氣候變暖對(duì)黃土高原冬小麥種植區(qū)的影響

吳乾慧，張勃，馬彬，唐敏，王國強(qiáng)，賈艷青

西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070

氣候變暖對(duì)黃土高原冬小麥種植區(qū)的影響

吳乾慧，張勃*，馬彬，唐敏，王國強(qiáng)，賈艷青

西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070

冬小麥（Triticum aestivum）是黃土高原的主要糧食作物。研究氣候變暖對(duì)黃土高原冬小麥種植的影響，可為冬小麥種植的合理布局、應(yīng)對(duì)氣候變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)的理論依據(jù)。選擇黃土高原及周邊66個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2015年逐日氣溫資料，采用冬季負(fù)積溫、最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫3個(gè)指標(biāo)，運(yùn)用多元線性回歸模型、氣候傾向率、累積距平法及積溫指標(biāo)法等方法，分析了3個(gè)指標(biāo)的時(shí)間變化特征及氣候變暖對(duì)黃土高原冬小麥種植及適播期的影響。結(jié)果表明：（1）在氣候變暖的大背景下，冬季負(fù)積溫呈極顯著的減少趨勢，最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫呈顯著的升高趨勢，且冬季負(fù)積溫是影響黃土高原地區(qū)冬小麥種植的主要限制因子；（2）1960—2015年黃土高原冬小麥年代際可種植區(qū)以北移西擴(kuò)的趨勢穩(wěn)定擴(kuò)大，冬小麥可種植的海拔上限在黃土高原西部隴中黃土高原地區(qū)呈73 m/(10 a)的速率升高，56年來冬小麥可種植的平均海拔升高約321 m，長城沿線冬小麥的種植北界北移至38.73oN附近；（3）冬小麥的種植面積逐年代際增加，2000s比1960s增加13.23×104km2，增加約1.8倍；（4）冬小麥適播期呈推遲趨勢，推遲天數(shù)集中在1～10 d，為保障冬小麥安全越冬，建議播種日期在目前的基礎(chǔ)上向后推遲4～13 d。

黃土高原；冬小麥；可種植區(qū)；適播期

在全球氣候變暖的大背景下，中國年均氣溫、極端最低氣溫等均呈上升趨勢，冬季增溫更加顯著（王培娟等，2012；鄧振鏞等，2007）。農(nóng)業(yè)氣候資源也隨之發(fā)生變化，對(duì)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了直接影響。已有的研究發(fā)現(xiàn)，溫度升高，農(nóng)作物種植界限發(fā)生明顯變化，中國冬小麥（Triticum aestivum）種植區(qū)增加，種植北界北移西擴(kuò)（王培娟等，2012；楊曉光等，2010；孫爽等，2015）；山西省冬小麥可種植區(qū)增加（錢錦霞等，2014）；遼寧省冬小麥的種植界限北移（郝志新等，2001；紀(jì)瑞鵬等，2003）。

冬小麥適期播種是保證冬小麥全苗、壯苗、安全越冬和來年豐產(chǎn)豐收的基礎(chǔ)。若播種過早，麥苗冬前生長旺盛，養(yǎng)分被大量消耗，入冬后遭遇強(qiáng)冷空氣而受凍害。若播種過晚，冬前難以形成壯苗，冬小麥也無法安全越冬（馮秀藻，1991）。研究表明，氣溫升高使冬小麥生育期縮短，越冬期推遲并縮短（Thaler et al.，2012；Fang et al.，2012；Pu et al.，2007）；在中國北方平原區(qū)，延遲冬小麥的種植時(shí)間有利于增產(chǎn)增收（Wang et al.，2012）；李紅梅等（2010）研究發(fā)現(xiàn)陜西省近10年平均播種期比以前推遲3～8 d；崔彥生等（2008）的研究也發(fā)現(xiàn)黃淮冬麥區(qū)冬小麥的適播期推遲。

