氣候變暖對(duì)半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

姚玉璧，雷俊，牛海洋，南海燕，張秀云

1. 中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所//甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室//中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730020；2. 甘肅省定西市氣象局，甘肅 定西 743000；3. 甘肅省通渭縣氣象局，甘肅 通渭 743000

氣候變暖對(duì)半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

姚玉璧1，2，雷俊2，牛海洋2，南海燕3，張秀云2

1. 中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所//甘肅省干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室//中國(guó)氣象局干旱氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州730020；2. 甘肅省定西市氣象局，甘肅 定西 743000；3. 甘肅省通渭縣氣象局，甘肅 通渭 743000

基于西北典型半干旱區(qū)馬鈴薯定位觀測(cè)試驗(yàn)，結(jié)合氣候要素平行觀測(cè)資料，研究了半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量對(duì)氣候變化的響應(yīng)。結(jié)果表明，1957—2015年間（59 a），西北半干旱區(qū)在氣溫顯著上升，氣溫和降水量氣候傾向率分別為0.238 ℃/10 a、-10.517 mm/10 a。馬鈴薯產(chǎn)量與苗期（6月）呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與塊莖膨大期（8月）氣溫也呈負(fù)相關(guān)（P＜0.10），6—8月氣溫每升高1 ℃，馬鈴薯產(chǎn)量下降4 391.39～6 798.46 kg·hm-2。產(chǎn)量與生育期≥0 ℃積溫呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），適宜≥0 ℃積溫閾值為2 307.4 ℃。產(chǎn)量與苗期降水量呈正相關(guān)（P＜0.10），適宜降水量閾值為47.8 mm。產(chǎn)量與9月中旬日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)（P＜0.01）。馬鈴薯生育期干燥指數(shù)與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），適宜閾值為1.88。研究還發(fā)現(xiàn)氣溫變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響的敏感期在出苗至分枝期，而水分影響馬鈴薯產(chǎn)量敏感期分別在分枝到開(kāi)花期和塊莖膨大期，同時(shí)，塊莖膨大期也是日照變化影響產(chǎn)量的敏感期。因此，氣候變暖對(duì)西北半干旱地區(qū)馬鈴薯的生產(chǎn)形成了負(fù)面影響。

馬鈴薯；產(chǎn)量形成；氣候變暖；半干旱區(qū)

YAO Yubi， LEI Jun， NIU Haiyang， NAN Haiyan， ZHANG Xiuyun. Influence of climate warming on potato yields in semi-arid region ［J］. Ecology and Environmental Sciences， 2016， 25（8）: 1264-1270.

政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）第五次評(píng)估報(bào)告（AR5）指出，1880—2012年全球地表溫度平均上升了0.85 ℃，1983—2012年可能是過(guò)去1400年中最暖的30年（IPCC，2013）。1909年以來(lái)中國(guó)氣候變暖的速率高于全球平均值，升溫速率在0.9～1.5 ℃/100 a之間，且具有明顯的區(qū)域和季節(jié)變化特征（第三次氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告編寫(xiě)委員會(huì)，2015）。氣候變暖通過(guò)改變農(nóng)業(yè)氣候生態(tài)條件，進(jìn)而影響到農(nóng)作物生長(zhǎng)、栽培方式、種植制度、種植面積、產(chǎn)量、品質(zhì)、氣候生產(chǎn)力和病蟲(chóng)害等各個(gè)方面（張強(qiáng)等，1988）。氣候變化對(duì)中國(guó)糧食產(chǎn)量與品質(zhì)的影響具有負(fù)效應(yīng)，例如1980—2008年由于氣候變化導(dǎo)致中國(guó)小麥和玉米單產(chǎn)分別降低1.27%和1.73%，對(duì)中國(guó)糧食供給及糧食生產(chǎn)安全產(chǎn)生影響。

氣候春季變暖導(dǎo)致春播作物播種期提前，加快了喜熱、喜溫作物的生長(zhǎng)發(fā)育速率，提前了作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，延長(zhǎng)了作物生育期（鄧振鏞等，2012；張存杰等，2014）。氣候冬季增溫，導(dǎo)致越冬作物播種期延遲，返青期提前，在縮短了有限生長(zhǎng)習(xí)性作物生育期同時(shí)，也延遲了無(wú)限生長(zhǎng)習(xí)性作物生育期（姚玉璧等，2012；張秀云等，2015）。

