何生錄 ，王發(fā)科 ，李海鳳 ，陳宏松 ，祁貴明 ，顏亮東 ，雷玉紅 ，張 仙

（1.格爾木市氣象局，青海 格爾木 816099；2.青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810001；3.青海省氣象科學(xué)研究所，西寧 810001；4.海西州氣象局，青海 海西 817099）

《中國(guó)氣候變化藍(lán)皮書（2021）》指出，1951 年以來(lái)中國(guó)地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，升溫速率為0.26 ℃/10 年，升溫速率明顯高于同期全球平均水平［1］，是全球氣候變化的敏感區(qū)和影響顯著區(qū)；在全球變暖進(jìn)一步加劇的情景下，以氣溫上升、氣候變暖為主要特征的氣候變化對(duì)世界經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)系統(tǒng)產(chǎn)生了重大影響，氣候始終是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要決定因子，農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變化非常敏感。氣候變化不僅影響農(nóng)業(yè)氣候資源的利用和自然災(zāi)害狀況的發(fā)生發(fā)展，還會(huì)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效益［2，3］。因此，在氣候變化背景下，農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定性和可持續(xù)性是各級(jí)政府和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者關(guān)心的關(guān)鍵問(wèn)題，也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題［4］。

氣候適宜度為農(nóng)業(yè)氣候的定量分析和分類評(píng)價(jià)開辟了一個(gè)新的途徑［5］。近年來(lái)，諸多學(xué)者將氣候適宜度廣泛用于農(nóng)作物和氣候條件之間適應(yīng)程度的研究，李陽(yáng)等［6］分析了寧夏中南部山區(qū)馬鈴薯氣候適宜度時(shí)空變化特征，構(gòu)建了適合寧夏中南部山區(qū)的馬鈴薯綜合適宜度計(jì)算模型；王春玲等［7］研究了黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯氣候適宜度模擬及其時(shí)空變化特征，發(fā)現(xiàn)定西北部地區(qū)馬鈴薯氣候適宜度增加十分明顯；李超等［8］、高操等［9］、劉新等［10］就玉米氣候適宜度建立模型并做了評(píng)價(jià)；王連喜等［11］、李昊宇等［12］針對(duì)江蘇、華北冬小麥適宜度時(shí)空變化構(gòu)建了氣候適宜度及預(yù)測(cè)模型，檢驗(yàn)結(jié)果表明模型能較為客觀地反映作物受氣候條件的影響；張彩霞等［13］、徐敏等［14］、胡春麗等［15］就水稻種植氣候適宜度的時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，并預(yù)測(cè)了氣候年景，檢驗(yàn)后效果理想。

在全球氣候變化的大背景下，柴達(dá)木盆地的氣候也發(fā)生了明顯變化，對(duì)該地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)生了一定影響。柴達(dá)木盆地既是氣候變化敏感區(qū)，又是生態(tài)環(huán)境脆弱帶，農(nóng)作物對(duì)農(nóng)業(yè)氣候資源變化的響應(yīng)敏感［16，17］，開展枸杞氣候適宜性研究對(duì)優(yōu)化柴達(dá)木盆地枸杞種植結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局具有重要意義，但目前針對(duì)柴達(dá)木盆地枸杞氣候適宜度影響方面的研究尚不多見，不能滿足科學(xué)指導(dǎo)枸杞種植結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局的需求。因此，基于柴達(dá)木盆地氣溫、降水、日照等氣象因子對(duì)枸杞各生長(zhǎng)發(fā)育階段的影響，開展枸杞氣候適宜度等級(jí)及區(qū)劃研究，一方面為當(dāng)?shù)亻_展枸杞特色農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)工作提供技術(shù)支撐，另一方面為當(dāng)?shù)罔坭缴a(chǎn)相關(guān)部門合理利用氣候資源，優(yōu)化枸杞產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)枸杞產(chǎn)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展等方面意義重大。

