遼西地區(qū)農(nóng)業(yè)界限溫度變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

張 黎

(遼寧省朝陽市氣象局，遼寧 朝陽 122000)

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遼西地區(qū)農(nóng)業(yè)界限溫度變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

張 黎

(遼寧省朝陽市氣象局，遼寧 朝陽 122000)

摘要：選用遼西地區(qū)朝陽站1953～2014年的氣候資料，運用氣候診斷分析方法，對農(nóng)業(yè)界限溫度0 ℃、10 ℃的初日、終日期、持續(xù)日數(shù)和積溫進(jìn)行了研究，并探討它們對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響。結(jié)果表明：遼西地區(qū)農(nóng)業(yè)界限溫度變化顯著，0 ℃界限溫度氣候傾向率分別為：初日為-2.243 d/10 a，終日為1.091 d/10 a，持續(xù)日數(shù)為2.834 d/10 a，積溫為55.99 ℃·d/10 a。10 ℃界限溫度氣候傾向率分別為：初日為-1.036 d/10 a，終日為1.846 d/10 a，持續(xù)日數(shù)為2.856 d/10 a，積溫為63.271 ℃·d/10 a。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比，0 ℃、10 ℃初日分別提前11 d和6 d，終日分別后推4 d和8 d，持續(xù)日數(shù)分別延長13 d和11 d，積溫分別增加246 ℃·d和251 ℃·d。界限溫度變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響有正面的，也有負(fù)面的，負(fù)面影響要大于正面影響。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)；界限溫度；氣候變暖；朝陽

農(nóng)業(yè)界限溫度是熱量資源的界定指標(biāo)，界限溫度的初終日期、持續(xù)日數(shù)對確定區(qū)域的耕作制度、品種搭配、作物布局等都具有十分重要的意義，標(biāo)志植物重要物候現(xiàn)象，體現(xiàn)農(nóng)事活動之開始、終止或轉(zhuǎn)折點[1-3]。0 ℃、10 ℃是農(nóng)業(yè)上常用的界限溫度。日平均氣溫穩(wěn)定≥0 ℃的初日、終日和土壤解凍、結(jié)凍時期相近，持續(xù)期間為農(nóng)田作業(yè)期；日平均氣溫穩(wěn)定≥10 ℃的時期為喜溫作物生長活躍期，≥10 ℃積溫是評價熱量資源對喜溫作物的滿足權(quán)度[4]。近些年來，受氣候變暖[5]的影響，氣候資源出現(xiàn)了不同程度的變化，尤其熱量資源的變化最為明顯，有關(guān)對熱量資源變化特征方面研究較多[6-8]，劉穎杰等[9]研究了中國不同地區(qū)氣候變暖對農(nóng)業(yè)的影響；米娜等[10]分析了遼寧省玉米適宜播種期的熱量資源變化；屈振江[11]研究了陜西農(nóng)作物生育期熱量資源變化；霍金蘭等[12]研究了近50年江蘇省0 ℃積溫變化特征；劉志雄等[13]分析了湖北省近45年≥10 ℃界限溫度的變化特征，這些研究體現(xiàn)出不同區(qū)域的不同氣候變化特征。從區(qū)域性角度出發(fā)，本文選用1953～2014年的氣候資料，針對遼西朝陽地區(qū)農(nóng)業(yè)界限溫度變化特征進(jìn)行了研究，以此為該地區(qū)耕作制度、品種更替、作物布局、生產(chǎn)管理等農(nóng)業(yè)措施提供參考。

1材料與方法

資料來自朝陽市氣象局檔案室，采用1953～2014年的日平均氣溫資料。運用五日滑動平均法[14]確定界限溫度0、10 ℃的初日期和終日期。

運用氣候傾向率、序列相關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)偏差[14-15]，分析了農(nóng)業(yè)界限溫度初日、終日、持續(xù)日數(shù)、積溫等年際變化趨勢特征、序列相關(guān)性以及事件異常變化幾率。采用Excel 2003軟件[16]進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

