西北玉米對氣候變暖的響應(yīng)

韓 龍 ，秦春英 ，李 燕 ，王志偉

（1.山西省氣象局后勤服務(wù)中心，山西太原030002；2.山西氣象影視中心，山西太原030002；3.山西省氣候中心，山西太原030006）

氣候變化作為人類社會迄今面臨最大的環(huán)境問題[1-2]，已對全球生態(tài)系統(tǒng)、人類生產(chǎn)生活及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了明顯影響，并將持續(xù)下去。農(nóng)業(yè)對氣候條件依賴性較為強(qiáng)烈，是受氣候變化影響最大的行業(yè)之一。隨著氣候變暖不斷加劇，極端氣候事件不斷增多，給糧食生產(chǎn)、水資源等帶來嚴(yán)重影響。研究表明[3-5]，高溫、干旱、病蟲害等已成為造成糧食作物生育期縮短、產(chǎn)量下降的重要影響因素，氣候變化的影響研究已成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。

大量研究表明[5-7]，西北地區(qū)氣候變暖是全國最為明顯的地區(qū)，屬典型生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，氣候變化對農(nóng)業(yè)氣候資源、作物生產(chǎn)潛力及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。玉米不僅是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中三大糧食作物之一，也是西北地區(qū)重要的糧食作物。

關(guān)于氣候變化對糧食作物生長發(fā)育的影響方面，有關(guān)學(xué)者進(jìn)行了大量研究[8-10]，溫度升高，將導(dǎo)致作物需水規(guī)律發(fā)生變化，玉米屬喜溫性作物，熱量資源的增加，為其提供了較為有利的生長條件，使西北地區(qū)的玉米種植格局不斷發(fā)生變化。為了更好地應(yīng)對氣候變化對西北玉米生產(chǎn)的影響，需要深入分析西北地區(qū)玉米生產(chǎn)變化及對氣候變暖的響應(yīng)，進(jìn)一步研究其變化規(guī)律，尋求趨利避害對策，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 資料和方法

1.1 研究區(qū)資料

玉米屬喜溫作物，西北地區(qū)夏玉米適宜生長區(qū)主要分布在陜西關(guān)中平原、新疆西部、甘肅南部等，春玉米在西北地區(qū)分布較為廣泛。綜合考慮地理分布、氣候特征，玉米種植區(qū)需選擇農(nóng)業(yè)氣象資料大于20 a且缺測資料小于3 a的觀測站，因此，本研究選取陜西鳳翔、大荔，新疆若羌、喀什、烏蘭烏蘇、新源，甘肅武威、張家川為代表的農(nóng)業(yè)氣象觀測資料，其中，春玉米4個(gè)站點(diǎn)，夏玉米4個(gè)站點(diǎn)，分別對春玉米、夏玉米1980—2004年各生育期進(jìn)行具體分析。缺測資料采用平均值替代的方法。

1.2 分析方法及資料來源

玉米各生育期變化趨勢分析采用線性傾向估計(jì)法，突變分析采用Mann-Kendall法。資料均來源于西北各地農(nóng)業(yè)氣象觀測站。

2 結(jié)果與分析

2.1 夏玉米主要生育期變化趨勢分析

2.1.1 夏玉米播種期變化趨勢分析 對陜西鳳翔、大荔和新疆若羌、喀什4個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測站夏玉米播種期的資料（圖1）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)近20 a來陜西鳳翔、新疆若羌夏玉米播種期呈提前趨勢，陜西大荔夏玉米播種期呈推遲趨勢，新疆喀什推遲趨勢不明顯。鳳翔1980—2004年夏玉米播種期以2.3d/10a的速度提前，若羌1982—2004年夏玉米的播種期以8.4 d/10 a的速度提前，大荔1982—2004年夏玉米播種期以5.0 d/10 a的速度推遲，喀什變化趨勢不明顯。

