氣候變化對(duì)新疆蘋果種植氣候適宜性的影響*

張山清，普宗朝，李新建，吉春容

(1.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺(tái)(新疆興農(nóng)網(wǎng)信息中心)，烏魯木齊 830002； 2.新疆烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830001)

0 引言

以氣候變暖為主要特征的全球變化已成為不爭的事實(shí)[1]。氣候變暖使中國大部分地區(qū)熱量資源增多，農(nóng)業(yè)氣候帶北移，作物生長季延長[2]，進(jìn)而對(duì)農(nóng)業(yè)種植制度、作物布局及農(nóng)作物品種熟性產(chǎn)生重要影響，但氣候變化及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響具有明顯的區(qū)域差異[3-4]。

中國是世界第一大蘋果生產(chǎn)國，光、熱、水等氣候條件是決定蘋果適宜種植區(qū)，影響蘋果產(chǎn)量高低、品質(zhì)優(yōu)劣的主要環(huán)境因素[5-8]。近年來有關(guān)氣候變暖背景下中國蘋果種植氣候適宜性及品質(zhì)變化的研究受到有關(guān)學(xué)者的關(guān)注。屈振江等[5]認(rèn)為，富士蘋果的氣候適宜區(qū)主要在中國黃土高原、環(huán)渤海灣和黃河古道，其中，黃土高原區(qū)氣候適宜度最高。魏欽平等[6]研究發(fā)現(xiàn)，渤海灣地區(qū)是富士、喬納金蘋果的優(yōu)質(zhì)栽培氣候區(qū)，西南高地局部是新紅星蘋果的最適生態(tài)區(qū)。余優(yōu)森等[7]研究證實(shí)，西北黃土高原、西秦嶺山地、川西北和川西南山地以及甘新等蘋果產(chǎn)地為中國蘋果品質(zhì)最優(yōu)區(qū)。白秀廣等[8]指出，氣候變暖對(duì)黃土高原蘋果種植有利，但對(duì)渤海地區(qū)將產(chǎn)生不利影響。

新疆位于中國西北邊陲，地處歐亞大陸腹地，光照充足，熱量豐富，降水稀少，空氣干燥，氣溫日較差大，屬典型的溫帶大陸性干旱氣候區(qū)，許多地區(qū)氣候條件適于蘋果生長發(fā)育，其中，以阿克蘇地區(qū)、伊犁河谷為代表的蘋果主產(chǎn)區(qū)所生產(chǎn)的蘋果，產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、色澤鮮艷、風(fēng)味濃郁，深受國內(nèi)外消費(fèi)者的青睞[9-10]。作為新疆特色林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，近年蘋果生產(chǎn)發(fā)展迅速， 2015年全疆蘋果種植面積4.608萬hm2，總產(chǎn)6.8486億kg。由于新疆地域遼闊，地形復(fù)雜，氣候多樣，各地氣候條件對(duì)蘋果種植的適宜程度也有很大差異。近年，新疆蘋果種植業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，部分地區(qū)出現(xiàn)了忽視氣候條件的適宜性而盲目擴(kuò)大種植面積，或種植區(qū)域不合理，導(dǎo)致蘋果遭受越冬凍害、高溫?zé)岷Φ绒r(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)增加，產(chǎn)量低而不穩(wěn)，品質(zhì)下降，嚴(yán)重影響了蘋果生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益[9-11]。