黃土高原地處半濕潤區(qū)與半干旱區(qū)的過渡帶，生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變化的依賴性強(qiáng)。最近的研究表明氣候變暖使得黃土高原溫度升高，氣候趨向暖干化（李志等，2013），黃土高原地區(qū)農(nóng)作物種植制度和種植方式發(fā)生改變，具體表現(xiàn)為氣候變暖使得冬小麥全生育期、越冬期縮短，各個(gè)生育期提前，播種日期推遲，產(chǎn)量隨最低氣溫的升高而增加（姚玉璧等，2011；姚玉璧等，2012；郭海英等，2006）。對(duì)黃土高原春小麥的研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)整播種日期和選擇適宜品種是應(yīng)對(duì)氣候變化下旱田春小麥種植的關(guān)鍵（Mo et al.，2016）。冬小麥作為黃土高原地區(qū)的主要糧食作物，對(duì)于保障國家糧食安全有著重要的意義。雖然對(duì)氣候變暖后冬小麥的種植界限、適播期已有很多研究，但只限于局部區(qū)域（張謀草等，2006；姚玉璧等，2012；李紅梅等，2010），而對(duì)整個(gè)黃土高原冬小麥可種植區(qū)變化的研究較少。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，選取黃土高原地區(qū)66個(gè)氣象站點(diǎn)56 a逐日氣溫資料，采用冬季負(fù)積溫、最冷月平均氣溫、年極端最低氣溫3個(gè)指標(biāo)，綜合分析了黃土高原冬小麥可種植區(qū)及適播期的變化，旨在為冬小麥種植的合理布局提供參考，為提高冬小麥應(yīng)對(duì)氣候變化的能力、增加糧食產(chǎn)量提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)方法

1.1 研究區(qū)概況

黃土高原位于32o～41oN，107o～114oE之間，東起太行山，西至青海日月山，南界秦嶺，北抵鄂爾多斯高原，包括山西、內(nèi)蒙古、陜西、河南、寧夏、甘肅、青海7個(gè)省區(qū)，總面積約64.87×104km2，平均海拔為1500～2000 m。黃土高原屬于季風(fēng)區(qū)和非季風(fēng)區(qū)的過渡地帶，也是半濕潤區(qū)與半干旱區(qū)的過渡帶。作為中國雨養(yǎng)旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，冬小麥?zhǔn)窃搮^(qū)的主要糧食作物之一。圖1為研究區(qū)的地理位置和氣象站點(diǎn)分布。

圖1 黃土高原地理位置及氣象站點(diǎn)分布Fig. 1 Distribution diagram of location and meteorological stations in the Loess Plateau

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文收集了中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http://cdc.cma.gov.cn/home.do）日值（V 3.0）地面氣象資料數(shù)據(jù)集，數(shù)字高程數(shù)據(jù)采用美國地質(zhì)調(diào)查局（U.S.Geological Survey，USGS）發(fā)布的全球空間分辨率為90 m的DEM數(shù)據(jù)，研究區(qū)邊界采用的是1∶400萬中國行政區(qū)劃數(shù)據(jù)，選取了黃土高原及周邊66個(gè)站點(diǎn)56 a逐日氣溫資料，個(gè)別缺失的站點(diǎn)通過其已有數(shù)據(jù)與鄰近站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)之后進(jìn)行插補(bǔ)（表1），保證數(shù)據(jù)具有良好的完整性和連續(xù)性。如表1所示，數(shù)據(jù)缺測站點(diǎn)與鄰近站點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性良好，r2均大于0.85，說明采用鄰近站點(diǎn)插補(bǔ)方法補(bǔ)全缺測數(shù)據(jù)是可行的。

1.3 方法

1.3.1 基于多元線性回歸模型的氣象要素空間模擬

為了提高各氣象要素空間分布模擬的精度，采用多元線性回歸模型，對(duì)其進(jìn)行90 m×90 m柵格點(diǎn)的空間插值模擬（戴聲佩等，2014），即：

