甘肅馬鈴薯產(chǎn)量區(qū)域特征及其與氣象條件分析

文/ 張莉婭 齊小聲 王毅榮

甘肅省定西市安定區(qū)氣象局 甘肅定西 743000

引言

氣候變化下作物生長明顯響應(yīng)[1-3]。對未來氣候變化將造成的不良后果人們十分關(guān)心，許多國家都對此做了認(rèn)真研究，以便及時采取對策，對農(nóng)業(yè)做出相應(yīng)調(diào)整[4，5]。全球氣候變化對農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重大影響，其中對那些適應(yīng)能力差，生產(chǎn)異常脆弱的地區(qū)是不利的，與氣候變化同樣重要的是氣候變率的變化，極端氣候事件則常使糧食生產(chǎn)損失巨大[6，8]。

氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在產(chǎn)量上，建立了氣候波動與作物產(chǎn)量或氣候生產(chǎn)力之間關(guān)系的氣象產(chǎn)量模型或氣候生產(chǎn)力模型，模擬氣候變化對糧食產(chǎn)量的影響[9-12]。

馬鈴薯適應(yīng)性強(qiáng)，喜溫涼氣候，不耐高溫、高濕，有一定耐旱、耐瘠能力。在甘肅省境內(nèi)分布廣泛，僅次于小麥、玉米的第三大主要糧食作物，產(chǎn)量相對較高。被譽(yù)為中國馬鈴薯之鄉(xiāng)的甘肅定西市占農(nóng)作物總面積一半以上。馬鈴薯已被甘肅省政府作為農(nóng)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)，優(yōu)先發(fā)展。

甘肅省氣候干燥，氣溫日較差大，光照充足，太陽輻射強(qiáng)。年平均氣溫在0～14℃之間，由東南向西北降低；河西走廊年平均氣溫為4～9℃，祁連山區(qū)0～6℃，隴中和隴東分別為5～9℃和7～10℃，甘南1～7℃，隴南9～15℃。年均降水量300毫米左右，降水各地差異很大，在42～760毫米之間，自東南向西北減少，降水各季分配不勻，主要集中在6～9月。甘肅省光照充足，光能資源豐富，年日照時數(shù)為1700～3300h，自東南向西北增多。河西走廊年日照時數(shù)為2800～3300h，敦煌是日照最多的地區(qū)，所以敦煌的瓜果甜美，羅布麻鎖陽等藥材非常地道；隴南為1800～2300h，是日照最少的地區(qū)；隴中、隴東和甘南為2100～2700h。甘肅省地處黃土、青藏和蒙古三大高原交匯地帶。境內(nèi)地形復(fù)雜，山脈縱橫交錯，海拔相差懸殊，高山、盆地、平川、沙漠和戈壁等兼而有之，是山地型高原地貌。從東南到西北包括了北亞熱帶濕潤區(qū)到高寒區(qū)、干旱區(qū)的各種氣候類型。甘肅地處內(nèi)陸生產(chǎn)環(huán)境異常脆弱地區(qū)[13，14]，研究脆弱區(qū)不同氣候帶馬鈴薯區(qū)域分布特征很有必要，本文對此著重進(jìn)行研究了。

圖1 甘肅70縣區(qū)馬鈴薯分布Fig1 Potato distributes over Gansu region

圖2 甘肅馬鈴薯產(chǎn)量分布Fig2Spatial distribution of potato yield in Gansu region

圖3 馬鈴薯產(chǎn)量絕對變率（a）和相對變率（b）的空間分布Fig3 Spatial structures of variation absolute (a) and relative (b) rate of potato yield

圖4 馬鈴薯產(chǎn)量REOF的前6個空間模 (a-f)Fig.4 Spatial structures of the first 6（a-f）rotating loading vectors of potato yield in Gansu

1 研究方法

本文主要利用1981～2007年27年甘肅全省70縣區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和縣區(qū)所在地氣象觀測站生長期氣溫、降水實(shí)況資料。計算產(chǎn)量的絕對變率（絕對偏差的平均值）、相對變率（絕對變率與均值之比）和REOF分解[15]。

2 馬鈴薯產(chǎn)量的地域特征

2.1 馬鈴薯平均產(chǎn)量地域差異

甘肅省內(nèi)主要種植區(qū)域如圖1，河西走廊地區(qū)多以沙壤為主，適宜種植區(qū)主要在祁連山區(qū)，種植面積較少，主產(chǎn)地在河?xùn)|黃土高原地區(qū)。馬鈴薯平均產(chǎn)量分布（圖2）的基本特點(diǎn)是，由西向東、由北到南產(chǎn)量遞減，黃土高原大多在2500kg/hm2（干物重）以下，產(chǎn)量最低區(qū)域1500kg/hm2以下。