新疆日照充足，光照條件能夠滿足蘋果生長發(fā)育的需求； 雖降水稀少，但蘋果對(duì)水分條件的需求可通過灌溉得到有效保障。因此，在光、熱、水等各項(xiàng)氣候條件中熱量是決定新疆蘋果種植氣候適宜性的主要因素[9-10]。近年，一些學(xué)者對(duì)新疆氣候變化的研究表明，在全球變暖背景下，過去的50多年新疆氣候總體呈顯著變暖趨勢[12]，農(nóng)業(yè)熱量資源增多[13-14]，對(duì)新疆特色林果的種植總體較有利[15]，并有學(xué)者就氣候變化對(duì)紅棗、哈密瓜、釀酒葡萄等特色瓜果種植氣候適宜性的影響進(jìn)行了初步研究[16-18]，但有關(guān)氣候變化對(duì)新疆蘋果種植影響的研究目前還鮮有報(bào)道。文章擬在對(duì)1961—2015年影響新疆蘋果生產(chǎn)的主要?dú)夂蛞蛩貢r(shí)空變化進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)蘋果的生物學(xué)特性及其對(duì)氣候條件的要求，結(jié)合有關(guān)蘋果種植氣候適宜性判別指標(biāo)[5， 9]，就近55年新疆氣候變化對(duì)蘋果種植氣候適宜性的影響進(jìn)行研究和分析，以期為適應(yīng)氣候變化，充分發(fā)揮新疆種植蘋果有利的農(nóng)業(yè)氣候條件，規(guī)避不利氣象災(zāi)害的影響，科學(xué)制定新疆蘋果發(fā)展規(guī)劃，促進(jìn)蘋果生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選用新疆境內(nèi)102個(gè)資料序列較長的氣象站1961—2015年逐日平均氣溫、最低氣溫資料，以及各站地理坐標(biāo)和新疆地理信息數(shù)據(jù)，研究分析影響新疆蘋果生產(chǎn)的主要?dú)夂蛞蛩氐臅r(shí)空變化規(guī)律，并探討其對(duì)蘋果種植氣候適宜性的影響。研究區(qū)域和所選氣象站點(diǎn)見圖1。各站氣象數(shù)據(jù)、地理坐標(biāo)和新疆1： 50000地理信息數(shù)據(jù)由新疆氣象信息中心提供。

1.2 蘋果種植氣候適宜性指標(biāo)因子的確定

1.2.1 新疆蘋果生產(chǎn)與氣候條件的關(guān)系

(1)溫度

蘋果性喜溫涼半干旱氣候，溫度決定蘋果的分布區(qū)域，并對(duì)蘋果生長發(fā)育的各種生理活動(dòng)、生化反應(yīng)產(chǎn)生重要影響[9]。春季日平均氣溫穩(wěn)定升至3℃時(shí)蘋果地上部分開始活動(dòng)， 8℃左右開始生長， 9～12℃葉芽萌動(dòng)?；ㄆ诘倪m宜溫度為18℃左右，溫度過高、過低對(duì)花粉發(fā)芽和花粉管伸長均有不利影響。蘋果花芽分化、果實(shí)發(fā)育成熟期的夏、秋季(6—9月)溫度對(duì)產(chǎn)量形成和品質(zhì)優(yōu)劣有很大影響，一般該期間平均氣溫20～26℃較為適宜，溫度過高，果實(shí)著色不良，風(fēng)味、口感不佳，果型和耐貯性變差。果實(shí)成熟過程中，晝夜溫差大，有利于營養(yǎng)物質(zhì)的積累。

前人研究表明[9]，蘋果適宜栽培的溫度條件是，年平均氣溫8～14℃，夏季(6—8月)平均氣溫18～24℃。由于新疆冬季寒冷，越冬期凍害是北疆大部、天山山區(qū)等地制約蘋果栽培的主要?dú)庀鬄?zāi)害。冬季處于生理休眠狀態(tài)的蘋果直立越冬的溫度界限是最冷月平均氣溫不低于-12℃，當(dāng)極端最低氣溫低于-30℃即發(fā)生凍害，-35℃以下即可凍死。蘋果凍害不僅與冬季極端最低氣溫有關(guān)，與冬季低溫持續(xù)時(shí)間也有密切關(guān)系，日最低氣溫低于-20℃的日數(shù)超過24d，蘋果將遭受較嚴(yán)重的凍害[9，11]。另外，吐魯番、哈密盆地(以下簡稱吐哈盆地)以及塔里木盆地中、東部夏季炎熱，最高氣溫多在42℃以上，蘋果易發(fā)生日灼或遭受高溫?zé)岷?，蘋果產(chǎn)量低、品質(zhì)差[9]。