利用上述方法，在ArcGIS中完成基于數(shù)字高程（DEM）數(shù)據(jù)的黃土高原地區(qū)1960—2015年冬季負(fù)積溫（以下簡稱負(fù)積溫）、最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫90 m×90 m柵格精細(xì)化分布式模擬。

利用研究區(qū)90 m空間分辨率的DEM數(shù)據(jù)在ArcGIS軟件上獲取研究區(qū)緯度和經(jīng)度的柵格數(shù)據(jù)，獲得模擬所需的3個(gè)參數(shù)柵格圖（海拔、經(jīng)度、緯度）；其次，利用獲得的回歸模型和模擬參數(shù)求得不同氣象要素的預(yù)測柵格圖；同時(shí)，利用研究區(qū)站點(diǎn)回歸模型模擬殘差進(jìn)行反距離權(quán)重（IDW）插值，獲得模擬殘差柵格圖；根據(jù)式（1）計(jì)算研究區(qū)不同氣象要素的空間分布柵格圖；利用ArcGIS軟件的空間分析工具，分析研究區(qū)各氣象要素的空間分布狀況。

表1 缺測數(shù)據(jù)站點(diǎn)與鄰近站點(diǎn)的數(shù)據(jù)一致性檢驗(yàn)Table 1 Data consistency test between lack of measured data site and adjacent site

1.3.2 氣候傾向率和累積距平法

對(duì)冬季負(fù)積溫、最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫3個(gè)指標(biāo)的時(shí)間變化，通過采用氣候傾向率法來計(jì)算其56 a來的氣候傾向率，利用累積距平繪制指標(biāo)的累積距平曲線并進(jìn)行趨勢分析。氣候傾向率大于零時(shí)表示指標(biāo)的時(shí)間序列隨時(shí)間遞增呈上升趨勢；反之，則呈下降趨勢。根據(jù)累積距平曲線判斷其長期演變趨勢及持續(xù)性變化，同時(shí)還可以據(jù)此判斷發(fā)生突變的大致時(shí)間，具體算法詳見參考文獻(xiàn)（魏鳳英，1999）。

1.3.3 適播日期的測算方法

0 ℃（逐日百葉箱平均溫度）是冬小麥停止生長的溫度界限，冬小麥越冬前≥0 ℃的積溫的適宜范圍是400～700 ℃。根據(jù)鄧振鏞等（2000）的實(shí)驗(yàn)，冬前積溫550 ℃為冬小麥的最適播種溫度。本文以550 ℃作為冬小麥播種的最適積溫，采用5日滑動(dòng)平均法（楊永岐，1982），從日平均氣溫穩(wěn)定降至0 ℃的日期向前推算，將逐日平均氣溫大于0 ℃的溫度累加達(dá)到550 ℃時(shí)的日期，即可定義為理論上的適播期，這一天的前后3天即為適宜播種的時(shí)間范圍（王樹安，1994）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010完成數(shù)據(jù)篩選和統(tǒng)計(jì)計(jì)算，采用多元線性回歸模型進(jìn)行指標(biāo)的空間插值，借助Arcgis 10.2完成空間顯示和面積計(jì)算，具體方法前文“1.3”節(jié)。

圖2 負(fù)積溫（a）、最冷月平均氣溫（b）和年極端最低氣溫（c）的時(shí)間變化Fig. 2 The variations of the accumulated temperature in winter (a), average monthly temperature in January (b) and extreme minimum temperature (c)

2 結(jié)果與分析

2.1 指標(biāo)的時(shí)間變化特征

從黃土高原平均冬季負(fù)積溫逐年變化趨勢可以看出（圖2a），負(fù)積溫的傾向值為33.68 ℃/10 a，呈極顯著的減少趨勢。1967年平均負(fù)積溫最多，為-800.73 ℃，1978年最少，為-346.29 ℃，相差454.44 ℃。從年代際的變化可以看出，1960s（1960—1969年）負(fù)積溫最多，平均為-569.11 ℃；1970s（1970—1979年）次之，比1960s少約45.52 ℃；1980s（1980—1989年）比1960s少約82.79 ℃；1990s（1990—1999年）負(fù)積溫減少135.56 ℃；2000s（2000—2015年）比1960 s減少145.57 ℃。同時(shí)可明顯看出，在1984年以前，累積距平曲線基本呈下降趨勢，之后則相反，表明負(fù)積溫在1984年發(fā)生突變。

