降水日數(shù)為144.9d，北部多，南部少，遂溪154.8d，徐聞僅133.8d；年降水日數(shù)極大值出現(xiàn)在1973—1975 年；年降水日數(shù)極小值出現(xiàn)在90 年代。各地年降水日數(shù)年際變化大，總體呈先增后減的趨勢(shì)，遂溪和徐聞呈明顯減少的線性趨勢(shì)，其線性遞減率分別為-0.6613d·(10a)-1和-0.8383d·(10a)-1，相關(guān)系數(shù)分別為0.41 和0.44，均通過(guò)0.01信度的顯著性檢驗(yàn)，其余各站沒(méi)有明顯的線性變化趨勢(shì)。對(duì)各站逐年降水日數(shù)進(jìn)行Mann-Kendall 突變分析，前期均呈增多趨勢(shì)，70 年代中期均顯著偏多，通過(guò)0.05 信度的顯著性水平；廉江和湛江分別在1963 年和1964 年出現(xiàn)突變；80 年代各站先后呈減少趨勢(shì)，除了湛江外，其余各站先后出現(xiàn)雨日由偏多轉(zhuǎn)偏少的突變，徐聞和遂溪雨日分別在1993 年和2000 年以后顯著偏少，通過(guò)0.05 信度的顯著性水平。

2.1.2 雷州半島降水量變化特征

雷州半島年平均降水量為1664.8mm，也是呈現(xiàn)北多南少特征，徐聞最少 (1384.7mm)，廉江最多(1801.6mm)。年降水量極大值(3741.7mm，1962 年)和極小值(929.7mm，1977 年)均在廉江。各站年降水量年際變化大，但均沒(méi)有通過(guò)線性趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)，70 年代到80 年代前期為多雨期，總體呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)。用Mann-Kendall 方法對(duì)五個(gè)站的逐年降水量進(jìn)行分析，除徐聞外，其余4 個(gè)站點(diǎn)均在60 年代出現(xiàn)了降水量由偏少轉(zhuǎn)偏多的突變點(diǎn)，湛江的突變點(diǎn)在1969 年，其余3 個(gè)站點(diǎn)出現(xiàn)在60 年代初期，雷州和遂溪90 年代后期出現(xiàn)了降水量由偏多轉(zhuǎn)為偏少的突變。

2.2 雷州半島蒸發(fā)量變化特征

雷州半島年平均蒸發(fā)量為1735.0mm，與降水量相反，蒸發(fā)量呈南多北少的特征，徐聞年均蒸發(fā)量為1847.4mm，廉江年均蒸發(fā)量為1639.3mm。年際變化呈明顯減少的線性趨勢(shì)(圖1)，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.67，除雷州外，其余各站通過(guò)了0.001 信度的顯著性檢驗(yàn)。

圖1 雷州半島平均蒸發(fā)量年際變化圖

用Mann-Kendall 方法對(duì)五個(gè)站的逐年蒸發(fā)量進(jìn)行分析，各站均出現(xiàn)了由偏多轉(zhuǎn)偏少的突變點(diǎn)，湛江和遂溪的突變點(diǎn)出現(xiàn)在80 年代前期，在80 年代末期、90 年代初期至2001 年顯著偏少；廉江和徐聞的蒸發(fā)量從1974 年開(kāi)始一直處于顯著偏少的水平，其突變點(diǎn)分別出現(xiàn)在70 年代末期和初期，雷州的蒸發(fā)量由偏多轉(zhuǎn)偏少的突變點(diǎn)出現(xiàn)在60 年代前期，僅在70 年代中后期偏少超過(guò)α=0.05 顯著性水平?？梢?jiàn)，除雷州外，雷州半島各地的蒸發(fā)量從70 年代開(kāi)始先后明顯減少。

雷州半島年平均蒸發(fā)量高于降水量70.2mm，其中湛江和遂溪年蒸發(fā)量和年降水量基本持平，廉江降水量略多于蒸發(fā)量，雷州和徐聞則是蒸發(fā)量多于降水量，尤其徐聞年蒸發(fā)量大于年降水量近500mm，因此雷州半島干旱相當(dāng)嚴(yán)重，尤其是南部地區(qū)。由于降水、蒸發(fā)時(shí)空分布不均勻，雷州半島總體呈現(xiàn)冬春旱夏秋澇、南旱北澇的局勢(shì)。