(2)光照

蘋果是喜光樹種，光照充足則枝葉健壯繁茂，樹體生理活動(dòng)強(qiáng)，花芽分化率高，結(jié)果多，著色好，品質(zhì)佳。一般年日照時(shí)數(shù)2 200～2 800h、日照百分率50%～60%適宜蘋果生長[9]。新疆年日照時(shí)數(shù)2 500～3 500h，蘋果生長期(4—10月)日照百分率為60%～70%，均高于蘋果生育期對(duì)光照條件的要求。

(3)水分

蘋果對(duì)水分條件要求較高，一般年降水量500～800mm才可滿足蘋果生長發(fā)育對(duì)水分條件的需求。新疆雖降水稀少，大部分地區(qū)年降水量不足200mm，但山區(qū)較豐沛的降水和高山冰川積雪融水所匯集的河川徑流和地下水，為蘋果灌溉提供了有效保障[9-10]。

1.2.2 蘋果種植氣候適宜性判別因子

根據(jù)上述分析并參考《新疆農(nóng)業(yè)氣候資源及區(qū)劃》[9]有關(guān)研究成果，確定新疆蘋果種植氣候適宜性判別因子及其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

1.3 各指標(biāo)氣候要素時(shí)空變化分析方法

分別用線性傾向率、累積距平以及t檢驗(yàn)[19]對(duì)1961—2015年新疆年平均氣溫、日最低氣溫≤-20℃日數(shù)、6—8月平均氣溫、1月平均氣溫的變化趨勢、突變特征進(jìn)行分析和檢測。采用混合插值法(宏觀地理因子的三維二次趨勢面模擬與反距離加權(quán)殘差訂正相結(jié)合)對(duì)各指標(biāo)氣候要素進(jìn)行500 m×500 m柵格點(diǎn)的空間插值模擬[12-14]。

表1 新疆蘋果種植氣候適宜性指標(biāo)因子及其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

指標(biāo)因子適宜次適宜不適宜年平均氣溫/℃8.0～14.06.0～7.9, 14.1～16.0≤5.9,>16.0日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)(d)≤2021～30>30夏季(6—8月)平均氣溫(℃)18.0～24.015.0～17.9, 24.1～26.0≤14.9,>26.0最冷月(1月)平均氣溫(℃)≥-12.0-12.1～-18.0≤-18.1

1.4 蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃方法

按照表1的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)新疆102個(gè)氣象站1961—2015年逐年平均氣溫、日最低氣溫≤-20℃日數(shù)、6—8月平均氣溫、1月平均氣溫4項(xiàng)指標(biāo)因子不同等級(jí)出現(xiàn)的頻率，組成單因子模糊矩陣R：

(1)

式(1)中，xi、yi、zi、qi(i=1， 2， 3)分別表示年平均氣溫、日最低氣溫≤-20℃日數(shù)、6—8月平均氣溫和1月平均氣溫在適宜、次適宜、不適宜范圍內(nèi)出現(xiàn)的頻率。

根據(jù)所選各氣候因子對(duì)蘋果生產(chǎn)影響的程度，給出權(quán)重。據(jù)文獻(xiàn)[9]，確定年平均氣溫、日最低氣溫≤-20℃日數(shù)、6—8月平均氣溫和1月平均氣溫的權(quán)重a1、a2、a3和a4分別為0.2、0.2、0.3和0.3，以A表示：

(2)

因此，可得綜合評(píng)判式[9]：

B=A·R

(3)

模糊綜合評(píng)判級(jí)值的劃分應(yīng)能夠反映各氣候因子對(duì)蘋果生長發(fā)育的綜合適宜程度，根據(jù)文獻(xiàn)[9]，給出新疆蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)見表2。

表2 新疆蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)