全球157個(gè)國(guó)家種植馬鈴薯（Solanumtuberosum L.），2010年總產(chǎn)量達(dá)3.24×108t。中國(guó)馬鈴薯種植面積達(dá)5.33×106hm2，年產(chǎn)量8×107t，居世界前列（張強(qiáng)等，2014）。馬鈴薯是中國(guó)最有發(fā)展前景的高產(chǎn)作物之一，農(nóng)業(yè)部在2015年中國(guó)“馬鈴薯主糧化發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)”上表示，未來(lái)幾年將擴(kuò)大馬鈴薯種植面積，提高產(chǎn)量，推動(dòng)馬鈴薯逐漸成為繼水稻、小麥、玉米之后的中國(guó)第四大主糧作物，以保障國(guó)家糧食安全（中國(guó)農(nóng)資，2015）。

氣候變暖使半干旱區(qū)馬鈴薯花序形成期提前8～9 d，開(kāi)花期提前4～5 d，馬鈴薯生育期延長(zhǎng)（姚玉璧等，2010）。玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段縮短4～5 d，生殖生長(zhǎng)階段提早6～7 d，生育期減少6 d左右（Wang et al.，2004）。在西北半干旱區(qū)馬鈴薯播種期，由于溫度升速較慢，發(fā)芽需要足夠的熱量，熱量資源表現(xiàn)為正效應(yīng)，馬鈴薯產(chǎn)量形成對(duì)氣溫變化十分敏感。大部分地區(qū)馬鈴薯莖塊膨大期對(duì)氣溫的敏感期出現(xiàn)在7月，馬鈴薯成熟期對(duì)氣溫變化敏感性增高。春秋季氣溫增高有利于馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成，而夏季氣溫增高導(dǎo)致馬鈴薯生育脆弱性加劇（姚玉璧等，2013；趙年武等，2015）。模式模擬研究表明，到2080—2100年，隨著溫度的升高，印度馬鈴薯產(chǎn)量降低10℅～40℅（Hijmas，2003）。氣候變暖導(dǎo)致馬鈴薯生理生態(tài)和產(chǎn)量形成過(guò)程均發(fā)生了顯著變化（Xiao et al.，2013a；Xiao et al.，2013b；肖國(guó)舉等，2015）。

氣候變暖使馬鈴薯最適宜種植區(qū)和適宜種植區(qū)面積縮小，次適宜區(qū)和可種植區(qū)面積擴(kuò)大，不適宜區(qū)面積也縮?。ㄒτ耔档?，2006）。馬鈴薯適宜種植區(qū)海拔高度提高了100～200 m，在我國(guó)西北種植海拔高度上限可達(dá)3000 m左右（張強(qiáng)等，2012）。在隴中半干旱半濕潤(rùn)區(qū)可種植面積迅速擴(kuò)大。寧夏中南部旱作區(qū)、固原中南部和彭陽(yáng)大部屬馬鈴薯適宜區(qū)和較適宜區(qū)，種植面積不斷擴(kuò)大（張強(qiáng)等，2012）。

馬鈴薯耐旱、耐貧瘠，是半干旱區(qū)適宜種植的特色優(yōu)勢(shì)高產(chǎn)作物（趙鴻等，2013），半干旱區(qū)氣候要素和馬鈴薯產(chǎn)量形成的定量關(guān)系及其閾值的研究尚有待進(jìn)一步深入，為此，開(kāi)展氣候變暖對(duì)半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量形成的影響研究，以期為利用半干旱區(qū)氣候資源應(yīng)對(duì)氣候變暖，推動(dòng)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)參考依據(jù)。

1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.1研究區(qū)域氣候及馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育概況

研究區(qū)域年平均氣溫5.8～8.3 ℃，最熱月7月平均氣溫17.7～22.0 ℃，最冷月1月平均氣溫-4.5～-10.7 ℃。年降水量253.9～607.2 mm。5—9月降水量168.5～527.9 mm，占全年降水量的66.4%～86.9%。年平均日照時(shí)數(shù)1686.8～2560.6 h。年平均連續(xù)無(wú)霜期為99～191 d。

