近44年山東濟(jì)寧氣候變暖特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

蔡 鵬，王 文，張翠翠，趙 旭，張奉公

（1.南京信息工程大學(xué) 公共管理學(xué)院，江蘇 南京210044；2.濟(jì)寧市氣象局，山東 濟(jì)寧272137；3.南京信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210044；4.濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)委員會(huì)，山東 濟(jì)寧272000）

全球氣候變暖是當(dāng)今氣候研究的焦點(diǎn)，在全球氣候變暖的大背景下，農(nóng)業(yè)可能是對(duì)氣候變化反應(yīng)最敏感的行業(yè)之一[1]。前人在氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響方面進(jìn)行了大量研究：王馥棠[2]指出，到2050年，我國幾乎所有地方的農(nóng)業(yè)種植制度均將發(fā)生較大變化，氣候變暖將導(dǎo)致復(fù)種指數(shù)增加和種植方式多樣化；譚凱炎等[3]研究表明，全生育期增溫使冬小麥返青期顯著提前。我國氣候增暖趨勢(shì)明顯，尤其是在北方和冬季。因此，研究氣候變化的規(guī)律及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響很必要[4－7]。曹廣平等[8]從農(nóng)作物產(chǎn)出的角度論述了氣候變暖等因素對(duì)山東省種植業(yè)的影響；王建源、李長(zhǎng)軍等[9－10]分析表明，氣候變暖對(duì)山東省農(nóng)業(yè)的影響利弊并存。濟(jì)寧地處魯西南，是山東省重要的糧棉油生產(chǎn)基地，2013年糧食單產(chǎn)508.6kg／667m2，總產(chǎn)57.8×108kg，同比增加9.0×106kg，實(shí)現(xiàn)了10連增。目前，關(guān)于氣候變暖對(duì)濟(jì)寧農(nóng)作物影響的研究未見報(bào)道，為促進(jìn)濟(jì)寧農(nóng)業(yè)持續(xù)增長(zhǎng)，筆者等研究濟(jì)寧市氣候變暖的特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，旨在有效應(yīng)對(duì)氣候變化，為保證農(nóng)作物產(chǎn)量提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象資料選用1970—2013年濟(jì)寧國家一般氣象站逐日和季度平均、最高和最低氣溫資料，以及霜凍日的記錄。小麥產(chǎn)量采用濟(jì)寧市1991—2013年冬小麥實(shí)際單產(chǎn)值，由濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)委員會(huì)生產(chǎn)指導(dǎo)科提供。

1.2 研究方法

用線性傾向估計(jì)法計(jì)算氣象要素隨時(shí)間的變化趨勢(shì)及大小，當(dāng)氣候傾向率為正時(shí)，表示序列隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)[11]，對(duì)得出的氣溫傾向率進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，給定顯著性水平α，若｜r｜＞rα，表明變化趨勢(shì)顯著，否則變化趨勢(shì)不顯著。季節(jié)劃分按照12月至次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季。根據(jù)1970—2013年逐日天氣現(xiàn)象記錄的初、終霜凍日期，統(tǒng)計(jì)無霜期變化特征。

運(yùn)用線性內(nèi)插法分析日平均氣溫穩(wěn)定通過12℃、16℃初日和16℃、18℃終日。采用5a滑動(dòng)平均法計(jì)算濟(jì)寧市1991—2013年小麥趨勢(shì)產(chǎn)量，根據(jù)Y＝Y(jié)t＋Yw（Yt為趨勢(shì)產(chǎn)量，是反映歷史時(shí)期生產(chǎn)力發(fā)展水平的長(zhǎng)周期產(chǎn)量分量，也被稱為技術(shù)產(chǎn)量，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步、品種改良和土壤肥力改變等；Yw為氣候產(chǎn)量，是受氣候要素為主的短周期變化因子影響的波動(dòng)產(chǎn)量分量）分離出氣候產(chǎn)量值[12－15]，利用線性傾向估計(jì)分析氣候產(chǎn)量變化趨勢(shì)，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候變化趨勢(shì)和特征