最冷月平均氣溫的傾向值為0.28 ℃/10 a（圖2b），呈顯著的升高趨勢。1977年平均最低，為-9.97 ℃，2002年平均最多，為-3.12 ℃，相差約7 ℃。從年代際變化可以看出，最冷月平均氣溫逐年代升高，升高幅度約在1.3 ℃以內(nèi)。1985年之前，累積距平曲線在波動(dòng)中下降，1985年之后，在波動(dòng)中上升，說明最冷月平均氣溫的突變點(diǎn)在1985年。

由圖2c可以看出，年極端最低氣溫的傾向值為0.31 ℃/10 a，呈顯著升高的變化趨勢。1991年平均年極端最低氣溫最低，為-23.09 ℃，2007年平均年極端最低氣溫最高，為-17.05 ℃，相差約6 ℃。從年代際變化可以看出，1960 s最低，為-20.74 ℃；1970 s比1960 s平均高出0.18 ℃；1980 s比1960 s平均高出1.12 ℃；1990 s平均最高，為-19.22 ℃；2000 s比1990 s有所下降，比1960 s平均偏高1.07 ℃。1987年以前，累積距平曲線呈下降趨勢，之后曲線在波動(dòng)中上升，年極端最低氣溫的突變點(diǎn)為1987年。

綜合負(fù)積溫、最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫的時(shí)間變化，可以看出，近56年來黃土高原地區(qū)氣候持續(xù)變暖。

2.2 冬小麥種植區(qū)的空間變化

以越冬期負(fù)積溫-500 ℃的等溫線作為冬小麥的種植北界（劉德祥等，2005），以最冷月平均氣溫≥-8 ℃，且年極端最低氣溫≥-22 ℃（錢錦霞等，2014）作為冬小麥的可種植區(qū)，得出冬小麥可種植區(qū)。通過空間疊加分析，發(fā)現(xiàn)負(fù)積溫小于-500 ℃等溫線以內(nèi)區(qū)域最冷月平均氣溫和極端最低氣溫均超過臨界值，所以1960—2015年黃土高原冬小麥可種植區(qū)可直接以越冬期負(fù)積溫-500 ℃等溫線作為參考指標(biāo)。

2.2.1 不同氣候基準(zhǔn)期下冬小麥可種植區(qū)的空間分布

圖3所示為了不同氣候基準(zhǔn)期黃土高原冬小麥可種植區(qū)的變化情況。由圖可知，黃土高原冬小麥可種植區(qū)呈穩(wěn)定增加趨勢。與1961—1990年（圖3a）相比，1971—2000年（圖3b）冬小麥可種植面積增加了3.46×104km2，除了沿原種植區(qū)邊緣向北擴(kuò)展外，還沿甘肅的祖厲河流域和寧夏的清水河及黃河流域等河谷延伸。1981—2010年（圖3c）冬小麥可種植面積比1971—2000年（圖3b）增加了3.26×104km2，冬小麥可種植區(qū)向北、向西擴(kuò)大，其中祖厲河流域、清水河流域及黃河流域冬小麥可種植區(qū)變化幅度最大。在黃土高原西部的高海拔區(qū)，冬小麥可種植區(qū)以56.17 m/30 a的速率升高。1961—1990年間，冬小麥可種植的海拔上限平均為1635 m，可種植面積為1.9×104km2；1971—2000年平均海拔比1961—1990年增加約25 m，可種植面積增加了0.79×104km2；到1981—2010年，冬小麥可種植的海拔上限平均為1747.34 m，面積為3.59×104km2，平均海拔比1961—1990年升高了112.34 m，面積增加了1.69×104km2。與1961—1990年相比，1971—2000年長城沿線冬小麥可種植的平均緯度約為38.37oN，1981—2010年冬小麥種植北界比1971—2000年北移0.19o。

