區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度及其對(duì)種植活動(dòng)的響應(yīng)
——以四川省鹽亭縣為例

羅懷良, 閆 寧

四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院,西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610101

區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度及其對(duì)種植活動(dòng)的響應(yīng)
——以四川省鹽亭縣為例

羅懷良*, 閆 寧

四川師范大學(xué)地理與資源科學(xué)學(xué)院,西南土地資源評(píng)價(jià)與監(jiān)測教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 成都 610101

在分析鹽亭縣近63年來(1950—2012)種植業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)上,選取該縣農(nóng)村社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)穩(wěn)定的近32年(1981—2012)為研究時(shí)段。運(yùn)用農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候適宜度方法,依據(jù)水稻、紅薯、玉米、小麥和油菜等5種主要作物生育期的光、熱、水等氣候條件,分別估算各種作物的資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù)和利用指數(shù),構(gòu)建小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度模型和種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響度模型,進(jìn)行小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度以及種植活動(dòng)對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的影響度估算,并對(duì)種植業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣候變化的適應(yīng)進(jìn)行探討。研究結(jié)果表明,(1)近32年來鹽亭縣大春作物的平均資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù)和利用指數(shù)(分別為0.578、0.281和48.37%)均大于小春作物(分別為0.304、0.128和42.24%),大春作物的氣候適宜度高于小春作物,且作物間的氣候適宜度差異較大。(2)受季風(fēng)氣候波動(dòng)的影響,該縣作物氣候適宜度有明顯的年際波動(dòng)；該縣近32年來氣候變化對(duì)大春作物氣候適宜度有輕微不利影響,而對(duì)小春作物氣候適宜度趨于有利。(3)鹽亭縣近32年來種植業(yè)平均的資源適宜指數(shù)為0.466、效能適宜指數(shù)為0.212、利用指數(shù)為45.49%；受5種作物資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù),以及作物播種面積與產(chǎn)量年際波動(dòng)的綜合影響,該縣種植業(yè)氣候適宜度亦有明顯的年際波動(dòng)；氣候變化對(duì)該縣種植業(yè)氣候適宜度總體上有不利影響。(4)近32年來該縣種植活動(dòng)對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的影響度平均值為0.00092,其年際波動(dòng)較大。通過作物種植組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整,在20世紀(jì)90年代中期前對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的提高有微弱的正向影響,對(duì)氣候變化有一定程度的適應(yīng)；而后期則有負(fù)向作用。

作物；種植業(yè)；氣候適宜度；種植活動(dòng)；氣候變化

農(nóng)業(yè)是氣候變化最敏感的部門之一,農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候具有很強(qiáng)的季節(jié)性和地域性,受自然和人文的雙重影響,使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成為一個(gè)具有復(fù)雜生化機(jī)制的生態(tài)系統(tǒng)[1]。20世紀(jì)80年代,國內(nèi)學(xué)者運(yùn)用系統(tǒng)論思想和模糊數(shù)學(xué)方法建立了農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候適宜度的研究方法[2-3],促進(jìn)了農(nóng)業(yè)氣候資源分析、評(píng)價(jià)客觀化和模糊定量化[4]。隨后,國內(nèi)學(xué)者在氣候要素對(duì)作物適宜度的隸屬函數(shù)建立、作物氣候適宜度估算、不同尺度農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候資源的分區(qū)與分類評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行了大量研究[5-8]。此前的研究主要集中在氣候要素對(duì)具體作物的適宜上,缺乏區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的綜合研究,也少有考慮種植生產(chǎn)活動(dòng)的影響；且多為靜態(tài)研究,對(duì)氣候變化背景下的動(dòng)態(tài)研究尚未見報(bào)道。

