劉 哲，張 揚

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710021；3.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075)

1 引言

陜西省是我國西北地區(qū)的農(nóng)業(yè)大省，其中關中平原是我國重要的產(chǎn)糧區(qū)[1]。近50年來陜西省的溫度、日照時數(shù)變化趨勢顯著[2]，氣候資源的顯著變化必然會對陜西農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生多方面的影響。因此明確陜西省的氣候以及糧食產(chǎn)量的變化特征，摸清氣候變化對糧食產(chǎn)量的影響是陜西省優(yōu)化糧食生產(chǎn)政策，對更好地應對未來氣候變化具有一定的指導意義。目前，在區(qū)域尺度上圍繞氣候變化對農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)的影響已經(jīng)有了大量的研究[3～5]。針對陜西省的糧食生產(chǎn)問題，黨夏寧等[6]分析了陜西省1980～2010年糧食單產(chǎn)的變動趨勢及影響因子，認為氣候變化是影響陜西省糧食產(chǎn)量的主要因素之一。李美娟等[7]以陜西省為例，考慮了社會經(jīng)濟和人的因素，運用柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，實證分析了氣溫降水等氣候要素對陜西省糧食單產(chǎn)的影響。馬莉等[8]采用通徑分析方法比較分析了種植結構、地膜使用量等因素對陜西省近20年來糧食產(chǎn)量變化的影響。董思等[9]分析了陜西糧食產(chǎn)量對氣候生產(chǎn)潛力的響應。但是目前針對陜西省整個區(qū)域不同氣候要素對不同糧食作物產(chǎn)量影響程度的研究還相對較少?；诖耍疚脑诜治?980～2016年陜西省不同氣候要素變化特征的基礎上，選取小麥、玉米、大豆等3種主要的糧食作物，比較了不同的氣候要素對不同作物的影響程度。研究旨在深入了解陜西省氣候變化特征對糧食產(chǎn)量的影響，為未來區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應對氣候變化提供一定參考。

2 資料及數(shù)據(jù)

2.1 資料來源

采用陜西省16個國家級氣象站1980～2016年的氣溫、降水和日照時數(shù)等逐月數(shù)據(jù)分析各氣候要素時間序列的變化特征，數(shù)據(jù)來源中國氣象科學數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。選取1961～2016年陜西省小麥、玉米和大豆的糧食總產(chǎn)量、糧食單位面積產(chǎn)量等數(shù)據(jù)分析3種主要糧食作物的單產(chǎn)及氣候產(chǎn)量的變化特征，資料來源于國家統(tǒng)計局。

2.2 研究方法

3 結果與分析

3.1 氣候變化特征

陜西省1980～2016年期間年降水量、年平均氣溫、年日照時數(shù)的變化特征如圖1所示。由圖可知，近37年來陜西省的年降水量的氣候傾向率為-5.1 mm/10a，年降水量整體呈下降趨勢，但下降趨勢不顯著。年平均降水量為638.4 mm，其中年降水量最大為1983年的889.9 mm，年降水量最小為1997年的441.2 mm。20世紀80年代年降水量的變化幅度較大，20世紀90年代年降水量普遍較低，其均值為565.2 mm，10年中只有1998年的降水量高于平均值，2000以后年降水量則表現(xiàn)為波動上升的特點。年平均氣溫的氣候傾向率為0.4 ℃/10a，且通過了0.01水平的顯著性檢驗，表明年均氣溫呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢。近37年陜西省的年平均氣溫為11.5 ℃，其中年平均氣溫最高的年份為2013年的12.5 ℃，年平均氣溫最低的年份為1984年的10.3 ℃。年平均氣溫在整個研究時段內(nèi)表現(xiàn)為波動上升的特點，其中2000年以前升溫明顯，2000年以后溫度變化幅度相對較小。年日照時數(shù)的氣候傾向率為37.0 h/10a，年日照時數(shù)整體表現(xiàn)為上升的趨勢。1980～2016年期間年均日照時數(shù)為2087.4 h，年日照時數(shù)最長的年份為1997年的2349.2 h，年日照時數(shù)最短的年份為1989年的1754.1 h。2000年以前年日照時數(shù)的波動幅度較大，年日照時數(shù)最長和最短的年份均出現(xiàn)在2000年以前，2000以后年日照時數(shù)波動相對較小。

