遼西作物生長(zhǎng)季光熱資源變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

周廣學(xué)，張國(guó)林，戴海燕，李 繼

（朝陽(yáng)市氣象局，遼寧朝陽(yáng)122000）

近年來(lái)，全球氣候變暖[1-2]使各地氣候資源發(fā)生不同程度的變化，作為熱力資源的光照和氣溫變化最大[3-6]。而大田作物生長(zhǎng)季氣溫、光照的變化對(duì)農(nóng)業(yè)布局、農(nóng)作物調(diào)整以及農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育等均產(chǎn)生明顯的影響。因此，探討大田作物生長(zhǎng)期的光照資源和熱量資源變化對(duì)農(nóng)作物合理布局和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。近年來(lái)，諸多學(xué)者對(duì)不同區(qū)域內(nèi)光照、熱量資源等氣候變化進(jìn)行了研究[7-9]，結(jié)果不一，說(shuō)明氣候變化具有明顯的區(qū)域性。楊飛等[10]研究認(rèn)為，松嫩平原主要旱作物生育期氣溫升高、≥10℃積溫增加、降水量減少，日照時(shí)數(shù)呈南減北增的變化趨勢(shì)，并對(duì)作物發(fā)育速度產(chǎn)生影響。劉德祥等[11]研究西北地區(qū)氣候變暖及其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，結(jié)果表明，西北地區(qū)氣溫升高對(duì)農(nóng)業(yè)的負(fù)面影響大于正面影響。羅憲力等[12]研究認(rèn)為，遼西地區(qū)無(wú)霜期延長(zhǎng)趨勢(shì)不明顯，提出延長(zhǎng)作物生育期需謹(jǐn)慎。

遼寧西部地處北溫帶亞干旱氣候區(qū)，西北南三面被內(nèi)蒙古赤峰市和河北省承德市環(huán)繞，境內(nèi)有松嶺山山脈和努魯爾虎山山脈，構(gòu)成南北天然屏障，形成U字型地貌，由此削弱了南北冷暖空氣的入侵，造成遼西特殊地理位置的低山丘陵易干旱區(qū)。該研究區(qū)域內(nèi)年平均氣溫6.3～9.3℃，年降水量460 mm左右，年太陽(yáng)總輻射174.84 MJ/m2，年日照時(shí)數(shù)為2 301～3 242 h。初霜日平均在9月30日，終霜日平均在4月20日，無(wú)霜期130～170d。4—10月為遼西地區(qū)農(nóng)作物主要生產(chǎn)時(shí)期。有研究曾對(duì)遼寧西部地區(qū)的年平均氣溫、年降水量、年日照時(shí)數(shù)等做了相應(yīng)的氣候變化研究分析[13-15]。本研究針對(duì)遼西地區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)季光照、熱量資源變化進(jìn)行研究，以揭示其氣候變化特征，為農(nóng)業(yè)調(diào)整合理布局適應(yīng)氣候變化、為地方農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供氣候依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 資料來(lái)源

資料選自1961—2010年遼寧西部的阜新、建昌、葉百壽、北票、建平、凌源、羊山、喀左和朝陽(yáng)9個(gè)氣象站，包括日照時(shí)數(shù)、日照百分率和日平均氣溫。采用5日滑動(dòng)平均方法統(tǒng)計(jì)≥10℃積溫。太陽(yáng)總輻射利用公式Q＝Q0（a＋bS）（Q 為地表受到的太陽(yáng)總輻射，Q0為天文輻射，S 為日照百分率，a 和b 為訂正系數(shù)，Q0，b，a 取值參照李鳳翼等[16]的研究成果）計(jì)算獲得[16-17]。

1.2 分析方法

在Excel應(yīng)用程序支持下，通過(guò)一元線性回歸方程的回歸系數(shù)，計(jì)算得出氣候傾向率[18]，從而分析氣候要素的變化趨勢(shì)。總輻射傾向率單位為MJ/（m2·10 a），日照時(shí)數(shù)傾向率單位為h/10 a，氣溫傾向率單位為℃/10 a，積溫傾向率單位為（℃·d）/10 a。