在氣候變化影響擴(kuò)大,而減緩行動(dòng)推進(jìn)緩慢的形勢下,制定有效的氣候變化適應(yīng)對(duì)策已成為當(dāng)前應(yīng)對(duì)氣候變化的共識(shí)和明智選擇[9-13]。氣候變化對(duì)以自然資源為生產(chǎn)基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)特別是種植業(yè)的影響尤為明顯,我國種植業(yè)以家庭小規(guī)模生產(chǎn)經(jīng)營為主,其對(duì)氣候變化的適應(yīng)多表現(xiàn)為自發(fā)適應(yīng)。國內(nèi)外學(xué)者就農(nóng)戶對(duì)氣候變化的感知和適應(yīng)進(jìn)行了大量研究[14-17],并形成基于家庭尺度的“感知-適應(yīng)”研究框架[18]。進(jìn)行氣候變化背景下區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的動(dòng)態(tài)估算及其種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響,可以定量評(píng)估區(qū)域種植業(yè)的氣候資源,也可以為進(jìn)一步探究區(qū)域種植活動(dòng)對(duì)氣候變化的適應(yīng)奠定基礎(chǔ)。

本研究以位于川中丘陵地區(qū)、地形與氣候等自然條件相對(duì)一致的縣級(jí)小尺度區(qū)域——鹽亭縣為研究對(duì)象,選取政策因素、生產(chǎn)條件和生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期為研究時(shí)段,將該時(shí)段氣候變化與種植活動(dòng)綜合起來,構(gòu)建小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度模型和種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響度模型,探討小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度、種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響度,以期對(duì)小尺度區(qū)域種植業(yè)活動(dòng)對(duì)氣候變化的適應(yīng)進(jìn)行探討。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 鹽亭縣概況

本研究以四川省鹽亭縣為研究對(duì)象。該縣位于川中丘陵地區(qū)中北部,介于105°12′17″E—105°43′20″E和30°58′31″N—31°29′40″N之間,面積1645.45km2。2012 年末總?cè)丝?9.9萬人,人口密度為364人/km2,城市人口10.8萬人,城市化水平較低(18.0%)。該縣是一個(gè)典型的山丘縣,地貌以丘陵和低山為主(分別占33.6%和40.2%)[19]。該縣屬中亞熱帶季風(fēng)氣候,四季分明,降雨集中。鹽亭縣從20世紀(jì)60年代初開始有計(jì)劃地植樹造林,特別是通過70年代的大規(guī)模造林,在川中丘陵地區(qū)形成了典型的農(nóng)林復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)模式[19-20]。受人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響,地帶性植被(亞熱帶常綠闊葉林)幾乎完全被人工榿(木)柏(木)混交林、次生柏樹小喬、茅草灌叢、濕生水生群落和農(nóng)作物等替代。該縣是川中丘陵地區(qū)紫色土的主要分布區(qū)之一,土壤以紫色土和水稻土為主,分別占耕地面積的72.8%和23.26%。

2012年鹽亭縣三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的比例為36.4∶37.5∶26.1。從總體上講,該縣經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)仍處于較低發(fā)展層次,是一個(gè)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后的農(nóng)業(yè)大縣。該縣種植業(yè)一年兩熟,以糧食生產(chǎn)為主,兼有部分經(jīng)濟(jì)作物。大春主要種植水稻、玉米、甘薯、花生、芝麻、高粱、大豆等。而小春主要種植小麥、油菜、馬鈴薯等。本研究選取該縣種植面積和產(chǎn)量均較大的水稻、玉米、紅薯、小麥和油菜等5種主要作物為代表,進(jìn)行區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度及種植活動(dòng)的影響研究。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究中所涉及到的鹽亭縣作物種植制度、歷年耕地面積、5種主要作物(水稻、紅薯、玉米、小麥和油菜)的生育期、歷年播種面積和產(chǎn)量(單產(chǎn)和總產(chǎn)量)等種植業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)均來源于《鹽亭縣志》[19]、《鹽亭縣土壤》(鹽亭縣農(nóng)業(yè)局、土壤普查辦公室,1984年10月)、《鹽亭統(tǒng)計(jì)年鑒1998(鹽亭縣建國五十年歷史資料)》(鹽亭縣統(tǒng)計(jì)局,1999年9月)和《鹽亭縣統(tǒng)計(jì)年鑒1999—2013》(鹽亭縣統(tǒng)計(jì)局,1999—2013年),以及野外田間調(diào)查資料等。結(jié)合前人研究和鹽亭縣相關(guān)資料[20],鹽亭縣5種作物的生育期為：水稻從4到9月,玉米從4到8月,甘薯從6到10月,小麥從第1年的10月至次年4月,油菜從第1年的11月至次年4月。近32 年來(1981—2012)鹽亭縣的逐月氣溫、日照百分率、降水量和蒸發(fā)量等氣象數(shù)據(jù)均來自于該縣氣象局觀測資料。