陜西大荔、鳳翔分別位于關(guān)中東部和西部，關(guān)中東部熱量條件變化趨勢不明顯[8]，陜西大荔夏玉米播期推遲除與局地小氣候有關(guān)外，還可能與氣候變暖后，前茬作物收獲期提前夏玉米由原來的套播改為直播，或由于土壤墑情條件（純旱地）無法早播有關(guān)。根據(jù)熱量條件變化特點(diǎn)，深入分析影響播期的各因素，提出更科學(xué)的適宜播期。新疆夏玉米播期的提前是對氣候變暖的響應(yīng)[11-12]，播期提前可為夏玉米的后期生長提供更多的熱量條件和生育時(shí)間，有利于其產(chǎn)量的提高。

2.1.2 夏玉米成熟期變化趨勢分析 通過分析陜西、新疆4個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測站夏玉米成熟期的資料（圖2）發(fā)現(xiàn)，陜西大荔、新疆喀什夏玉米近20 a來成熟期提前的趨勢不強(qiáng)，沒有明顯變化。陜西鳳翔夏玉米成熟期提前趨勢明顯，為2.3 d/10 a，新疆若羌夏玉米成熟期呈推遲趨勢，其推遲的速度為2.6 d/10 a。夏玉米成熟期的變化除與氣溫變化有關(guān)外，還與其播期、耕作方式等有關(guān)。

2.1.3 夏玉米生育期變化趨勢分析 通過分析陜西、新疆4個(gè)觀測站夏玉米生育期的資料（圖3）發(fā)現(xiàn)，陜西大荔的夏玉米近20 a來生育期均有不同程度的縮短，新疆若羌近20 a來夏玉米的生育期呈明顯延長趨勢，陜西鳳翔和新疆喀什生育期無明顯變化。生育期縮短主要是在氣候變暖的背景下，與夏玉米的品種更換不及時(shí)有關(guān)。因此，在氣候變暖的背景下，若水分條件滿足，西北地區(qū)夏玉米可以通過更換長日期品種來充分利用熱量資源，達(dá)到增產(chǎn)的目的。

2.2 西北地區(qū)春玉米主要生育期變化趨勢分析

2.2.1 春玉米播種期變化趨勢分析 通過對甘肅、新疆4個(gè)觀測站春玉米生育期的資料（圖4）進(jìn)行綜合分析發(fā)現(xiàn)，近20 a來甘肅武威、張家川春玉米播期在提前，而新疆烏蘭烏蘇、新源春玉米的播期變化趨勢不明顯。甘肅武威站1981—2004年春玉米播期以2.3 d/10 a的速度在提前，張家川1983—2004年春玉米播期以2.2 d/10 a的速度在提前。甘肅春玉米播期的提前是對該地春季氣溫變暖的響應(yīng)，為該地春玉米后期的生長發(fā)育贏得了熱量資源，新疆烏蘭烏蘇和新源春玉米播期沒有明顯變化，可能與局地小氣候因素有關(guān)。

2.2.2 春玉米成熟期變化趨勢分析 通過分析甘肅、新疆4個(gè)觀測站春玉米成熟期的資料（圖5）發(fā)現(xiàn)，甘肅張家川和新疆新源的春玉米近20 a來成熟期都有不同程度的提前，但提前的趨勢都不明顯，而甘肅武威和新疆烏蘭烏蘇的成熟期則表現(xiàn)為一定程度的推遲，但推遲的趨勢亦不明顯。

2.2.3 春玉米生育期變化趨勢分析 通過分析甘肅、新疆4個(gè)觀測站春玉米生育期天數(shù)資料（圖6）發(fā)現(xiàn)，甘肅武威、張家川和新疆新源春玉米生育期均呈推遲趨勢，新疆烏蘭烏蘇變化趨勢不明顯。從生育期天數(shù)的變化趨勢看，僅甘肅武威站春玉米生育期以2.1 d/10 a的速度在推遲，其他3個(gè)站春玉米生育期的變化趨勢都不明顯。說明這些地方春玉米品種屬性基本沒變，播期提前贏得的時(shí)間被成熟期的提前抵消。

2.3 西北地區(qū)玉米對氣候變化的響應(yīng)