采用標(biāo)準(zhǔn)偏差方法[19]分析異常年。標(biāo)準(zhǔn)偏差是量度數(shù)據(jù)分布分散程度的標(biāo)準(zhǔn)，用以衡量數(shù)據(jù)值偏離算術(shù)平均值的程度，可確定極端事件發(fā)生幾率。標(biāo)準(zhǔn)偏差公式為S＝[∑（yi－y）2/N]1/2（S 為標(biāo)準(zhǔn)偏差，yi－y 為歷年值減總體平均數(shù)，N 為樣本數(shù)）。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)作物生長(zhǎng)季光照資源變化特征

2.1.1 太陽(yáng)總輻射 遼寧西部地區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)季在4—10月，太陽(yáng)總輻射平均122.61 MJ/m2，占全年70.2%。在近50 a里，2008年最少，為115.08 MJ/m2；1970年最多，為129.45MJ/m2，標(biāo)準(zhǔn)偏差±3.18MJ/m2，正常年景作物生長(zhǎng)季太陽(yáng)總輻射在119.43～125.79 MJ/m2之間。異常偏多有7 a（1965，1968，1971，1972，1975，1981，1997年），幾率為14%，其中前30a（1961—1990年）幾率為20%，后30a（1981—2010年）幾率為6.7%。異常偏少有6 a（1985，2003，2005，2006，2007，2008年）幾率為12%，近30 a幾率達(dá)到20%，其中，近10 a（2001—2010年）異常偏少幾率為50%。

由圖1可知，1961—1981年為太陽(yáng)總輻射豐富期，經(jīng)過(guò)1982—2000年調(diào)整后，2001年進(jìn)入總輻射偏少期。太陽(yáng)總輻射線性方程為y＝-0.132 7x＋386.11（r＝0.602 9，P＜0.01），呈明顯下降減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-1.327 MJ/（m2·10 a），近50 a減少6.64 MJ/m2。從年代尺度分析結(jié)果（表1）看，遼寧西部農(nóng)作物生長(zhǎng)季太陽(yáng)總輻射呈逐年代減少，21世紀(jì)10年代比20世紀(jì)60年代平均減少5.94 MJ/m2，占總平均值的4.8%。

表1 不同年代農(nóng)作物生長(zhǎng)季光照、熱量資源

2.1.2 日照時(shí)數(shù) 遼西地區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)歷年平均為1 601 h，占全年的57.2%。在近50 a里，2010年最少，僅1412h；1966年最多，為1778h，標(biāo)準(zhǔn)偏差為±88 h，正常年景農(nóng)作物生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)在1 513～1 689 h之間。異常偏多有8 a（1962，1963，1964，1965，1966，1969，1971，1972年），幾率16%，異常偏多均出現(xiàn)在20世紀(jì)60，70年代。異常偏少有6 a（1986，2006，2007，2008，2009，2010年），幾率12%，異常偏少20世紀(jì)80年代僅有1 a，其余均發(fā)生在21世紀(jì)初，近10 a（2001—2010年）異常偏少發(fā)生幾率為50%。

從圖2可以看出，20世紀(jì)60，70年代日照時(shí)數(shù)偏多，80，90年代日照時(shí)數(shù)正常，進(jìn)入21世紀(jì)日照時(shí)數(shù)急劇減少，并進(jìn)入光照資源匱乏時(shí)期。農(nóng)作物生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)線性方程為y＝-5.125 1x+11 781（r＝0.836 9，P＜0.01），呈明顯下降趨勢(shì)，傾向率為-51.251 h/10 a，近50 a減少256 h。表1年代尺度分析結(jié)果顯示，遼寧西部農(nóng)作物生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)呈逐年代減少趨勢(shì)，其中，20世紀(jì)60年代最多，21世紀(jì)10年代最少，平均減少212 h，占總平均值的13.2%。