2 鹽亭縣種植業(yè)生產(chǎn)分析及研究時(shí)段選取

2.1 鹽亭縣種植業(yè)生產(chǎn)發(fā)展特征

鹽亭縣近63年來(1950—2012)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料顯示,水稻、紅薯、玉米、小麥和油菜等5種作物的播種面積占全縣農(nóng)作物總播種面積的77%以上,是該縣10多種作物中的主要作物。一般而言,作物單產(chǎn)水平是種植業(yè)生產(chǎn)水平的重要標(biāo)志之一。對(duì)該縣近63年來5種主要作物的單產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),其變化情況見圖1。

圖1 鹽亭縣近63年來主要農(nóng)作物單產(chǎn)變化圖Fig.1 Change of main crops′ per units yield in Yanting County during the last 63 years

從圖1中可以看出,鹽亭縣近63年來(1950—2012)種植業(yè)生產(chǎn)發(fā)展有以下特征：(1)該縣5種作物的單產(chǎn)均呈上升趨勢。(2)該縣種植業(yè)發(fā)展有一個(gè)十分明顯的分界點(diǎn)：20世紀(jì)80年代初。此前,作物單產(chǎn)持續(xù)增長；而后期單產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定。這表明,該縣種植業(yè)生產(chǎn)水平在20世紀(jì)80年代以后進(jìn)入一個(gè)產(chǎn)量較高、并相對(duì)穩(wěn)定的階段。

2.2 研究時(shí)段的選取及研究時(shí)段的氣候變化

20世紀(jì)80年代初我國農(nóng)村宏觀經(jīng)濟(jì)政策(特別是土地利用政策)發(fā)生重大改革[21]。從1980年開始實(shí)施聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制后,農(nóng)村及農(nóng)業(yè)宏觀政策進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的時(shí)期。在這種相對(duì)穩(wěn)定的宏觀社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下,鹽亭縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和種植技術(shù)變化不大、種植業(yè)生產(chǎn)水平相對(duì)穩(wěn)定。其種植業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣候變化的適應(yīng)主要表現(xiàn)為農(nóng)戶自發(fā)的作物種植組合調(diào)整(包括主動(dòng)和被動(dòng)調(diào)整),適應(yīng)機(jī)制相對(duì)一致。故本研究選取農(nóng)村實(shí)行聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制以來社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)穩(wěn)定的近32年(1981—2012)為研究時(shí)段,進(jìn)行區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度及種植活動(dòng)的影響研究。

圖2 鹽亭縣近32年來年平均氣溫曲線與年降水量柱狀圖Fig.2 The annual average temperature curve and precipitation histogram of Yanting County during the last 32 years

與我國其他大部分地區(qū)近100 年來顯著增溫的趨勢不一致,該縣近半個(gè)世紀(jì)(1960—2005)存在較為明顯的先降溫后升溫、趨干和日照相對(duì)穩(wěn)定的特征[22]。本文對(duì)鹽亭縣近32年來(1981—2012)年平均氣溫和年降水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖2)?？梢钥闯?從20世紀(jì)80年代起,該縣年平均氣溫有逐步上升的趨勢(20世紀(jì)80年代的年平均溫為16.39℃,90年代為16.62℃,21世紀(jì)第1個(gè)10年為16.97℃),而年降水量存在下降趨勢(20世紀(jì)80年代的年平均降水量為946.5mm,90年代為937.0 mm,21世紀(jì)第1個(gè)10年為788.3 mm)。該時(shí)段的氣候變化與全球氣候變化的大趨勢存在相似性。

3 區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度及種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響度估算

農(nóng)業(yè)(種植業(yè))對(duì)氣候變化的反映敏感而脆弱,由于其投資見效周期短,相對(duì)于其它行業(yè)又更容易適應(yīng)[9]。農(nóng)業(yè)(種植業(yè))可以通過調(diào)整種植制度和布局、選育良種、加強(qiáng)氣候?yàn)?zāi)害防控、完善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施等措施[23]來適應(yīng)氣候變化。本文擬運(yùn)用農(nóng)業(yè)生態(tài)氣候適宜度方法,在估算作物氣候適宜度的基礎(chǔ)上,構(gòu)建小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度模型和種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響度模型,進(jìn)而估算區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度及種植活動(dòng)對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的影響度。