3 雷州半島農(nóng)作物布局調(diào)整對(duì)降水、蒸發(fā)可能影響分析

3.1 農(nóng)作物布局調(diào)整對(duì)降水可能影響分析

對(duì)雷州半島年降水日數(shù)與主要農(nóng)作物水稻、糖蔗、花生、蔬菜和水果種植面積進(jìn)行相關(guān)分析(表1)，除花生外，其余作物種植面積均與年降水日數(shù)呈顯著相關(guān)，水稻種植面積與年降水日數(shù)相關(guān)系數(shù)最大，呈明顯的正相關(guān)。

表1 雷州半島年降水日數(shù)和農(nóng)作物種植面積的相關(guān)系數(shù)

進(jìn)行回歸分析時(shí)，將因變量Y 的總平方和中，由自變量X 的平方和所占的比例稱為決定系數(shù)，記為R2，其大小決定了相關(guān)的密切程度，R2越接近1，方程式參考價(jià)值越高。用11 種模型分別對(duì)雷州半島水稻種植面積和年降水日數(shù)的關(guān)系進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)二次模型為最優(yōu)模型，決定系數(shù)R2為0.43，建立擬合方程為：

其中X 是水稻種植面積，Y 是年降水日數(shù)。

根據(jù)擬合方程繪制的模型擬合圖(圖2)可知，隨著水稻種植面積增加，年降水日數(shù)總體趨勢(shì)是增加的。這可能由于水稻生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，在曬田前以灌水管理為主，隨著水稻種植面積的增加，水稻田因水汽蒸發(fā)增大，從而為降水的形成提供有利的水汽條件，使得雨日增加；在曬田后，由于水稻中的輻射、風(fēng)速、風(fēng)脈動(dòng)和湍流交換狀況比高桿作物更利于其冠層表面溫度升高，易觸發(fā)空中不穩(wěn)定能量的釋放，造成層結(jié)不穩(wěn)定產(chǎn)生降水［23］。

圖2 雷州半島水稻面積和年降水日數(shù)模型擬合圖

糖蔗、水果、蔬菜種植面積在雷州半島變化很大，總體呈上升趨勢(shì)，與雷州半島降水日數(shù)呈顯著的負(fù)相關(guān)。尤其在70 年代中期后，隨著糖蔗、水果、蔬菜種植面積增大，年降水日數(shù)總體趨勢(shì)逐漸減少。這可能是由于隨著糖蔗不斷長(zhǎng)高和植枝變密，而水果植枝普遍較高，樹(shù)冠較大，較高植被中的輻射、風(fēng)速、風(fēng)脈動(dòng)和湍流交換狀況不利于植被冠層溫度的升高，不易造成不穩(wěn)定層結(jié)，從而不利于產(chǎn)生降雨天氣［23］。同時(shí)雷州半島的蔬菜多是利用冬季閑田種植，在白天，有植被覆蓋的地面不如裸地升溫快，從而不利于冬初、春末產(chǎn)生降水?；ㄉN植面積占耕地面積比例較小，且沒(méi)有明顯的年際變化規(guī)律，同時(shí)由于花生經(jīng)常與其他坡地作物輪種，對(duì)下墊面的性質(zhì)改變不大，因此年降水日數(shù)和花生種植面積沒(méi)有顯著相關(guān)。

選取與降水日數(shù)相關(guān)性顯著的水稻、糖蔗、蔬菜和水果的種植面積作為因子，雷州半島年降水日數(shù)作為因變量，建立回歸分析方程：

其中X1為水稻種植面積，X2為糖蔗種植面積，X3為蔬菜種植面積，X4為水果種植面積，Y 為年降水日數(shù)?；貧w方程的決定系數(shù)R2為0.416。標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)與決定系數(shù)所代表的意義不同，是指消除了因變量Y 和自變量X 所取單位的影響之后的回歸系數(shù)，我們用其絕對(duì)值的大小反映自變量X 對(duì)因變量Y 的影響程度，數(shù)值越大，影響越顯著。水稻、糖蔗、蔬菜和水果的種植面積標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)分別為0.626、-0.289、-0.226 和-0.082，可見(jiàn)對(duì)雷州半島年降水日數(shù)可能影響從大到小依次為水稻、糖蔗、蔬菜和水果的種植面積。

雷州半島農(nóng)作物布局調(diào)整對(duì)降水的影響可能主要是通過(guò)影響午后陣雨和雷陣雨進(jìn)而影響降水日數(shù)，由于午后(雷)陣雨降水量不大，分布極不均勻，對(duì)雷州半島平均年降水量貢獻(xiàn)不大，因而雷州半島主要農(nóng)作物水稻、糖蔗、花生、蔬菜和水果種植面積與年降水量相關(guān)關(guān)系不顯著，半島平均年降水量主要受氣候背景和天氣系統(tǒng)影響。