1 研究資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

柴達(dá)木盆地位于青藏高原東北部，介于90°16′—99°16′E、35°00′—39°20′N，盆地略呈三角形，南北寬約300 km，東西長(zhǎng)約800 km，地域總面積25.72 萬(wàn) km2，海拔在 2 675～3 350 m，是中國(guó)海拔最高的內(nèi)陸山間盆地，也是青海省最大的綠洲農(nóng)業(yè)基地，對(duì)氣候變化表現(xiàn)很敏感。區(qū)域內(nèi)降水稀少，氣候干燥，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，光照充足，光能資源豐富，光溫生產(chǎn)潛力大，光、熱、水、土資源豐富，利于枸杞生長(zhǎng)發(fā)育和有機(jī)物質(zhì)的積累。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和特色農(nóng)業(yè)發(fā)展，枸杞特色農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，已經(jīng)成為推動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。2018年枸杞種植面積達(dá)34 400 hm2，干果產(chǎn)量達(dá)88 000 t，產(chǎn)值達(dá)24 億元。

1.2 資料來(lái)源

選取柴達(dá)木盆地茫崖、大柴旦、冷湖、小灶火、格爾木、諾木洪、都蘭、德令哈、烏蘭、茶卡、天峻11 個(gè)氣象站（圖1）1991—2018 年枸杞生育期氣溫、降水、日照、輻射、風(fēng)速、相對(duì)濕度等氣象數(shù)據(jù)；2001—2018 年枸杞生育期觀測(cè)數(shù)據(jù)，用于分析枸杞生育期進(jìn)程；氣象資料及生育期觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自青海省氣象信息中心。

圖1 柴達(dá)木盆地氣象站點(diǎn)分布

1.3 枸杞主要發(fā)育期選取

枸杞是一種耐旱、耐鹽堿、喜光照的經(jīng)濟(jì)灌木，適宜在柴達(dá)木盆地生長(zhǎng)發(fā)育。柴達(dá)木盆地枸杞生長(zhǎng)期較短，一般4 月底至5 月初老眼枝開始發(fā)芽，5 月上中旬進(jìn)入展葉期，5 月中下旬為春梢生長(zhǎng)期，6 月上中旬老眼枝處于開花期，6 月下旬進(jìn)入春梢開花期，7 月上旬進(jìn)入秋梢生長(zhǎng)期，7 月中下旬處于老眼枝果實(shí)成熟期、秋梢開花期，8 月上旬至下旬進(jìn)入夏果成熟期，9 月上旬進(jìn)入秋果形成期，9 月中旬至9 月下旬為秋果成熟期。由于枸杞是無(wú)限花序，邊開花邊結(jié)果，因此自夏果開花起，開花、幼果形成和果實(shí)成熟期重疊，果實(shí)不斷成熟，需要分3～4 次采摘、晾曬，因此本研究選取展葉、老眼枝開花、春稍開花、老眼枝果成熟、夏果成熟、秋果成熟6 個(gè)枸杞主要生育期（表1）。

表1 柴達(dá)木盆地枸杞主要生育期

1.4 研究方法

為定量評(píng)價(jià)柴達(dá)木盆地氣候資源對(duì)枸杞生長(zhǎng)發(fā)育的影響，利用枸杞主要生育期內(nèi)的氣溫、降水、日照資料，結(jié)合劉新等［10］的研究，建立溫度、降水、日照及綜合氣候適宜度模型，進(jìn)行柴達(dá)木盆地枸杞氣候適宜度等級(jí)及區(qū)劃評(píng)估研究，基于GIS 技術(shù)繪制柴達(dá)木盆地枸杞適宜種植區(qū)劃圖。

1.4.1 溫度適宜度模型 研究表明，Beta 函數(shù)能較好地反映作物生長(zhǎng)與溫度的關(guān)系，并且具有普適性，其值為0～1，本研究采用該方法進(jìn)行溫度適宜度模型建立，計(jì)算公式如下［18］。

