劉 強(qiáng)，李 廣，閆麗娟，王 鈞，聶志剛

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)院，甘肅蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅蘭州 730070; 3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

全球氣候變化是21世紀(jì)人類面臨較為嚴(yán)重的環(huán)境問題之一，其主要表現(xiàn)為溫度上升、降水格局改變及極端氣候事件增加等，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)氣候帶、種植制度、作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量等方面發(fā)生不同程度的變化，進(jìn)而對(duì)糧食生產(chǎn)過程和生產(chǎn)安全產(chǎn)生重要的影響。農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力作為評(píng)價(jià)糧食作物綜合生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)之一，由光、溫、水的數(shù)量及其相互協(xié)調(diào)程度共同決定。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于作物氣候生產(chǎn)潛力的研究主要采用模型模擬，這些模型包括作物生長(zhǎng)模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。作物生長(zhǎng)模型需要輸入大量的模型參數(shù)，其模擬精度與區(qū)域尺度有關(guān)且受其限制；而經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ碗m計(jì)算簡(jiǎn)單，但對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育機(jī)理考慮不足，影響了模擬效果。逐級(jí)訂正模型作為一種能夠反映不同糧食作物生育期內(nèi)氣候生產(chǎn)潛力的統(tǒng)計(jì)模型，具有物理意義清晰、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)易于獲取的優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于糧食生產(chǎn)潛力的研究。近些年，有關(guān)我國(guó)糧食生產(chǎn)潛力時(shí)空變化特征的研究主要集中在我國(guó)主要糧食生產(chǎn)地區(qū)，且不同區(qū)域、不同糧食作物品種間的研究結(jié)果也存在著一定的差異，同時(shí)氣候變化對(duì)氣候生產(chǎn)潛力的影響也存在著顯著的區(qū)域性差異。目前，針對(duì)氣候變化背景下甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶不同糧食作物氣候生產(chǎn)潛力的相關(guān)研究較少，還有待深入。甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶氣候多變、土質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，同時(shí)由于自然資源的過度開發(fā)利用，影響了該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。本研究利用歷史數(shù)據(jù)開展了氣候變化對(duì)甘肅省農(nóng)牧交錯(cuò)帶不同糧食作物生產(chǎn)潛力的影響分析，以期為全球氣候變化背景下甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶氣候資源的合理利用、糧食生產(chǎn)水平提高和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的指導(dǎo)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)來源

甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶地處黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原三大高原的交匯地帶，是中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的重要組成部分之一，同時(shí)也是甘肅省主要的糧食生產(chǎn)地區(qū)。研究區(qū)域內(nèi)地形變化復(fù)雜，平均海拔高度為960～3 045 m，年平均氣溫0.4～10.4 ℃，年平均降水量190～621 mm，研究區(qū)降水主要集中在夏秋季節(jié)的7-9月，占全年總降水量的60%～80%，年平均日照時(shí)數(shù)2 049～ 2 718 h。小麥和玉米為該地區(qū)主要糧食作物。

氣象數(shù)據(jù)來自于甘肅省氣象局氣象中心，包括1971-2020年甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶45個(gè)氣象站的逐日平均氣溫、最高溫、最低溫、降水量、日照時(shí)數(shù)和蒸發(fā)量等氣象資料(圖1)。作物品種選取了該地區(qū)的主要糧食作物春小麥、冬小麥和春玉米。3種糧食作物的主要生育期資料來自中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站及全國(guó)縣級(jí)農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果，各地區(qū)糧食作物生育期為2012-2014年生育期平均值。

圖1 研究區(qū)域及站點(diǎn)

1.2 研究方法

1.2.1 作物氣候生產(chǎn)潛力計(jì)算模型

作物氣候生產(chǎn)潛力指在合理利用光、熱和水等氣候資源的同時(shí)，當(dāng)土壤、養(yǎng)分和二氧化碳等達(dá)到最佳狀況時(shí)糧食作物的最高產(chǎn)量。本研究依據(jù)光合影響下的糧食作物生產(chǎn)潛力，逐級(jí)對(duì)溫度系數(shù)和降水系數(shù)進(jìn)行訂正，計(jì)算方法如下：

=×()

(1)

式中，為作物氣候生產(chǎn)潛力(kg·hm)；為光溫生產(chǎn)潛力(kg·hm) ；()為水分訂正系數(shù)，計(jì)算公式如下：

(2)