2.1.1 年平均氣溫 由圖1可知，1970—2013年濟(jì)寧市平均氣溫為14.1℃，總體呈上升趨勢(shì)，平均每10年升高0.31℃，且通過α＝0.001的檢驗(yàn)。表明，濟(jì)寧市年平均氣溫升高趨勢(shì)極顯著。濟(jì)寧市近44年氣溫變化具有明顯的階段性，可劃分冷、暖2個(gè)時(shí)期，1970—1993年為冷期（24年），負(fù)距平年占7 1%，年平均氣溫較歷年平均值低0.4℃，其中，1984年年平均氣溫距平－1.1℃，是44年中的最低年；1994—2013年為暖年（20年），年平均氣溫較冷期顯著升高，正距平年占85%，較歷年平均氣溫高0.4℃，其中2006年平均氣溫偏高1.0℃，是44年中平均氣溫最高的年份。

圖1 1970—2013年濟(jì)寧市年平均氣溫及變化趨勢(shì)Fig.1 Annual average temperature and change trend in Jining from 1970to 2013

2.1.2 各季平均氣溫 濟(jì)寧四季平均氣溫均呈上升趨勢(shì)，1970—2013年濟(jì)寧市各季平均氣溫變化速率為：春季0.038℃／a，夏 季0.021℃／a，秋 季0.032℃／a，冬 季0.036℃／a。 其中，夏季通過α＝0.01的顯著性檢驗(yàn)，說明，夏季增溫趨勢(shì)顯著，春、秋、冬季均通過α＝0.001的顯著性檢驗(yàn)，說明增溫趨勢(shì)極顯著。

2.1.3 極端氣溫 1970—2013年濟(jì)寧市平均最高氣溫變化速率為0.02℃／a，平均最低氣溫為0.053℃／a，其中，平均最低氣溫通過α＝0.001的顯著性檢驗(yàn)，平均最高氣溫通過α＝0.01的顯著性檢驗(yàn)。極端最低氣溫的變化趨勢(shì)通過α＝0.002的顯著性檢驗(yàn)，說明，增溫趨勢(shì)極顯著；極端最高氣溫未通過顯著性檢驗(yàn)，其變化趨勢(shì)不明顯。另外，統(tǒng)計(jì)表明，年高溫日數(shù)在以0.15d／a 的速率增加，通過α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)，年低溫日數(shù)以0.179d／a的速率減少，并通過α＝0.001的顯著性檢驗(yàn)?？梢?，低溫對(duì)增溫的貢獻(xiàn)較大，這與Karl T R 等[16]的研究結(jié)果一致。

2.1.4 無霜凍期的變化 無霜凍期是評(píng)價(jià)熱量資源的重要指標(biāo)，是一年內(nèi)終霜凍日至初霜凍日之間的持續(xù)日數(shù)[17]。由圖2可見，濟(jì)寧市的無霜期在逐漸增多，有霜期在縮短，近10年變化尤為明顯。初霜凍日期在延后，1970—1979年平均在10月28日，2000—2013年 在11月4日，后 者 比 前 者 延 后7d。終霜凍日期在提前，1970—1979年平均在3月31日，2000—2013年平均在3月22日，后者比前者提前了9d。

圖2 1970－2013年濟(jì)寧市無霜期和有霜期的變化趨勢(shì)Fig.2 Frost－free period and frost season change trend in Jining from 1970to 2013

表 1970—2013年濟(jì)寧市日平均氣溫穩(wěn)定通過12℃、16℃初日和16℃、18℃終日的平均日期Table Average date of daily mean temperature through the first date of 12℃，16℃and the end date of 16℃，18℃月／日

