未來氣候變化對貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性的影響

韓會慶 張嬌艷 張英佳 張 璇 白玉梅 張新鼎

(1. 貴州理工學院建筑與城市規(guī)劃學院，貴州 貴陽 550003；2. 貴州氣候中心，貴州 貴陽 550002)

農(nóng)業(yè)是對全球氣候變化較為敏感的領(lǐng)域，氣候變化改變了農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)等，從而影響其分布范圍和種植結(jié)構(gòu)[1-2]。紅心獼猴桃 (Actinidiachinensis) 是我國重要的果類，被譽為果中之王、維C之王，具有子代遺傳性狀穩(wěn)定、抗逆性強、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富、耐貯藏等優(yōu)點[3]，種植紅心獼猴桃具有很高市場前景和經(jīng)濟價值。然而隨著全球氣候變暖，區(qū)域氣候變化必將深刻影響紅心獼猴桃種植分布范圍。因此，亟需探究氣候變化對紅心獼猴桃種植氣候適宜性的影響。

目前，國內(nèi)外關(guān)于氣候變化對農(nóng)業(yè)氣候適宜性影響的研究多集中冬小麥 (Triticumaestivum)[4]、玉米 (Zeamays)[5]、烤煙 (Nicotianatabacum)[6]、棉花 (Gossypiumherbaceum)[7]、柑橘 (Citrusreticulata)[8]、蘋果 (Maluspumila)[9]、香蕉 (Neolitseacambodiana) 和咖啡 (Coffeaarabica)[10]等，主要關(guān)注過去時點氣候變化對其氣候適宜性變化的影響[7]以及未來氣候適宜性動態(tài)模擬[6,10]，卻鮮有研究氣候變化對紅心獼猴桃種植適宜性的影響。此外，對獼猴桃氣候適宜性的研究多為靜態(tài)的氣候適宜性評價，如賀文麗等[11]利用GIS技術(shù)對我國關(guān)中地區(qū)獼猴桃氣候生態(tài)適宜性進行了評價，曾永美等[12]利用GIS技術(shù)對重慶市萬盛區(qū)獼猴桃氣候生態(tài)適宜性進行了區(qū)劃。這些研究鮮有關(guān)注未來不同排放情景下，氣候變化對獼猴桃種植氣候適宜性的影響。

自2000年由四川省蒼溪縣引入以來，紅心獼猴桃已成為貴州重要的特色產(chǎn)業(yè)，其種植面積與規(guī)?？焖僭黾覽13]。本研究以貴州為研究對象，分析未來氣候變化對貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性的影響，以期為獼猴桃種植的合理布局、應對未來氣候變化進行科學決策提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

1986—2005年氣候數(shù)據(jù)來源于貴州氣候中心提供的84個氣象站點逐日氣溫和降水觀測數(shù)據(jù)，氣候預估數(shù)據(jù)來源于中國國家氣候中心提供的8個CMIP5模式平均數(shù)據(jù)。鑒于當前國際氣候預估模式較多，為降低單個模式預估結(jié)果對研究結(jié)果的影響，參考相關(guān)研究經(jīng)驗[14]，將8個CMIP5模式平均值作為本研究未來氣候變化分析基礎數(shù)據(jù)。依據(jù)張嬌艷等[15]在RCPs情景下對貴州氣候變化預估分析，參照時點為1986—2005年，未來時點為2016—2035年、2046—2065年和2081—2100年，利用克里金插值法獲取氣候要素空間分布圖。

1.2 研究方法

1.2.1氣候適宜性評價指標體系構(gòu)建及權(quán)重確定

參考莫建國等[16]研究成果，結(jié)合氣候數(shù)據(jù)的可得性，選取年平均氣溫、1月平均氣溫、3月平均氣溫、7月平均氣溫、極端最低氣溫、年降水量6個指標，構(gòu)建貴州紅心獼猴桃氣候適宜性評價指標，并將適宜等級按高低分別賦予10分、7分、4分和1分，分別對應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個等級。熱量條件和降水條件是影響紅心獼猴桃氣候適宜性的重要因素，其中，熱量條件是主導因素，而降水的影響相對較小[13]。紅心獼猴桃生長發(fā)育對熱量條件要求較為嚴格，主要怕冬季低溫、熱量不足，故而年平均氣溫、極端最低氣溫和1月平均氣溫等指標的重要性高于3月平均氣溫和7月平均氣溫等指標?；谝陨戏治?，利用AHP分析法確定各指標權(quán)重，如表1。