2.10 ℃界限溫度

2.1.10 ℃初日遼西朝陽地區(qū)0 ℃初日累年平均在3月16日，在年際變化中2008年最早出現(xiàn)在2月26日，1962年最晚出現(xiàn)在4月4日。由圖1可知，0 ℃初日年變化呈下降提前趨勢，氣候傾向率為-2.243 d/10 a，序列相關(guān)系數(shù)為-0.4243，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。近62年(1953～2014年)0 ℃初日線性提前13.9 d；經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，0 ℃初日的正常時段出現(xiàn)在3月5日～3月24日之間，在近62年期間，異常偏晚有11年，幾率為17.7%，分布在1991年之前的1953～1966年和1976～1991年兩個時間段內(nèi)；異常偏早有12年，幾率為19.4%，分布在1981年之后，并主要出現(xiàn)在1990～2011年。由表1可知，從0 ℃初日年代際平均值變化看，呈明顯逐漸提前趨勢，20世紀(jì)50～60年代在3月20日，與其相比，70～80年代提前了2 d，90年代提前8 d，21世紀(jì)00年代提前了12 d，21世紀(jì)10年代前4年平均日期與20世紀(jì)90年代接近。近20年(1995～2014年)與前20年(1953～1972年)相比提前11 d。

2.1.20 ℃終日0 ℃終日累年平均在11月13日，在年際變化中1969年最早結(jié)束在10月31日，1995年最晚出現(xiàn)在11月29日。由圖2可知，0 ℃終日年變化呈上升后推趨勢，氣候傾向率為1.091 d/10 a，序列相關(guān)系數(shù)為0.3426，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)0 ℃終日線性提前6.3 d。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，0 ℃終日的正常時段出現(xiàn)在11月7～19日之間。在近62年里，異常偏早有5年，幾率為8.1%，分布在2000年之前的50、60和90年代；異常偏晚有7年，幾率為11.3%，分布在1981年之后，并主要出現(xiàn)在2004～2014年。由表1可知，從0 ℃終日年代際平均值變化看，呈明顯逐漸后推趨勢，20世紀(jì)50年代在11月9日，與其相比，60～90年代后推3～5 d，2001～2014年后推了7 d。近20年(1995～2014年)與前20年(1953～1972年)相比后推4 d。

2.1.3持續(xù)日數(shù)≥0 ℃持續(xù)日數(shù)累年平均為244 d，在年際變化中1955年最短為224 d，1995年最長為270 d。由圖3可知，0 ℃持續(xù)日數(shù)年變化呈上升趨勢，氣候傾向率為2.834 d/10 a，序列相關(guān)系數(shù)為0.4580，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)持續(xù)日數(shù)線性延長17.6 d。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，≥0 ℃持續(xù)日數(shù)的正常值在232～255 d之間。在近62年里，異常偏短有8年，幾率為12.9%，分布在1976年之前的50、60和70年代初；異常偏長有10年，幾率為16.1%，分布在1975年之后，并主要出現(xiàn)在1990～2011年。由表1可知，從≥0 ℃持續(xù)日數(shù)年代際平均值變化看，呈明顯逐漸延長趨勢，20世紀(jì)50年代為235 d，與其相比，60年代延長2 d，70、80年代延長9 d，90年代延長12 d，21世紀(jì)之后延長14～15 d。近20年(1995～2014年)與前20年(1953～1972年)相比延長13 d。

2.1.4≥0 ℃積溫≥0 ℃積溫累年平均為4046 ℃·d，在年際變化中，1976年最少，為3640 ℃·d，2000年最多，為4429 ℃·d。由圖4可知，0 ℃積溫年變化呈增加趨勢，氣候傾向率為55.99 ℃·d/10 a，序列相關(guān)系數(shù)為0.5517，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)積溫線性增加347 ℃·d。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，≥0 ℃積溫的正常范圍在3881～4245 ℃·d之間。在近62年里，異常偏少有9年，幾率為14.5%，分布在1986年之前，并主要集中在1969～1979年；異常偏多有10年，幾率為16.1%，分布在1994～2009年之間。由表1可知，從≥0 ℃積溫年代際平均值變化看，呈逐漸增加趨勢，20世紀(jì)50年代為3937 ℃·d，與其相比，60年代增加56 ℃·d，70年代減少25 ℃·d，80年代增加131 ℃·d,90年代增加258 ℃·d，2001～2014年增加263 ℃·d。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比增加246 ℃·d。