式中，為作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的總降雨量(mm)；為缺水敏感系數(shù)，ET為作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的總需水量，計(jì)算公式如下：

ET=×ET

(3)

式中，為作物系數(shù)，F(xiàn)AO-56推薦的春小麥、冬小麥和春玉米作物系數(shù)在生長(zhǎng)發(fā)育初期分別為0.35、0.39和0.30，生長(zhǎng)發(fā)育中期分別為 1.21、1.17和1.20，生長(zhǎng)發(fā)育后期分別為0.45、0.40和0.60。本研究根據(jù)研究區(qū)不同氣候條件利用式(4)對(duì)作物系數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步修正。ET為參考作物蒸散量，本研究利用FAO提供的Penman-Monteith公式進(jìn)行計(jì)算。

(4)

式中，為修正后作物系數(shù)；為修正前作物系數(shù)；為作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中的平均株高(m)；為作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中高度為2 m處的日平均風(fēng)速(m·s)；RH為作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中日最低相對(duì)濕度平均值(%)。

光溫生產(chǎn)潛力是指當(dāng)水分、土壤及耕作措施等條件均處于作物生長(zhǎng)最適宜環(huán)境下，由光合和溫度來決定的作物最高產(chǎn)量,其計(jì)算公式如下：

=×()

(5)

式中，為作物光合生產(chǎn)潛力(kg·hm)；()為溫度修訂系數(shù)，和()的計(jì)算公式如下：

(6)

=(+)′

(7)

表1 作物生產(chǎn)潛力模型參數(shù)及取值Table 1 Values of each parameter for photosynthetic potential productivity of crops

(8)

(9)

式中，為作物生長(zhǎng)發(fā)育階段的平均氣溫(℃);為作物生長(zhǎng)發(fā)育上限溫度(℃)，春小麥、冬小麥和春玉米分別取33、30和 34 ℃;為作物生長(zhǎng)發(fā)育的最適宜溫度(℃)，春小麥、冬小麥和春玉米分別取22、20和 24 ℃;為作物生長(zhǎng)發(fā)育下限溫度(℃)，春小麥、冬小麥和春玉米分別取3、3和11 ℃。

1.2.2 氣候變化對(duì)作物氣候生產(chǎn)潛力影響的計(jì)算模型

氣候生產(chǎn)潛力是糧食作物生產(chǎn)潛力對(duì)多種氣候資源變化的綜合反映，熱量資源、降水資源以及輻射資源改變對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生產(chǎn)潛力的影響計(jì)算公式如下：

=(/)×

(10)

=(/-/) ×

(11)

=(/-/) ×

(12)

=

(13)

式中，、、和為甘肅農(nóng)業(yè)交錯(cuò)帶輻射資源、熱量資源、降水資源和綜合氣候資源變化對(duì)該區(qū)域氣候生產(chǎn)潛力產(chǎn)生的影響(kg·hm·a);、和為該區(qū)域糧食作物光合生產(chǎn)潛力、光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力的平均年際變化率(kg·hm·a)；、和分別為研究區(qū)1971-2020年糧食作物的平均光合生產(chǎn)潛力、平均光溫生產(chǎn)潛力和平均氣候生產(chǎn)潛力 (kg·hm)。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期內(nèi)氣候因子變化的時(shí)空特征

2.1.1 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期內(nèi)平均氣溫的變化趨勢(shì)

1971-2020年甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥、冬小麥和春玉米3種糧食作物生育期內(nèi)平均氣溫均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，3種糧食作物生育期內(nèi)平均氣溫的年際變化率分別為0.41、0.34和0.32 ℃·10 a(圖2)。從甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥生育期 ≥3 ℃、冬小麥生育期≥3 ℃和春玉米生育期≥10 ℃積溫的空間分布特征來看，春小麥、冬小麥和春玉米的生育期積溫變化范圍分別為 650.63～ 2 502.74、1 570.71～2 849.56和1 045.25～3 018.50℃。春小麥生育期內(nèi)積溫從北向南逐漸降低，最高值出現(xiàn)在蘭州和白銀等地區(qū)，最低值出現(xiàn)在天祝和甘南地區(qū)，由于這兩個(gè)地區(qū)積溫過低不適宜春小麥的生長(zhǎng)發(fā)育；冬小麥生育期內(nèi)積溫最高值出現(xiàn)在天水北部地區(qū)，最低值出現(xiàn)在通渭、靜寧、張家川等地區(qū)；春玉米生育期內(nèi)積溫從東向西逐漸降低，最高值分布在慶陽、平?jīng)鲆约鞍足y等地區(qū)，而天祝和甘南地區(qū)春玉米生育期內(nèi)積溫相對(duì)較低，不適宜春玉米的生長(zhǎng)發(fā)育(圖3)。

