新疆且末縣近50 年紅棗農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析

胡啟瑞 鄧新建 甄建民 郝亞明 熱比耶·努日 王雪嬌

摘 要： 以紅棗為研究對象，利用新疆且末縣1971—2020 年逐日氣象數(shù)據(jù)資料，采用Mann-Kendall 突變檢測、小波分析和氣候傾向率等方法，分析紅棗生長季農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征，為當?shù)丶t棗產(chǎn)業(yè)適應氣候變化提供科學依據(jù)。結(jié)果表明，紅棗生長季平均氣溫和≥10 °C 積溫呈顯著增加趨勢，氣候傾向率分別為0.36 °C/10 年、98.4 °C·d/10 年，分別在2003 和2008 年發(fā)生了由少到多的顯著突變；降水量變化不明顯，呈略微的增加趨勢，年際間波動較大。日照時數(shù)呈減少趨勢，在1981 年發(fā)生由多到少的突變，氣候傾向率為24.4 h/10 年；夏季高溫日數(shù)呈增加趨勢，尤其以7 月的增加顯著，增加速率2.0 d/10 年；夏季氣溫日較差平均15.8 °C，6—8 月氣溫日較差均呈減少趨勢，但變化不明顯。春季、夏季的大風日數(shù)和沙塵日數(shù)均呈減少趨勢，其中大風日數(shù)顯著減少，沙塵日數(shù)年際分布不均。氣候變化背景下，且末縣紅棗生長季光熱資源豐富、氣溫日較差大，總體有利于紅棗產(chǎn)量的提高，但開花坐果期高溫日數(shù)的增加，對紅棗生長發(fā)育有一定影響。

關鍵詞：氣候變化；農(nóng)業(yè)氣候資源；變化特征；紅棗；且末縣

中圖分類號：S162.3文獻標識碼：A文章編號：2095-1795（2023）08-0074-07

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.08.013

0 引言

紅棗喜溫、耐旱，適應性強，20 世紀90 年代后期以來新疆維吾爾自治區(qū)（簡稱新疆）紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。新疆且末縣具有得天獨厚的水土光熱資源優(yōu)勢，是全國優(yōu)良紅棗生產(chǎn)基地之一，2014 年榮獲“中國紅棗之鄉(xiāng)”稱號，紅棗已成為當?shù)刂еa(chǎn)業(yè)之一。農(nóng)業(yè)是對氣候變化最敏感的領域之一，氣候變化會對農(nóng)業(yè)氣候資源和自然災害狀況的變化產(chǎn)生影響[1-4]。近年來，氣候變化及其對氣候資源的影響越來越受到研究人員關注，劉敬強等[5]、TONG S Q 等[6] 對新疆特色林果種植對氣候變化的響應進行研究， 結(jié)果表明，1961—2010 年熱量資源明顯增多，水資源有所改善，但日照時數(shù)略少，氣候變化總體對新疆特色林果種植總體有利。張山清等[7] 基于GIS 技術(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，在氣候變化背景下新疆紅棗適宜種植區(qū)面積明顯擴大，次適宜和不適宜種植區(qū)面積有所減小。劉璐等[8] 研究表明，近40 年陜北紅棗種植區(qū)的氣候資源和氣象災害的變化趨勢對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響均利大于弊。韓會梅等[9] 研究發(fā)現(xiàn)，1990—2011 年南疆3 地區(qū)年均溫及紅棗各生育時期均溫均呈上升趨勢，溫度上升是提高紅棗產(chǎn)量的重要原因。程華等[10] 研究發(fā)現(xiàn)，若羌夏季氣溫的降低對紅棗開花有利，冬季氣溫的升高有利于棗樹安全越冬，但同時也加重了病蟲害的發(fā)生。黃玖君等[11] 研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖對棗樹安全越冬有利，但休眠期前氣溫偏高導致棗樹冬前抗寒能力鍛煉不足。李博等[12] 以阿克蘇地區(qū)302 戶棗農(nóng)為研究對象，分析表明，氣溫升高對阿克蘇地區(qū)紅棗生產(chǎn)有利。