2.210 ℃界限溫度

2.2.110 ℃初日遼西朝陽地區(qū)10 ℃初日累年平均在4月15日，在年際變化中1989年最早出現(xiàn)在4月2日，1954、1956、1979年最晚出現(xiàn)在4月29日。由圖5可知，10 ℃初日年變化呈下降提前趨勢，氣候傾向率為-1.036 d/10 a，序列相關(guān)系數(shù)為-0.2528，達(dá)到顯著水平(P<0.05)。近62年(1953～2014年)10 ℃初日線性提前6.4 d。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，10 ℃初日的正常時段出現(xiàn)在4月8～23日之間。近62年，異常偏晚有11年，幾率為17.7%，主要分布在1987年之前；異常偏早有9年，幾率為14.5%，分布在1975年之后。由表1可知，從10 ℃初日年代際平均值變化看，呈明顯逐漸提前趨勢，20世紀(jì)50年代在4月22日，與其相比，60、70年代提前了5～6 d，80年代和21世紀(jì)的2001～2014年提前8 d，90年代提前10 d。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比提前6 d。

2.2.210 ℃終日10 ℃終日累年平均在10月12日，在年際變化中1957年最早結(jié)束在9月29日，2014年最晚出現(xiàn)在10月26日。由圖6可知，10 ℃終日年變化呈上升后推趨勢，氣候傾向率為1.846 d/10 a，序列相關(guān)系數(shù)為0.5516，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)10 ℃終日線性提前11.4 d。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，10 ℃終日的正常時段出現(xiàn)在10月6～19日之間。在近62年里，異常偏早有8年，幾率為12.9%，主要分布在1995年之前的50、60年代；異常偏晚有9年，幾率為14.9%，分布在1988年之后，并主要出現(xiàn)在1998～2014年。由表1可知，從10 ℃終日年代際平均值變化看，呈明顯逐漸后推趨勢，20世紀(jì)50年代在10月8日，與其相比，60、70年代后推1～2 d，80、90年代后推5 d，21世紀(jì)的2001～2014年后推了10～11 d。近20年(1995～2014年)與前20年(1953～1972年)相比后推8 d。

2.2.3持續(xù)日數(shù)≥10 ℃持續(xù)日數(shù)累年平均為244 d，在年際變化中1954年最短，為159 d，2004、2014年最長，為204 d。由圖7可知，≥10 ℃持續(xù)日數(shù)年變化呈上升趨勢，氣候傾向率為2.856 d/10 a，序列相關(guān)系數(shù)為0.4901，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)持續(xù)日數(shù)線性延長17.7 d。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，10 ℃持續(xù)日數(shù)的正常值在170～190 d之間。近62年，異常偏短有13年，幾率為21.0%，分布在1992年之前；異常偏長有10年，幾率為16.1%，分布在1975年之后。由表1可知，從≥10 ℃持續(xù)日數(shù)年代際平均值變化看，呈明顯逐漸延長趨勢，20世紀(jì)50年代為170 d，與其相比，60、70年代延長6～8 d，80、90年代延長14 d，2001～2014年平均延長16 d。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比延長11 d。

2.2.4≥10 ℃積溫≥10 ℃積溫累年平均為3659 ℃·d，在年際變化中1954年最少，為3134 ℃·d，2001年最多，為4103 ℃·d。由圖8可知，≥10 ℃積溫年變化呈增加趨勢，氣候傾向率為63.271 ℃·d/10 a，序列相關(guān)系數(shù)為0.5145，達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)≥10 ℃積溫線性增加392 ℃·d。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析，10 ℃積溫的正常范圍在3430～3890 ℃·d之間。在近62年里，異常偏少有8年，幾率為12.9%，分布在1986年之前；異常偏多有10年，幾率為16.1%，分布在1981年之后。由表1可知，從≥10 ℃積溫年代際平均值變化看，呈明顯逐漸增加趨勢，20世紀(jì)50年代為3465 ℃·d，與其相比，60年代增加122 ℃·d，70年代減少61 ℃·d，80年代增加225 ℃·d，90年代和2001～2014年增加333 ℃·d。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比增加251 ℃·d。