表1 貴州紅心獼猴桃氣候適宜性評價指標體系Table 1 Climate suitability evaluation index system of A.chinensis in Guizhou

1.2.2氣候適宜性評價方法

基于氣候適宜性評價指標體系中各指標對應的分值和相應權(quán)重，計算各指標適宜性分值，進而得到所有指標氣候適宜性分值之和，其計算公式為[17]：

式中：W為氣候適宜性分值，A為各指標等級分值，B為權(quán)重。W值介于1～10分之間，結(jié)合貴州紅心獼猴桃實地生長分布狀況，將W> 8.5、7

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州氣候變化特征

從表2可知，與1986—2005年相比，貴州未來不同排放情景下年平均氣溫、1月平均氣溫、3月平均氣溫、7月平均氣溫、極端最低氣溫和年降水量均呈增加趨勢。其中2016—2035年各氣溫指標增加幅度較小，2081—2100年各氣溫指標增加幅度較大。RCP4.5情景年降水量增加幅度較大，RCP2.6情景年降水量增加幅度居中，RCP8.5情景年降水量增加幅度較小。

表2 未來貴州氣候要素變化率Table 2 Future climate change rate in Guizhou %

2.2 貴州紅心獼猴桃種植氣溫、降水適宜性變化

從表3可知，與1986—2005年相比，RCP4.5情景下2046—2065年、2081—2100年及RCP8.5情景下2046—2065年、2081—2100年年平均氣溫適宜等級呈下降趨勢，其他情景下各時期年平均氣溫適宜等級無變化。除RCP2.6情景下2016—2035年1月平均氣溫適宜等級無變化外，其他各情景下各時期1月平均氣溫適宜等級均呈增加趨勢。RCP2.6和RCP4.5情景下2016—2035年、2046—2065年及RCP8.5情景下2016—2035年3月平均氣溫適宜等級呈增加趨勢。RCP2.6情景下2081—2100年及RCP8.5情景下2046—2065年3月平均氣溫適宜等級無變化，RCP4.5和RCP8.5情景下2081—2100年3月平均氣溫適宜等級呈下降趨勢。除RCP8.5情景下2046—2065年、2081—2100年7月平均氣溫適宜等級下降外，其他時期7月平均氣溫適宜等級無變化。各情景下各時期極端最低氣溫和年降水量適宜等級均由Ⅱ級提高到Ⅰ級。

表3 未來貴州氣溫、降水適宜等級變化Table 3 Future appropriate change of temperature and precipitation in Guizhou

2.3 貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性變化

2.3.11986—2005年貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性特征

從表4可知，1986—2005年貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性以中適宜區(qū)和低適宜區(qū)為主，分別占土地總面積的38.62%和33.41%，不適宜區(qū)和高適宜區(qū)面積較小，分別僅占土地總面積的15.25%和12.72%。

表4 1986—2005年貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性面積及比例Table 4 Planting climate suitability area and ratio of A.chinensis in Guizhou from 1986 to 2005

從圖1可知，高適宜區(qū)集中貴州西南部，中適宜區(qū)集中東北部、南部和東南部，低適宜區(qū)主要分布中部和西北部，不適宜區(qū)主要分布西部以及中部和南部的零星地區(qū)。

2.3.2未來氣候變化情景下貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性特征

從表5可知，未來各情景下，大部分時期貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性以中適宜區(qū)為主，其次為高適宜區(qū)和低適宜區(qū)。RCP2.6情景下，2016—2035年和2046—2065年以中適宜區(qū)為主，其次為高度適宜區(qū)；2081—2100年以高適宜區(qū)為主，其次為中適宜區(qū)。RCP4.5情景下，中適宜區(qū)在各時期均占主導地位，其次為高適宜區(qū)，而低適宜區(qū)面積和比例最小。RCP8.5情景下，2016—2035年和2046—2065年以中適宜區(qū)為主，其次為高適宜區(qū)和低適宜區(qū)；2081—2100年以低適宜區(qū)為主，其次為不適宜區(qū)，而中適宜區(qū)面積和比例較小。

圖1 1986—2005年貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性區(qū)劃圖Fig.1 Climate Suitability Zonation Map of A.chinensis in Guizhou from 1986 to 2005

表5 未來氣候變化下貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性面積及比例Table 5 Planting climate suitability area and ratio of A.chinensis under future climate change in Guizhou

