陇东黄土高原50多年热量资源变化特征及其对农业的影响

　　0 引言

　　20 世纪以来,以全球变暖为主要特征的气候变化趋势已被许多研究结果所证实[1-3].政府间气候变化专门委员会(IPCC)第四次报告指出,气候变化对农业生产的影响是明显而广泛的,将使农业生产的不稳定性增加、结构和布局改变、局部地区农业气象灾害事件加剧[4].气候变暖引起热量资源的变化,而热量资源是农业气候资源的重要组成部分.农业生产是一个对自然条件,尤其是气候条件依赖程度很强的过程,农业气候资源的变化必然对其产生重大的影响[5].因此,对于全球气候变暖,气候变化对热量资源的影响研究许多专家学者做了大量的、卓有成效的研究[6-10],对研究农业生产对气候变化的响应具有积极的贡献.但是,同地区的增温趋势及增温幅度会有所差别,那么在全球气候变化背景下,地处青藏高原东部阶梯地形的陇东黄土高原地区的热量资源是如何响应的?

　　陇东位于甘肃省的最东部,属黄土高原典型的雨养农业区,素有"陇东粮仓"之称[11],地处北半球中纬度的中国西北的黄土高原地区,是全球气候变化响应最敏感的地区之一,也是生态和社会环境最脆弱的地区之一,受气候变化影响更加显着.研究表明,农业是对气候变化响应最为敏感的行业之一,气候变化对发展现代农业提出了前所未有的严峻挑战.

　　为此,本研究对陇东黄土高原地区50多年热量资源变化特征进行了分析,进一步分析了由热量资源变化所引发的农业气候资源、主要农业气象灾害及生产应对措施,以便在了解和认识当地气候资源的基础上,充分利用气候变化对农业生产的利弊影响,尽早采取有效的方法,增强农业生产、优化作物布局及新品种引进适应气候变化的能力,提高农业生产的稳定性,促进农业增产、农民增收、农村稳定.

　　1 资料与方法

　　陇东黄土高原地区以庆阳市为主,所辖7县1区.笔者选取有代表性的3个县1960-2013年共54年资料进行分析,分别是:环县,代表庆阳市北部山区;庆城县,代表庆阳市中部川道地区;西峰区,代表庆阳市南部塬区.资料分别来源于环县国家基本气候站、庆城县国家一般气候站、西峰国家基准气候站.以年、季的平均气温、≥0℃及≥10℃的活动积温、终霜日期及农耕期、农业灾害事件等作为主要的研究对象,采用数理统计方法分析其变化特征.

　　2 结果与分析

　　2.1 平均气温

　　通过对西峰、庆城、环县54年(1960-2013年)平均气温资料进行分析(见图1~3),三地的气温变化有时具有一致性,但总体均呈上升趋势,20世纪60年代的平均气温分别比平均值偏低0.69℃、0.50℃、0.96℃;70 年代的平均气温分别比平均值偏低 0.55℃、0.15℃、20 世纪 0.19℃;80年代的平均气温分别比平均值偏低0.51℃、0.13℃、0.14℃;90年代的平均气温分别比平均值偏高0.23℃、0.21℃、0.43℃;进入21世纪前10年的平均气温分别比平均值偏高1.07℃、0.58℃、0.81℃.西峰、庆城和环县在20世纪90年代中期以前年气温大多低于平均气温,20世纪90年代中期以后,持续升温,庆城和环县在2006年、西峰在2013年达到近54年的最大值.54年间分别增加了2.0℃、1.1℃、2.2℃.庆城的热量资源最为丰富,西峰的热量资源高于环县.54年以来环县、西峰升温较为明显,热量资源增加.环县的气温变化幅度最大,也是庆阳市最低气温的出现地,即热量资源的变率较大.庆阳市平均气温变化与张强等[12]研究一致,但平均气温的升高幅度明显大于西北地区的平均值.

　　由表1可知,西峰、庆城和环县的四季平均气温的年代际变化不尽相同,西峰夏季年代际气温变化趋势不明显,春、秋、冬季气温呈上升趋势;庆城春、冬季升温趋势明显,夏季温度变化平缓,秋季略有升温趋势;环县春、夏、秋、冬季气温均呈上升趋势.三地在20世纪80年代前均较低且变化不大,90年代开始显着升高.总体来看,对年平均气温升高趋势贡献最大的是冬季和春季升温.

　　2.2 农耕期的变化

　　农耕期是指日平均气温稳定通过0℃时的持续日数,它表示某地年内进行农事生产活动的时间长短,对作物种植、布局及引种推广有重要意义.从54年来农耕期变化图(见图4)来看,庆阳市各地在农耕期的年变化也有一致性,在年农耕期中,庆城最 长,环县最短.且随着气候变暖,年农耕期日数也呈增多趋势,尤其20世纪90年代中期后,增加明显.54年来,环县、庆城及西峰分别增加13天、11天和12天.由于气候变化,庆阳市北部农耕期增加最为明显,表明作物种植近年来向北、向海拔高度较高地区推移,种植作物可趋向多样化.这与云雅如等[13]研究结果较为一致.

　　2.3 稳定≥0℃及≥10℃的活动积温变化

　　积温表示某地的热量资源.当气温稳定通过0℃时,庆阳市冬小麦、油菜、牧草开始返青,林果作物开始萌动.当气温稳定通过10℃时,糜子、谷子等喜温作物开始播种和生长.因此,气温稳定通过0℃、10℃时的积温是衡量热量资源的主要标志,在农业气候资源分析和区划、农业气象预报、农业气象灾害指标、作物生长模拟等应用广泛[14].由图 5 可知,庆城的≥0℃、≥10℃的积温为最高,分别为4814.6℃、4206.7℃,热量资源最为充足.西峰的热量资源最低,分别为4484.9℃、3810.5℃,环县的热量资源居中,分别为 4594.8℃、3988.5℃.