式中，F(xiàn)t(i)為第i個(gè)生育期的氣溫條件適宜度；T、T1、T2、T0分別為某生育期平均、下限、上限及最適溫度。根據(jù)《青海省農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)手冊(cè)（試用版）》枸杞農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)指標(biāo)，結(jié)合柴達(dá)木盆地生產(chǎn)實(shí)際，確定枸杞各生育階段三基點(diǎn)溫度（表2）。

表2 柴達(dá)木盆地枸杞主要生育期參數(shù)

1.4.2 降水適宜度模型 降水適宜度表征了種植地區(qū)枸杞各生長(zhǎng)發(fā)育階段內(nèi)的降水量對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的適宜程度，用作物正常生長(zhǎng)需水量作為作物生長(zhǎng)的適宜水量標(biāo)準(zhǔn)［1-3］，計(jì)算公式如下［10］。

式中，F(xiàn)r(i)為第i個(gè)生育期的降水氣候條件適宜度，r為某生育期降水量，W為枸杞相應(yīng)生育階段的理論需水量，利用FAO 最新修訂的Penman-Monteith 公式計(jì)算［19，20］，各主要生育期的理論需水量見表2。

1.4.3 日照適宜度模型 枸杞喜光怕陰，充足的日照能促進(jìn)枸杞高產(chǎn)，枸杞對(duì)光照最敏感的時(shí)段是老眼枝、春梢、秋梢現(xiàn)蕾至開花期及老眼枝果實(shí)、夏果、秋果形成至成熟期，若此期間光照不足，枸杞植株正常發(fā)育受阻或坐果率降低，造成結(jié)實(shí)不良或病果率增加。日照適宜度模型公式如下［10］。

式中，H、H0分別為某生育期日照時(shí)數(shù)及日照百分率超過(guò)70% 的日照時(shí)數(shù)；柴達(dá)木盆地枸杞各生育階段旬日照百分率超過(guò)70%的日照時(shí)數(shù)見表2。

1.4.4 綜合氣候適宜度模型 各生育期綜合適宜度為光、溫、水各氣象要素適宜度加權(quán)求和所得，計(jì)算公式如下［10］：

式中，F(xiàn)(i)分別為第i個(gè)生育期的綜合氣候條件適宜度；n為生育期個(gè)數(shù)；Ft、Fr Fs、F分別為全生育期氣溫、降水、日照和綜合氣候條件適宜度；a、b、c分別為氣溫、降水和日照影響權(quán)重系數(shù)，利用枸杞全生育期氣溫、降水及日照適宜度與枸杞年平均產(chǎn)量資料，通過(guò)相關(guān)系數(shù)法得到各氣象要素影響權(quán)重系數(shù)（表2）。

2 結(jié)果與分析

2.1 枸杞各生育期氣候適宜度時(shí)空分布特征

2.1.1 溫度適宜度時(shí)空分布特征 從1991—2018年柴達(dá)木盆地枸杞全生育期溫度適宜度年際變化可知（圖2），溫度適宜度均在0.400 以上，平均溫度適宜度為0.591，最大溫度適宜度為0.698，出現(xiàn)在2016年，最小為0.405，出現(xiàn)在1992 年，最大值和最小值間相差0.293；溫度適宜度以0.05/10 年呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，且通過(guò)了0.01 水平的顯著性檢驗(yàn)。

圖2 柴達(dá)木盆地枸杞全生育期氣候適宜度年際變化

從柴達(dá)木盆地枸杞不同生育期溫度適宜度可以看出（表3），各生育期平均溫度適宜度較好，均大于0.500，其中展葉期溫度適宜度最大，為0.647，老眼枝果實(shí)成熟期最小，為0.514。從空間對(duì)比來(lái)看，柴達(dá)木盆地中南部格爾木、小灶火、諾木洪3 地溫度適宜度較大，生育期溫度適宜度均大于0.750；東部天峻、茶卡地區(qū)溫度適宜度較小，茶卡地區(qū)除展葉、老眼枝開花期分別達(dá)0.514、0.486 外，其余各生育期溫度適宜度均小于0.300，而天峻地區(qū)各生育期溫度適宜度均小于0.100，說(shuō)明柴達(dá)木盆地?zé)崃織l件以中南部地區(qū)最好，東部差。

