河南省沁陽(yáng)市氣候變化特征及其對(duì)懷藥的影響研究

任愛(ài)華，李亞飛，陶 貞，張乾柱，徐 鵬，楊 冰

(1. 河南省沁陽(yáng)市氣象局，河南 沁陽(yáng) 454550；2. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院∥廣東省城市化與地理環(huán)境空間模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510275； 3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101)

河南省沁陽(yáng)市氣候變化特征及其對(duì)懷藥的影響研究

任愛(ài)華1，李亞飛2,3，陶 貞2，張乾柱2，徐 鵬2，楊 冰2

(1. 河南省沁陽(yáng)市氣象局，河南 沁陽(yáng) 454550；2. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院∥廣東省城市化與地理環(huán)境空間模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510275； 3. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地水循環(huán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101)

根據(jù)河南省沁陽(yáng)市1971-2013年日照時(shí)數(shù)、氣溫和降水資料，采用滑動(dòng)平均、Mann-Kendall突變分析和多元回歸分析，探討沁陽(yáng)市氣候變化特征及其與懷藥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的關(guān)系。結(jié)果表明：沁陽(yáng)市冬季和春季平均氣溫升溫率分別為0.4 ℃/10a和0.5 ℃/10a，懷藥生長(zhǎng)期平均氣溫變化趨勢(shì)為0.3 ℃/10a；≥10 ℃活動(dòng)積溫呈顯著增加趨勢(shì)(P<0.05)且持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)；年降水量呈現(xiàn)不明顯的下降趨勢(shì)，降水季節(jié)分布與懷藥不同生長(zhǎng)期“少-多-少”的需水過(guò)程一致；強(qiáng)降水事件的減少有利于降低蓄根類懷藥根(莖)腐爛的風(fēng)險(xiǎn)；氣候變暖有利于懷藥品質(zhì)和產(chǎn)量的提高；在懷藥全生長(zhǎng)期間，氣溫和降水的同期協(xié)調(diào)作用顯著影響懷藥的產(chǎn)量(P<0.05)。研究結(jié)果可為氣候變化背景下懷藥生產(chǎn)區(qū)采取科學(xué)的生產(chǎn)管理措施提供依據(jù)。

氣候變化; 懷藥; 對(duì)策; 道地產(chǎn)區(qū)

氣候變化是各國(guó)政府和科學(xué)界關(guān)注的核心問(wèn)題之一。1911年以來(lái)全球平均氣溫變化趨勢(shì)為0.73 ℃/100a[1]。氣候增暖引起的高溫、干旱、沙塵暴、洪澇等氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加大；同時(shí)也改變了農(nóng)業(yè)氣候資源(主要包括光資源、熱量資源和水資源[2-4])的數(shù)量及其配置，直接影響農(nóng)業(yè)種植制度、品種布局、生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的形成[5-8]。

懷藥(又稱四大懷藥)，是指河南省焦作市域所產(chǎn)的懷山藥(Rehmanniaglutinosa(Gaetn.))、懷地黃(Libosch.ex Fisch. et Mey)、懷牛膝(AchyranthesbidentataBlume)和懷菊花(Dendranthemamorifolium(Ramat.) Tzvel.)等4種中草藥，其性味功能在《傷寒論》、《千金要方》、《圖經(jīng)本草》和《本草綱目》等中藥典籍中均有精辟論述。懷藥作為特殊的經(jīng)濟(jì)作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)受自然地理環(huán)境的影響。自然地理環(huán)境組成要素中氣候要素是最活躍的關(guān)鍵要素。懷藥的道地性主要源自焦作市道地產(chǎn)區(qū)特有的光、熱和水資源同期且協(xié)調(diào)增減的氣候特征[9]。對(duì)“同種異地”的懷山藥質(zhì)量分析表明，道地產(chǎn)區(qū)懷山藥中多糖含量高于非道地產(chǎn)區(qū)[10]。懷地黃塊根中梓醇的含量與年平均氣溫、年積溫呈顯著正相關(guān)[11]；年日照時(shí)數(shù)和10 cm深土壤溫度影響懷菊花的活性成分(黃酮類和綠原酸)含量[12]。在全球氣候變化背景下，懷藥道地產(chǎn)區(qū)的日照、氣溫和降水等氣象要素發(fā)生變化，這一變化如何影響懷藥的生長(zhǎng)、品質(zhì)和產(chǎn)量，迄今未見(jiàn)報(bào)道。