2.2 馬鈴薯產(chǎn)量變率地域差異

河西走廊馬鈴薯產(chǎn)量的絕對變率（圖3a）在600kg/hm2（干物重）以上，相對變率（圖3b）在20%以上；河?xùn)|絕對變率較小，隴中盆地變幅較小，隴中盆地變幅最小。

2.3 馬鈴薯產(chǎn)量典型區(qū)

對1981—2007年馬鈴薯產(chǎn)量剔去線形趨勢項，進(jìn)行EOF分解，取前6個顯著的主分量，參加轉(zhuǎn)動，做方差最大正交旋轉(zhuǎn)（REOF分解）。REOF（空間模，旋轉(zhuǎn)后的特征向量）反映空間相關(guān)程度。前6個空間模解釋了總方差的91.7%，來分析甘肅馬鈴薯的次區(qū)域特征。

第1空間模（圖4a）占總方差的41.27%，圖中最顯著的特征是，隴南大部地區(qū)與其余地區(qū)數(shù)值符號相反，換言之，除隴南地區(qū)外全省各地變化一致，產(chǎn)量變化與隴南反向，大值區(qū)主要集中在河西走廊東中部，可見，河西走廊中東部區(qū)域變化一致程度最高，成為高相關(guān)區(qū)域。是產(chǎn)量分布最主要的空間分布特征

第2空間模（圖4b）占總方差的15.88%，區(qū)域數(shù)值最大值在隴中區(qū)域一帶，相關(guān)程度最高，可見馬鈴薯產(chǎn)量演變的另一個典型區(qū)在隴中地區(qū)。以負(fù)值為主，絕對值從東向西降低，可見河?xùn)|地區(qū)相關(guān)程度很高，產(chǎn)量變化與河西反向。由此可見，甘肅馬鈴薯產(chǎn)量存在著3個典型區(qū)域，即河西走廊地區(qū)、黃土高原地區(qū)和隴南山區(qū)。

第3空間模（圖4c）占總方差的15.18%，區(qū)域數(shù)值最大值在隴東區(qū)域一帶，相關(guān)程度最高，可見馬鈴薯產(chǎn)量演變的第三個典型區(qū)在隴東地區(qū)。

第4空間模（圖4d）占總方差的7.42%，區(qū)域數(shù)值最大值在甘南高原地帶，相關(guān)程度最高，可見馬鈴薯產(chǎn)量演變的第四個典型區(qū)在甘南高原地區(qū)。

第5空間模（圖4e）占總方差的6.21%，區(qū)域數(shù)值最大值在黃灌區(qū)一帶，相關(guān)程度最高，可見馬鈴薯產(chǎn)量演變的第五個典型區(qū)在隴中地區(qū)。

第6空間模（圖4f）占總方差的5.79%，區(qū)域數(shù)值最大值在隴南山區(qū)一帶，相關(guān)程度最高，可見馬鈴薯產(chǎn)量演變的第六個典型區(qū)在隴南山區(qū)地區(qū)。

由此可見，甘肅馬鈴薯產(chǎn)量存在著6個典型區(qū)域，即河西走廊地區(qū)、隴中黃土高原地區(qū)和隴東黃土高原地區(qū)、甘南高原地區(qū)、黃灌區(qū)和隴南山區(qū)。

河西走廊地區(qū)多以沙壤為主，適宜種植區(qū)主要在祁連山區(qū)，種植面積較少，單產(chǎn)量高，但總產(chǎn)量很小。隴南山地可種植面積也較小，單產(chǎn)、總產(chǎn)都很低。黃土高原地區(qū)，土壤深厚，氣溫適宜。

3 馬鈴薯產(chǎn)量的氣候影響

選取隴中黃土高原的安定區(qū)為代表，分析氣候?qū)Ξa(chǎn)量的影響。馬鈴薯單產(chǎn)極不穩(wěn)定，有時最低產(chǎn)量只有最高時的一半，干旱是制約產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蛩亍?/p>

選取安定逐年單產(chǎn)及相應(yīng)年份的旬平均氣溫、降水資料進(jìn)行相關(guān)分析?？梢姡?月初種植，氣溫升速較慢，5月—6月上旬氣溫對馬鈴薯的產(chǎn)量正相關(guān)，氣溫升高1℃，產(chǎn)量可增加109.5kg/hm2，萌芽需要一定的熱量；馬鈴薯出苗以后，熱量的影響強(qiáng)度逐漸減少，出苗至分枝前后，是熱量影響產(chǎn)量的最不敏感階段，也是由正影響轉(zhuǎn)向負(fù)影響的轉(zhuǎn)折階段。莖塊形成膨大期，氣溫過高則抑制馬鈴薯產(chǎn)量增加，7月份氣溫與產(chǎn)量負(fù)相關(guān)，氣溫增加1℃，產(chǎn)量可降低56.4kg/hm2。8月中旬以后熱量都呈歉狀態(tài)，氣溫與產(chǎn)量成正相關(guān)，即氣溫每升高1℃，產(chǎn)量可增加60.7kg/hm2。