圖3 不同氣候基準(zhǔn)期下黃土高原地區(qū)冬小麥可種植區(qū)Fig. 3 The planting area of winter wheat of the Loess Plateau under different climate change benchmarks

2.2.2 不同年代際冬小麥可種植區(qū)的空間分布

對(duì)比分析不同年代際（1960—2000年）冬小麥可種植區(qū)的空間分布，如圖4所示。由圖可知，黃土高原冬小麥可種植區(qū)呈增加趨勢。

1960s黃土高原冬小麥的可種植區(qū)主要集中在華家?guī)X—平?jīng)觥h(huán)縣—延安—綏德—隰縣—太原—長治一線以南，之后冬小麥可種植區(qū)不斷擴(kuò)大。1970 s冬小麥可種植區(qū)除了沿原種植區(qū)邊緣向北擴(kuò)展外，變化最明顯的是山西長治的西北部。到了1980s，冬小麥可種植區(qū)增加到西寧—民和—榆中、景泰—靖遠(yuǎn)、中衛(wèi)—中寧—同心—海源一帶。1990s冬小麥可種植區(qū)增加最明顯，其中，寧夏冬小麥的可種植區(qū)增加到銀川平原北部的銀川、鹽池東部，定邊西北部、山西原平以南也滿足了冬小麥可種植的熱量條件，在西寧和貴德一帶有減小趨勢。到了2000s，冬小麥可種植區(qū)穩(wěn)定增加，表現(xiàn)出明顯的向北、向西擴(kuò)大趨勢，但與1990s相比，西寧南部、華家?guī)X西北部、鹽池東部、榆社東北部冬小麥種植區(qū)出現(xiàn)輕微縮小趨勢，其中鹽池東部減少較明顯。

分析黃土高原西部高海拔地區(qū)1960—2000年5個(gè)年代際冬小麥可種植的海拔高度，發(fā)現(xiàn)其以73 m/10 a的速度在升高（y=73.13x+1461.9，r2=0.95）。1960s冬小麥可種植的海拔高度上限平均為1527 m，可種植面積1.12×104km2；1970s平均海拔比1960s升高近100 m，可種植面積增加約0.68×104km2；1980s平均海拔為1697.29 m，可種植面積約2.6×104km2；1990s平均海拔變化最小，比1980s升高約14 m，但可種植面積增加較多，增加了0.96×104km2；到2000s冬小麥可種植的海拔上限平均為1848.09 m，可種植面積達(dá)到4.4×104km2。到2015年，黃土高原冬小麥可種植的海拔上限平均比1960年升高約321 m。與1960s相比，1970s長城沿線冬小麥的種植北界約為37.8oN，冬小麥的種植北界隨冬小麥可種植區(qū)的西移北擴(kuò)而不斷北移，到2000s冬小麥的種植北界北移至38.73oN附近。

圖4 不同年代際冬小麥可種植區(qū)的變化Fig. 4 The variations of planting area of winter wheat for different decades

圖5 各年代際冬小麥可種植面積Fig. 5 The planting area of winter wheat for different decades

2.3 冬小麥可種植面積變化

冬小麥可種植區(qū)界限的變化引起冬小麥種植面積的相應(yīng)變化。分析1960—2000年5個(gè)年代際冬小麥可種植區(qū)的面積變化（圖5），發(fā)現(xiàn)其面積以3.46×104km2/10 a的速率增加。1960s黃土高原冬小麥的種植面積約為15.77×104km2；到1970s冬小麥的種植面積增加了2.57×104km2；在1980s冬小麥種植面積為21.08×104km2；1990s冬小麥種植面積達(dá)到26.50×104km2，該時(shí)期冬小麥種植面積增加最多，增加了5.43×104km2；到2000s冬小麥種植面積約為29×104km2，比1960s增加了13.23×104km2，增加約1.8倍。