2.3.1 西北地區(qū)夏玉米播種期響應(yīng)分析 由圖7可知，近20 a來陜西鳳翔、大荔，新疆若羌、喀什的播種期有突變點(diǎn)出現(xiàn)，其中，大荔、若羌和喀什均在20世紀(jì)80年代有突變點(diǎn)出現(xiàn)。鳳翔1980—2004年播種期呈波動增加趨勢，1995年突變后，上升明顯，1999年突變點(diǎn)后轉(zhuǎn)為下降趨勢，但均未通過α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)。大荔1982—2004年播種期呈顯著升高趨勢，于1985年發(fā)生增加趨勢突變，1988年通過α＝0.05的臨界線，其后呈現(xiàn)出一明顯波動下降，1990年后持續(xù)上升。若羌1982—1988年呈明顯下降趨勢，1988—1990年有一明顯波動上升趨勢，1990年突變點(diǎn)后，播種期迅速下降，通過了α＝0.05的臨界線?？κ?982—2004年播種期呈波動上升趨勢，1984年突變點(diǎn)前，有一明顯變化趨勢，直到1987年又一突變點(diǎn)后，呈明顯上升趨勢。

2.3.2 西北地區(qū)夏玉米成熟期響應(yīng)分析 從圖8可以看出，陜西鳳翔、大荔，新疆若羌、喀什的成熟期都有突變點(diǎn)出現(xiàn)。鳳翔1980—2004年成熟期1983年突變后，呈明顯下降趨勢，1987—2000年呈波動變化，趨勢較為平穩(wěn)，2000年后呈明顯升高趨勢。大荔夏玉米成熟期突變點(diǎn)出現(xiàn)在1983—1984，1987，1990，1997—1998，2000，2003年。1983—1985 年呈升高趨勢，1985—1989年呈明顯減少趨勢，之后至1994年突變前，呈明顯上升趨勢，1994年之后呈波動下降趨勢。若羌突變點(diǎn)在1989，1992年，突變點(diǎn)之后呈明顯上升趨勢，且通過α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)?？κ餐蛔凕c(diǎn)在1992，1999—2001年，1992年突變點(diǎn)之后，有一明顯下降趨勢，1995年之后呈明顯上升趨勢。

2.3.3 西北地區(qū)夏玉米生育期響應(yīng)分析 從圖9可以看出，陜西鳳翔、大荔，新疆若羌、喀什生育期均有突變點(diǎn)出現(xiàn)。鳳翔全生育期變化與成熟期較為相似，突變點(diǎn)出現(xiàn)在1986，2002年，1986年突變后呈波動下降趨勢，且通過顯著性檢驗(yàn)，1999年后轉(zhuǎn)為顯著上升趨勢。大荔1982—2004年全生育期變化與播種期較為相似，呈波動下降趨勢，于1988年發(fā)生冷向突變，且通過了α＝0.05的臨界線，2000年后呈持續(xù)上升趨勢。若羌突變點(diǎn)在1988年，突變后呈明顯上升趨勢，且通過α＝0.05的顯著性檢驗(yàn)。喀什突變點(diǎn)在1982，2000年，1982年突變后呈波動下降趨勢，通過顯著性檢驗(yàn)，1996年之后呈持續(xù)上升趨勢。

2.3.4 西北地區(qū)春玉米播種期響應(yīng)分析 由圖10可知，武威、張家川出現(xiàn)一次突變，均在2003年前后。新疆烏蘭烏蘇在1981年突變點(diǎn)后，呈顯著下降趨勢，并通過α＝0.05顯著性檢驗(yàn)。之后1985—1986年間出現(xiàn)突變點(diǎn)，呈現(xiàn)波動上升趨勢。新源1984年出現(xiàn)突變點(diǎn)后，呈明顯上升趨勢，通過了顯著性檢驗(yàn)。到1990年開始呈明顯下降趨勢，分別于1996，2002年出現(xiàn)突變點(diǎn)。分析各地的生育期突變點(diǎn)，并對比西北地區(qū)氣溫偏低期與偏高期[11-12]，1983—1986，1992—1996，2002—2004 年為偏低期，1997—2001年為偏高期，生育期突變點(diǎn)均出現(xiàn)在此區(qū)間，是對氣候變化的響應(yīng)。