2.3界限溫度變化對農(nóng)業(yè)的影響

依據(jù)以上分析，遼寧西部朝陽地區(qū)0、10 ℃界線溫度初日提前、終日后推，使得持續(xù)日數(shù)延長、積溫增加，表征了在氣候變暖的情景下熱量資源明顯增加，這對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常規(guī)耕作方式、農(nóng)業(yè)經(jīng)營管理、農(nóng)業(yè)布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整提出了新的課題，在這種情景下增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性。

2.3.1對植物休眠期的影響春季穩(wěn)定通過0 ℃，土壤開始解凍，越冬植物開始萌動，當(dāng)0 ℃初日提前時，將使越冬植物萌動期提前，并縮短休眠期。秋季日平均氣溫低于0 ℃，土壤開始凍結(jié)，農(nóng)作物停止生長，越冬植物進(jìn)入休眠期，當(dāng)0 ℃終日后推時，將使越冬植物較晚進(jìn)入休眠始期?！? ℃期間持續(xù)日數(shù)延長，而植物冬眠期則縮短。當(dāng)正積溫增加時，則負(fù)積溫減少。例如蘋果冬季自然休眠需要經(jīng)過-10～10 ℃的溫度變化才能完成，當(dāng)解除休眠時則需要1200～1500 h的0～7.2 ℃低溫環(huán)境，如果滿足不了低溫要求，或者休眠期有高溫氣候，則會出現(xiàn)萌芽晚或落蕾、開花不齊等現(xiàn)象，進(jìn)而影響蘋果產(chǎn)量和質(zhì)量[3]。

2.3.2對設(shè)施農(nóng)業(yè)的影響遼西地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)以日光溫室為主，生產(chǎn)季節(jié)在9月～翌年5月，主栽蔬菜、花卉以及果樹等，其采暖形式主要依靠日照和環(huán)境溫度，在連續(xù)低溫陰雪天氣的情況下，為了防寒需增加人工輔助熱量能源。當(dāng)氣候變暖、農(nóng)業(yè)界限溫度初日提前、終日后推時，縮短了冬季的寒冷期，提高了棚內(nèi)外的溫度，相應(yīng)減少了日光溫室在采暖方面的設(shè)施投入和能源消耗，有利于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及管理。

2.3.3對作物生育期的影響遼西地區(qū)大田農(nóng)作物主要以玉米、高粱、谷子為主。經(jīng)研究[10]，春季氣溫穩(wěn)定通過10 ℃初日是大田作物適宜播種期，10 ℃初日提前也使大田作物提前播種?！?0 ℃的持續(xù)期是喜溫作物的生長活躍期，當(dāng)遼西地區(qū)持續(xù)期延長、熱量資源增加時，可適當(dāng)調(diào)整主栽品種和改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施以充分利用熱量資源，增加農(nóng)作物生物產(chǎn)量。大田作物的生育期可延長10 d以上，可選擇生育期140～145 d的玉米品種代替當(dāng)前生育期130～135 d的玉米品種，以此來延長作物生長期增加生物產(chǎn)量。

2.3.4對農(nóng)業(yè)病蟲災(zāi)害的影響界限溫度的改變，尤其是0 ℃、10 ℃初終日的改變，延長了病蟲害的活動時間，擴(kuò)大了向北的界限，當(dāng)冬季氣溫較暖，則有利于病蟲菌卵越冬，增加越冬病蟲基數(shù)，加重下一年病蟲的危害。在0 ℃、10 ℃持續(xù)期延長和氣溫升高的同時，也加快了病蟲的發(fā)育速度和繁殖代數(shù)。從而造成農(nóng)業(yè)病蟲害加重，投入成本增加，影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)收支平衡。