綜合圖3～圖5可知，56年來黃土高原冬小麥可種植區(qū)以北移西擴(kuò)的趨勢穩(wěn)定擴(kuò)大，可種植面積增加了13.23×104km2，西部高海拔區(qū)冬小麥可種植的海拔上限持續(xù)升高，到2015年海拔上限平均為1848.09 m，比1960年平均升高約321 m，長城沿線冬小麥的種植北界北移至38.73oN附近。王培娟等（2012）對(duì)中國冬小麥可種植區(qū)變化特征的研究得出中國冬小麥可種植區(qū)不斷北移西擴(kuò)，到2010年，中國冬小麥可種植區(qū)較上世紀(jì)60年代初期大約向北推移了1.5個(gè)緯度。楊曉光等（2010）對(duì)1950—2007年中國冬小麥的種植北界研究也發(fā)現(xiàn)氣候變暖造成冬小麥種植北界北移。

2.4 不同氣候基準(zhǔn)期下冬小麥適播期的變化

圖6所示為不同氣候基準(zhǔn)期黃土高原冬小麥適播期的空間變化趨勢。通過對(duì)比分析，56年來黃土高原冬小麥的適播期呈明顯的推遲趨勢。1961—1990年，冬小麥可種植區(qū)的30個(gè)站點(diǎn)中，有5個(gè)站點(diǎn)的適播期未發(fā)生變化，有25個(gè)站點(diǎn)的適播期出現(xiàn)推遲現(xiàn)象。25個(gè)站點(diǎn)中，有10個(gè)站點(diǎn)的適播期推遲了1～3 d；有12個(gè)站點(diǎn)的適播期推遲了4～7 d，其中，有4個(gè)站點(diǎn)通過了α=0.1的顯著性檢驗(yàn)，有1個(gè)站點(diǎn)通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)；只有3個(gè)站點(diǎn)的適播期推遲了8～10 d，均通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)。1971—2000年，冬小麥可種植站點(diǎn)增加到34個(gè)，其中，11個(gè)站點(diǎn)的適播期沒有發(fā)生變化，23個(gè)站點(diǎn)的適播期發(fā)生推遲。在23個(gè)推遲的站點(diǎn)中，有15個(gè)站點(diǎn)推遲了1～3 d，有5個(gè)站點(diǎn)推遲了4～7 d，剩余的3個(gè)站點(diǎn)適播期均推遲了8 d，通過了α=0.1的顯著性檢驗(yàn)。到1981—2010年，冬小麥的可種植站點(diǎn)增加到37個(gè)，只有侯馬1個(gè)站點(diǎn)的種植日期未發(fā)生變化。在推遲的36個(gè)站點(diǎn)中，有5個(gè)站點(diǎn)的適播期推遲1～3 d；有21個(gè)站點(diǎn)的適播期推遲4～7 d，其中有13個(gè)站點(diǎn)通過了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，有4個(gè)站點(diǎn)通過α=0.1的顯著性檢驗(yàn)；有10個(gè)站點(diǎn)的適播期推遲4～10 d，其中9個(gè)站點(diǎn)通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，1個(gè)站點(diǎn)通過α=0.05的顯著性檢驗(yàn)。

由以上分析可知，冬前積溫550 ℃的初日推遲，即黃土高原地區(qū)冬小麥適播期呈推遲趨勢，推遲天數(shù)集中在1～10 d，為了減少冬小麥冬前生長的有效積溫，防止旺苗的出現(xiàn)，從而避免因冬前生長旺盛而越冬期出現(xiàn)凍害現(xiàn)象，保障冬小麥安全越冬，建議在目前播種期的基礎(chǔ)上推遲播種4～13 d。

圖6 不同氣候基準(zhǔn)期下冬小麥適播期的變化Fig. 6 The changes of suitable planting dates of winter wheat of the Loess Plateau under different climate change benchmarks