為了揭示懷藥生長(zhǎng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)，本文依據(jù)懷藥道地產(chǎn)區(qū)中心地(沁陽(yáng)市)的日照、氣溫、降水等氣象資料，分析日照、氣溫、降水的變化趨勢(shì)，探討沁陽(yáng)市氣象要素變化對(duì)懷藥品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，為氣候變化背景下懷藥基地建設(shè)和規(guī)范化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

沁陽(yáng)市隸屬于河南省焦作市，位于太行山南麓。地勢(shì)呈西北高，東南低；地質(zhì)構(gòu)造上位于太行山前新華夏系大斷裂帶與近東西向盤(pán)古寺斷裂帶的復(fù)合部位，活動(dòng)性斷裂構(gòu)造比較發(fā)育。沁陽(yáng)市北部低山、丘陵區(qū)主要出露寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系地層，巖性以灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖、泥巖為主；沖積平原區(qū)地表巖性為第四系黃土狀亞粘土、亞砂土和砂土[13]。北部太行山區(qū)與山前沖積平原區(qū)相對(duì)高差800 m以上；風(fēng)化侵蝕切割強(qiáng)烈。

沁陽(yáng)市屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。多年平均氣溫14.7 ℃；7月份平均氣溫為29.3 ℃；1月份平均氣溫為-2.8 ℃。多年平均降水量達(dá)564 mm，且夏季降水量占年降水量的52.78%；多年平均日照時(shí)數(shù)為2 154 h。流經(jīng)沁陽(yáng)市域的河流有黃河一級(jí)支流—沁河及其支流丹河。沁河干流總長(zhǎng)485 km，落差1 844 m；多年平均年徑流量達(dá)12.78 億m3[14]。沁陽(yáng)市位于沁河沖積平原中上部，接納了沁河徑流攜帶太行山區(qū)巖溶作用釋放的營(yíng)養(yǎng)元素，形成了較為肥沃的潮土[15]，為蓄根類懷藥生長(zhǎng)提供了特有的土壤條件。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于沁陽(yáng)市氣象觀測(cè)站。該觀測(cè)站位于沁陽(yáng)市清平村(35°07'N, 112°55'E)，海拔高度為119.6 m；數(shù)據(jù)包括1971-2013年逐月日照時(shí)數(shù)、平均氣溫、活動(dòng)積溫和逐日降水量以及2001-2013年逐日平均氣溫；懷山藥平均產(chǎn)量(2004-2013年)數(shù)據(jù)來(lái)自沁陽(yáng)市農(nóng)業(yè)局。

應(yīng)用軟件MATLAB13進(jìn)行Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析確定氣候突變年[16-19]；應(yīng)用軟件SPSS19.0進(jìn)行相關(guān)性分析和多元回歸分析，量化氣象要素與懷藥產(chǎn)量的關(guān)系。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣候變化

3.1.1 日照變化 沁陽(yáng)市懷藥生長(zhǎng)期(4-10月)多年平均日照時(shí)數(shù)占全年日照時(shí)數(shù)的64.47%，6-8月日照時(shí)數(shù)占全年日照時(shí)數(shù)的28.04%。自20世紀(jì)70年代以來(lái)懷藥生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)-102.03 h/10 a的減少趨勢(shì)(P<0.05)，1980年代中期日照時(shí)數(shù)發(fā)生突變(圖1)，2000年以來(lái)懷藥生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)顯著(P<0.05)。日照時(shí)數(shù)減少的原因有待進(jìn)一步探討。

圖1 沁陽(yáng)市懷藥生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年際變化及其突變判別Fig.1 Annual variation of sunshine hours in the growing period of Huai medicine and the corresponding mutation test in Qinyang County

3.1.2 氣溫變化 40多年來(lái)，沁陽(yáng)市年均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)(P<0.05)，而且增溫趨勢(shì)存在季節(jié)性差異：冬季多年平均氣溫為2.11 ℃，平均氣溫上升速率為0.4 ℃/10 a；春季多年平均氣溫為15.39 ℃，平均氣溫增暖趨勢(shì)為0.5 ℃/10 a。懷藥生長(zhǎng)期多年平均氣溫為22.04 ℃，并呈0.3 ℃/10 a的升溫趨勢(shì)(圖2)，低于同期華北地區(qū)氣溫變化的平均值[20]；1990年代中期以前，沁陽(yáng)市懷藥生長(zhǎng)期、冬季和春季氣溫滑動(dòng)平均值均低于同期多年平均值；1990年代中期以后均高于同期多年平均值，呈持續(xù)上升趨勢(shì)( UF>0) ，且春季氣溫上升幅度最大；2000年之后沁陽(yáng)市冬季和懷藥生長(zhǎng)期平均氣溫上升趨勢(shì)更加顯著(P<0.05，UF>臨界線)。沁陽(yáng)市冬季平均氣溫于1980年代末期發(fā)生突變，而懷藥生長(zhǎng)期和春季平均氣溫發(fā)生突變稍后，于1995年附近發(fā)生突變。沁陽(yáng)市氣溫的這一變化趨勢(shì)一致于全球和我國(guó)其他地方的地表溫度變化趨勢(shì)[1, 21]。