圖2 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期平均溫度變化趨勢(shì)

圖3 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期積溫空間分布

2.1.2 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生長(zhǎng)季的太陽輻射變化趨勢(shì)

1971-2020年甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥、冬小麥和春玉米3種糧食作物生育期內(nèi)的太陽輻射量均呈下降趨勢(shì)，3種糧食作物生育期內(nèi)太陽輻射的年際變化率分別為-7.07、-20.25和-20.80 MJ·m·10 a(圖4)。3種糧食作物生育期內(nèi)太陽輻射量變化范圍分別為1 378.40～ 3 086.21、3 329.78～4 695.47和2 829.07～ 3 233.14 MJ·m。從空間分布看，春小麥生育期內(nèi)太陽輻射量從北向南逐漸降低，最高值分布在白銀地區(qū)，最低值分布在甘南、岷縣和漳縣地區(qū)；冬小麥生育期內(nèi)太陽輻射量從東北向西南逐漸降低，最高值分布在環(huán)縣和慶城地區(qū)，最低值主要分布在天水北部、通渭、靜寧和莊浪地區(qū)；春玉米生育期內(nèi)太陽輻射量從北向南逐漸降低，最高值主要集中在白銀和蘭州等地區(qū)，最低值主要集中于該區(qū)域的南部地區(qū)(圖5)。

圖4 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期太陽輻射變化趨勢(shì)

圖5 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期太陽輻射空間分布

2.1.3 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生長(zhǎng)季的降水量變化趨勢(shì)

1971-2020年甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥、冬小麥和春玉米3種糧食作物生育期內(nèi)降水量均呈上升趨勢(shì)，3種糧食作物生育期內(nèi)降水量的年際變化率分別為4.98、12.82和2.37 mm·10 a(圖6)。3種糧食作物生育期內(nèi)降水量變化范圍分別為28.92～544.75、99.80～634.58和154.92～461.89 mm。從空間分布特征看，春小麥生育期內(nèi)降水量從北向南逐漸增加，最高值分布在甘南和岷縣地區(qū)，最低值分布在白銀和蘭州地區(qū)；冬小麥生育期內(nèi)降水量從西北向東南逐漸增加，最高值分布在正寧、靈臺(tái)等地區(qū)，最低值分布在通渭和環(huán)縣地區(qū)；春玉米生育期內(nèi)降水量最高值分布在該地區(qū)的南部地區(qū)，主要集中在甘南、臨夏、天水和平?jīng)龅鹊貐^(qū)，最低值主要集中于白銀、蘭州等地區(qū)(圖7)。

2.2 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生產(chǎn)潛力分布特征

2.2.1 光合生產(chǎn)潛力

1971-2020年，甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶冬小麥、春玉米和春小麥平均光合生產(chǎn)潛力分別為 35 815.83、30 916.96 和25 679.65 kg·hm。

圖6 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期降水量變化趨勢(shì)

圖7 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期降水量空間分布

春小麥光合生產(chǎn)潛力從北向南逐漸降低，最高值(27 187.78 kg·hm)分布在景泰和靖遠(yuǎn)地區(qū)，最低值(23 941.78 kg·hm)分布在甘南以及岷縣和漳縣地區(qū)；冬小麥光合生產(chǎn)潛力從東北向西南逐漸降低，最高值(37 569.84 kg·hm)分布在環(huán)縣和慶城地區(qū)，最低值(34 035.73 kg·hm)分布在天水北部、靜寧、莊浪和通渭等地區(qū)；春玉米光合生產(chǎn)潛力從北向南逐漸降低，最高值(33 078.79 kg·hm)分布在景泰和靖遠(yuǎn)等地區(qū)，最低值(29 132.66 kg·hm)分布在甘南和天水北部地區(qū)(圖8)。