分區(qū)名稱適宜程度比例(%)不適宜程度比例(%)農(nóng)業(yè)意義適宜種植區(qū)>70<10蘋果種植的農(nóng)業(yè)氣候條件優(yōu)良,果實(shí)產(chǎn)量高、品質(zhì)佳; 蘋果樹直立越冬安全性較高次適宜種植區(qū)35～7010～35蘋果種植的農(nóng)業(yè)氣候條件中等,果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)低于適宜種植區(qū); 需采取適當(dāng)保護(hù)措施才能確保蘋果樹直立越冬的安全性不適宜種植區(qū)≤35≥35熱量條件難以滿足蘋果生長發(fā)育的要求; 冬季嚴(yán)寒,蘋果樹難以安全越冬

將利用式(1)～(3)計(jì)算出的全疆各站綜合適宜度評(píng)判值，在ArcGis10.0平臺(tái)上對(duì)其柵格化插值模擬，并進(jìn)行分級(jí)、疊加處理，即可獲得綜合考慮各指標(biāo)氣候要素的新疆蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃。

2 各指標(biāo)氣候要素變化趨勢和突變特征

2.1 年平均氣溫

1961—2015年，新疆年平均氣溫總體以0.305℃/(10年)的傾向率呈極顯著(P=0.001)的升高趨勢(圖2)， 55年來升高了1.7℃。累積距平和t檢驗(yàn)表明(表3)，近55年新疆年平均氣溫于1997年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均氣溫升高了1.1℃。

圖2 1961—2015年新疆年平均氣溫變化 圖3 1961—2015年新疆日最低氣溫≤-20℃日數(shù)變化

表3 新疆蘋果種植氣候適宜性指標(biāo)因子突變點(diǎn)信度檢驗(yàn)

氣候要素檢測點(diǎn)n1n2|t0|年平均氣溫(℃)199736197.7209***日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)(d)198524314.6402***夏季(6—8月)平均氣溫(℃)199736197.1382***最冷月(1月)平均氣溫(℃)197918372.4074* n1、n2分別為檢測點(diǎn)前后氣候要素序列的樣本數(shù)。*、***分別表示通過α=0.05和α=0.001的顯著性檢驗(yàn)

2.2 日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)

1961—2015年，新疆日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)總體以-1.987d/(10年)的傾向率呈極顯著(P=0.001)減少趨勢(圖3)， 55年來減少了10.9d。累積距平和t檢驗(yàn)表明(表3)，近55年新疆日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)于1985年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均日最低氣溫≤-20℃日數(shù)減少了7.4d。

2.3 夏季(6—8月)平均氣溫

1961—2015年，新疆6—8月平均氣溫總體以0.210℃/(10年)的傾向率呈極顯著(P=0.001)升高趨勢(圖4)， 55年來升高了1.2℃。累積距平和t檢驗(yàn)表明(表3)，近55年新疆6—8月平均氣溫于1997年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均6—8月平均氣溫升高了0.8℃。

圖4 1961—2015年新疆夏季(6—8月)平均氣溫變化 圖5 1961—2015年新疆1月平均氣溫變化

2.4 (1月)平均氣溫

1961—2015年，新疆1月平均氣溫總體以0.242℃/(10年)的傾向率呈顯著(P=0.05)升高趨勢(圖5)， 55年來升高了1.3℃。累積距平和t檢驗(yàn)表明(表3)，近55年新疆1月平均氣溫于1979年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均1月平均氣溫升高了1.3℃。

上述分析表明，近55年新疆年平均氣溫、夏季(6—8月)平均氣溫和最冷月(1月)平均氣溫顯著升高，冬季日最低氣溫≤-20℃日數(shù)顯著減少，并且上述各氣候要素均發(fā)生了突變，但突變點(diǎn)各異，其中體現(xiàn)冬季寒冷程度的日最低氣溫≤-20℃日數(shù)和1月平均氣溫發(fā)生突變較早(分別為1985年1979年)，年平均氣溫和6—8月平均氣溫較晚(為1997年)，其原因主要是，新疆氣候變暖具有明顯的季節(jié)不均衡性，其中，冬季變暖速率和變暖幅度高于其他各季的緣故[11]。

