氣候變化對紅棗產(chǎn)量的影響分析

李咪++劉曉瓊+++王成新

摘 要：該文應(yīng)用距平法、累積距平法以及Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對清澗縣溫度、降水量及紅棗產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了趨勢及突變分析，以探求氣候因子對該縣45年間紅棗產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：（1）45年間清澗縣紅棗產(chǎn)量分別于1998和2006年發(fā)生趨勢增加的突變；（2）1998和2006年清澗縣春、夏季氣溫均具上升趨勢。春、夏季溫度是影響清澗縣紅棗產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，清澗縣紅棗產(chǎn)量與溫度呈正相關(guān)；（3）清澗縣1998年的春季及夏季降水量均具顯著下降趨勢，春、夏季降水量是影響清澗縣紅棗產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，清澗縣紅棗產(chǎn)量與降水量呈負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞：氣候變化；紅棗；產(chǎn)量；Mann-Kendall檢驗(yàn)法；清澗縣

中圖分類號(hào) S66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）24-0022-05

Analysis of the Impact of Climate Change on the Yield of Jujube in Qingjian

Li Mi1 et al.

（1College of Geography and Environment，Shandong Normal University，Jinan 250014，China）

Abstract：This paper used temperature and precipitation data in Qingjian during 1971—2015 to deal with the climatic factors affecting red-jujube yield based on the method of Mann-Kendall test，anomaly and accumulative anomaly. The results shows that：Per unit area yield of jujube had climate change in 1998 and 2006. The temperature of spring and summer rose in 1998，and the temperature of spring and summer had great influence on the per unit area yield of red jujube in Qingjian and increased its yield. Spring and summer precipitation had changed in 1998 with a significant downward trend，spring and summer precipitation was the key factor affecting per unit area yield of red jujube in Qingjian and the yield of jujube was negatively correlated with the precipitation.

Key words：Climate change；Red-jujube；Yield；Mann-Kendall method；Qingjian City

目前，氣候變化問題已成為全球的熱點(diǎn)問題，隨著全球氣候變暖的日益明顯及各種極端天氣的頻繁發(fā)生，將會(huì)給農(nóng)作物的品質(zhì)與產(chǎn)量帶來極大的影響。隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)整，清澗縣政府已經(jīng)把發(fā)展紅棗作為發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)民收入的支柱產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)清澗縣已成為陜西省紅棗的主要產(chǎn)區(qū)。氣候變化不僅是影響現(xiàn)今和未來國際局勢以及人類發(fā)展的重要因素，而且不同地區(qū)的氣候變化對作物產(chǎn)量影響較大[1-2]。目前，在氣候變化的相關(guān)研究中，尺度較集中于較大區(qū)域[3-5]，多使用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法、Pettitt法[6]、指數(shù)平滑法[7]或建立相對應(yīng)模型[8-9]等來分析氣候變化趨勢。對于氣候影響因子，采用氣溫、降水量、日照和作物物候期[10-12]的研究最多，也有少數(shù)學(xué)者選取肥料[13]等為影響因素。本文擬選取1971—2015年陜西省清澗縣氣溫、降水量及紅棗產(chǎn)量數(shù)據(jù)，運(yùn)用距平、累計(jì)距平法及Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法對紅棗產(chǎn)量變化趨勢及突變點(diǎn)進(jìn)行分析，研究清澗縣45年來溫度與降水量變化特征及其對紅棗產(chǎn)量的影響。清澗縣以其豐富的紅棗資源建立起以紅棗為支柱的產(chǎn)業(yè)模式，但紅棗的產(chǎn)量和質(zhì)量有較大的年度變動(dòng)，因此研究清澗地區(qū)氣候變化對清澗縣紅棗產(chǎn)業(yè)未來規(guī)劃發(fā)展及如何實(shí)施具有實(shí)際意義[14]。