3.1 作物氣候適宜度的估算

本文采用農(nóng)業(yè)氣候適宜度的方法[7],進(jìn)行鹽亭縣作物氣候適宜度及動(dòng)態(tài)估算：首先根據(jù)作物生長的三基點(diǎn)溫度、日照百分率臨界點(diǎn)以及降水中可供蒸散量與農(nóng)田最大蒸散量等指標(biāo),用模糊子集的升半嶺形和降半嶺形分布以及降半正態(tài)分布和升半正態(tài)分布等[24]對(duì)應(yīng)取交,分別建立氣溫、日照時(shí)數(shù)與降水量對(duì)作物生長的適宜隸屬函數(shù)。再對(duì)作物氣候要素適宜隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合,求取資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù)與利用指數(shù)來表征作物的氣候適宜度。

光、熱、水等氣候要素對(duì)作物生長的適宜隸屬函數(shù)分別見公式(1)—(3)[7]：

(1)

式中,ST(ti)為溫度適宜隸屬函數(shù)；ti為i時(shí)段(月)的平均溫度；tL、tH、tS1和tS2分別為作物生長三基點(diǎn)溫度的最低溫度、最高溫度,以及最適溫度的上、下限。5種作物的三基點(diǎn)溫度值依據(jù)文獻(xiàn)[25-27]確定。

(2)

式中,SR(fi) 為日照時(shí)數(shù)隸屬函數(shù)；fi為i時(shí)段(月)的日照百分率；f0為日照百分率的臨界點(diǎn),本文取各月日照百分率的70%[5]；br為常數(shù), 通過擬合求得。

(3)

式中,SW(pi)為水分隸屬函數(shù)；pi為i時(shí)段(月)的降水量；c為地表和滲入地下的流出量占降水量的比例系數(shù),一般取作0.2[28]；Kc為作物系數(shù),水稻、玉米、甘薯、小麥和油菜等5種作物的Kc值分別取作[26]： 1.30、1.20、1.10、0.95和0.90；α為系數(shù),介于0.80—1.20[26],本文結(jié)合實(shí)際情況將α取作1.20；Epi為i時(shí)段(月)小型蒸發(fā)皿(d=200mm,h=100mm)的實(shí)測蒸發(fā)量;bw為常數(shù), 通過擬合求得。

各種作物的資源適宜指數(shù)Isr、效能適宜指數(shù)Ise的計(jì)算見公式(4)和(5)[4,7]：

(4)

(5)

式中,ST(ti)、SR(fi)和SW(pi)分別為i時(shí)段的溫度、日照和水分對(duì)作物生長的適宜隸屬函數(shù)值。n為作物生育期的持續(xù)月數(shù)。Isr為資源適宜指數(shù),表示作物在生育期內(nèi)氣候要素資源的適宜狀況。Ise為效能適宜指數(shù),表示作物在生育期內(nèi)光、熱、水配合的適宜程度。將資源適宜指數(shù)Isr與效能適宜指數(shù)Ise進(jìn)行對(duì)比,可以得出作物的利用指數(shù)K,即K=Ise/Isr。K值愈大,氣候資源的利用率愈高；反之利用率愈低。

3.2 小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的估算

3.2.1 小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度模型的構(gòu)建

受氣候等自然環(huán)境的制約以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的影響,每個(gè)區(qū)域都有自己的種植制度(如熟制、適宜種植的作物以及作物結(jié)構(gòu)等)以及種植條件(包括作物品種選育、種植經(jīng)營管理、災(zāi)害防控及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施等)。在地形起伏不大的縣級(jí)小尺度區(qū)域,其內(nèi)部的氣候、社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景條件均相對(duì)一致。在討論這類小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度時(shí),可以忽略其內(nèi)部差異,將區(qū)域視為一個(gè)相對(duì)一致的整體。