3 各指標(biāo)氣候要素空間分布及其變化

為便于分析，也為了體現(xiàn)各指標(biāo)氣候要素的變化對(duì)蘋果種植氣候適宜性的綜合影響，該文以發(fā)生突變最遲的年平均氣溫、6—8月平均氣溫的突變點(diǎn)1997年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，分析1997年前(1961—1996年)、后(1997—2015年)各要素空間分布的差異。

3.1 年平均氣溫

新疆年平均氣溫空間分布呈現(xiàn)南疆高，北疆低； 平原和盆地高，山區(qū)低的格局(圖6)。按照對(duì)蘋果種植適宜性劃分的年平均氣溫的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)， 1997年前，年平均氣溫14.1～16.0℃的區(qū)域僅在吐魯番盆地腹地有少量出現(xiàn)； 塔里木盆地自北向南海拔1 500～2 200m以下，吐哈盆地海拔1200m以下，準(zhǔn)噶爾盆地西南緣局部以及伊犁河谷平原地帶為8.1～14.0℃； 北疆沿天山大部、伊犁河谷丘陵地帶以及塔里木盆地、吐哈盆地周邊低山、丘陵地帶6.1～8.0℃； 北疆北部，阿爾泰山、天山山區(qū)以及昆侖山中高山帶年平均氣溫低于6.0℃(圖6a)。1997年后較其之前，各等級(jí)年平均氣溫溫度帶的海拔上限均不同程度地抬升，北疆抬升了150～200m，南疆抬升100～150m，受其影響，吐魯番盆地年平均氣溫14.1～16.0℃的區(qū)域略有擴(kuò)大； 南、北疆8.1～14.0℃的區(qū)域也有所擴(kuò)大，其中北疆?dāng)U大較為明顯； 年平均氣溫6.1～8.0℃以及低于6.0℃的區(qū)域有所減小(圖6b)。

3.2 日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)

新疆日最低氣溫≤-20℃日數(shù)空間分布呈現(xiàn)南疆少，北疆多； 平原和盆地少，山區(qū)多的格局(圖7)。按照對(duì)蘋果種植不同適宜性劃分的日最低氣溫≤-20℃日數(shù)的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)， 1997年前，南疆和東疆除山區(qū)外的絕大部分地區(qū)以及北疆伊犁河谷日最低氣溫≤-20℃日數(shù)少于20d； 日最低氣溫≤-20℃日數(shù)21—30d的區(qū)域較小，僅在塔里木盆地、吐哈盆地周邊低山丘陵地帶，伊犁河谷低山帶，塔額盆地，北疆沿天山中東部等局部區(qū)域有少量分布； 北疆大部，阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)在30d以上(圖7a)。

1997年后較其之前，南疆日最低氣溫≤-20℃日數(shù)的空間分布格局無明顯變化，只是少于20d的區(qū)域略有增大，而21—30d以及30d以上的區(qū)域向高海拔方向略有抬升并壓縮。北疆變化較大，具體表現(xiàn)為，日最低氣溫≤-20℃日數(shù)少于20d的區(qū)域略有增大， 21—30d的區(qū)域明顯增大，而日最低氣溫≤-20℃日數(shù)30d以上的區(qū)域則明顯減小(圖7b)。

3.3 夏季(6—8月)平均氣溫

新疆夏季平均氣溫空間分布總體呈現(xiàn)平原和盆地高，山區(qū)低的格局(圖8)。1997年前，夏季平均氣溫高于26.0℃的區(qū)域主要分布在吐哈盆地中部、塔里木盆地東北部羅布泊地區(qū)，北疆僅在克拉瑪依以及淖毛湖、三塘湖山間盆地有零星出現(xiàn)； 塔里木盆地大部、北疆沿天山中西部山前低平原以及吐哈盆地周邊洪積平原地帶為24.1～26.0℃； 北疆大部、伊犁河谷、塔里木盆地和吐哈盆地周邊丘陵地帶為18.1～24.0℃； 阿爾泰山、天山以及昆侖山低山帶15.1～18.0℃，中高山帶低于15.0℃(圖8a)。