2.3.5 西北地區(qū)春玉米成熟期響應(yīng)分析 從圖11可以看出，武威突變點(diǎn)出現(xiàn)在1999，2003年，張家川出現(xiàn)2次突變（1996，2001年）。新疆烏蘭烏蘇1984年出現(xiàn)突變點(diǎn)后，呈顯著上降趨勢，并通過α＝0.05顯著性檢驗(yàn)。新源1993，1998，2001年出現(xiàn)突變點(diǎn)。

2.3.6 西北地區(qū)春玉米生育期響應(yīng)分析 從圖12可以看出，武威突變點(diǎn)出現(xiàn)在1982年，之后呈顯著上升趨勢，并通過顯著性檢驗(yàn)。1995年后呈顯著下降趨勢，1998年出現(xiàn)又一突變點(diǎn)，并通過α＝0.05顯著性檢驗(yàn)，2002年之后呈上升趨勢。張家川出現(xiàn)2次突變（1984，1989—1990年），通過 α＝0.05顯著性檢驗(yàn)。新疆烏蘭烏蘇1980年出現(xiàn)突變點(diǎn)后，呈現(xiàn)顯著上降趨勢，并通過α＝0.05顯著性檢驗(yàn)。新源 1986—1987，1989，2000年出現(xiàn)突變點(diǎn)，其中，2000年通過顯著性檢驗(yàn)。

3 結(jié)論與討論

（1）近20 a來，西北研究區(qū)夏玉米播種期呈提前趨勢，但陜西大荔呈推遲趨勢，其播期推遲除與局地小氣候有關(guān)外，還可能與氣候變暖后前茬作物收獲期提前夏玉米由原來的套播改為直播，或由于土壤墑情條件（純旱地）無法早播有關(guān)。新疆夏玉米播期的提前是對氣候變暖的響應(yīng)，播期提前可為夏玉米的后期生長提供更多的熱量條件和生育時(shí)間，有利于夏玉米產(chǎn)量的提高。成熟期呈現(xiàn)提前趨勢，但并不明顯。夏玉米整個(gè)生育期變化呈現(xiàn)出推遲趨勢，但陜西大荔生育期呈縮短趨勢，直接原因與其播種期較晚，成熟期變化趨勢不明顯有關(guān)，還可能與在氣候變暖的背景下夏玉米的品種更換不及時(shí)有關(guān)。

（2）近20 a來，西北研究區(qū)春玉米各生育期的變化趨勢較夏玉米一致。春玉米播期呈提前趨勢，甘肅提前趨勢明顯，新疆變化趨勢不明顯。甘肅春玉米播期的提前是對該地春季氣溫變暖的響應(yīng)，為該地春玉米后期的生長發(fā)育贏得了熱量資源。西北地區(qū)春玉米近20 a來成熟期都有不同程度的提前，但提前的趨勢都不明顯，因此在氣候變暖的背景下，西北地區(qū)春玉米可以通過更換長日期品種，來充分利用熱量資源。春玉米整個(gè)生育期變化呈推遲趨勢，但變化并不明顯。

（3）西北研究區(qū)夏玉米各生育期突變點(diǎn)均出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代，這與西北地區(qū)20世紀(jì)70年代開始發(fā)生降溫—升溫轉(zhuǎn)型，1986年有一次顯著突變升溫的氣溫變暖相一致[11]。生育期突變是對氣候變暖的響應(yīng)。

（4）西北研究區(qū)春玉米各生育期突變點(diǎn)大多出現(xiàn)在20世紀(jì)前后，這與進(jìn)入20世紀(jì)升溫迅速的氣候變暖事實(shí)相一致[13]。春玉米各生育期突變點(diǎn)，均與西北地區(qū)氣溫偏低期和偏高期相一致，其突變是對氣候變化的響應(yīng)。

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