2.2.2 光溫生產(chǎn)潛力

1971-2020年，甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春玉米、春小麥和冬小麥的平均光溫生產(chǎn)潛力分別為 16 802.15、12 797.04和7 691.16 kg·hm。春小麥光溫生產(chǎn)潛力從北向南逐漸降低，最高值 (19 411.56 kg·hm)分布在白銀和蘭州地區(qū)，最低值(3 081.10 kg·hm)分布在天祝和甘南地區(qū)；冬小麥光溫生產(chǎn)潛力最高值(11 014.55 kg·hm)分布在甘谷和秦安地區(qū)，最低值 (3 193.98 kg·hm)分布在通渭、靜寧、莊浪、張家川和華亭地區(qū)；春玉米光溫生產(chǎn)潛力從東北向西南逐漸降低，最高值(23 860.03 kg·hm)分布在白銀、蘭州、慶陽和平?jīng)龅貐^(qū)，最低值 (1 037.44 kg·hm)分布在天祝和甘南地區(qū)(圖9)。

圖8 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期 內(nèi)光合生產(chǎn)潛力空間分布

2.2.3 氣候生產(chǎn)潛力

1971-2020年，甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春玉米、春小麥和冬小麥平均氣候生產(chǎn)潛力分別為 12 113.63、7 224.81和5 547.48 kg·hm。春小麥氣候生產(chǎn)潛力從北向南逐漸增加，最高值 (10 057.56 kg·hm)分布在臨夏和臨洮地區(qū)，最低值(2 334.82 kg·hm)分布在天祝和白銀地區(qū)；春小麥氣候生產(chǎn)潛力從北向南逐漸增加，最高值(7 492.48 kg·hm)分布在天水北部地區(qū)，最低值(1 999.24 kg·hm)分布在通渭和靜寧地區(qū)；春玉米氣候生產(chǎn)潛力從東向西逐漸降低，最高值(18 691.65 kg·hm)分布在慶陽和平?jīng)鰱|部地區(qū)，最低值(959.60 kg·hm)分布在天祝、白銀和甘南地區(qū)(圖10)。

圖9 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期 內(nèi)光溫生產(chǎn)潛力空間分布

2.3 氣候資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶氣候生產(chǎn)潛力的影響

2.3.1 熱量變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶氣候生產(chǎn)潛力的影響

1971-2020年，甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期內(nèi)平均溫度總體呈上升趨勢(shì)。熱量變化對(duì)3種作物氣候生產(chǎn)潛力均產(chǎn)生正效應(yīng)(圖11)，春玉米、冬小麥和春小麥氣候生產(chǎn)潛力的平均增速分別為48.35、48.11和32.17 kg·hm·a。春小麥氣候生產(chǎn)潛力在會(huì)寧和臨夏地區(qū)受影響最大，平均增速為59.56 kg·hm·a；白銀和蘭州地區(qū)受影響最小，平均增速為 12.20 kg·hm·a。冬小麥氣候生產(chǎn)潛力在慶陽南部、靈臺(tái)和秦安地區(qū)受影響最大，平均增速為 86.00 kg·hm·a；在慶陽北部、崇信和夏河地區(qū)受影響最小，平均增速為26.55 kg·hm·a。春玉米氣候生產(chǎn)潛力在天水北部、會(huì)寧和靈臺(tái)地區(qū)受影響最大，平均增速110.23 kg·hm·a；在白銀、蘭州以及慶陽北部地區(qū)受影響最小，平均增速為10.72 kg·hm·a。

圖10 甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期內(nèi) 氣候生產(chǎn)潛力空間分布

2.3.2 降水變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶氣候生產(chǎn)潛力的影響

1971-2020年，受生育期內(nèi)降水變化影響，甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥、冬小麥和春玉米氣候生產(chǎn)潛力的平均增速分別為5.10、-0.12和7.16 kg·hm·a。從圖12可以看出，降水變化對(duì)該區(qū)域大部分地區(qū)春小麥氣候生產(chǎn)潛力具有正效應(yīng)。春小麥氣候生產(chǎn)潛力在白銀和蘭州大部分地區(qū)受影響最大，氣候生產(chǎn)潛力最大增速為31.35 kg·hm·a；降水變化對(duì)臨夏和定西部分地區(qū)春小麥氣候生產(chǎn)潛力產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大降速為18.92 kg·hm·a。降水變化對(duì)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力在天水北部、寧縣、慶城、鎮(zhèn)原、靈臺(tái)和涇川地區(qū)產(chǎn)生呈負(fù)效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大降速為28.73 kg·hm·a；對(duì)其他地區(qū)表現(xiàn)為正效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大增速為 11.37 kg·hm·a。降水變化對(duì)西部及東部的靈臺(tái)和華池地區(qū)春玉米氣候生產(chǎn)潛力產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大降速為60.77 kg·hm·a；在其他地區(qū)表現(xiàn)為正效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大增速為81.49 kg·hm·a。