表3 柴達(dá)木盆地枸杞各生育期溫度適宜度

2.1.2 降水適宜度時(shí)空分布特征 1991—2018 年柴達(dá)木盆地枸杞全生育期降水適宜度年際變化顯示（圖2），降水適宜度均在0.400 以下，明顯低于溫度適宜度；平均降水適宜度為0.299，降水適宜度最大值為0.392，出現(xiàn)在2012 年，最小值為0.195，出現(xiàn)在2001 年，枸杞全生育期降水適宜度最大值和最小值間相差0.197；降水適宜度以0.02/10 年呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，表明柴達(dá)木盆地降水對(duì)枸杞適宜性影響較小。

表4 為柴達(dá)木盆地各地枸杞不同生育期降水適宜度，可以看出各個(gè)生育期平均降水適宜度差，均小于0.400，其中老眼枝開花期降水適宜度最大，為0.373，秋果成熟期最小，為0.217。從空間對(duì)比來(lái)看，柴達(dá)木盆地中西部各地區(qū)降水適宜度較小，各地各生育期降水適宜度均小于0.300。東部德令哈、烏蘭、都蘭及茶卡地區(qū)降水適宜度較大，降水適宜度為0.300～0.500；而東部天峻地區(qū)降水適宜度最大，各生育期降水適宜度均大于0.600，說(shuō)明水分條件中西部地區(qū)差，東部較好。

表4 柴達(dá)木盆地枸杞各生育期降水適宜度

2.1.3 日照適宜度時(shí)空分布特征 由1991—2018年柴達(dá)木盆地枸杞全生育期日照適宜度年際變化可見（圖2），日照適宜度在0.700～0.900，明顯高于枸杞溫度適宜度和降水適宜度，平均日照適宜度為0.825，最大日照適宜度為0.897，出現(xiàn)在1994 年，最小值為0.741，出現(xiàn)在2018 年，枸杞全生育期日照適宜度最大值和最小值間相差0.156；日照適宜度以0.02/10 年呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。

表5 為柴達(dá)木盆地各地枸杞不同生育期日照適宜度，可以看出柴達(dá)木盆地全區(qū)各生育期平均日照適宜度均大于0.600，其中老眼枝果實(shí)成熟期日照適宜度最大，為0.875，春梢開花期最小，為0.769。從空間對(duì)比來(lái)看，柴達(dá)木盆地中西部各地區(qū)日照適宜度較東部大，說(shuō)明柴達(dá)木盆地枸杞生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，光照條件充足，中西部較東部地區(qū)光照更充足。

表5 柴達(dá)木盆地枸杞各生育期日照適宜度

2.2 枸杞全生育期氣候適宜度空間分布特征

表6 為1991—2018 年柴達(dá)木盆地枸杞全生育期日照、降水、氣溫及綜合適宜度。可以看出全區(qū)各地枸杞全生育期溫度適宜度差異較大，格爾木最大，為0.902，天峻最小，為0.022，兩者相差0.880；降水適宜度中西部小，東西部大，其中天峻最大，為0.774，冷湖最小，為0.038，兩地相差0.736；日照適宜度各地均大于0.70，中西部較東西部大，其中冷湖最大，為0.930，天峻最小，為0.736，兩地相差0.194；綜合氣候適宜度變化與氣溫適宜度基本一致，各地差異較大，格爾木最大，為0.739，天峻最小，為0.399，兩者相差0.340。