1997年后較其之前，各級(jí)夏季平均氣溫帶的海拔上限均不同程度地抬升，其中北疆抬升100～150m，南疆抬升60～100m，受其影響，吐哈盆地、塔里木盆地東北部夏季平均氣溫高于26.0℃的區(qū)域明顯擴(kuò)大，另在準(zhǔn)噶爾盆地西南緣也有一定規(guī)模的出現(xiàn)； 24.1～26.0℃的區(qū)域在北疆有所擴(kuò)大，而南疆變化不明顯； 18.1～24.0℃、15.1～18.0℃和低于15.0℃的區(qū)域在南、北疆均向高海拔、高緯度方向略呈抬升、壓縮之勢(圖8b)。

3.4 1月平均氣溫

新疆1月平均氣溫空間分布總體呈現(xiàn)南疆高，北疆低； 平原和盆地高，高山帶低的特點(diǎn)(圖9)。1997年前，南疆、東疆以及伊犁河谷大部1月平均氣溫高于-12.0℃，另外，北疆塔額盆地1月平均氣溫也在-12.0℃以上； 北疆大部，天山、昆侖山中低山帶為-17.9～-12.0℃； 北疆東北部、阿爾泰山區(qū)以及天山、昆侖山高山帶低于-18.0℃(圖9a)。

1997年后較其之前，各等級(jí)1月平均氣溫的海拔上限均不同程度地抬升，北疆抬升了200～250m，南疆抬升150～200m，受其影響， 1月平均氣溫高于-12.0℃的區(qū)域有所擴(kuò)大； -17.9～-12.0℃和低于-18.0℃的區(qū)域有所減小(圖9b)。

4 蘋果種植氣候適宜性的變化及其分區(qū)評(píng)述

將根據(jù)表1～2以及式(1)～(3)計(jì)算獲取的全疆102個(gè)氣象站點(diǎn)1997年前、后年平均氣溫、日最低氣溫≤-20℃日數(shù)、6—8月平均氣溫、1月平均氣溫等影響蘋果種植的4項(xiàng)指標(biāo)因子的綜合適宜性評(píng)判結(jié)果，在ArcGis10.0平臺(tái)上進(jìn)行柵格化疊加處理，獲得了綜合考慮各指標(biāo)氣候要素變化的1997年前、后新疆蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃(圖10)。

4.1 適宜種植區(qū)

1997年前新疆蘋果適宜種植區(qū)主要在南疆的阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)大部，喀什地區(qū)東部，巴音郭楞蒙古自治州西部，克孜勒蘇柯爾克孜自治州西南部以及北疆伊犁河谷海拔1 400m以下的河谷平原地帶，另在南疆焉耆盆地和哈密盆地也有零星分布(圖10a)，面積0.334 910億hm2，占新疆總面積的20.1%。1997年后較其之前，南疆蘋果適宜種植區(qū)除焉耆盆地有所擴(kuò)大、克孜勒蘇柯爾克孜自治州變化不大外，其余各地均明顯減小，主要分布區(qū)域壓縮到了阿克蘇地區(qū)中西部、和田地區(qū)北部、喀什地區(qū)東北部的范圍內(nèi)。而同期北疆的蘋果適宜種植區(qū)略有擴(kuò)大，表現(xiàn)為，除伊犁河谷略有擴(kuò)大外，另在塔額盆地、北疆沿天山低山丘陵等冬季逆溫帶也有少量出現(xiàn)(圖10b)。受上述變化的共同影響， 1997年后蘋果適宜種植區(qū)面積降至0.127 011億hm2，較1997年前減小了0.207 899億hm2，減小12.5個(gè)百分點(diǎn)(表4)。