　　随着全球气候的变化,各地热量资源均有所增加,在54年中,环县、庆城、西峰的≥0℃的积温分别增加了558.4℃、254.7℃、572.8℃;≥10℃的积温分别增加了618.9℃、267.9℃、540.8℃.环县、西峰54年来,≥0℃、≥10℃的积温增加明显,尤其在进入21世纪后,各地积温明显增加.

　　2.4 终霜日期的变化

　　由于庆阳市初霜来临较迟,农作物基本已归仓,对农业生产的影响很小,而终霜会对庆阳市农作物造成较大危害,尤其是果树花期冻害风险增加,故只分析终霜日期的变化.终霜日为春季地面最低气温≤0℃的最后1次日期.由图6可知,庆阳市各地的终霜日平均结束日期在4月下旬末-5月初,北部山区环县结束的日期最晚,中部川道地区庆城结束的日期最早.与气温升高相一致,终霜日出现呈偏早趋势,且各地具有不同的阶段性变化规律,环县终霜日20世纪60年代由偏晚出现转为偏早出现,20世纪70-80年代初为偏晚出现,80年代中期-21世纪初为偏早出现,近10年来大多为偏晚出现,但个别年份出现时间明显偏早;庆城终霜日变化具有4~8年的由偏晚向偏早、1~2年的由偏早向偏晚的转化规律,54年来偏早年与偏晚年大体相当,但进入21世纪后,偏早出现年份显着增多;西峰终霜日54 年以来偏早趋势明显,且 20 世纪 60-70 年代为偏晚出现时期,80年代到现在为偏早出现时期,且具有连续多年持续偏早特性.因此,庆阳的终霜日各具特色.

　　3 热量资源变化对农业生产的影响

　　3.1 晚霜冻害减轻

　　春季是庆阳农事生产的关键季节,春耕春播大面积展开,同时,冬小麦起身拔节、冬油菜开花结荚、各种果树枝繁花茂,若遭受严重的晚霜冻害,会对作物的产量及品质造成影响,甚至造成农田翻种、果树不挂果、生育期延迟的严重灾害,农业损失惨重.近年来,庆阳大力发展特色农业,果树栽植面积居甘肃省第一,形成了大规模、高科技、连片生产的专业农户,但其中冻害是影响果树花期生长的主要灾害.在全球气候变化背景下,庆阳各地的春季气温上升明显,大的冻害天气事件明显减少(见表2),尤其20世纪90年代后,升温显着,终霜日偏早,大多对农业生产影响较小.但由于春季气温明显升高,农作物发育期、果树萌动期提前,抗寒能力下降,在由寒潮天气引起的重晚霜出现年代,作物遭受冻害的几率和受灾程度有所加剧,如2013年初春气温异常偏高,果树萌动偏早,花期提前了10天左右,适逢4月上旬末到中旬初出现多年少有的严重晚霜冻害天气,经济林果花期遭受冻害,经济损失超过15 亿元.

　　3.2 秋粮生产有利

　　庆阳市春季易发生干旱,大多年份夏粮生产形势严峻.但由于热量资源的增加,北部环县可种植面积扩大,为庆阳市农业发展提供了机遇,且夏季雨水较为丰沛,秋作物复种收益良好,可以有效的弥补夏粮减产问题,维持粮食安全生产.同时,近年来,小杂粮市场供应活跃,价格一路走高.庆阳气候变化对秋粮生产提供了有利的条件.

　　3.3 冬季大棚生产易于管理

　　在全球气候变化的影响下,庆阳冬季气温持续升高,增温最为明显,暖冬化趋势突出.同时,由表3分析,各年代冬季的平均最低气温在逐渐升高,尤其南部塬区冬季平均最低气温升高显着.在这种冬季气候逐渐变暖的背景下,使蔬菜大棚生产和管理成本降低,结合农业产业结构调整,庆阳中南部庆城、西峰等地冬季蔬菜大棚生产规模呈逐年扩大态势,大棚生产发展迅速,解决了本地冬菜靠从外地调运问题,有效的改善了冬菜价格偏高、品种单一的问题.

　　4 结论与讨论

　　(1)由于气候变化,使庆阳市热量资源增加,农耕期延长、终霜日提前.因此,要充分有效利用气候资源,合理调整农业产业结构,因地制宜,西峰、庆城等地增加蔬菜大棚和特色农业、环县等地增加秋作物复种的技术措施投入,使庆阳农业走可持续发展之路.

　　(2)热量条件的年季波动较大,有时超出了农业生产的有效利用范围,对农业生产造成不利影响.由于冬季气温偏高,越冬病菌基数增加,来年易造成病虫害大规模爆发流行,防治难度增加.春季作物发育期有所提前,使农业遭受晚霜冻害的风险加大,防御难度和防御成本显着增加.同时,由于气温升高,田地水分蒸发增大,水分亏缺增加,从而加重了春季干旱的发生程度.因此,宜采用防灾抗灾、稳产高产的技术措施和提高对气象灾害的防御应对能力,趋利避害、高效利用气候资源.

　　(3)在应对气候变化方面,应加强对气候变化影响的评估、模拟和预测的研究,加强对基层领导干部、广大生产农户的宣传指导工作,生产要适应气候变化,同时要避免生产的盲目性.只有广大农民积极执行政府气候变化适应政策和产业结构调整,才能真正使庆阳农业发展适应未来气候的变化,实现农业的可持续发展.

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