表6 柴達(dá)木盆地枸杞全生育期氣候適宜度

3 枸杞種植氣候適宜度等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)及區(qū)劃

3.1 枸杞種植氣候適宜度等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)

分析表明，柴達(dá)木盆地?zé)崃織l件中南部和西部地區(qū)好、東部差；水分條件中西部地區(qū)差、東部較好；各地日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，光照條件充足，中西部較東部地區(qū)光照更充足。由于柴達(dá)木盆地屬綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)以灌溉為主，加之各地光照條件充足，因此水分和光照條件不是枸杞生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的主導(dǎo)因子，溫度條件是影響枸杞適宜度的主導(dǎo)因子。根據(jù)上述分析結(jié)果，結(jié)合柴達(dá)木盆地枸杞種植生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行綜合分析、評(píng)判，確定了柴達(dá)木盆地枸杞種植氣候適宜度劃分等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，見公式（10）至公式（13）。

溫度適宜度評(píng)價(jià)指標(biāo)：

3.2 基于GIS 技術(shù)柴達(dá)木盆地枸杞種植氣候適宜度區(qū)劃

柴達(dá)木盆地溫度適宜度和光熱水綜合適宜度≥0.6 為適宜、0.5～0.6 為較適宜、≤0.5 為不適宜；降水適宜度≥0.6 為適宜、0.6～0.4 為較適宜、≤0.4 為不適宜；日照適宜度≥0.7 為適宜、0.5～0.7 為較適宜、≤0.5為不適宜。依據(jù)各地氣溫、降水、日照及綜合氣候適宜度指標(biāo)，結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)度、緯度和海拔高度地理信息，利用GIS 技術(shù)繪制出柴達(dá)木盆地枸杞種植氣溫適宜度、降水適宜度、日照適宜度及綜合氣候適宜度區(qū)劃（圖3）。由圖3 可以看出，柴達(dá)木盆地枸杞種植氣候適宜區(qū)分布在德令哈中南部、都蘭縣西北部、格爾木及茫崖中北部等地區(qū)；較適宜區(qū)分布在大柴旦西北部及適宜區(qū)周邊等地區(qū)；不適宜種植區(qū)分布在德令哈北部、天峻、烏蘭東部及盆地海拔較高的周邊等地區(qū)，表明柴達(dá)木盆地海拔較低的大部分地區(qū)適宜枸杞種植。

圖3 柴達(dá)木盆地枸杞種植溫度（a）、降水（b）、日照（c）及綜合（d）氣候適宜度區(qū)劃

4 結(jié)論

柴達(dá)木盆地各地枸杞溫度適宜度差異較大，格爾木最大，為0.902，天峻最小，為0.022，兩者相差0.880；降水適宜度中西部小，東西部大，天峻最大為0.774，冷湖最小為0.038，兩地相差0.736；日照適宜度各地均大于0.70，中西部較東西部大，冷湖最大為0.930，天峻最小為0.736，兩地相差0.194；綜合氣候適宜度各地差異較大，格爾木最大為0.739，天峻最小為0.399，兩者相差0.340。

柴達(dá)木盆地溫度適宜度和光熱水綜合適宜度≥0.6 為適宜、0.5～0.6 為較適宜、≤0.5 為不適宜；降水適宜度≥0.6 為適宜、0.4～0.6 為較適宜、≤0.4 為不適宜；日照適宜度≥0.7 為適宜、0.5～0.7 為較適宜、≤0.5 為不適宜。

柴達(dá)木盆地枸杞種植氣候適宜區(qū)分布在德令哈中南部、都蘭縣西北部、格爾木及茫崖中北部等地區(qū)；較適宜區(qū)分布在大柴旦西北部及適宜區(qū)周邊等地區(qū)；不適宜種植區(qū)分布在德令哈北部、天峻、烏蘭東部及盆地海拔較高的周邊等地區(qū)，表明柴達(dá)木盆地海拔較低的大部分地區(qū)適宜枸杞種植。