區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度(即各種作物氣候適宜度的綜合)既受氣候條件的制約,也有種植活動(dòng)的影響。其中,氣候變化通過影響作物的氣候適宜度而影響區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度。而種植活動(dòng)則主要是通過調(diào)節(jié)作物種植組合的比例結(jié)構(gòu),以及通過改進(jìn)種植方式和改善種植條件等方式影響區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度。在本文選取的研究時(shí)段內(nèi)鹽亭縣種植業(yè)生產(chǎn)相對(duì)穩(wěn)定,其作物品種選育、種植經(jīng)營管理(種植技術(shù)、田間管理等)、災(zāi)害防控(氣象災(zāi)害與作物病蟲害防控等)及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施(水利工程建設(shè)、坡改梯等)等在該縣級(jí)區(qū)域尺度上均未發(fā)生顯著性改變。種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響主要體現(xiàn)為作物種植組合結(jié)構(gòu)調(diào)整(包括大春與小春種植季的組合調(diào)整,以及大春、小春種植季內(nèi)的作物組合或搭配結(jié)構(gòu)等調(diào)整)。

因此,對(duì)小尺度區(qū)域的“區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度”(即區(qū)域種植制度下或種植組合結(jié)構(gòu)下,區(qū)域各種作物氣候適宜度的綜合)的測度主要應(yīng)考慮該區(qū)域一年中各個(gè)種植季節(jié)間的組合,以及各個(gè)種植季節(jié)內(nèi)的作物組合或搭配情況來綜合主要作物的氣候適宜度。有鑒于此,本文在前述作物資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù)的基礎(chǔ)上,通過“種植季權(quán)重系數(shù)”和 “種植季內(nèi)作物權(quán)重系數(shù)”分別將區(qū)域內(nèi)主要作物的資源適宜指數(shù)和效能適宜指數(shù)進(jìn)行綜合,構(gòu)建區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度模型。其計(jì)算公式為：

(6)

(7)

式中,Psr為區(qū)域種植業(yè)資源適宜指數(shù)。k為區(qū)域的熟制數(shù)(作物年種植季節(jié)數(shù)),k=1、2、…、m；鹽亭縣為一年二熟區(qū)域,m=2。j為某一種植季節(jié)的第j種作物,j=1、2、…、l；在本文中,大春種植季的作物數(shù)為3種(l=3)：水稻、紅薯、玉米；小春種植季的作物數(shù)為2種(l=2)：小麥和油菜。Dkj表示第k種植季內(nèi)的第j種作物的作物權(quán)重系數(shù)。Isrkj為第k種植季的第j種作物的資源適宜指數(shù)。Pse為區(qū)域種植業(yè)效能適宜指數(shù)。Isekj為第k種植季的第j種作物的效能適宜指數(shù)值。Dk為第k種植季的種植季權(quán)重系數(shù)。

3.2.2 小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度模型中相關(guān)權(quán)重系數(shù)(Dkj和Dk)的確定

在小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度模型中,同一種植季內(nèi)的各種作物氣候適宜度是通過種植季內(nèi)作物權(quán)重系數(shù)(Dkj)綜合為種植季的種植氣候適宜度。對(duì)于起伏不大的縣級(jí)小尺度區(qū)域而言,同一種植季節(jié)內(nèi)種植的各種作物,其氣候生態(tài)條件相似,生育期差異亦較小。作物產(chǎn)量既是選擇作物考慮的重要指標(biāo),也是重要的作物生產(chǎn)可比指標(biāo)。參考農(nóng)用地分等中標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量折算的方法[29-31],將種植季內(nèi)的各種作物產(chǎn)量折算成標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量,用種植季內(nèi)的各種作物標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量占同季所有作物標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量總和的比例作為種植季內(nèi)作物權(quán)重系數(shù)(Dkj)。其計(jì)算公式為：

(8)

各個(gè)種植季的種植氣候適宜度是通過種植季權(quán)重系數(shù)(Dk)綜合為區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的。對(duì)于不同種植季節(jié)來說,既應(yīng)擴(kuò)大作物氣候適宜度高的種植季節(jié)的作物播種面積,同時(shí)也應(yīng)保證全年有足夠的作物播種總面積,才能做到氣候資源和土地資源的有效利用。故在熟制為k的小區(qū)域中,擬采用一年中第k種植季作物的總面積與該區(qū)域全年作物種植總面積的比值作為該種植季的種植季權(quán)重系數(shù)(Dk)。其計(jì)算公式為：