比較發(fā)現(xiàn)，沁陽(yáng)市冬季多年平均氣溫(2.11 ℃)較同一緯度其他地區(qū)偏高(表1)，這是由于太行山脈阻擋減弱冬季風(fēng)影響的結(jié)果。

日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)10 ℃(≥10 ℃)的活動(dòng)積溫是表征一個(gè)地區(qū)熱量資源的重要指標(biāo)，直接決定著該地區(qū)喜溫農(nóng)作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量和質(zhì)量[22]。沁陽(yáng)市43 a來(lái)≥10 ℃積溫年平均值為4 880.99 ℃，高于華北平原的相應(yīng)值[21]，且總體呈逐漸增加趨勢(shì)(R2=0.58，圖2)。但是存在年代際差異，20世紀(jì)70-80年代≥10 ℃積溫(分別是4 717.09和4 669.22 ℃)均低于平均值；20世紀(jì)90年代≥10 ℃積溫(平均為4 913.58 ℃)開(kāi)始回升，逐年顯著增加(P<0.05，UF>0)，并在1995年附近發(fā)生突變，1997年UF超過(guò)臨界線。特別是2000年以后 沁陽(yáng)市≥10 ℃積溫迅速增加，平均值達(dá)到5 132.29 ℃，≥10 ℃積溫平均增加趨勢(shì)為 89.94 ℃/10 a。沁陽(yáng)市≥10 ℃積溫的變化趨勢(shì)一致于其他地區(qū)的相應(yīng)變化[22]。

沁陽(yáng)市無(wú)論是平均氣溫還是≥10 ℃活動(dòng)積溫突變發(fā)生的年份均與我國(guó)華北其他地區(qū)的相應(yīng)變化年份一致[2-3,22]。

表1 沁陽(yáng)市與同緯度其他地區(qū)冬季平均氣溫的比較Table 1 Average temperatures in winter season over Qinyang and other near latitude regions

圖2 沁陽(yáng)市不同時(shí)期年平均氣溫和≥10 ℃積溫變化及其相應(yīng)的突變分析Fig.2 Variations of the annual average temperature and ≥10℃ accumulated temperature and its mutation test in Qinyang County

圖3 沁陽(yáng)市年降水量和懷藥生長(zhǎng)期降水量年際變化Fig.3 Annual variations of precipitation during a whole year and the growing period in Qinyang County

沁陽(yáng)市日平均氣溫≥10 ℃持續(xù)時(shí)間的多年平均日數(shù)為226.33 d，且有逐漸延長(zhǎng)的趨勢(shì)：20世紀(jì)80年代以前≥10 ℃的年平均日數(shù)為219.42 d；20世紀(jì)90年代年平均日數(shù)為225.30 d；2000-2012年年平均日數(shù)長(zhǎng)達(dá)237.23 d。沁陽(yáng)市 ≥10℃的初日由3月下旬提前大約10 d至3月中旬，≥10℃的終日由11月上旬延遲7 d左右至11月中旬，且有逐漸延長(zhǎng)的趨勢(shì)。沁陽(yáng)市≥10 ℃積溫和持續(xù)時(shí)間的變化趨勢(shì)與華北平原的相應(yīng)變化一致[2]。

3.1.3 降水變化 沁陽(yáng)市降水季節(jié)變化較大：冬春季降水僅占年降水總量的22.52%；受濕熱的夏季風(fēng)影響，夏季降水量占全年降水量的52.78%，秋季降水較少，占24.7%。懷藥生長(zhǎng)期多年平均降水量為492 mm，占年降水總量的87%。沁陽(yáng)市降水量變化呈現(xiàn)波動(dòng)變化特征，其變率為0.44 mm/10 a。1990年之后年降水日數(shù)和懷藥生長(zhǎng)期降水日數(shù)均有減少趨勢(shì)(圖3)。