馬鈴薯在5月上旬—5月中旬播種，出苗期在6月上旬—6月中旬，分枝期在6月下旬，花序形成期在7月上旬—7月中旬，開(kāi)花期在7月中旬—7月下旬，可收期在10月上旬—10月中旬。播種—可收期的全生育期為136～168 d。全生育期≥0℃積溫在2300～2700 ℃，降水量在300～360 mm，日照時(shí)數(shù)在950～1100 h。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)在甘肅省通渭縣氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站，試驗(yàn)地面積667 m2；每個(gè)樣地面積20 m2，4個(gè)重復(fù)，觀測(cè)方法按照中國(guó)氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范，測(cè)定的項(xiàng)目包括生育進(jìn)程（馬鈴薯發(fā)育期）、植株高度、密度、葉面積，葉、葉柄、莖和塊莖的生物量干（鮮）重，產(chǎn)量構(gòu)成要素等。

1988—2015年，開(kāi)展了馬鈴薯生育進(jìn)程、植物形態(tài)結(jié)構(gòu)及塊莖形成等要素的定位觀測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)取樣地段未灌溉，屬旱作農(nóng)田，試驗(yàn)作物品系、耕作制度和栽培管理與大田相同，作物品種根據(jù)大田栽培品種而調(diào)整，但沒(méi)有發(fā)生突變與重大調(diào)整，土壤肥力水平未發(fā)生重大變化。

氣象條件與作物對(duì)比分析數(shù)據(jù)及氣候變化背景數(shù)據(jù)為與試驗(yàn)樣地毗鄰的甘肅省通渭縣氣象站氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)資料序列為建站以來(lái)1957—2015年地面氣象觀測(cè)資料。

氣候要素的平均值按1981—2010年的30 a統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

1.3統(tǒng)計(jì)分析方法

氣候要素的趨勢(shì)傾向率變化計(jì)算方法：Xi=a+bti（i=1，2，…，n）（魏鳳英，2007）。

式中，Xi為氣候要素變量，用ti表示Xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間；a為回歸常數(shù)；b為回歸系數(shù)；n為樣本量。10b為要素氣候傾向率。

相關(guān)分析應(yīng)用線性回歸分析和非線性回歸分析，非線性回歸計(jì)算其線性化處理后的相關(guān)系數(shù)。采用多元回歸分析建立作物產(chǎn)量與氣象條件的關(guān)系模式（魏鳳英，2007）。

產(chǎn)量與旬氣象要素積分回歸模式（馮定原，1988）為：

式中，Yi為產(chǎn)量；c為積分回歸常數(shù)；t為時(shí)間；x（t）為氣候要素；a（t）為氣候變化對(duì)產(chǎn)量的影響函數(shù)或稱(chēng)偏回歸系數(shù)，其大小可反映氣候變量對(duì)作物產(chǎn)量影響的效應(yīng)及其變化的敏感性。

作物生長(zhǎng)季干燥指數(shù)由干燥度公式（陳明榮，1974）修正而來(lái)：

2　結(jié)果與分析

2.1試驗(yàn)區(qū)氣候變化

2.1.1降水量

1957—2015年試驗(yàn)區(qū)逐年降水量變化如圖1a所示，59 a年際降水量呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，降水量?jī)A向率為-10.517 mm/10 a（P＞0.10）。試驗(yàn)區(qū)域年際降水量在253.9～607.2 mm之間振蕩，平均為390.7 mm；降水量距平百分率為-35.0%～55.4%。20世紀(jì)60年代降水量偏多，年平均降水量464.8 mm；90年代偏少，年平均降水量360.2 mm。降水量年際振蕩在2001—2010年間最強(qiáng)烈。

歷年冬季（12月—次年2月）降水量呈略增加趨勢(shì)，增速為0.336 mm/10 a（P＞0.10），而春季（3—5月）、夏季（6—8月）和秋季（9—11月）降水量氣候傾向率分別為為-1.711 mm/10 a（P＞0.10）、-4.762 mm/10 a（P＞0.10）和-4.47 mm/10 a（P＞0.10），呈減少趨勢(shì)。馬鈴薯生育期（5—10月）降水量氣候傾向率為-9.272 mm/10 a（P＞0.10），處于降水量減少最多季節(jié)。