(9)

式中,Dk為第k種植季的種植季權(quán)重系數(shù)；Sk為第k種植季內(nèi)所有作物的總播種面積；Skj為第k種植季內(nèi)第j種作物的播種面積；其余符號(hào)含義同前。

3.3 種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響度模型

一個(gè)區(qū)域的作物或種植業(yè)資源適宜指數(shù)可以看作區(qū)域氣候?qū)ψ魑锘蚍N植業(yè)適宜程度的自然上限。而種植生產(chǎn)活動(dòng)一方面可以通過改善生產(chǎn)條件和種植技術(shù)來克服氣候要素中的一些限制因子,優(yōu)化氣候要素的配合,進(jìn)而提高作物或種植業(yè)的效能適宜指數(shù)；另一方面也可以選擇種植氣候適宜度高的作物,通過優(yōu)化作物組合結(jié)構(gòu)來提高區(qū)域種植業(yè)的效能適宜指數(shù)。由于近32年來鹽亭縣種植業(yè)生產(chǎn)條件和種植技術(shù)未發(fā)生顯著性改變,本文僅討論作物種植組合結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的影響。

(10)

4 結(jié)果與討論

4.1 鹽亭縣近32年來 5種主要作物與種植業(yè)的氣候適宜度

用鹽亭縣近32年來(1981—2012)歷年逐月的太陽輻射、溫度、降水量和蒸發(fā)量等氣候數(shù)據(jù)與農(nóng)作物的生育期、三基點(diǎn)溫度等結(jié)合起來,用公式(1)—(7)分別計(jì)算出該縣歷年5種主要作物的資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù)和利用指數(shù)。再結(jié)合5種主要作物歷年的播種面積、產(chǎn)量等種植業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù),用公式(8)和(9)計(jì)算出該縣種植業(yè)歷年的資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù)和利用指數(shù)。其計(jì)算結(jié)果分別見表1、圖3、圖4和圖5。

表1 鹽亭縣近32年來主要作物和種植業(yè)的氣候適宜度平均值

圖3 鹽亭縣近32年來5種主要作物及種植業(yè)的資源適宜指數(shù)Fig.3 Resources suitability index of main crops and planting in Yanting County during the last 32 years

從表1和圖3、4和5中可以看出,鹽亭縣近32年來主要農(nóng)作物和種植業(yè)的氣候適宜度有以下特點(diǎn)：

(1)大春作物近32年平均的資源適宜指數(shù)(0.578)、效能適宜指數(shù)(0.281)和利用指數(shù)(48.37%)均大于小春作物(分別為0.304、0.128和42.24%)。作物資源適宜指數(shù)平均值由高到低的排序?yàn)?水稻、甘薯、玉米、小麥和油菜；效能適宜指數(shù)平均值的排序?yàn)椋焊适?、玉米、水稻、小麥和油菜；利用指?shù)平均值的排序?yàn)椋河衩?、甘薯、水稻、小麥和油菜。這表明該縣屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候,光熱水集中于夏季,大春作物的氣候適宜度高于小春作物。

(2)主要作物的資源適宜指數(shù)、效能指數(shù)和利用指數(shù)均存在較大的年際波動(dòng)。大春作物的資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù)和利用指數(shù)均呈不具有顯著意義的下降趨勢,而小春作物的資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù)和利用指數(shù)均呈上升趨勢。主要作物資源適宜指數(shù)的波動(dòng)區(qū)間為：水稻(0.538—0.686)、玉米(0.453—0.614)、甘薯(0.485—0.682)、小麥(0.252—0.375)、油菜(0.227—0.348)。效能適宜指數(shù)的波動(dòng)區(qū)間為：水稻(0.133—0.405)、玉米(0.125—0.420)、甘薯(0.169—0.431)、小麥(0.095—0.202)、油菜(0.078—0.181)。利用指數(shù)的波動(dòng)區(qū)間為：水稻(22.23%—62.71%)、玉米(24.22%—72.24%)、甘薯(33.59%—68.51%)、小麥(31.98%—55.79%)、油菜(27.51%—54.96%)。這表明受季風(fēng)氣候波動(dòng)的影響,作物氣候適宜度有明顯的年際波動(dòng)；該縣近32年來氣溫上升、降水減少的氣候變化對(duì)大春作物氣候適宜度有輕微的不利影響,而對(duì)小春作物氣候適宜度趨于有利。