依據(jù)沁陽(yáng)市降水特征，選擇 ≥50 mm/d降水作為強(qiáng)降水指標(biāo)計(jì)算沁陽(yáng)市強(qiáng)降水量的變化。強(qiáng)降水量呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，1997年之后強(qiáng)降水量出現(xiàn)不明顯(P>0.05)的增加趨勢(shì)( UF>0)。強(qiáng)降水變率為3.7 mm/10 a。20 世紀(jì)70年代后期以來(lái)強(qiáng)降水頻率呈下降趨勢(shì)( UF<0)，2000年之后這一下降趨勢(shì)顯著(P<0.05)(圖4)。

圖4 沁陽(yáng)市強(qiáng)降水頻率、強(qiáng)度年際變化及其突變判別Fig.4 Annual variations of frequency and strength of strong precipitation in Qinyang and its mutation test

3.2 氣候變化對(duì)懷藥的影響

3.2.1 光、熱、水配置與懷藥的生長(zhǎng)發(fā)育 四大懷藥均是喜光、喜溫、需水又怕水的作物。其中蓄根類懷藥(懷牛膝、懷山藥和懷地黃)從播種到成熟整個(gè)生長(zhǎng)期(4-10月)分為幼苗期、盤(pán)棵期、根莖膨大期和成熟期4個(gè)階段；懷菊花生長(zhǎng)亦分為幼苗期、蕾期、花期、越冬期4個(gè)階段[9, 23]。下面以懷山藥為例, 探討沁陽(yáng)市氣候特征對(duì)懷山藥主要生育階段的影響。

幼苗期(3月中下旬至4月上中旬)：這一時(shí)期懷山藥對(duì)水分的需求量較少，氣溫決定懷山藥的播種。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日平均氣溫≥10 ℃是懷山藥播種出苗的下限溫度[9]。沁陽(yáng)市較高的冬季氣溫有利于懷山藥種子(塊根)越冬。春季氣溫的升高利于懷山藥出苗。沁陽(yáng)市日平均氣溫≥10 ℃的初日平均為3月20日前后, 保證率為67 %；最晚通過(guò)日期為1994年4月12 日。而且，4月份沁陽(yáng)市日照充足，氣溫逐漸升高(圖5), 有利于種子(塊根)發(fā)芽和提高出苗質(zhì)量；但是平均大約4年一遇的春旱和非周期冷空氣南下導(dǎo)致的低溫是這一時(shí)期懷山藥生長(zhǎng)的不利氣象條件。

盤(pán)棵期(5月上中旬至6月下旬)：這一時(shí)期懷山藥以生長(zhǎng)莖蔓和葉片為主，主蔓6月中旬生長(zhǎng)最快。地下莖于5月底開(kāi)始形成，6月底快速生長(zhǎng)，此時(shí)段懷山藥對(duì)日照和水分的需求量逐漸增加。沁陽(yáng)市5-6月份日照時(shí)數(shù)達(dá)到最大值、降水持續(xù)增多(圖5), 有利于懷山藥光合作用的進(jìn)行和壯苗的形成。

圖5 1971-2013年懷山藥生長(zhǎng)期光、熱、水資源變化Fig.5 The variations of sunshine, temperature and precipitation during the growing period of Huai medicine during 1971-2013

根莖膨大期(7月上旬至9月上旬)：這一時(shí)期是懷山藥生育期中最重要的時(shí)期，也是懷山藥生長(zhǎng)期的主要需水期。 這一時(shí)期懷山藥生長(zhǎng)需要較大的晝夜溫差, 適宜的土壤水分(18%～20%[9])。據(jù)統(tǒng)計(jì), 沁陽(yáng)市這一時(shí)期的平均氣溫達(dá)到最高(27.37 ℃，7月份)、日較差達(dá)9.5 ℃左右；降水量最多，占全年降水量的54.9%(圖5)。雨熱同期，有利于地上莖葉的生長(zhǎng)，可為地下根莖的膨大生長(zhǎng)積累充足的養(yǎng)分。這一時(shí)期強(qiáng)降水事件的出現(xiàn)是懷山藥生長(zhǎng)的不利氣象條件。響應(yīng)于全球氣候變化，沁陽(yáng)市這一時(shí)期強(qiáng)降水量有增加趨勢(shì)。若遇到排水不暢，容易出現(xiàn)田間高溫積水，造成懷山藥根莖被浸泡腐爛。因此，響應(yīng)于氣候變化，懷山藥田間排水管理非常重要。但是強(qiáng)降水事件的漸少(圖4)，有利于保證懷山藥的產(chǎn)量和品質(zhì)。