情景時段高適宜區(qū)面積/km2比例/%中適宜區(qū)面積/km2比例/%低適宜區(qū)面積/km2比例/%不適宜區(qū)面積/km2比例/%RCP2.6 2016—203538827 22.05106627 60.5530634 17.4000.002046—206569031 39.20107057 60.800 0.0000.002081—2100105471 59.9070617 40.100 0.0000.00RCP4.52016—203544383 25.20126902 72.074803 2.7300.002046—206568330 38.80107758 61.200 0.0000.002081—210044356 25.19118031 67.0313701 7.7800.00RCP8.52016—203535235 20.01104948 59.6035905 20.3900.002046—206535112 19.94122576 69.6118400 10.4500.002081—210000.0028129 15.9797634 55.4550326 28.58

2.3.3貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性變化特征

從表6可知，與1986—2005年相比，除RCP8.5情景下2081—2100年高適宜區(qū)和中適宜區(qū)面積和比例呈下降趨勢外，其他情景下各時期高適宜區(qū)和中適宜區(qū)面積和比例均呈增加趨勢。其中RCP2.6情景下2046—2065年、2081—2100年及RCP4.5情景下2046—2065年高適宜區(qū)面積和比例增加幅度較大。RCP4.5情景下2016—2035年、2081—2100年及RCP8.5情景下2046—2065年中適宜區(qū)面積和比例增加幅度較大。除RCP8.5情景下2081—2100年低適宜區(qū)和不適宜區(qū)面積和比例呈增加趨勢外，其他各情景下各時期低適宜區(qū)和不適宜區(qū)面積和比例均呈下降趨勢。其中RCP2.6情景下2046—2065年、2081—2100年及RCP4.5情景下2016—2035年、2046—2065年低適宜區(qū)面積和比例下降幅度較大。

表6 未來氣候變化下貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性面積和比例變化Table 6 Changes of climate suitable area and ratio of A.chinensis under future climate change in Guizhou

情景時段高適宜區(qū)面積/km2比例/%中適宜區(qū)面積/km2比例/%低適宜區(qū)面積/km2比例/%不適宜區(qū)面積/km2比例/%RCP2.62016—2035164299.333861721.93-28197-16.01-26850-15.252046—20654663326.483904722.18-58831-33.41-26850-15.252081—21008307347.1826071.48-58831-33.41-26850-15.25RCP4.52016—20352198512.485889233.45-54028-30.68-26850-15.252046—20654593226.083974822.58-58831-33.41-26850-15.252081—21002195812.475002128.41-45130-25.63-26850-15.25RCP8.52016—2035128377.293693820.98-22926-13.02-26850-15.252046—2065127147.225456630.99-40431-22.96-26850-15.252081—2100-22398-12.72-39881-22.653880322.042347613.33

從圖2可知，RCP2.6情景下，2016—2035年高適宜區(qū)主要分布西南部，中適宜區(qū)集中東部、中部、西部和東南部，低適宜區(qū)主要分布北部以及西部零星地區(qū)；2046—2065年高適宜主要分布西南部和中部，中適宜區(qū)主要分布北部、南部和東南部；2081—2100年高適宜區(qū)主要分布西南部、西部、中部和西北部，中適宜區(qū)主要分布東南部和北部。RCP4.5情景下，2016—2035年高適宜區(qū)主要分布西南部，其他大部分地區(qū)為中適宜區(qū)；2046—2065年高適宜區(qū)主要分布西南部、西部和中部，其他地區(qū)均為中適宜區(qū)；2081—2100年高適宜區(qū)主要分布西部，而中部、南部、東部和北部以中適宜區(qū)為主，東南部和南部的零星地區(qū)為低適宜區(qū)。RCP8.5情景下，2016—2035年高適宜區(qū)集中西南部，中適宜區(qū)主要分布西部、中部、東部和南部，低適宜區(qū)集中北部和東北部；2046—2065年西部以高適宜區(qū)為主，中部、北部、東部、南部大部分地區(qū)均為中適宜區(qū)，僅有北部零星地區(qū)及東南部為低適宜區(qū)；2081—2100年中適宜區(qū)主要分布西部地區(qū)，低適宜區(qū)集中西南部、中部和北部，不適宜區(qū)集中東南部。