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

采用黃土高原地區(qū)66個(gè)氣象站點(diǎn)1960—2015年的氣象數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸模型和積溫指標(biāo)法等方法，分析了氣候變化對(duì)黃土高原冬小麥可種植區(qū)的影響，得出如下結(jié)論：

（1）在氣候變暖的大背景下，冬季負(fù)積溫以33.68 ℃/(10 a)的速率呈極顯著減少趨勢，最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫分別以0.28 ℃/(10 a)、0.31 ℃/(10 a)的速率呈顯著升高趨勢。通過空間疊加分析發(fā)現(xiàn)，最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫滿足的地方，因冬季負(fù)積溫不滿足而無法種植，可見，冬季負(fù)積溫是決定黃土高原冬小麥種植的主要限制因子。（2）空間上，黃土高原冬小麥年代際可種植區(qū)以北移西擴(kuò)的趨勢穩(wěn)定擴(kuò)大，冬小麥的可種植區(qū)逐年代際增加，其中以甘肅的祖厲河流域、寧夏的清水河和黃河流域增加最為明顯，說明氣候變暖降低了冬小麥越冬期死亡率，有利于冬小麥安全越冬。

（3）氣候變暖后，冬小麥可種植的海拔上限和種植北界均發(fā)生了變化。冬小麥可種植的海拔上限在黃土高原西部隴中黃土高原地區(qū)以73 m/10 a的速度升高，56年來冬小麥可種植的海拔平均升高約321 m，長城沿線冬小麥的種植北界也北移至38.73oN附近。

（4）冬小麥可種植區(qū)界限的變化引起冬小麥種植面積的相應(yīng)變化，對(duì)比分析5個(gè)年代際冬小麥可種植面積的變化，發(fā)現(xiàn)其以3.46×104km2/(10 a) 的速率增加，2000s冬小麥可種植的理論面積達(dá)29×104km2，比1960s增加了13.23×104km2，增加約1.8倍。

（5）通過分析1961—1990年、1971—2000年和1981—2010年3個(gè)氣候基準(zhǔn)期黃土高原冬小麥的可種植站點(diǎn)數(shù)和各站點(diǎn)的適播期，發(fā)現(xiàn)研究期間冬小麥可種植站點(diǎn)從30個(gè)增加到37個(gè)，其中適播期推遲的站點(diǎn)從25個(gè)增加到36個(gè)。總體而言，黃土高原冬小麥適播期呈推遲趨勢，推遲天數(shù)集中在1～10 d，為保障冬小麥安全越冬，建議播種日期在目前的基礎(chǔ)上向后推遲4～13 d。

3.2 討論

氣候條件是農(nóng)作物地域分布和種植制度等區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的先決條件（郭建平，2015）。通過分析負(fù)積溫、最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫的時(shí)間變化，可以看出，近56年來黃土高原氣候持續(xù)變暖，特別是在80年代中期后，氣候變暖更加顯著，最冷月平均氣溫和年極端最低氣溫對(duì)氣候變暖有一定貢獻(xiàn)。李志等（2013）對(duì)1961—2009年黃土高原氣象要素的時(shí)空變化分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，黃土高原溫度顯著升高，氣候趨向暖干化。本研究結(jié)果表明，伴隨著熱量資源的增加，冬小麥的種植界限北移西擴(kuò)，并向高海拔區(qū)移動(dòng)，同時(shí)冬小麥的可種植面積增加，這與前人的研究結(jié)果具有一致性（孫爽等，2015；俄有浩等，2011；李克南等，2010）。