圖11 熱量資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶氣候 生產(chǎn)潛力影響空間分布

圖12 降水資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶 氣候生產(chǎn)潛力影響空間分布

2.3.3 輻射資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶氣候生產(chǎn)潛力的影響

1971-2020年，甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶糧食作物生育期內(nèi)太陽輻射變化對(duì)春小麥、冬小麥和春玉米氣候生產(chǎn)潛力總體表現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力的平均降速分別為1.81、2.35和8.66 kg·hm·a。從地區(qū)分布(圖13)看，太陽輻射變化對(duì)天祝、白銀、定西和甘南部分地區(qū)春小麥氣候生產(chǎn)潛力產(chǎn)生正效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大增速為7.74 kg·hm·a；對(duì)其他地區(qū)多產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大降速為10.84 kg·hm·a。太陽輻射變化對(duì)清水和慶陽大部分地區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力具有正效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大增速為4.17 kg·hm·a；在其他地區(qū)多表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大降速為6.57 kg·hm·a。太陽輻射變化對(duì)景泰、靖遠(yuǎn)、臨洮、東鄉(xiāng)和慶陽北部等地區(qū)春玉米氣候生產(chǎn)潛力表現(xiàn)出正效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大增速為7.41 kg·hm·a；對(duì)該區(qū)域其他地區(qū)多呈現(xiàn)出負(fù)效應(yīng)，氣候生產(chǎn)潛力最大降速為37.27 kg·hm·a。

圖13 輻射資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶 氣候生產(chǎn)潛力影響空間分布

2.3.4 氣候變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶氣候生產(chǎn)潛力的影響

1971-2020年，由于甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶作物生育期內(nèi)氣候的變化，春小麥、冬小麥和春玉米氣候生產(chǎn)潛力總體上均呈增加趨勢(shì)，平均增速分別為38.79、45.64和47.36 kg·hm·a。從不同地區(qū)表現(xiàn)(圖14)看，氣候變化對(duì)該區(qū)域不同地區(qū)春小麥氣候生產(chǎn)潛力均表現(xiàn)為正效應(yīng)，其中對(duì)蘭州地區(qū)影響最大(平均增速55.89 kg·hm·a)，而對(duì)臨夏、定西地區(qū)影響最小(平均增速14.79 kg·hm·a)。氣候變化對(duì)不同地區(qū)冬小麥氣候生產(chǎn)潛力也均產(chǎn)生正效應(yīng)，其中對(duì)西峰和正寧地區(qū)的影響最大(平均增速91.77 kg·hm·a)，而對(duì)平?jīng)鰱|部地區(qū)影響最小(平均增速14.24 kg·hm·a)；氣候變化對(duì)該區(qū)域大部分地區(qū)春玉米氣候生產(chǎn)潛力表現(xiàn)為正效應(yīng)，其中對(duì)天水北部以及平?jīng)龅貐^(qū)影響最大(平均增速107.33 kg·hm·a)，而對(duì)臨洮、渭源、靈臺(tái)和靖遠(yuǎn)春玉米氣候生產(chǎn)潛力產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)(最大降速8.04 kg·hm·a)。