圖6 1961—1996年(a)和1997—2015年(b)新疆年平均氣溫空間分布

圖7 1961—1996年(a)和1997—2015年(b)新疆日最低氣溫≤-20℃日數(shù)空間分布

圖8 1961—1996年(a)和1997—2015年(b)新疆夏季平均氣溫空間分布

圖9 1961—1996年(a)和1997—2015年(b)新疆1月平均氣溫空間分布

圖10 1961—1996年(a)和1997—2015年(b)新疆蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃

蘋果適宜種植區(qū)氣候溫和，絕大多數(shù)年份年平均氣溫在4.0～14.0℃、6—8月平均氣溫18.0～24.0℃、1月平均氣溫-12.0℃以上、6—8月平均氣溫18.0～24.0℃、日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)在20天以下，綜合氣候條件的適宜比例在70%以上，不適宜比例低于10%，夏季高溫天氣少，冬季氣溫較高，蘋果樹遭受越冬凍害和高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)低，加之光照充足，氣溫日較差大，對(duì)蘋果生長發(fā)育、產(chǎn)量形成以及果實(shí)品質(zhì)的提高均有利，因此，是新疆蘋果種植最理想的發(fā)展區(qū)域。

1997年后較其之前南疆蘋果適宜種植區(qū)大幅壓縮的氣候成因主要是，原先夏季溫度條件適宜的南疆南部地區(qū)，因氣候變暖、溫度升高，夏季溫度超出了其適宜范圍而變成了次適宜區(qū)； 北疆則受氣候變暖之利，部分地區(qū)蘋果越冬凍害的風(fēng)險(xiǎn)降低，由次適宜區(qū)變成了適宜區(qū)。

表4 1997年前后新疆蘋果種植不同氣候適宜區(qū)面積的變化

1961—1996年1997—2015年1997年前后變化量面積(萬hm2)占比百分率(%)面積(萬hm2)占比百分率(%)面積(萬hm2)占比百分率(%)適宜種植區(qū)3 349.1020.1 1 270.117.6 -2 078.99-12.5 次適宜種植區(qū)5 566.6633.4 8 319.5550.0 2 752.8916.6 不適宜種植區(qū)7 733.2446.4 7 059.3542.4 -673.89-4.0 合計(jì)16 649.00100.0 16 649.01100.0 00.0

4.2 次適宜種植區(qū)

1997年前新疆蘋果次適宜種植區(qū)主要在南疆的塔里木盆地周邊山前傾斜平原及低山丘陵地帶，東疆的吐哈盆地大部以及北疆準(zhǔn)噶爾盆地周邊低山丘陵和洪積平原地帶(圖10a)，面積5 566.66萬hm2，占新疆總面積的33.4%(表4)。1997年后較其之前，蘋果次適宜種植區(qū)在南、北疆均明顯擴(kuò)大(圖10b)，其面積增至8 319.55萬hm2，較1997年前增大了2 752.89萬hm2、16.6個(gè)百分點(diǎn)。

次適宜種植區(qū)氣候條件對(duì)蘋果種植的適宜程度總體遜于適宜區(qū)，綜合氣候條件適宜比例為35%～70%、不適宜比例10%～35%。但各地影響蘋果種植氣候適宜性的因素不同，南疆主要是年平均氣溫和夏季平均氣溫高于適宜種植區(qū)，多數(shù)年份分別在14.1～16.0℃和24.1～26.0℃，氣溫偏高對(duì)蘋果優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)具有一定不利影響。北疆則是由于冬季氣溫低，次適宜種植區(qū)1月平均氣溫多在-12.1～-18.0℃，日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)21～30d，蘋果樹直立越冬具有一定的凍害風(fēng)險(xiǎn)。

1997年后較其之前，新疆蘋果種植氣候次適宜區(qū)擴(kuò)大的成因各地也有所不同。南疆主要是，第一，夏季氣溫升高，導(dǎo)致原先塔里木盆地南部的適宜區(qū)變成了次適宜區(qū)； 第二，氣候變暖使次適宜區(qū)海拔上限抬升，面積擴(kuò)大。北疆則是由于氣候變暖，蘋果越冬凍害的風(fēng)險(xiǎn)降低，部分地區(qū)由原先的不適宜區(qū)變成了次適宜區(qū)。