隨著冬小麥可種植區(qū)域的擴(kuò)大，其冬春性品種種植界限也發(fā)生了變化，對(duì)整個(gè)中國而言，冬小麥冬春性品種種植南界北移趨勢遠(yuǎn)小于北界北移趨勢，北部地區(qū)界限北移大于南部地區(qū)，東部界限移動(dòng)大于西部地區(qū)（李克南等，2013）。前人的研究結(jié)果表明，氣候變暖使得冬小麥生育期縮短，適播期推遲（李紅梅等，2010；胡瑋等，2014；谷永利等，2007），且對(duì)生育前期的影響大于生育后期的影響（郭建平，2015）。本研究結(jié)果也表明黃土高原冬小麥的適播期因氣候變暖而推遲，而實(shí)際生產(chǎn)中適播期除了考慮溫度外，還需考慮冬小麥生產(chǎn)區(qū)域的氣候條件、栽培技術(shù)、品種等，因此冬小麥的適播期還應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況酌情考慮。氣候變暖使冬小麥的可種植區(qū)北移西擴(kuò)，冬小麥越冬死亡率降低，熱量資源的增加有利于冬小麥安全越冬（張謀草等，2006），但隨著氣候變暖，冬小麥越冬期縮短，極端天氣或氣候事件與氣象災(zāi)害的頻率和強(qiáng)度也在增大（鄧振鏞等，2000），冬小麥品種的抗寒性隨區(qū)域冬季溫度升高而降低，若遭遇強(qiáng)大冷空氣，將會(huì)造成大面積的凍害，因此冬小麥北移種植需慎重。

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Impact of Climate Warming on Winter Wheat planting in the Loess Plateau

WU Qianhui, ZHANG Bo*, MA Bin, TANG Min, WANG Guoqiang, JIA Yanqing
College of Geography and Environment Science of Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China

As the main grain crop on the Loess Plateau, winter wheat (Triticum aestivum) is important for the security of food production. We must understand the effect of climate warming on winter wheat of the Loess Plateau, to provide scientific theory basis for the rational distribution of winter wheat and deal with the risks of climate change. In this paper, the daily temperature data of 66 meteorological stations on the Loess Plateau and it′s surrounding area were selected. Three indices were used, including the negative accumulated temperature in winter, average monthly temperature in January and extreme minimum temperature. The time variation of three indices and the influence of climate change on the planting of winter wheat were analyzed in the paper using the multiple linear regression model, liner trend estimation, accumulated variance method and accumulated temperature. The results showed that, (1) Under the background of climate warming, the negative accumulated temperature in winter showed a significant decreasing trend, while the average monthly temperature in January and extreme minimum temperature showed a significant increasing trend, and the negative accumulated temperature in winter is the key factor for the winter wheat in the region. (2) From 1960 to 2015, the winter wheat cultivable area expanded to the north and west of the Loess Plateau. On the Longzhong Loess plateau, the west of loess plateau, the upper limit of the winter wheat cultivable elevation increased by 73 m/(10 a). The average elevation of winter wheat can be planted rose about 321 m, and the north boundary of winter wheat planting, along the Great Wall, north forward to near 38.73oN. (3) The winter wheat cultivable area increased by decade from1960s to 2000s, increased 13.23×104km2, which is 1.8 times to 1960s. And (4) the suitable sowing date of winter wheat was delayed, mainly at 1～10 d. In order to ensure the security of wheat in winter, it is suggested that sowing date be delayed 4～13 d than now.

the Loess Plateau; winter wheat; cultivable area; suitable sowing

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.03.010

P467; S162.5

A

1674-5906（2017）03-0429-08

吳乾慧, 張勃, 馬彬, 唐敏, 王國強(qiáng), 賈艷青. 2017. 氣候變暖對(duì)黃土高原冬小麥種植區(qū)的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(3): 429-436.

WU Qianhui, ZHANG Bo, MA Bin, TANG Min, WANG Guoqiang, JIA Yanqing. 2017. Impact of climate warming on winter wheat planting in the Loess Plateau [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(3): 429-436.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41561024）；高校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金項(xiàng)目（20136203110002）；生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科（5001-021）

吳乾慧（1991年生），女，碩士研究生，主要從事氣候變化與農(nóng)業(yè)生態(tài)方面的研究。E-mail: wuzihy@163.com

*通信作者。張勃，E-mail: zhangbo@nwnu.edu.cn

2017-02-19