3.2 雷州半島農(nóng)作物布局調(diào)整對(duì)蒸發(fā)量可能影響分析

對(duì)雷州半島年蒸發(fā)量與主要農(nóng)作物水稻、糖蔗、花生、蔬菜和水果種植面積進(jìn)行相關(guān)分析，相關(guān)系數(shù)分別為0.254、-0.628、-0.195、-0.520 和-0.536，其中年蒸發(fā)量與糖蔗、蔬菜、水果種植面積在0.01 水平下呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這表明雷州半島糖蔗、水果、蔬菜種植面積總體變化趨勢(shì)與蒸發(fā)量的變化趨勢(shì)相反，與水稻、花生種植面積達(dá)不到顯著相關(guān)關(guān)系。

用11 種模型分別對(duì)雷州半島糖蔗種植面積和年蒸發(fā)量的關(guān)系進(jìn)行擬合，結(jié)果表明糖蔗種植面積與年蒸發(fā)量的三次擬合模型決定系數(shù)R2最高，為0.435，是最優(yōu)擬合模型，從圖3a 可見(jiàn)，隨著糖蔗種植面積的加大，蒸發(fā)量總體趨勢(shì)是減少的，擬合方程為：

圖3 雷州半島農(nóng)作物面積和年蒸發(fā)量模型擬合圖

Y 為年蒸發(fā)量，X 為糖蔗種植面積。

水果種植面積與年蒸發(fā)量是對(duì)數(shù)模型最優(yōu)，決定系數(shù)R2為0.392，從圖5b 可見(jiàn)，隨著水果種植面積的加大，蒸發(fā)量是減少的，擬合方程為：

Y 為年蒸發(fā)量，X 為水果種植面積。

蔬菜的S 型模型最優(yōu)，決定系數(shù)R2為0.322，從圖5c 可見(jiàn)，隨著蔬菜種植面積的加大，蒸發(fā)量總體趨勢(shì)也是減少的，擬合方程為：

Y 為年蒸發(fā)量，X 為蔬菜種植面積。

用糖蔗、蔬菜和水果的種植面積作因子，對(duì)因變量雷州半島年蒸發(fā)量建立回歸方程為：

其中Y 為年蒸發(fā)量，X1為糖蔗種植面積，X2為蔬菜種植面積，X3為水果種植面積。

回歸方程的決定系數(shù)R2為0.401。糖蔗、蔬菜和水果的種植面積標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)分別為-0.609、-0.180和-0.206，可見(jiàn)糖蔗種植面積與雷州半島年蒸發(fā)量變化相關(guān)性最大，其次為水果和蔬菜。

4 結(jié)論與討論

(1)雷州半島年平均降水日數(shù)為144.9d，北多南少，總體呈先增后減的趨勢(shì)，遂溪和徐聞呈明顯減少的線性趨勢(shì)。各站雨日前期均呈增多趨勢(shì)，70 年代中期雨日均顯著偏多，80 年代各站呈減少趨勢(shì)，先后出現(xiàn)雨日由偏多轉(zhuǎn)偏少的突變。雷州半島年平均降水量為1664.8mm，北多南少，總體呈先增后減的趨勢(shì)。

(2)雷州半島年平均蒸發(fā)量為1735.0mm，南多北少，全島呈顯著減小的線性趨勢(shì)，大部分站在70年代前期開(kāi)始顯著減小。雷州半島年平均蒸發(fā)量高于降水量70.2mm。

(3)年降水日數(shù)與水稻種植面積呈顯著正相關(guān)，與蔬菜、水果、糖蔗種植面積呈顯著負(fù)相關(guān)。在70 年代中期后，水稻種植面積逐漸減少，糖蔗、水果、蔬菜種植面積逐漸加大，80 年代開(kāi)始年降水日數(shù)逐漸減少。與雷州半島年降水日數(shù)相關(guān)系數(shù)由大到小依次為水稻、糖蔗、蔬菜和水果的種植面積。

(4)蒸發(fā)量與糖蔗、蔬菜、水果種植面積呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與水稻、花生種植面積相關(guān)不顯著，隨著糖蔗、水果、蔬菜種植面積加大，蒸發(fā)量也隨之減少，可能影響雷州半島年蒸發(fā)量從大到小依次為糖蔗、水果和蔬菜的種植面積。

本文中部分結(jié)論目前只是通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)推理得出的初論，關(guān)于雷州半島作物種植布局調(diào)整與降水、蒸發(fā)的相關(guān)關(guān)系及具體作用機(jī)理還需做進(jìn)一步的研究，開(kāi)展數(shù)值模擬研究和更多的觀測(cè)試驗(yàn)，用更多的數(shù)據(jù)驗(yàn)證和校對(duì)。