1 研究區(qū)概況

清澗縣位于榆林市南端，黃河沿岸中游地區(qū)，無定河下游，與延川、綏德和子洲等縣接壤，國道、神延鐵路也從此穿過，清澗縣因其得天獨(dú)厚的地理位置，成為了陜西省紅棗的主要產(chǎn)區(qū)。至2010年底，該縣總?cè)丝?2萬人，總土地面積為1 881km2。就紅棗種植面積而言，清澗縣是陜西最大的紅棗產(chǎn)業(yè)基地，至2013年，全縣棗林面積達(dá)6×104hm2，盛果林3.33×104hm2，中幼林2.67×104hm2。2008年，清澗紅棗被認(rèn)定為國家地理標(biāo)志產(chǎn)品并列入其保護(hù)行列，2009年被陜西省農(nóng)業(yè)廳認(rèn)定為紅棗產(chǎn)業(yè)示范縣，“十二五”期間出臺(tái)的《關(guān)于大力推進(jìn)紅棗產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的決定》中提出要將清澗縣建立為“中國西部紅棗第一縣”，紅棗產(chǎn)業(yè)已成為清澗縣的支柱產(chǎn)業(yè)[15]。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法 距平即某一時(shí)刻t的數(shù)據(jù)與秩序數(shù)列平均值的差值。累積距平法可用曲線直接判別變化趨勢，是一種常用的直觀的方法，多應(yīng)用于氣候序列趨勢變化的檢驗(yàn)。算出時(shí)間序列上的全部累積距平值后，下一步繪出累積距平曲值線，進(jìn)而作趨勢分析。在氣象學(xué)、氣候?qū)W中，國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)常用M-K算法來對氣溫和降雨進(jìn)行突變檢驗(yàn)。Mann-Kendall檢驗(yàn)法[16-17]是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)在于樣本不需要假設(shè)隨機(jī)變量的分布，即樣本不需要遵從一定的分布規(guī)律，也不受個(gè)別特殊值的干擾[18]。Mann-Kendall檢驗(yàn)法如下：

[UFkSk-E（Sk）Var（Sk），（K=1，2，3…n）]

式中，UFi為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，即按時(shí)間序列x順序（x1，x2，…，xn）計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量序列后，確定顯著性水平μ，再查正態(tài)分布表中的臨界值Uμ，若UFi>Uμ，處于顯著性水平臨界值內(nèi)，則接受原假設(shè)，即表明序列存在明顯的變化趨勢；若UFi

其中，[SkikRi （K=1，2，3…n）]對于Rj，當(dāng)xj在j時(shí)刻數(shù)值大于i時(shí)刻時(shí)，Rj累計(jì)加1，以此循環(huán)累加構(gòu)成序列Rj，秩序數(shù)列Sk是Rj的累計(jì)值。

[ESk=nn-14]

[VarSk=nn-12n+572]

式中：UF1=0，E（Sk）、Var（Sk）分別是Sk的均值和方差。

用M-K檢驗(yàn)進(jìn)行突變檢驗(yàn)時(shí)，還需求出UBk。若UFk或UBk的值>0，表明序列樣本有上升的趨勢，反之，序列具備下降趨勢。當(dāng)UFk或UBk超出顯著性檢驗(yàn)值的范圍時(shí)，表明上升或下降趨勢顯著。當(dāng)越過Uα范圍時(shí)即可確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域。UFk和UBk兩條曲線相交的交點(diǎn)為所求的突變時(shí)間點(diǎn)，并且如果交點(diǎn)在顯著性檢驗(yàn)線之內(nèi)，則該點(diǎn)就是突變開始的時(shí)刻。

2.2 數(shù)據(jù)來源 紅棗為典型的喜光樹種，光照充足則棗果產(chǎn)量高、品質(zhì)佳，一般棗樹生長期內(nèi)日照時(shí)數(shù)在1 700h以上較為適宜[]。由于清澗縣的光照時(shí)長沒有較大的年變化，因此本文中的氣候因子至考慮氣溫和降水的變化。氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象站網(wǎng)站，紅棗實(shí)際年產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于清澗縣農(nóng)業(yè)局。研究中將每年12個(gè)月的月平均溫度的均值作為該年的平均溫度，將每年春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）和冬季（12至次年2月）月均溫的平均值作為季平均溫度；將每年12個(gè)月的月降水量的累加值作為該年的年累計(jì)降水量，將每年春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）和冬季（12至次年2月）月均降水的平均值作為季降水量。運(yùn)用Excel軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