從圖1和2可知，與1986—2005年相比，RCP2.6情景下，高適宜區(qū)逐漸由西南部向中部、西部和西北部擴大；2016—2035年、2046—2065年中適宜區(qū)增加區(qū)多集中北部和西部，2081—2100年中適宜區(qū)增加區(qū)主要分布東南部，而東北部中適宜區(qū)在減少；2016—2035年低適宜區(qū)減少區(qū)多分布中部地區(qū)，2046—2065年和2081—2100年低適宜區(qū)消失；不適宜區(qū)在各時期均消失。RCP4.5情景下，高適宜區(qū)逐漸由西南部向中部和西部擴展；中適宜區(qū)逐漸由東北部和東南部向西部和西南部擴大；中部和西北部的低適宜區(qū)消失較為突出，僅零星分布于東南部和西部；不適宜區(qū)在各時期均消失。RCP8.5情景下，2016—2035年和2046—2065年高適宜區(qū)擴大到中部和西部，而2081—2100年高適宜區(qū)消失；2016—2035年和2046—2065年中適宜區(qū)向西部和西南部擴展，而2081—2100年中適宜區(qū)僅出現(xiàn)在西部地區(qū)；2016—2035年中部地區(qū)低適宜區(qū)消失，僅出現(xiàn)在北部地區(qū)，2046—2065年大部分地區(qū)低適宜區(qū)消失，僅零星出現(xiàn)在東南部和北部，2081—2100年西部、中部和西北部的低適宜區(qū)消失，卻大面積出現(xiàn)在中部、東北部、北部和西南部；2016—2035年和2046—2065年不適宜區(qū)消失，而2081—2100年不適宜區(qū)卻集中東南部和南部。

圖2 未來氣候變化下貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性區(qū)劃圖Fig.2 Climate suitability zonation map of A.chinensis under future climate change in Guizhou

3 結(jié)論與討論

未來氣候變化下，影響貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性的各氣候要素均呈增加趨勢。年平均氣溫、7月平均氣溫適宜等級或無變化，或呈下降趨勢。3月平均氣溫適宜等級或為下降趨勢或為增加趨勢，1月平均氣溫、極端最低氣溫和年降水量適宜等級整體呈增加趨勢。1986—2005年貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性以中適宜區(qū)和低適宜區(qū)為主，不適宜區(qū)和高適宜區(qū)面積較小。未來氣候變化下，大部分時期貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性以中適宜區(qū)為主，其次為高適宜區(qū)和低適宜區(qū)，不適宜區(qū)面積較小。與1986—2005年相比，未來氣候變化下大部分時期高度適宜區(qū)和中適宜區(qū)呈增加趨勢，低適宜區(qū)和不適宜區(qū)呈下降趨勢。

本研究認為大部分時期RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5情景下貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性總體呈現(xiàn)增加趨勢，這與胡雪瓊等[6]對云南烤煙 (Nicotianatabacum) 種植氣候適宜性評價結(jié)果、杜堯東等[8]對亞熱帶地區(qū)柑橘 (Citrusreticulata) 種植氣候適宜性評價結(jié)果、劉少軍等[18]對天然橡膠 (Heveabrasiliensis) 種植氣候適宜性評價結(jié)果等基本一致。卻與陳飛等[19]對云南松 (Pinusyunnanensis) 氣候適宜性評價結(jié)果、馬麗娜等[20]對我國亞熱帶地區(qū)木荷 (Schimasuperba) 種植氣候適宜性評價結(jié)果等相反，這說明未來氣候變化對南方經(jīng)濟作物、經(jīng)濟林等種植的影響結(jié)果存在差異[21]，不同作物的適宜性對氣候變暖的響應不同，進而導致其適宜性變化趨勢有所不同。

另外，未來氣候變化帶來的各氣溫因子和年降水量變化對貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性影響存在差異。一方面，全球變暖推動下，貴州降水的變化普遍提高了紅心獼猴桃種植氣候適宜性；另一方面，雖然氣溫的升高大幅提高了1月平均氣候、年平均氣溫和極端最低氣溫等指標，進而使得紅心獼猴桃種植氣溫適宜性有所提高。然而，值得注意的是，RCP8.5情景下2081—2100年貴州紅心獼猴桃種植氣候適宜性呈現(xiàn)下降趨勢，這主要與未來全球變暖帶來的氣溫過高有關(guān)，氣溫升高較多會導致7月平均氣溫和年平均氣溫較高，降低紅心獼猴桃種植的氣候適宜性。

致謝：本研究所使用的全球氣候模式氣候變化預估數(shù)據(jù)，由國家氣候中心研究人員對數(shù)據(jù)進行的整理、分析和惠許使用；原始數(shù)據(jù)由各模式組提供，由WGCM組織PCMDI搜集歸類；多模式數(shù)據(jù)集的維護由美國能源部科學辦公室提供資助，在此一并致謝。