成熟期(9月中旬至10月底)：9月份懷山藥開(kāi)始果實(shí)著色和糖分積累，10月份懷山藥塊根(莖)進(jìn)入生長(zhǎng)末期，忌水澇。此時(shí)，西太平洋副熱帶高壓已經(jīng)南撤，中高緯度干冷空氣時(shí)常南下，沁陽(yáng)市降水逐漸減少(9月份多年平均降水量為75 mm，10月份多年平均降水量降至37.41 mm)。氣溫、日照亦呈減少趨勢(shì)(圖5)，氣溫日較差增大，有利于地上莖葉的養(yǎng)分向地下塊根輸送[24]。沁陽(yáng)市10月份多年平均氣溫為15.83 ℃，日照為175 h，能夠滿足懷山藥完全停止生長(zhǎng)(一般在霜降以后-10月底)前需要適宜溫度和日照來(lái)穩(wěn)定塊根內(nèi)各種營(yíng)養(yǎng)成分并充分成熟的生理需求，提高懷山藥的產(chǎn)量和延長(zhǎng)其儲(chǔ)藏期。

沁陽(yáng)市雨熱同期的氣候條件使懷山藥中可溶性總糖、淀粉、粗蛋白質(zhì)、必需氨基酸和總氨基酸含量較非道地產(chǎn)區(qū)的相應(yīng)值高，且含水量較低[24]。保證了懷山藥的藥效和滋補(bǔ)品質(zhì)。

3.2.2 氣候環(huán)境變化對(duì)懷山藥產(chǎn)量和質(zhì)量的影響 懷山藥全生長(zhǎng)期(4-10月)，尤其根莖膨大期(7-9月)，氣候要素(光、熱、水)變化直接影響懷山藥的產(chǎn)量和質(zhì)量。將沁陽(yáng)市氣象(光、熱、水)數(shù)據(jù)(2004-2013年)與相應(yīng)年懷山藥平均產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明：懷山藥產(chǎn)量與日照時(shí)數(shù)無(wú)顯著相關(guān)性(P= 0.74)。日照時(shí)數(shù)變化不是懷山藥生長(zhǎng)的限制性因素。這與我國(guó)華北平原地區(qū)日照充足，能夠滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)需求的結(jié)論一致[25]。不論是懷山藥生長(zhǎng)期還是根莖膨大期，沁陽(yáng)市平均氣溫均呈升高趨勢(shì)，降水呈現(xiàn)逐漸減少。相關(guān)分析(圖6)表明：懷山藥產(chǎn)量與氣溫顯著正相關(guān)(R生=0.822，P生=0.004；R膨=0.93，P膨=0.007)，與懷山藥生長(zhǎng)期和根莖膨大期的降水負(fù)相關(guān)(R生=-0.65，P生=0.04；R膨=-0.58，P膨=0.08)?？梢?jiàn)，隨著全球氣候變化，沁陽(yáng)市氣溫升高，這有利于懷山藥產(chǎn)量的提高，一致于氣候變暖使得馬鈴薯產(chǎn)量[26]和棉花產(chǎn)量提高[27]的結(jié)論，不同于氣候變暖導(dǎo)致冬小麥產(chǎn)量[28]和春玉米產(chǎn)量下降[29]的結(jié)論?？梢?jiàn)，不同作物對(duì)氣候變暖的響應(yīng)不一致，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

圖6 懷山藥產(chǎn)量與平均氣溫、降水的關(guān)系Fig.6 The relationships between average temperature, precipitation and the yield of Huai medicine

比較研究得出：收獲時(shí)間不同影響懷山藥的產(chǎn)量和品質(zhì)。例如，收獲時(shí)間推遲至10月25日-11月25日，懷山藥中粗蛋白和微量元素Zn含量增加，含水率降低。有利于提高懷山藥的品質(zhì)和產(chǎn)量[30]。沁陽(yáng)市40多年來(lái)日平均氣溫≥10 ℃的年平均日數(shù)漸增，終日有向11月下旬延長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此，沁陽(yáng)市域懷山藥的收獲時(shí)間可以推遲，以確保懷山藥的品質(zhì)更佳。

懷山藥生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)、品質(zhì)和產(chǎn)量是生長(zhǎng)期間日照、氣溫、降水等氣象要素同期協(xié)調(diào)作用的結(jié)果。在R2=0.700，P=0.016條件下，懷山藥產(chǎn)量與日照、氣溫和降水之間的量化關(guān)系為：

y=0.161x1+120.652x2-

0.477x3-1 427.202

(1)