圖4 鹽亭縣近32年來5種主要作物及種植業(yè)的效能適宜指數(shù)Fig.4 Efficient suitability index of main crops and planting in Yanting County during the last 32 years

圖5 鹽亭縣近32年來5種主要作物及種植業(yè)的利用指數(shù)圖Fig.5 Utilization index of main crops and planting in Yanting County during the last 32 years

(3)近32年來種植業(yè)平均的資源適宜指數(shù)為0.466,效能適宜指數(shù)為0.212,利用指數(shù)為45.49%。該縣種植業(yè)的資源適宜指數(shù)比較穩(wěn)定,波動(dòng)較小(波動(dòng)區(qū)間為0.402—0.506)；而效能適宜指數(shù)和利用指數(shù)波動(dòng)較大(波動(dòng)區(qū)間分別為0.128—0.308和27.08%—61.37%),且呈下降趨勢。這表明受5種主要作物資源適宜指數(shù)、效能適宜指數(shù),以及作物播種面積、產(chǎn)量年際波動(dòng)的綜合影響,近32年來該縣種植業(yè)氣候適宜度亦有明顯的年際波動(dòng)特征；近32年來氣候變化對(duì)該縣大春作物氣候適宜度有輕微的不利影響,而對(duì)小春作物氣候適宜度趨于有利,但該縣種植業(yè)以大春作物(播種面積所占比重為56.48%,標(biāo)準(zhǔn)糧總產(chǎn)量所占比重為60.98%)為主,故氣候變化對(duì)該縣種植業(yè)氣候適宜度總體上仍有不利影響。

4.2 近32年來鹽亭縣種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響度

圖6 鹽亭縣近32年來種植活動(dòng)對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的影響度以及大、小春作物種植面積比重變化圖Fig.6 The influence degree of crop planting activities for climatic suitability of planting and changes of sowing area proportion of spring crops and fall crops in Yanting County during the last 32 years

從圖6中可以看出,近32年來該縣種植活動(dòng)對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的影響度平均值為0.00092,其年際波動(dòng)較大(波動(dòng)范圍為-0.0291—0.06409),且有比較明顯的下降趨勢。在32a中有15a的影響度為正值,其余17a為負(fù)值。表明該縣種植活動(dòng)通過作物種植組合結(jié)構(gòu)的調(diào)整,在20世紀(jì)90年代中期前對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的提高有微弱的正向影響,對(duì)氣候變化有一定程度的適應(yīng)；而后期則有負(fù)向作用。

結(jié)合鹽亭縣近32年種植業(yè)生產(chǎn)等相關(guān)資料分析(圖6),出現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因是,該縣在80年代初期實(shí)行聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制時(shí),農(nóng)戶生產(chǎn)積極性高漲,對(duì)光熱水集中的大春生產(chǎn)重視,大春作物播種面積的比例高。而從90年代起,隨著農(nóng)業(yè)比較利益下降、出現(xiàn)外出務(wù)工潮,農(nóng)村勞動(dòng)力大量外流,土地撂荒現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,耗時(shí)、耗勞力的大春生產(chǎn)勞動(dòng)力短缺,大春、小春作物結(jié)構(gòu)組合發(fā)生變化、大春作物播種面積所占比重出現(xiàn)連續(xù)下降(20世紀(jì)80年代為59.98%、90年代為56.36%、21世紀(jì)前10年為54.64%、2010年以后為53.27%,見圖6)。這種大、小春作物播種面積結(jié)構(gòu)的變化,以及大、小春種植季內(nèi)作物種植結(jié)構(gòu)的變化,在近32年氣候變化背景下,綜合表現(xiàn)為種植活動(dòng)對(duì)種植業(yè)氣候適宜度的影響度出現(xiàn)持續(xù)下降,在20世紀(jì)90年代中期前出現(xiàn)正值,而之后則出現(xiàn)負(fù)值。