4.3 不適宜種植區(qū)

北疆準(zhǔn)噶爾盆地大部以及阿爾泰山、天山和昆侖山中高山帶冬季嚴(yán)寒， 1月平均氣溫多在-18.0℃以下，日最低氣溫≤-20℃的日數(shù)在30d以上，蘋果樹難以安全越冬，即使采取覆蓋等冬季防凍措施，由于該區(qū)大部分區(qū)域年平均氣溫低于6.0℃、夏季(6—8月)平均氣溫低于15.0℃，也難以滿足蘋果生長發(fā)育和產(chǎn)量形成對(duì)熱量條件的基本需求，綜合氣候條件的適宜比例低于35%，而不適宜比例高于35%。因此是蘋果的不適宜種植區(qū)(圖10)。1997年前其面積為7 733.24萬hm2，占新疆總面積的46.4%， 1997年后降至7 059.35萬hm2，縮小了673.89萬hm2，縮小4.0個(gè)百分點(diǎn)(表4)。

1997年后較其之前新疆蘋果不適宜種植區(qū)縮小的原因是，氣候變暖使次適宜種植區(qū)向高海拔、高緯度方向抬升、擴(kuò)大，不適宜種植區(qū)被壓縮之故。

5 結(jié)論與討論

(1)近55年，影響新疆蘋果種植的主要?dú)夂蛞啬昶骄鶜鉁亍?—8月平均氣溫和1月平均氣溫均顯著升高，冬季日最低氣溫≤-20℃日數(shù)顯著減少，并且上述各要素分別于1979年、1985年和1997年發(fā)生了突變。

(2)年平均氣溫、6—8月平均氣溫和1月平均氣溫的空間分布總體呈現(xiàn)南疆高，北疆低； 平原和盆地高，山區(qū)低的特點(diǎn)。日最低氣溫≤-20℃日數(shù)空間分布呈現(xiàn)南疆少，北疆多； 平原和盆地少，山區(qū)多的格局。

(3)受氣候變暖的影響， 1997年后較其之前，新疆蘋果適宜種植區(qū)明顯減小； 次適宜種植區(qū)明顯擴(kuò)大，不適宜種植區(qū)有所減小。

(4)氣候變暖對(duì)新疆蘋果種植既有利也有弊，但總體弊大于利。有利的方面主要是，氣候變暖使以前因熱量條件不足或越冬凍害風(fēng)險(xiǎn)較大不宜種植蘋果的北疆部分地區(qū)以及天山、昆侖山低海拔區(qū)域成為蘋果的次適宜種植區(qū)，因而蘋果可種植區(qū)(含適宜和次適宜種植區(qū))增大，不宜種植區(qū)減小。不利的方面是，對(duì)熱量資源本已十分豐富的吐哈盆地以及塔里木盆地部分地區(qū)而言，氣候變暖使蘋果果實(shí)主要生長期的夏季氣溫升高并超出其生長發(fā)育的適宜范圍，導(dǎo)致適宜種植區(qū)縮小。因此，各地須根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)及其變化情況，調(diào)整蘋果發(fā)展規(guī)劃和種植區(qū)域，并針對(duì)制約蘋果種植的不利氣候條件，采取趨利避害的技術(shù)措施，科學(xué)應(yīng)對(duì)，促進(jìn)蘋果生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。

需要指出的是，蘋果種植區(qū)域的確定不僅受以熱量條件為主的氣候因素的影響[20]，同時(shí)還與市場狀況、種植技術(shù)、土壤和灌溉條件等因素密不可分[8-9]，因此，在該研究工作的基礎(chǔ)上，統(tǒng)籌考慮自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)因素的綜合影響，制定更加符合實(shí)際的新疆蘋果種植區(qū)劃和發(fā)展規(guī)劃，是今后有關(guān)新疆蘋果種植業(yè)發(fā)展的主要研究工作之一。