馬鈴薯塊莖膨大主期，需水量迅速增大，6月中旬—7月下旬期間降水與氣溫正相關(guān)，每增加1mm 降水，產(chǎn)量可增加55.3kg/hm2；9月降水量與產(chǎn)量成負(fù)相關(guān)，降水量每增加1mm，產(chǎn)量降低25.5kg/hm2，這與馬鈴薯在塊莖膨大后期過多降水還會引起濕腐病導(dǎo)致產(chǎn)量下降有關(guān)。

4 結(jié)論和討論

(1)馬鈴薯平均產(chǎn)量由西向東、由北到南產(chǎn)量遞減，黃土高原大多在2500kg/hm2（干物重）以下，產(chǎn)量最低區(qū)域1500kg/hm2以下。馬鈴薯產(chǎn)量的絕對變率河西在600kg/hm2（干物重）以上，相對變率在20%以上；河?xùn)|絕對變率較小，隴中盆地變幅最小。

(2)甘肅馬鈴薯產(chǎn)量存在著6個典型區(qū)域，即河西走廊地區(qū)、隴中黃土高原地區(qū)和隴東黃土高原地區(qū)、甘南高原地區(qū)、黃灌區(qū)和隴南山區(qū)。空間分布最顯著的特征是，除隴南地區(qū)外全省變化具有一定的一致性。

(3)5月—6月上旬氣溫對馬鈴薯的產(chǎn)量正相關(guān)，7月份氣溫與產(chǎn)量負(fù)相關(guān)，8月中旬以后熱量都呈歉狀態(tài)，氣溫與產(chǎn)量成正相關(guān)；6月中旬—7月下旬期間降水與氣溫正相關(guān)，9月降水量與產(chǎn)量成負(fù)相關(guān)。

[1]高學(xué)杰，趙宗慈，丁一匯，等. 溫室效應(yīng)引起的中國區(qū)域氣候變化的數(shù)值模擬 Ⅰ：中國區(qū)域氣候的可能變化. 氣象學(xué)報[J].2003，61（1）：20-28.

[2]高學(xué)杰，趙宗慈，丁一匯，等. 溫室效應(yīng)引起的中國區(qū)域氣候變化的數(shù)值模擬 Ⅱ：中國區(qū)域氣候的可能變化. 氣象學(xué)報[J].2003，61（1）：29-38.

[3]符淙斌，董文杰，溫剛，等.全球變化的區(qū)域響應(yīng)和適應(yīng)[J].氣象學(xué)報，2003，61（2）：245-249.

[4]Ye Duzheng， Jiang Yundi， Dong Wenjie. The Northward shift of climatic belts in China during the last 50years and the corresponding seasonal responses [J]. Advances in Atmospheric Sciences，2003，20（6）：959-967.

[5]丁一匯，張錦，宋亞芳. 天氣和氣候極端事件的變化及其與全球變暖的聯(lián)系[J].氣象，2002，28（3）：3-7.

[6]林海.中國全球變化研究的回顧與展望[J].地學(xué)前緣，2002，9(1)：19-25.

[7]秦大河. 氣候變化的事實(shí)與影響及對策[J].中國科學(xué)基金， 2003，17(1)：1-3.

[8]Brown R A， Rosenberg N S. Sensitivity of crop yield and water use to change in a range of climatc factor and CO2concentrations：a simulation study apply Epic to the central USA[J]. Agri For Meteorol，1997，83(2)：171-203.

[9]IPCC Working GroupⅠ. Scientific Assessment of Climate Change[R]. Cambridge： Cambridge Publishing House，1992：58-125.

[10]王毅榮. 甘肅省糧油產(chǎn)量對氣候變暖的敏感性研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2006，24（5）：202-207.

[11]章基嘉，徐祥德，苗俊峰.氣候變化及其對農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)潛力的影響[M].北京：氣象出版社，1992：3-6.

[12]王石立，王馥棠.氣候變化對黃淮海地區(qū)小麥產(chǎn)量可能影響的模擬試驗(yàn)[J].氣象學(xué)報，1993，52（2）：209-216.

[13]秦大河.中國西部環(huán)境演變評估綜合報告[M].北京：科學(xué)出版社，2002：56-66.

[14]王毅榮，姚玉璧. 甘肅黃土高原土壤水分演變特征[J].土壤通報，2005，36(6)：850—855.

[15]魏鳳英. 現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù).北京：氣象出版社，1999.