3.1 氣溫變化分析

3.1.1 氣溫變化趨勢分析 1971—2015年清澗縣春季氣溫于1997年左右發(fā)生突變，趨勢由下降轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙?；夏季均溫?998和2006年左右發(fā)生突變，氣溫變化趨勢分別為上升和下降；1986和1997年左右的秋季氣溫均發(fā)生了由下降轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙蛔?；冬季氣溫?986年左右發(fā)生突變，變化趨勢為由下降至上升。

3.1.2 Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析 本次突變檢驗(yàn)采用顯著性水平μ=0.05，即臨界值μ0.05=±1.96的顯著性水平。圖中，UFk為順序統(tǒng)計(jì)量序列，UBk逆序統(tǒng)計(jì)量序列，當(dāng)UFk>μ0.05=±1.96時(shí)認(rèn)為其氣溫變化趨勢顯著，當(dāng)UFk>0時(shí)認(rèn)為氣溫呈上升趨勢，當(dāng)UFk<0時(shí)認(rèn)為氣溫呈下降趨勢。氣溫的突變表現(xiàn)為在突變點(diǎn)的前后，溫度發(fā)生了陡升或是陡降。春季氣溫在1996年左右發(fā)生了突變，具體表現(xiàn)為下降趨勢顯著；在1971—1999年期間，除1973年氣溫有上升的趨勢外，其余年份均為下降；2000—2015年，清澗縣春季氣溫均具上升趨勢，UF2006=2.207>1.96，中UF1983=1.054，在秋季眾突變點(diǎn)種絕對值最大，即1983左右秋季氣溫的突變在研究序列內(nèi)最為顯著，變化趨勢為上升。期間氣溫波動(dòng)劇烈，但整體呈上升趨勢（圖1C）。冬季氣溫變化在1987和2013年兩年發(fā)生突變，整體來看，冬季氣溫大多呈現(xiàn)上升趨勢。UF1999=2.213>1.96，說明1999—2010年間氣溫上升明顯（圖1D）。

3.2 降水量變化分析

3.2.1 降水量趨勢變化分析 1971—2015年清澗縣春季降水量有1992、1998和2006年3個(gè)突變點(diǎn)，1992年和1998年降水量的突變表現(xiàn)為由多至少，而2006年為由少至多的突變；夏季降水量在1998和2010年左右發(fā)生了突變，1998年的突變?yōu)榻邓坑啥嘀辽伲?010年為由少至多；秋季降水量于1986和2000年發(fā)生突變，1986年為由多至少的突變，2000年降水量由少至多變化；冬季降水量整體變化較復(fù)雜，分別有1979、1988、1991和2002年4個(gè)突變點(diǎn)，1979年降水量由多至少變化，1988年為由少至多，1991年降水量復(fù)呈減少趨勢，2002年降水量突變?yōu)橛缮僦炼唷?/p>

3.2.2 Mann-Kendall突變檢驗(yàn)分析 本次突變檢驗(yàn)采用顯著性水平μ=0.05，即臨界值μ0.05=±1.96的顯著性水平。UFk為順序統(tǒng)計(jì)量序列，UBk逆序統(tǒng)計(jì)量序列，當(dāng)UFk>μ0.05=±1.96時(shí)認(rèn)為其降水量變化趨勢顯著，當(dāng)UFk>0時(shí)認(rèn)為降水量呈增多趨勢，當(dāng)UFk<0時(shí)認(rèn)為降水量呈減少趨勢。降水量的突變表現(xiàn)為在突變點(diǎn)的前后，降水量發(fā)生了陡升或是陡降。春季降水量共有12個(gè)突變點(diǎn)，分別為1972、1989、1990、1992、1994、1997、1999、2002、2004、2005、2012和2014年，由此可知清澗縣春季的降水量變化十分復(fù)雜。其中UF1992=1.156，為突變點(diǎn)中絕對值最大的值，說明1992年左右的春季降水量突變較為顯著，趨勢為上升（圖2A）。夏季降水量分別在1997、2011和2015年左右發(fā)生突變。1997年左右降水量增加，2011和2015年降水量均發(fā)生減少的突變（圖2B）。2007、2009、2011和2014年分別為清澗縣秋季降水量的四個(gè)突變點(diǎn)，表現(xiàn)均為在突變點(diǎn)年份前后降水量發(fā)生陡升（圖2C）。冬季降水量共有7個(gè)突變點(diǎn)，分別為1972、1973、2005、2007、2008、2010和2013年，可見在此期間冬季降水量變化較為復(fù)雜，突變年份主要集中在2005-2013年期間，其中UF2005=-0.701，即2005年左右為該時(shí)段冬季降水量突變最為顯著的年份，變化趨勢為下降（圖2D）。