3結(jié)論與討論

遼西地區(qū)農(nóng)業(yè)界限溫度變化顯著，0 ℃初日氣候傾向率為-2.243 d/10 a，終日為1.091 d/10 a，持續(xù)日數(shù)為2.834 d/10 a；10 ℃初日氣候傾向率為-1.036 d/10 a，終日為1.846 d/10 a，持續(xù)日數(shù)為2.856 d/10 a。由于0 ℃、10 ℃界限溫度初日的提前和終日的后推，重新分割了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)期和喜溫作物生長期或作物活躍生長期，改變了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)奏。在界限溫度持續(xù)日數(shù)延長的情況下，選擇較長生育期作物是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然，以此來利用熱量資源提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，這是正效應(yīng)。而負(fù)效應(yīng)也不能忽視，如作物病蟲菌卵基數(shù)、繁殖代數(shù)的增加，界限的北移，將會給農(nóng)作物帶來較廣泛的病蟲災(zāi)害[17]。

由于界限溫度持續(xù)日數(shù)延長，使積溫增加，0 ℃積溫氣候傾向率為55.99 ℃·d/10 a，10 ℃積溫氣候傾向率為63.271 ℃·d/10 a。0 ℃、10 ℃積溫近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比分別增加246和251 ℃·d，這與沈陽市近年活動積溫變化結(jié)果相一致[18]。積溫的增加，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)周期中熱量資源增加，有利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積溫與產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系[19]。遼西地區(qū)氣溫升高、積溫增加對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有顯著促進(jìn)作用，但溫度的升高也會導(dǎo)致土壤、作物蒸騰加大，暖干旱頻率增多，極端氣候事件出現(xiàn)的幾率在增大[20]。

在氣候變暖的背景下，界限溫度變化使持續(xù)日數(shù)延長、積溫增加對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響有正面的，也有負(fù)面的。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將面臨著3個突出問題：一是引起農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件的改變，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入和成本；二是增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性，加大產(chǎn)量波動；三是帶來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和結(jié)構(gòu)的調(diào)整。因此，氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說，所帶來的負(fù)面影響要大于正面影響。

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(責(zé)任編輯：曾小軍)

Effect of Agricultural Boundary Temperature Change on Agricultural Production in Western Area of Liaoning

ZHANG Li

(Meteorological Bureau of Chaoyang City in Liaoning Province, Chaoyang 122000, China)

Abstract：Using the climate data of western Liaoning district in Chaoyang station during 1953～2014, used the climate diagnosis analysis method to perform the research on agricultural boundary temperature of 0 ℃ and 10 ℃ of the beginning day and the ending day, duration days and the accumulated temperature, and investigated the impact on agricultural production. The results showed that the agricultural boundary temperature changed significantly in the western of Liaoning province. The tendency rates of 0 ℃ boundary temperature limit climate were respectively as follows: beginning day for -2.243 d/10 a, ending day for 1.091 d/10 a, duration days for 2.834 d/10 a, accumulated temperature for 55.99 ℃·d/10 a. The tendency rates of 10 ℃ boundary temperature limit climate were respectively as follows: beginning day for -1.036 d/10 a, ending day for 1.846 d/10 a, duration days for 2.856 d/10 a, accumulated temperature for 63.271 ℃·d/10 a. Compared recent 20 years (2005～2014) with 20 years ago (1953～1972), the beginning day of 0 ℃ and 10 ℃ were respectively advanced for 11 d and 6 d, the ending day were respectively delayed for 4 d and 8 d, the duration days were extended for 13 d and 11 d, the accumulated temperatures were increased for 246 ℃·d and 251 ℃·d. The change of boundary temperature existed positive and negative effect on agricultural production, but the negative effect was larger than the positive effect.

Key words：Agriculture; Boundary temperature; Climate warming; Chaoyang city

收稿日期：2015-10-14

基金項目：遼寧省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)項目“主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律及預(yù)警和評估機(jī)制研究”(2011210002)。

作者簡介：張黎(1982─)，女，遼寧鐵嶺人，工程師，主要從事應(yīng)用氣象服務(wù)工作。

中圖分類號：P423.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)05-0065-05