式中，y為懷山藥產(chǎn)量(kg)；x1為生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)(h)；x2為氣溫(℃)；x3為降水(mm)。

由(1)式可見(jiàn)，懷山藥產(chǎn)量變化受其生長(zhǎng)期光、熱、水等氣象要素同期協(xié)調(diào)作用的影響。根據(jù)相關(guān)系數(shù)R2=0.700推測(cè)：懷山藥生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)(x1)、氣溫(x2)和降水量(x3)對(duì)懷山藥產(chǎn)量(y)的協(xié)同影響達(dá)到70.0%。

懷山藥的產(chǎn)量主要決定于懷山藥根莖的膨大狀況。在R2=0.602，P=0.017條件下，根據(jù)模型(2)可以定量計(jì)算懷山藥產(chǎn)量與懷山藥根莖膨大期氣溫、降水之間的關(guān)系：

y=104.511x4-0.326x5-1 254.74

(2)

式中，y為懷山藥產(chǎn)量(kg)；x4為根莖膨大期平均氣溫(℃)；x5為平均降水量(mm)。

懷山藥產(chǎn)量顯著受其根莖膨大期氣溫和降水同期協(xié)調(diào)作用的影響，二者的協(xié)同影響達(dá)到60.2%。由于氣溫、降水的單位、數(shù)值不同，采用回歸模型(1)和(2)中系數(shù)的大小難以比較氣溫、降水分別對(duì)懷山藥產(chǎn)量的影響程度。根據(jù)相關(guān)系數(shù)的大小[12, 31]，初步推斷：氣溫對(duì)懷山藥產(chǎn)量的影響>降水。

比較根據(jù)模型(1)和(2)計(jì)算的懷山藥產(chǎn)量與實(shí)際懷山藥產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)二者差異不顯著(P>0.05 )，表明此計(jì)算模型較為合理。

4 結(jié) 論

沁陽(yáng)市獨(dú)特的自然地理環(huán)境條件，尤其是光、熱、水資源協(xié)同變化的氣候特征成為懷藥兼具醫(yī)藥性和食用性的主要因素。模型(1)和(2)計(jì)算結(jié)果表明，若不考慮懷山藥品種、田間栽培管理技術(shù)、病蟲(chóng)害防治等因素差異影響時(shí)，氣象要素的協(xié)同作用構(gòu)成懷山藥生長(zhǎng)、品質(zhì)和產(chǎn)量的主要不穩(wěn)定因素。全球氣候變化趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，為保證道地產(chǎn)區(qū)懷藥的品質(zhì)和產(chǎn)量，提出氣候變化背景下懷藥生長(zhǎng)的適應(yīng)對(duì)策：

1)加強(qiáng)懷藥生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律與氣候變化規(guī)律間關(guān)系的監(jiān)測(cè)研究。大氣CO2濃度升高、平均氣溫升高和降水量變化是全球氣候變化影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)最重要的3個(gè)氣象要素?？紤]到氣候變化是一漸變過(guò)程，懷藥道地產(chǎn)區(qū)各縣(市)應(yīng)聯(lián)合起來(lái)建立多站點(diǎn)、開(kāi)展長(zhǎng)期性的氣象要素變化監(jiān)測(cè)，揭示懷藥種植區(qū)氣候變化規(guī)律與懷藥生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律之間的關(guān)系，建立影響懷藥品質(zhì)和產(chǎn)量的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，為懷藥GAP基地選擇、調(diào)整、品種引進(jìn)、高產(chǎn)栽培提供氣候依據(jù)。

2)加強(qiáng)田間管理，健全保溫、灌排水設(shè)施。響應(yīng)于全球變暖，懷藥道地產(chǎn)區(qū)冬季和春季氣溫升高，土壤水分蒸發(fā)；冬季和春季，尤其春季，降水甚少。春季氣溫升高和降水少的協(xié)同作用使土壤濕度降低，春旱趨勢(shì)加?。谎芯繀^(qū)夏季強(qiáng)降水量增加，存在發(fā)生澇災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。建議當(dāng)?shù)刂鞴懿块T(mén)督促懷藥種植者加強(qiáng)田間灌排水設(shè)施建設(shè)：采用既保溫又能保持土壤水分的地膜覆蓋、設(shè)施種植和噴灌、滴灌等農(nóng)業(yè)氣象實(shí)用技術(shù)，確保懷藥種子實(shí)時(shí)發(fā)芽、出苗；夏秋季遇到強(qiáng)降水能夠及時(shí)排除田間積水，防止懷藥根莖浸泡腐爛；響應(yīng)于氣候變暖，研究區(qū)≥10℃積溫增加且持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，建議適當(dāng)推遲懷藥收獲期，確保懷藥品質(zhì)和產(chǎn)量。