目前，有關氣候變化對且末縣紅棗生長發(fā)育影響的研究尚不多見，有必要分析且末縣紅棗生長季農(nóng)業(yè)氣候資源變化的特征及其對紅棗生長的影響。本研究利用且末縣氣象站近50 年逐日氣象資料，分析且末縣紅棗生長季的農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征，為紅棗生產(chǎn)合理利用氣候資源、趨利避害和穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 資料來源與分析方法

1.1 資料來源

選用且末縣國家基準氣候站（經(jīng)度85.55°，緯度38.15°，海拔高度1 247.2 m）1971—2020 年紅棗生長季氣溫、降水量及日照時數(shù)等資料，數(shù)據(jù)來源于新疆氣象信息中心。

1.2 研究方法

且末縣紅棗4 月開始萌芽展葉，5 月上旬—7 月中下旬開花，6 月上旬—8 月下旬處于果實膨大期， 9 月上中旬處于果實脆熟期，10 月底開始采收，紅棗生長季為4—10 月。采用最小二乘法對50 年的氣象要素數(shù)據(jù)與時間進行一元線性回歸（y=a+bx，其中，y 為氣象要素值，x 為時間，a 為回歸常數(shù)，b 為回歸系數(shù)），b（正/負）的大小表示氣象要素隨時間（升高/降低）的變化速率，以b 的10 倍作為氣候要素氣候傾向率[13]。采用Mann-Kendall 趨勢和突變檢驗方法判定時間序列的變化趨勢、突變點及顯著水平，Morlet 小波分析探討序列的周期變化特征[14-16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱量資源變化特征

2.1.1 平均氣溫變化

且末縣紅棗生長季1971—2020 年50 年的平均氣溫19.7 °C，最高氣溫21.4 °C，最低氣溫18.5 °C。由圖1 可知，近50 年來氣溫呈上升趨勢，并且上升趨勢十分明顯（R=0.78，通過了0.01 顯著水平檢驗），平均以0.36 °C/10 年的速率增加。從M-K 突變檢測中UF 和UB 曲線的交點位置確定，平均氣溫發(fā)生突變的時間點是2003 年。氣候變暖后（2003—2020 年）與變暖前（1971—2002 年）兩時段年平均氣溫差值0.6 °C（圖1b） 。圖2 是1971—2020 年且末縣平均氣溫Morlet 小波分析實部，正值區(qū)表示平均氣溫偏高，負值區(qū)與之相反。由圖2 可知，且末縣紅棗生長季平均氣溫存在10 年左右和15～20 年的周期變化，并且穩(wěn)定具有全域性。10 年周期變化上，第一個低值區(qū)域為1972 年，最低氣溫比平均值低1.1 °C，最后一個低值區(qū)為2010 年，比平均值偏低不到0.1 °C。15～20 年周期變化集中表現(xiàn)在1990 年以后，存在2 個準振蕩周期，1990—1994 和2004—2010 年為氣溫偏低年， 1995—2003 和2011—2020 年為氣溫偏高年。

2.1.2 ≥10 °C 積溫變化特征及日數(shù)

1971—2020 年近50 年來≥10 °C 積溫呈上升趨勢，并且上升趨勢十分顯著（R=0.62，通過了0.01 顯著水平檢驗）。≥10 °C 積溫增加速率 98.4（ °C·d）/10 年，多年的平均值4.73.8 °C·d（圖3a）。由M-K 突變檢驗結(jié)果顯示，2008 年是≥10 °C 積溫的突變點，突變前1971—2008 年≥10 °C 積溫偏少，這個階段的平均值3 985.3 °C·d，比多年的平均值偏少88.47 °C·d，屬于熱量資源偏少階段；突變后，2009—2020 年的≥10 °C積溫平均值4 353.9 °C·d，比多年平均值偏多280.1°C·d，屬于熱量資源較豐富階段（圖4a）?！?0 °C積溫日數(shù)也呈上升趨勢，增加速率為2.1 d/10 年，多年平均值為195.9 d。近50 年來≥10 °C 積溫日數(shù)，極大值出現(xiàn)在2018 年，為222 d，極小值出現(xiàn)在1999 年，為172 d，兩者極差為50 d（圖3a）。根據(jù)M-K 檢驗的突變結(jié)果，2015 年是≥10 °C 積溫日數(shù)的突變點，突變前后≥10 °C 積溫日數(shù)增加了15.8 d（圖4b）。