2.1.5 日平均氣溫穩(wěn)定通過12℃、16℃初日和16℃、18℃終日的變化日平均氣溫穩(wěn)定通過12℃初日（下簡(jiǎn)稱12℃初日）和16℃初日（下簡(jiǎn)稱16℃初日）是當(dāng)前濟(jì)寧市普遍采用的棉花和花生適播氣象指標(biāo)，冬小麥播種的適宜溫度為日平均氣溫穩(wěn)定通過18～16℃終日。由表看出，濟(jì)寧日平均氣溫穩(wěn)定通過12℃和16℃初日在提前，2000—2013年較1970—1979年平均均提前7d；濟(jì)寧日平均氣溫穩(wěn)定通過18℃和16℃終日在延后，2000—2013年較1970—1979年平均分別延后4d和5d。

2.2 氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

2.2.1 小麥播期推遲 小麥適期播種對(duì)培育壯苗、安全越冬和產(chǎn)量形成是非常有利的[18]。從氣象條件看，小麥適宜播種期主要取決于氣溫和土壤水分條件。冬小麥播種的適宜溫度為日平均氣溫穩(wěn)定通過16～18℃，壯苗要求冬前積溫為500～600℃。濟(jì)寧的日平均氣溫穩(wěn)定通過18℃的終日1970—1979年平均為9月30日，2000—2014年為10月4日，后者較前者推遲4d；日平均氣溫穩(wěn)定通過16℃的終日1970—1979年平均為10月10日，2000—2014年為10月15日，后者較前者推遲5d。因此，在氣候變暖條件下，濟(jì)寧近年冬小麥播期應(yīng)控制在10月4日—10月15日，比1970—1979年期間推遲5d左右。

2.2.2 耕作制度變化 濟(jì)寧市過去以冬小麥套種夏玉米為主，自20世紀(jì)80年代中期以后，逐漸演變?yōu)槎←溝挠衩捉硬绶N植，這種種植制度的改變其中一個(gè)重要原因就是氣候變暖帶來的年平均氣溫增加，造成年積溫增加所致。

圖3 1995—2013年濟(jì)寧市冬小麥氣候產(chǎn)量的變化趨勢(shì)Fig.3 The trend of climate change on winter wheat yield in Jining city from 1995to 2013

2.2.3 近10年小麥單產(chǎn)升高 由圖3可見，年氣候產(chǎn)量總體呈增加趨勢(shì)，且通過α＝0.10的顯著性檢驗(yàn)。但是在1995—2001年氣候產(chǎn)量波動(dòng)較大，氣候?qū)Χ←溤霎a(chǎn)影響不明顯；而在2002—2013年期間除2007年以外，氣候產(chǎn)量全部為正值。說明，近12年來氣候變化對(duì)冬小麥增產(chǎn)是有利的，這與濟(jì)寧市民政局統(tǒng)計(jì)的濟(jì)寧冬小麥產(chǎn)量十連增相一致。

3 結(jié)論與討論

1）濟(jì)寧市近44年年平均氣溫上升趨勢(shì)極顯著，冬秋春季氣溫在波動(dòng)中上升明顯，夏季變化較小，最低氣溫對(duì)氣候變暖貢獻(xiàn)較大。

2）濟(jì)寧市2000—2013年比1970—1979年無霜凍終日提前9d，無霜凍初日推后7d，無霜凍天數(shù)逐漸增多；小麥春播期提前7d，秋播期推后4～5d。無霜凍期的延長(zhǎng)使農(nóng)耕期的熱量資源和喜溫作物熱量資源顯著增加。

3）氣候變化對(duì)主要農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育、耕作制度及氣候產(chǎn)量均產(chǎn)生不同程度的影響。自20世紀(jì)80年代中期以后，冬小麥由套種夏玉米為主逐漸演變?yōu)槎←溝挠衩捉硬绶N植；近12年來，氣候變暖使冬小麥產(chǎn)量增加。氣溫升高使積溫增加，種植界限北移，復(fù)種指數(shù)提高，有利于農(nóng)作物產(chǎn)量的提高，生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，從而促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但同時(shí)也使蟲卵越冬基數(shù)增加，加重病蟲為害程度。因此，生產(chǎn)上應(yīng)利用好氣候變暖促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)盡可能避免因氣候變暖造成的加重病蟲為害的劣勢(shì)。

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