就降水量變化的穩(wěn)定性而言，冬季降水量年際差異最大，極不穩(wěn)定，變異系數(shù)達(dá)49.1%。其他季節(jié)年際變異系數(shù)在31.6%～41.2%之間。馬鈴薯生育期降水量年際差異最小，變異系數(shù)為25.0%。因此，降水量年際變化較穩(wěn)定時(shí)段與馬鈴薯生育期基本吻合，該時(shí)段是馬鈴薯栽培降水量保證率相對(duì)較穩(wěn)定的時(shí)段。

2.1.2氣溫

圖1b給出了1957—2015年試驗(yàn)區(qū)逐年氣溫變化曲線，近59 年氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，年氣溫線性回歸氣候傾向率為0.238 ℃/10 a（P＜0.01）。在20世紀(jì)60年代至80年代氣溫距平均為負(fù)數(shù)， 60年代為-0.7 ℃，70年代和80年代均為-0.6 ℃，90年代為0 ℃，2001—2010年為0.4 ℃，2011—2015年為0.3 ℃。

近59年冬季變暖速率最大，氣候傾向率為0.285 ℃/10 a（P＜0.01）；秋季變暖氣候傾向率為0.244 ℃/10 a（P＜0.01），變暖速率僅次于冬季；春季變暖氣候傾向率為0.225 ℃/10 a（P＜0.01）；夏季變暖速率最小，其值為0.174 ℃/10 a（P＜0.01）；馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育階段（5—10月）變暖氣候傾向率為0.211 ℃/10 a（P＜0.01）。

圖1　試驗(yàn)區(qū)逐年氣候要素變化曲線Fig. 1　The annual climatic factors change in the experiment area （1957—2015）

2.2氣候變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

2.2.1氣溫變化的影響

馬鈴薯產(chǎn)量與6月氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.510，P＜0.01），兩者的線性擬合方程為y=-679.846x+13799.974（y為擬合值，x為氣溫，下同；R2=0.26，P＜0.01）（圖2a）；6月研究區(qū)域馬鈴薯處于幼苗期，幼苗抗逆性弱，不耐高溫和干旱，氣溫增高往往伴隨干旱，使得幼苗生長(zhǎng)發(fā)育受阻，甚至失去活性，枯萎死亡，植株成活率降低，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。由線性擬合方程可見(jiàn)，6月平均氣溫每升高1 ℃，馬鈴薯產(chǎn)量下降6798.46 kg·hm-2。

馬鈴薯產(chǎn)量與8月氣溫呈負(fù)相關(guān)（r=-0.349，P＜0.10），兩者的線性回歸擬合方程為y=-439.139x+10050.865（R2=0.122，P＜0.10）（圖2b）；8月研究區(qū)域馬鈴薯處于塊莖膨大期，高溫使塊莖膨大受阻，薯塊變形，屑薯率增加，產(chǎn)量下降。8月平均氣溫每升高1 ℃，馬鈴薯產(chǎn)量下降4391.39 kg·hm-2。

2.2.2生育期積溫變化的影響

馬鈴薯產(chǎn)量與生育期（5—10月）≥0 ℃積溫呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.434，P＜0.05），兩者的擬合曲線為拋物線型（圖3），其二次函數(shù)擬合方程為y=-0.0054x2+24.920x- 25438.179（R2=0.193，P＜0.05）；對(duì)二次函數(shù)求一階導(dǎo)數(shù)，令dy/dx=0，即可知當(dāng)5—10月≥ ℃積溫為2307.4 ℃時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量最高。由此可知，馬鈴薯生育期適宜的≥0 ℃積溫閾值為2307.4 ℃，馬鈴薯屬于喜冷涼作物，當(dāng)≥0 ℃積溫大于2307.4 ℃時(shí)，隨著積溫的增加，馬鈴薯產(chǎn)量降低。

圖2　氣溫變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響特征Fig. 2　Influence of temperature change on the potato yields