2.1.3 氣溫日較差及高溫日數(shù)變化特征

6 月氣溫日較差13.5～18.8 °C，平均15.7 °C，氣候傾向率?0.2 °C/10 年；7 月氣溫日較差13.5～17.1 °C，平均15.4 °C，近50 年呈微弱的減少趨勢；8 月氣溫日較差11.3～19.8 °C，平均16.4 °C，氣候傾向率?0.2 °C/10 年（圖5a）。夏季且末縣紅棗生長平均氣溫日較差15.8 °C。夏季是坐果及果實形成的關鍵時期，夜溫差大，有效積累多，容易獲得優(yōu)質(zhì)果實。且末縣≥35 °C 高溫天氣主要發(fā)生在6、7 和8 月。6 月高溫天氣平均4.7 d，氣候傾向率1.0 d/10 年；7 月且末縣高溫天氣呈顯著增加趨勢，最大值和最小值分別出現(xiàn)在2005 年（26 d）和1996 年（ 3 d） ， 高溫天氣平均10.0 d， 氣候傾向率2.0 d/10 年（圖5b）；8 月高溫天氣平均7.2 d，氣候傾向率1.2 d/10 年。6—8 月正值棗樹開花坐果期，花期高溫會造成落花落果，且末縣近50 年高溫日數(shù)的增加對紅棗產(chǎn)量形成有不利影響。

2.2 降水量變化特征

1971—2020 年年降水量變化趨勢不顯著（未通過0.05 水平的顯著性檢驗），呈微弱的增長趨勢，年際間變化較大。50 年來的平均降水量23.09 mm，年降水量極大值出現(xiàn)在2019 年，為59.1 mm，極小值出現(xiàn)在1980 年，為1.9 mm，兩者極差57.2 mm（圖6a）。MK檢驗結(jié)果顯示，UF 曲線自20 世紀70 年代初到80 年代初年降水有明顯的減少趨勢，UF 與UB 曲線在1972、1984、1986、1992 和1995 年存在明顯交點， 說明1972 年之后年降水量一直減少，處于少雨期，直到1980 年之后年降水量開始增加，轉(zhuǎn)入了多雨期。由圖7 可知，且末縣紅棗生長季降水量存在4 年左右和15～20 年的周期變化，并且穩(wěn)定具有全域性。10～15年周期變化上，降水量變化由劇烈轉(zhuǎn)為平緩，降水量存在3 個準振蕩周期，1975—1981 和1992—2000 年表現(xiàn)為枯水年，而1981—1991 和2001—2013 年表現(xiàn)為豐水年。在4 年左右周期變化上降水量的變化與10～15年相反，由平緩變得劇烈。

2.3 日照時數(shù)變化特征

且末縣紅棗生長季近50 年日照時數(shù)平均1 783.8 h，1971—2020 年日照時數(shù)呈減少趨勢， 減少速率24.4 h/10 年，日照時數(shù)極大值2 062.1 h（1978 年），極小值1 442.7 h（1996 年），兩者相差619.4 h（圖8a）。根據(jù)UF 和UB 曲線交點的位置，確定20 世紀80 年代以來的減少趨勢是一突變現(xiàn)象，具體從1995 年開始減少的趨勢達到極顯著（圖8b）。由圖9 可知，且末縣紅棗生長日照時數(shù)在1971—2011 年存在30 年左右的振蕩，1988—2000 和2014 年以后表現(xiàn)為寡照年，1971—1987 和2001—2013 年表現(xiàn)為日照充沛年。

1999—2011 年存在5 年左右的周期變化特征明顯，在此時間上日照時數(shù)變化由平緩變?yōu)閯×摇?/p>

2.4 大風及沙塵天氣的變化

紅棗開花坐果期間大風和沙塵天氣危害極大，春季大風沙塵天氣會打傷棗樹嫩葉，夏季大風會造成大量落果。近50 年來，且末縣春季、夏季大風日數(shù)均呈顯著下降趨勢，氣候傾向率分別為?2.3、?2.1 d/10 年（圖10a） 。春季沙塵日數(shù)平均8.1 d， 減少傾向率0.7 d/10 年，最高年（1983 年）和最低年（2005 年）相差14 d； 夏季沙塵日數(shù)平均5.3 d， 減少傾向率0.4 d/10 年，最高年（1985 年）和最低年（2002 年）相差13 d（圖10b）。近50 年大風和沙塵日數(shù)的減少對紅棗開花坐果有利。