圖1 1980～2016年陜西省年尺度氣候變化特征

3.2 糧食產(chǎn)量變化特征

1980～2016年期間陜西省主要糧食作物單產(chǎn)、趨勢產(chǎn)量變化曲線如圖2所示，由圖2(a)可知，陜西省小麥單產(chǎn)從1980年到2016年呈現(xiàn)出波動上升的趨勢，增加的趨勢為471.6 kg/(hm2·10a)。近37年來小麥單產(chǎn)的平均值為2993.7 kg/hm2，在2015年達到最大值4219.8 kg/hm2，小麥單產(chǎn)的最小值為1980年的1446.2 kg/hm2。20世紀90年代小麥單產(chǎn)波動比較大，1999年以后小麥單產(chǎn)保持平穩(wěn)較快增長。由圖2(b)可知，玉米單產(chǎn)也表現(xiàn)出顯著上升的趨勢，增加的趨勢為617.6 kg/(hm2·10a)，近37年來玉米單產(chǎn)的平均值為3741.9 kg/hm2，玉米單產(chǎn)的最大值為2013年的5031.0 kg/hm2，最小值為1981年的2010.3 kg/hm2。1993～1998年期間玉米單產(chǎn)的波動幅度比較大。由圖2(c)可知，大豆單產(chǎn)從1980年到2016年以330.6 kg/(hm2·10a)的速度增長。近37年來大豆單產(chǎn)的平均值為1217.4 kg/hm2，大豆單產(chǎn)的最大值出現(xiàn)在2007年的2437.3 kg/hm2，最小值為2003年的518.6 kg/hm2。1995年以后大豆單產(chǎn)的波動幅度較大，其中從2005到2007年大豆單產(chǎn)增幅達1674.8 kg/hm2，2007～2015年大豆單產(chǎn)則呈持續(xù)的減少趨勢，從2437.3 kg/hm2減小到1104.9 kg/hm2。

圖2 1980～2016年陜西省主要糧食作物單產(chǎn)、趨勢產(chǎn)量變化曲線

根據(jù)HP濾波分析方法對3種主要糧食作物的氣候產(chǎn)量進行分離，結果如圖3所示。由圖3(a)可知，小麥氣候產(chǎn)量的波動范圍為-645.6～669.3 kg/hm2，其中小麥氣候產(chǎn)量最高的年份為1997年，最低的年份為1980年。1981～1984年以及2003～2006年期間小麥氣候產(chǎn)量均為正值，氣候變化對小麥產(chǎn)量為正影響。玉米氣候產(chǎn)量的波動范圍為-872.0～788.9 kg/hm2，其中玉米氣候產(chǎn)量最高的年份為1998年，最低的年份為1994年。20世紀80年代和90年代期間玉米氣候產(chǎn)量為正值的年份有13年，表明氣候變化在該時間段的大部分年份有利于玉米產(chǎn)量的提升。大豆氣候產(chǎn)量的波動范圍為-675.8～758.3 kg/hm2，其中大豆氣候產(chǎn)量最高的年份為2007年，大豆氣候產(chǎn)量最低的年份為2003年。1985～1988年以及2007～2012年期間大豆氣象產(chǎn)量均為正值，氣候變化對大豆產(chǎn)量的影響為正影響。2000～2006年以及2013～2016年期間大豆氣候產(chǎn)量均為負值，氣候變化不利于大豆產(chǎn)量的提升。

圖3 1980～2016年陜西省主要糧食作物氣候產(chǎn)量變化曲線

4 結論與討論

1980～2016年期間陜西省的年平均氣溫、年日照時數(shù)均表現(xiàn)為上升趨勢，其中年平均氣溫上升趨勢顯著，年總降水量則呈不顯著的下降趨勢。近37年來3種主要糧食作物的單產(chǎn)產(chǎn)量都表現(xiàn)出顯著的上升趨勢，其中玉米的單產(chǎn)產(chǎn)量要高于小麥和大豆。20世紀90年代中期小麥和玉米實際單產(chǎn)的波動都比較大。3種作物中小麥氣候產(chǎn)量的波動范圍最小，為-645.6～669.3 kg/hm2，大豆氣候產(chǎn)量的波動范圍最大，為-675.8～758.3 kg/hm2，表明由氣候條件引起的大豆單產(chǎn)的波動要明顯高于小麥和玉米。

本文基于灰色關聯(lián)分析法初步比較了陜西省3種主要糧食作物的單產(chǎn)產(chǎn)量以及氣候產(chǎn)量與年尺度和季節(jié)尺度各氣候要素的關聯(lián)度大小。影響作物產(chǎn)量的要素很多，經(jīng)濟政策對糧食作物產(chǎn)量也有較大的影響，本文主要對降水、氣溫和日照時數(shù)3個主要氣候要素進行了分析，在氣候要素和其他影響因素的選擇方面還需更加的深入的探討。