圖3　生育期積溫變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響特征Fig. 3　Influence of accumulative temperature change on the potato yields

2.2.3降水量變化的影響

6月上中旬降水量與馬鈴薯產(chǎn)量呈正相關(guān)（r=0.334，P＜0.10），兩者的一元二次函數(shù)擬合方程為y=-0.9486x2+90.655x+396.5（R2=0.284，P＜0.01）（圖4）；對(duì)二次函數(shù)求導(dǎo)數(shù)，令dy/dx=0，即可知當(dāng)6月上中旬降水量為47.8 mm時(shí)，馬鈴薯產(chǎn)量最高。由此可知，6月上中旬馬鈴薯適宜降水量的閾值為47.8 mm。試驗(yàn)區(qū)域?yàn)榘敫珊禋夂騾^(qū)，隨著氣候暖干，6月初降水量偏少，春末初夏干旱頻率較高，而6月上中旬正值馬鈴薯苗期，對(duì)水分需求十分敏感，當(dāng)降水量低于適宜閾值時(shí)，隨著降水量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量提高；但當(dāng)降水量超過(guò)適宜閾值時(shí)，隨著降水量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量反而下降。6月上中旬是馬鈴薯水分變化敏感期。

圖4　降水量變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響特征Fig. 4　Influence of precipitation change on the potato yields

2.2.4日照時(shí)數(shù)變化的影響

9月中旬日照時(shí)數(shù)與馬鈴薯產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)（r=0.477，P＜0.01），兩者的線性擬合方程為y=27.834x+624.03（R2=0.228，P＜0.01）（圖5）；一般9月中旬研究區(qū)域降水、溫度等條件適宜，充足的光照有利于馬鈴薯光合作用，有利于塊莖膨大和干物質(zhì)積累，隨著日照時(shí)數(shù)增加，馬鈴薯產(chǎn)量上升。9月中旬日照時(shí)數(shù)每增加1 h，馬鈴薯產(chǎn)量增加278.34 kg·hm-2。

2.2.5干燥指數(shù)變化的影響

馬鈴薯生育期干燥指數(shù)與馬鈴薯產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.422，P＜0.05），二者的二次擬合方程為y=-561.559x2+ 2109.924x+331.111（R2=0.240，P＜0.01）（圖6），為計(jì)算適宜干燥指數(shù)閾值，對(duì)擬合方程進(jìn)行求導(dǎo)，令dy/dx=0，即可知馬鈴薯生育期適宜干燥指數(shù)閾值為1.88，當(dāng)生育期適宜干燥指數(shù)小于1.88時(shí)，隨著干燥指數(shù)的上升，馬鈴薯產(chǎn)量增加；當(dāng)干燥指數(shù)大于1.88時(shí)，隨著干燥指數(shù)的上升，馬鈴薯產(chǎn)量下降。

圖5　日照時(shí)數(shù)變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響特征Fig. 5　Influence of sunshine duration change on the potato yields

圖6　干燥指數(shù)變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響特征Fig. 6　Influence of drying index change on the potato yields

2.3產(chǎn)量形成對(duì)氣候變化的敏感性

2.3.1熱量影響的敏感性

由于氣候變暖，除播種期和可收期外，其余時(shí)段熱量充足（圖7），出苗期—分枝期馬鈴薯對(duì)氣溫變化十分敏感，旬平均氣溫每升高1 ℃，馬鈴薯產(chǎn)量降低1500～2500 kg·hm-2，敏感期為30～40 d。馬鈴薯分枝以后，地上部分很快形成花序，之后進(jìn)入開(kāi)花期，地下莖塊開(kāi)始膨大。此時(shí)段，馬鈴薯適宜涼爽氣候，氣溫過(guò)高，馬鈴薯植株莖節(jié)間距伸長(zhǎng)，葉片變小，葉面積指數(shù)變小，影響光合利用效率，馬鈴薯塊莖隨著高溫而退化，形成畸形薯、屑薯，從而使產(chǎn)量降低。

圖7　馬鈴薯產(chǎn)量與氣候要素變化積分回歸曲線Fig. 7　Curve of integral regression between potato yields and climatic factors change