3.3 氣候變化對清澗縣紅棗生產(chǎn)的影響分析 春季為紅棗的發(fā)芽展葉期，夏季為紅棗的萌芽期和開花期。紅棗屬于喜溫果樹，在發(fā)芽展葉期和開花期需要一定的溫度，因此當(dāng)溫度升高時(shí)利于紅棗的生產(chǎn)。而在開花期，紅棗樹需要一定的空氣濕度，若太為干旱不利于栆果的成長，但當(dāng)降水量過大時(shí)，易使棗樹花受損而影響傳粉授粉，棗銹病等系列疾病也易在降雨多時(shí)滋生，進(jìn)而造成紅棗減產(chǎn)[12，]。理論上說，溫度和降水量是影響紅棗單產(chǎn)量的影響因子。

由圖3可知，清澗縣紅棗產(chǎn)量整體變化趨勢較為穩(wěn)定，整體呈增加趨勢。在2006年前單產(chǎn)量基本低于平均水平，僅時(shí)間序列初始的1972年附近及1998年附近距平值大于0，即該年份單產(chǎn)量高于平均水平，因此可認(rèn)為1998年左右紅棗單產(chǎn)發(fā)生突變，趨勢為增加（圖3A）。在2006年前紅棗單產(chǎn)量的累積距平值較小，從2006年后顯著上升（圖3B），且UF2006與UB2006相交，UF2006=0.805，即該年發(fā)生突變，趨勢較之前增加更顯著（圖3C）。

在1997年左右的春季和1998年左右的夏季，清澗縣氣溫發(fā)生了突變，趨勢為上升；2006年春季和夏季氣溫均發(fā)生突變，趨勢同為上升。在1998年，清澗縣春、夏季降水量也發(fā)生突變，趨勢變化表現(xiàn)為下降。且由上文可知，清澗縣紅棗單產(chǎn)量也分別于1998年和2006年附近變化顯著。可見，溫度和降水量是影響紅棗產(chǎn)量的影響因子。

圖3 1971—2015年清澗縣紅棗單產(chǎn)量距平（A）、累積距平（B）和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)（C）

4 結(jié)論與討論

（1）在1971—2015年，清澗縣春、夏季平均氣溫均在1998年左右有一個(gè)呈上升趨勢顯著的突變點(diǎn)；清澗縣的春季和夏季降水量于1998年左右發(fā)生突變，趨勢為下降。在此期間，清澗縣紅棗產(chǎn)量呈增加趨勢，其中1998和2006年分別發(fā)生了突變，表現(xiàn)為較之前增加趨勢更為顯著，自2006年后增速迅猛。

（2）氣溫和降水量是影響清澗縣紅棗產(chǎn)量的關(guān)鍵因子。同一年春季和夏季氣溫顯著變暖使清澗縣紅棗產(chǎn)量隨之增大；當(dāng)春季夏季降水量發(fā)生顯著突變時(shí)會(huì)對紅棗產(chǎn)量造成影響，表現(xiàn)為降水量顯著下降時(shí)，紅棗產(chǎn)量隨之增加。

（3）氣候變化對紅棗質(zhì)量與產(chǎn)量的影響利弊均有，只有合理地利用氣候變化，趨利避害，進(jìn)一步優(yōu)化紅棗產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，才能將氣候變化對紅棗產(chǎn)量的影響降到最低，從而增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。另外，本文僅從氣候角度來研究影響清澗縣紅棗產(chǎn)量的變化因素，而對于其他影響因子并不全面。因此，今后在研究氣候變化造成的影響時(shí)，應(yīng)選擇多種方法共同檢驗(yàn)，使其更加全面準(zhǔn)確。且在研究對林果業(yè)作物產(chǎn)量的影響時(shí)，應(yīng)細(xì)化到作物的休眠期、發(fā)芽期、花期等，從而得到更準(zhǔn)確的結(jié)果。

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（責(zé)編：張宏民）