3)加強(qiáng)懷藥病蟲(chóng)害的防御研究，保證懷藥品質(zhì)和產(chǎn)量。全球氣候變暖有利于農(nóng)作物病蟲(chóng)害的發(fā)育繁殖。研究區(qū)暖冬有利于農(nóng)作物病蟲(chóng)害安全越冬；春季氣溫升高伴隨階段性干旱，延長(zhǎng)病蟲(chóng)害的繁殖時(shí)間和增加繁殖數(shù)量，同時(shí)懷藥病蟲(chóng)害的種群結(jié)構(gòu)亦可能發(fā)生變化。因此，懷藥道地產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)部門(mén)要加強(qiáng)對(duì)懷藥病蟲(chóng)害主要種類、種群結(jié)構(gòu)和發(fā)生流行動(dòng)態(tài)等監(jiān)測(cè)和研究，確定病蟲(chóng)害防治最佳用藥時(shí)期，獲得最優(yōu)的病蟲(chóng)害防治效果，保證懷藥品質(zhì)和產(chǎn)量，滿足國(guó)內(nèi)外藥材市場(chǎng)的需求，同時(shí)帶動(dòng)懷藥道地產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

[1] QIAN W H, LU B, ZHU C W. How would global-mean temperature change in the 21st century[J]. Chinese Science Bulletin, 2010, 55: 1963-1967.

[2] 譚方穎, 王建林, 宋迎波, 等. 華北平原近45年農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2009, 30(1):19 -24.

[3] 蔡霞, 吳占華, 梁桂花, 等. 近53a山西朔州市農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析[J]. 干旱氣象, 2011, 29(1): 88-93.

[4] 王艷姣, 周兵, 司東, 等. 2012年夏季我國(guó)降水異常及成因分析[J]. 氣象, 2013, 39(1): 118-122.

[5] 葉篤正, 呂建華. 氣候研究進(jìn)展和21世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 自然科學(xué)進(jìn)展, 2013, 13(1): 42-46.

[6] 秦大河. 氣候變化的事實(shí)與影響及對(duì)策[J]. 中國(guó)科學(xué)基金, 2003, 17( 1): 1-3.

[7] 冶明珠, 郭建平, 袁彬. 氣候變化背景下東北地區(qū)熱量資源及玉米溫度適宜度[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 23(10): 2786-2794.

[8] 肖國(guó)舉, 張強(qiáng), 王靜. 全球氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 18(8): 1877-1885.

[9] 劉躍紅, 閆小珍, 焦振法, 等. 焦作氣候生態(tài)環(huán)境對(duì)四大懷藥生長(zhǎng)的影響[J]. 氣象, 2007, 33(5): 105-110.

[10] 張重義, 謝彩俠, 黃曉書(shū), 等. 懷山藥道地產(chǎn)區(qū)與非道地產(chǎn)區(qū)藥材質(zhì)量比較[J]. 現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐, 2003, 17(1): 19-20.

[11] 王太霞, 李建軍, 李景原, 等. 不同產(chǎn)區(qū)地黃的比較研究[J]. 河南農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005(10): 69-73.

[12] 梁迎暖, 郭巧生, 張重義, 等. 氣象因子對(duì)懷菊品質(zhì)影響分析[J]. 中國(guó)中藥雜志, 2007, 32(23):2474-2478.

[13] 王興民, 梅秀杰, 耿怡智, 等. 河南省焦作市環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題及防治對(duì)策[J]. 中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào), 2007, 18(3): 141-144.

[14] 張志紅, 陳紅莉, 何宏謀. 沁河流域近十幾年來(lái)水資源量偏枯原因分析[J]. 水文, 2004, 24(l): 32-34.

[15] 龔子同.中國(guó)土壤地理[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1999:102.

[16] 李艷春, 李艷芳. 寧夏近百年來(lái)的氣候變化及突變分析[J]. 高原氣象, 2001, 20(1):100-104.

[17] 劉世薇, 周華榮, 梁雪瓊, 等. 新疆石河子地區(qū)氣候變化特征分析[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2012, 30(1): 230-237.

[18] 李淑珍, 孫琳麗, 馬玉平, 等. 氣候變化對(duì)寧夏固原地區(qū)胡麻發(fā)育進(jìn)程和產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 25(10): 2892-2900.