2.5 冬季極端最低氣溫及≤20 °C 持續(xù)日數(shù)

隨著全球和新疆區(qū)域氣候的變暖，冬季異常極端氣候事件時常發(fā)生[17]。棗樹發(fā)生凍害的臨界溫度是?23 °C[18]。且末縣近50 年來冬季極端最低氣溫在?27.3～?15.4 °C，平均為?19.2 °C，氣候傾向率為0.3 °C/10 年，極端最低氣溫呈升高趨勢，但不顯著（圖11a）。低于?23 °C 的年份分別為1997 年（ ?24.8 °C） 和2007年（?27.3 °C）?！?0 °C 持續(xù)日數(shù)年際間波動較大，總體呈減少趨勢， 持續(xù)日數(shù)較高的年份是1977 年（19 d）、2007 年（20 d）（圖11 b），2007 年冬季且末縣紅棗不同部位出現(xiàn)較嚴重的開裂現(xiàn)象，當年生的枝條絕大部受到凍害的影響。氣候變化背景下，極端低溫事件易發(fā)，仍需關注強降溫、大雪等天氣對紅棗越冬的影響。

3 討論

氣候變化背景下，且末縣紅棗生長季50 年平均氣溫呈顯著增加趨勢，氣候傾向率0.36 °C/10 年，增溫速率高于新疆年平均氣溫，且末縣紅棗生長季≥10 °C 積溫及日數(shù)的增加，使紅棗有效生長期延長，對提高紅棗產(chǎn)量有促進作用[19-20]。棗樹果實生長期間適宜氣溫日較差>12 °C，且末縣紅棗夏季果實生長期平均氣溫日較差16 °C，最高達20 °C，氣象條件十分有利于糖分的積累，雖然近50 年來氣溫日較差呈減少趨勢，但仍處于適宜范圍內(nèi)[21]。

棗樹抗旱耐勞，因當?shù)夭捎玫喂芄┧邓皇侵萍s棗樹生長的主要因子。近50 年來，且末縣紅棗生長季降水量呈減少趨勢，減少了裂果和其他病害的發(fā)生。氣候變化背景下，日照時數(shù)呈減少趨勢，一般制干紅棗生長期所需日照時數(shù)1 500～1 800 h，且末縣紅棗生長季近50 年來日照時數(shù)平均1 783.8 h，可以滿足優(yōu)質(zhì)制干紅棗的光照要求。

氣候變化背景下，且末縣春季、夏季大風日數(shù)明顯減少。沙塵日數(shù)總體呈減少趨勢，但年際間波動較大，生產(chǎn)栽培中需注意選擇行向以減輕大風災害。紅棗生長期間夏季高溫日數(shù)顯著增加，棗樹發(fā)生高溫熱害的風險加大，在開花結(jié)果期間，要適當增加灌水次數(shù)或通過人工噴水等方式，增加空氣中的濕度，以避免高溫天氣對棗樹的不利影響。

4 結(jié)束語

（1）1971—2020 年，且末縣紅棗生長季年平均氣溫18.5～21.4 °C，平均值19.7 °C，2003 年發(fā)生了由低到高突變，平均氣溫存在10 年左右和15～20 年的周期變化。≥10 °C 積溫呈顯著增加趨勢，多年的平均值473.8 °C·d，2008 年發(fā)生突變?！?0 °C 積溫日數(shù)也呈上升趨勢，多年平均值195.9 d。夏季氣溫日較差平均15.8 °C，6～8 月高溫日均呈增加趨勢，增加速率分別為1.0、2.0 d/10 年。

（2）氣候變化背景下，紅棗生長季降水量略微增加，1972 年之后年降水量開始減少，直到1980 年年降水量開始增加，年降水量存在4 年左右和15～20 年的周期變化， 并且穩(wěn)定具有全域性。日照時數(shù)平均1 783.8 h，呈減少趨勢，減少速率24.4 h/10 年。

（3）紅棗開花坐果期間的大風和沙塵日數(shù)均呈減少趨勢，尤其以大風日數(shù)減少顯著，春季、夏季大風日數(shù)減少速率分別為?2.3、?2.1 d/10 年。春季、夏季沙塵日數(shù)減少速率分別為0.7、0.4 d/10 年。

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