圖14 氣候資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶 氣候生產(chǎn)潛力影響空間分布

3 討 論

本研究以甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶主要糧食作物春小麥、冬小麥和春玉米為研究對(duì)象，基于研究區(qū)45個(gè)氣象站1971-2020年逐日氣象數(shù)據(jù)和3種糧食作物的生育期資料，利用逐級(jí)訂正法計(jì)算甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶3種主要糧食作物的生產(chǎn)潛力，該方法已在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。前人的研究多基于糧食作物的自然生育期進(jìn)行計(jì)算，但由于甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶地域覆蓋范圍廣、海拔和緯度差異大，甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶不同地區(qū)的降水資源、熱量資源、以及輻射資源差異明顯，造成不同地區(qū)糧食作物的生育期差異顯著，自然生育期和實(shí)際生育期有一定的偏差。因此本研究利用研究區(qū)春小麥和春玉米的實(shí)際生育期計(jì)算了甘肅農(nóng)業(yè)交錯(cuò)帶3種糧食作物的氣候生產(chǎn)潛力，與前人研究相比具有更高的可靠性。本研究所選用的逐級(jí)修訂法雖具有生物學(xué)和物理學(xué)意義明確等優(yōu)點(diǎn)，但計(jì)算結(jié)果易受參數(shù)選取的影響，未來糧食作物品種的改變可能導(dǎo)致生產(chǎn)潛力計(jì)算結(jié)果的偏差。因此，今后的研究因進(jìn)一步利用田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)修訂相關(guān)參數(shù)，提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥、冬小麥和春玉米生育期內(nèi)平均溫度呈波動(dòng)向上的變化趨勢(shì)，平均每10年分別增溫0.41、0.34和0.32 ℃；平均太陽輻射量均呈下降的變化趨勢(shì)，平均每10年下降7.07、20.25和20.80 MJ·m；平均降水量呈波動(dòng)上升的變化趨勢(shì)，平均每10年增加4.98、 12.82和2.37 mm。不同氣候資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥、冬小麥和春玉米氣候生產(chǎn)潛力的影響程度各不相同，由于春小麥、冬小麥和春玉米生育期內(nèi)的平均溫度適宜于3種糧食作物的生長(zhǎng)發(fā)育，研究區(qū)的適當(dāng)增溫有利于3種糧食作物產(chǎn)量的增加。因此，熱量資源的變化對(duì)該地區(qū)春小麥、冬小麥和春玉米氣候生產(chǎn)潛力均產(chǎn)生正效應(yīng)，且對(duì)春玉米的影響最大，其余依次為冬小麥和春小麥。降水是制約甘肅農(nóng)業(yè)交錯(cuò)帶糧食產(chǎn)量提高的最主要因素，但隨著該地區(qū)3種糧食作物生育期內(nèi)降水量的逐漸增加，降水資源的改變對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶大部分地區(qū)的春小麥和春玉米氣候生產(chǎn)潛力產(chǎn)生正效應(yīng)，有利于提高該地區(qū)的春小麥和春玉米產(chǎn)量。甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥、冬小麥和春玉米生育期內(nèi)的平均輻射量均呈下降的變化趨勢(shì)，造成該區(qū)域大部分地區(qū)3種糧食作物的光合生產(chǎn)潛力下降，輻射資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶大部分地區(qū)糧食作物氣候生產(chǎn)潛力產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，且對(duì)春玉米的影響最大，其余依次為冬小麥和春小麥?？傮w來看，由于溫度升高、降水量增加彌補(bǔ)了甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶輻射資源下降造成的負(fù)面效應(yīng)，氣候資源變化對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶大部分地區(qū)春小麥、冬小麥和春玉米氣候生產(chǎn)潛力總體上產(chǎn)生正效應(yīng)，而受降水量和太陽輻射下降的影響，該地區(qū)定西臨洮、平?jīng)鲮`臺(tái)和白銀靖遠(yuǎn)春玉米的氣候生產(chǎn)潛力呈下降趨勢(shì)。對(duì)于輻射資源變化導(dǎo)致糧食作物生產(chǎn)潛力下降的地區(qū)，應(yīng)合理設(shè)置種植密度、選用光能利用效率更高的糧食作物品種和加強(qiáng)田間管理；對(duì)于降水量資源變化導(dǎo)致糧食作物生產(chǎn)潛力下降的地區(qū)，應(yīng)培育和選用新品種，采用蓄水保墑的耕作措施，從而提高該地區(qū)的糧食生產(chǎn)潛力。

本研究通過對(duì)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶春小麥、冬小麥和春玉米生產(chǎn)潛力的分析，探討氣候變化背景下該地區(qū)主要糧食作物能夠達(dá)到的最高產(chǎn)量，分析了熱量資源、輻射資源和降水資源變化對(duì)該地區(qū)糧食生產(chǎn)所造成的影響。研究結(jié)果可以為甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶不同地區(qū)、不同糧食作物制定合理耕作措施和田間管理技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)，以應(yīng)對(duì)氣候變化對(duì)該地區(qū)春小麥、冬小麥和春玉米生產(chǎn)產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)甘肅農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。