[19] 魏鳳英. 現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M]. 北京: 氣象出版社，2007:175- 181．

[20] 張晶晶, 陳爽, 趙昕奕. 近50年中國(guó)氣溫變化的區(qū)域差異及其與全球氣候變化的聯(lián)系[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2006, 20(4):1-6.

[21] 劉志娟,楊曉光,王文峰.氣候變化背景下中國(guó)農(nóng)業(yè)氣候資源變化IV.黃淮海平原半濕潤(rùn)暖溫麥-玉兩熟灌溉農(nóng)區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源時(shí)空變化特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2011,22(4):905-912.

[22] 李艷春, 楊建玲, 蘇占勝, 等. 近50 a 河套地區(qū)東部≥10℃積溫的演變特征及成因分析[J]. 干旱氣象, 2013, 31(3): 511-516.

[23] 趙玉琴, 李成杰. 四大懷藥[M]. 鄭州: 中原農(nóng)民出版社, 2004 :1-13, 32-45.

[24] 陳懷亮, 任景全, 王連喜, 等. 懷山藥的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展的幾點(diǎn)建議[J]. 作物雜志, 2012 (1): 13-17.

[25] 陳紅梅, 張立波, 婁偉平. 近50a華北平原日照時(shí)數(shù)的時(shí)空特征及其影響因素[J]. 氣象科學(xué), 2012, 32(5): 573-579.

[26] 肖國(guó)舉, 仇正躋, 張峰舉, 等. 增溫對(duì)西北半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(3): 830-836．

[27] 王潤(rùn)元, 張強(qiáng), 劉宏誼, 等. 氣候變暖對(duì)河西走廊棉花生長(zhǎng)的影響[J]. 氣候變化研究進(jìn)展, 2006, 2(1): 40-42.

[28] 張建平, 趙艷霞, 王春乙,等. 氣候變化對(duì)我國(guó)華北地區(qū)冬小麥發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2006, 17( 7): 1179- 1184.

[29] 尚宗波. 全球氣候變化對(duì)沈陽(yáng)地區(qū)春玉米生長(zhǎng)的可能影響[J]. 植物學(xué)報(bào).2000, 42(3):300-305

[30] 趙冰，李志芳，劉學(xué)軍，等．不同收獲期對(duì)山藥產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 特產(chǎn)研究，2005, 27(1) : 1-4．

The influence of climate change on the Huai medicine growth and production

REN Aihua1, LI Yafei2,3，TAO Zhen2, ZHANG Qianzhu2, XU Peng2, YANG Bing2

(1. The Meteorological Bureau of Qinyang County, Qinyang 454550, China; 2. Geography and Planning School∥Guangdong Provincial Key Laboratory for Urbanization and Geo-simulation, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China; 3. Key Lab of Water Cycle, Institute of Geographic Sciences & Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China)

On the basis of the meteorological database including monthly cumulative sunshine hours, temperature and precipitation (1971-2013) from Qinyang Meteorological Bureau, Henan province, the climatic change characteristics and its effect on the growth and production of the Huai medicine were analyzed by the methods of moving average, M-K mutation test and multiple linear regression. The results showed that the average temperature increased at the average speed of 0.3 ℃/10 a in the period of the Huai medicine growth. The average temperature increased 0.4 ℃ /10 a and 0.5 ℃/10 a in winter season and spring season, respectively. Accumulated temperature ≥10℃ presents significantly increasing trend (P<0.05)and delaying sustained time. The mean annual precipitation decreased slightly. The seasonal distribution of precipitation was corresponding to the water requirement of the Huai medicine in different growth processes，and the frequency of strong precipitation has decreased, which resists the decaying roots or tubers to a certain extent. The cooperative function of the atmospheric temperature and precipitation significantly affects the production of the Huai medicine (P<0.05) in the growth period and in the inflated period of roots and/or tubers. The atmospheric temperature change comprised a crucial factor on the Huai medicine production in Qinyang County. To ensure the Huai medicine quality, production and the market demand, the responding measures need to be adopted in the Huai medicine origin region with the global warming.

climate change; Huai medicine; strategies; origin region

10.13471/j.cnki.acta.snus.2016.05.020

2016-01-22

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41340019) ；廣東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015A030313070，2014A030311003)

任愛(ài)華(1965年生)，女；研究方向：應(yīng)用氣象學(xué)；通訊作者：陶貞;E-mail:taozhen@ mail.sysu.edu.cn

S162

A

0529-6579(2016)05-0119-08