2.3.2降水量影響的敏感性

馬鈴薯分枝期—開(kāi)花期對(duì)降水量變化十分敏感（圖7），旬降水量每增加1 mm，馬鈴薯增產(chǎn)1500～2000 kg·hm-2，敏感期為30～40 d。研究區(qū)域分枝期—開(kāi)花期以干旱為主的氣象災(zāi)害頻發(fā)，降水減少，干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)增大。降水量對(duì)產(chǎn)量影響的第二個(gè)敏感時(shí)段在塊莖膨大期，降水量呈負(fù)效應(yīng)，旬降水量每增加1 mm，馬鈴薯產(chǎn)量降低1000～1500 kg·hm-2；敏感期為20～30 d。在馬鈴薯塊莖膨大期（7下旬以后），降水及陰雨天氣易引發(fā)馬鈴薯晚疫病，造成馬鈴薯葉片萎垂、卷縮，直至植株黑腐，塊莖染病腐爛而減產(chǎn)。

2.3.3光照影響的敏感性

馬鈴薯塊莖膨大期日照時(shí)數(shù)對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成具有正效應(yīng)；旬日照時(shí)數(shù)每增加1 h，馬鈴薯產(chǎn)量增加1500～2500 kg·hm-2，敏感期約25～35 d。其余時(shí)段日照充足。

2.4馬鈴薯產(chǎn)量氣候模式

在試驗(yàn)資料、數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，建立馬鈴薯產(chǎn)量氣候模式：

式中，Y為馬鈴薯產(chǎn)量（g·m-2）；R為6月上中旬降水量（mm）；T為6—8月氣溫（℃）；S為9月中旬日照時(shí)數(shù)（h）。

線性化后，其復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.641，方差分析F=5.59，F(xiàn)0.01=4.68，故F＞F0.01，n=28。

3　討論與結(jié)論

3.1討論

1957—2015年間，研究區(qū)域氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，近59年氣溫線性回歸氣候傾向率為0.238 ℃/10 a（P＜0.01），高于全國(guó)同期增溫平均值（第三次氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告編寫(xiě)委員會(huì)，2015）。20世紀(jì)90年代氣溫開(kāi)始明顯上升，研究區(qū)域呈暖干化趨勢(shì)特征，與黃土高原中北部相似（Yao et al.，2013）

馬鈴薯產(chǎn)量與苗期6月氣溫呈負(fù)相關(guān)，幼苗抗逆性差，高溫加快作物新陳代謝、生長(zhǎng)發(fā)育和蒸散發(fā)，導(dǎo)致作物對(duì)水分的需求增加（Peng et al.，2004）；農(nóng)作物在高溫條件下呼吸強(qiáng)度增強(qiáng)，能量消耗明顯增多，而使凈光合積累減少（趙鴻等，2016）；6月高溫干旱導(dǎo)致研究區(qū)幼苗發(fā)育受阻，成活率降低。馬鈴薯產(chǎn)量與苗期8月氣溫也呈負(fù)相關(guān)，高溫導(dǎo)致塊莖數(shù)量減少和形狀變?。↘han et al.，2002；Peet et al.，2000）。在較高的環(huán)境溫度下，總光合速率受到抑制，影響塊莖的形成，最終影響生物量和塊莖產(chǎn)量（Fleisher et al.，2006）。研究區(qū)域8月高溫使塊莖膨大停滯，薯塊形狀出現(xiàn)變異，產(chǎn)量下降。

苗期和塊莖膨大期氣溫每升高1 ℃，產(chǎn)量下降4391.39～6798.46 kg·hm-2。生育期≥0 ℃積溫與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，適宜的≥0 ℃積溫閾值為2307.4 ℃。6月上中旬降水量與馬鈴薯產(chǎn)量呈正相關(guān)，6月上中旬馬鈴薯適宜降水量閾值為47.8 mm。9月中旬日照時(shí)數(shù)與馬鈴薯產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，該時(shí)段日照時(shí)數(shù)每增加1 h，馬鈴薯產(chǎn)量增加278.34 kg·hm-2。馬鈴薯生育期干燥指數(shù)與馬鈴薯產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，適宜干燥指數(shù)閾值為1.88。