5 結(jié)語

區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度受氣候變化和種植活動(dòng)的雙重影響,而氣候變化及其適應(yīng)又是一個(gè)異常復(fù)雜的科學(xué)問題,且兩者均具有顯著的地域性。本文僅對(duì)若干限制條件下小尺度區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度以及種植活動(dòng)對(duì)其影響度的定量測度進(jìn)行了嘗試,即將討論局限在生產(chǎn)條件和生產(chǎn)技術(shù)未發(fā)生顯著變化的特定時(shí)段內(nèi),只考慮作物種植組合結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響,而未涉及生產(chǎn)條件改善和生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)等方式的作用,也沒有綜合考慮種植業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而實(shí)際的種植活動(dòng)對(duì)區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度的影響以及對(duì)氣候變化的適應(yīng)受多種因素的綜合作用,其測度或評(píng)估是相當(dāng)復(fù)雜的,尚需進(jìn)行深入探討。

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Study on climatic suitability for planting and effect of crop planting activities on climatic suitability: a case study of Yanting County, Sichuan Province, China

LUO Huailiang*, YAN Ning

CollegeofGeographyandResourcesScience,SichuanNormalUniversity,KeyLaboratoryofLandResourcesEvaluationandMonitoringinSouthwest(SichuanNormalUniversity),MinistryofEducation,Chengdu610101,China

The analysis of crop planting development in Yanting County, Sichuan Province, China from 1950 to 2012 identified a period of relatively stable rural social and economic conditions in the last 32 years (1981—2012), which interval was selected as a research period. Five types of crops including rice, sweet potato, corn, wheat, and rape were chosen as research crops. Light, heat, precipitation, and other climate parameters were recorded during the growth period of these five crops to estimate resource suitability indices, effective suitability indices, and utilization indices for these crops using a method of agro-climatic suitability. To establish a climatic suitability model for crop planting and an estimation model of the degree to which planting activities affect the planting climatic suitability in a small-scale region, the climatic suitability for planting and the impact of planting activities on climatic suitability for crop planting were estimated for Yanting County, and selected as a model for a small-scale region, in the last 32 years. The adaptations of regional crop planting activities on climate change were primarily discussed. The following results were obtained. (1) The average resource suitability index, effective suitability index, and utilization index for spring crops (0.578, 0.281, and 48.37%, respectively) were higher than those for autumn crops (0.304, 0.128, and 42.24%, respectively). Significant differences were observed among climatic suitability indices for the five main crops, and climatic suitability degree for spring crops was higher than that for fall crops. (2) Significant inter-annual fluctuations in the degree of crop climatic suitability in Yanting County were caused by the monsoon climate. There was an insignificant negative effect of climate change on the degree of climatic suitability for spring crops, and a limited positive effect on that for fall crops during the last 32 years. (3) The average resource suitability index, effective suitability index, and utilization index for crop planting in Yanting County over the last 32 years were 0.466, 0.212, and 45.49%, respectively. As a result of inter-annual fluctuation of the resource suitability index, effective suitability index, sowing area, and yield of the five crops, the degree of climatic suitability for crop planting fluctuated significantly in the county during the study period. Climate change had a negative effect on the degree of climatic suitability for planting. (4) The average degree to which crop planting activities affected the extent of climatic suitability for planting was 0.00092 in the study period and it was variable. Crop planting activities can alter the degree of climatic suitability for planting by adjusting the combination of planted crops. A slight positive impact of crop planting activities on the degree of climatic suitability for planting in the county was identified before the middle of the 1990s, indicating that there was a slight adaptation to climate change during this period. A negative influence of crop planting activities on the degree of climatic suitability for planting in the county was observed after the middle of the 1990s.

crops; planting; climate suitability; crop planting activity; climatic change

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41371125)；四川省教育廳2013年度自然科學(xué)資助項(xiàng)目(13ZA0147)

2015- 05- 07;

日期:2016- 04- 12

10.5846/stxb201505070945

*通訊作者Corresponding author.E-mail:huaill@163.com

羅懷良, 閆寧.區(qū)域種植業(yè)氣候適宜度及其對(duì)種植活動(dòng)的響應(yīng)——以四川省鹽亭縣為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(24):7981- 7991.

Luo H L, Yan N.Study on climatic suitability for planting and effect of crop planting activities on climatic suitability: a case study of Yanting County, Sichuan Province, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(24):7981- 7991.