馬鈴薯產(chǎn)量形成不僅受氣象條件變化的影響，還受到土壤環(huán)境的影響，同時(shí)與品種習(xí)性等相關(guān)；研究單要素與產(chǎn)量的相關(guān)性，其決定系數(shù)均在0.3以下，應(yīng)該符合生物學(xué)機(jī)理；某一單要素的決定系數(shù)不大可能過(guò)高。馬鈴薯產(chǎn)量氣候模型也表明多元線性分析的決定系數(shù)小于0.41，只解釋了40%的產(chǎn)量變異，未知因素影響作用較大。

3.2結(jié)論

研究區(qū)域近59年降水量年際變化呈波動(dòng)減少；氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，研究區(qū)域呈暖干化趨勢(shì)。馬鈴薯產(chǎn)量與苗期6月氣溫、塊莖膨大期8月氣溫均呈負(fù)相關(guān)，生育期≥0 ℃積溫與產(chǎn)量也呈顯著負(fù)相關(guān)，出苗期至分枝期是氣溫變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成影響的敏感期；分枝期—開(kāi)花期和塊莖膨大期是降水量變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成影響敏感期；另外，塊莖膨大期也是日照變化對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量形成影響敏感期。氣候變暖對(duì)西北半干旱地區(qū)馬鈴薯的生產(chǎn)產(chǎn)成了負(fù)面效應(yīng)。

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Influence of Climate Warming on Potato Yields in Semi-arid Region

YAO Yubi1，2， LEI Jun2， NIU Haiyang2， NAN Haiyan3， ZHANG Xiuyun2
1. Key Laboratory of Arid Climate Change and Reducing Disaster of Gansu Province， China Meteorological Administration//Lanzhou Institute of Arid Meteorology， China Meteorological Administration， Lanzhou 730020， China；2. Meteorological Bureau of Dingxi of Gansu Province，Dingxi 743000， China；3. Meteorological Bureau of Tongwei County of Gansu Province， Tongwei County， 743300， China

Based on the site-specific observation data and related meteorological records， the influence of climate warming on potato yield and the sensitivity of potato growth to climate warming had been analyzed. The results showed that the temperature has rose significantly from 1957—2015 in the study region. The climate tendency rates of temperature and precipitation were 0.238 ℃/10 a，-10.517 mm/10 a， respectively. Under this situation， the potato yield was significantly negatively correlated with seeding stage（P＜0.01） in June， and was significantly negatively correlated with the air temperature in tuber expansion period （P＜0.01）. The yield of potato decreased by about 4 391.39～6 798.46 kg·hm-2when air temperature increased 1 ℃ from June to August. There was a negative correlation between accumulated temperature above 0 ℃ and yield. The appropriate threshold of accumulated temperature above 0 ℃ is 2 307.4 ℃. There was an positive correlation between precipitation in seeding stage and the yield of potato. The appropriate threshold of precipitation is 47.8 mm. There was a significant positive correlation between the yield of potato and sun duration in the middle of September （P＜0.01）. There was a significant negative correlation between the aridity index and the yield during the growing period （P＜0.01）. The appropriate threshold of aridity index is 1.88. During the tuber expansion period the potato was sensitive to the temperature. The yield is sensitive to temperature change from the emergence of seedling period to florescence period. The sensitive period of the potato yield to the precipitation was in the bifurcation-unfold period and unfold -tuber expansion period. And the tuber expansion period was the period which was sensitive to sun duration. Therefore， The climate warming have negative influence on potato production in the study area.

potato； yield formation； climate warming； semi-arid region

10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.08.002

P464； X171.1； S162.5

A

1674-5906（2016）08-1264-07

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41575149）；公益性行業(yè)（氣象）科研專(zhuān)項(xiàng)（重大專(zhuān)項(xiàng)）（GYHY201506001-6）；國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）（2013CB430206）

姚玉璧（1962年生），男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，主要從事氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響研究。E-mail: yaoyubi@163.com

2016-03-13

引用格式：姚玉璧， 雷俊， 牛海洋， 南海燕， 張秀云. 氣候變暖對(duì)半干旱區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量的影響［J］. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2016， 25（8）: 1264-1270.