2.2 農(nóng)作物生長(zhǎng)季熱量資源變化特征

2.2.1 平均氣溫 近50 a遼西地區(qū)年平均氣溫為8.1℃，農(nóng)作物生長(zhǎng)季平均氣溫18.5℃，2000年達(dá)到最高，為19.8℃，1976年最低，為17.1℃，極差為2.7℃，標(biāo)準(zhǔn)偏差為±0.6℃，正常年平均氣溫在17.9～19.1℃之間。異常偏低有8 a（1964，1969，1974，1976，1979，1980，1986，2010年），幾率16%，前30 a幾率為23.3%，后30 a幾率為3.3%。異常偏高有8 a（1981，1982，1983，1994，1997，1998，2000，2001年），幾率16%，均發(fā)生在20世紀(jì)80年代之后，后30 a幾率為26.7%。

由圖3可知，20世紀(jì)60，70年代氣溫在正常偏低水平上波動(dòng)，80年代初和2000年左右氣溫偏高，2002年之后氣溫處于正常狀態(tài)，2010年氣溫異常偏低。農(nóng)作物生長(zhǎng)季平均氣溫的線性呈上升趨勢(shì)，其線性方程為y＝0.010 8x-2.903 3，（r＝0.250 4，P＞0.05），氣候傾向率為0.108℃/10 a，近50 a年平均氣溫升高0.5℃。表1年代尺度分析結(jié)果顯示，遼寧西部作物生長(zhǎng)季平均氣溫年代變化不穩(wěn)定，以20世紀(jì)70年代最低，為18.0℃，20世紀(jì)90年代最高，為18.8℃，平均相差0.8℃。

2.2.2 ≥10℃積溫 近50 a遼西地區(qū)≥10℃積溫初日平均在4月18日，終日平均在10月5日，歷年積溫平均為3428（℃·d），1998年最多，為3790（℃·d），1967年最少，為3 056（℃·d），極差為734（℃·d），標(biāo)準(zhǔn)偏差為±173（℃·d），正常年≥10℃積溫在3 255～3 601（℃·d）之間。異常偏少有7 a（1964，1969，1970，1974，1976，1985，1986年），幾率14.0%，前30 a幾率為20%，后30 a幾率為3.3%。異常偏多有8 a（1975，1981，1983，1994，1998，2000，2001，2004年），幾率16%，前30 a幾率為10%，后30 a幾率為16.7%。

由圖4可知，20世紀(jì)60年代≥10℃積溫在正常偏低水平上波動(dòng)，70—80年代在平均水平線上徘徊，1994—2004年≥10℃積溫增加迅速，2005年之后≥10℃積溫有所回落。≥10℃積溫總體變化呈明顯上升趨勢(shì)，其線性方程為y＝4.499x－5 504.5（r＝0.375 5，P＜0.05），氣候傾向率為44.990（℃·d）/10 a，近50 a年平均增加225（℃·d）。表1年代尺度分析結(jié)果顯示，遼寧西部農(nóng)作物生長(zhǎng)季≥10℃積溫從20世紀(jì)70年代開(kāi)始逐年代增加，其中，21世紀(jì)10年代最多，20世紀(jì)70年代最少，平均增加227（℃·d），占總平均值的6.6%。

3 結(jié)論

遼寧西部地區(qū)大田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)期主要在4—10月，此時(shí)期光能資源呈明顯的減少趨勢(shì)，太陽(yáng)總輻射近50 a氣候傾向率為-1.327 MJ/（m2·10 a）。近10 a（2001—2010年）比前10 a（1961—1970年）平均減少5.94 MJ/m2，占總量的4.8%。異常偏少的6 a中有5 a發(fā)生在近10 a，占總頻數(shù)的83.3%。農(nóng)作物生產(chǎn)期日照時(shí)數(shù)明顯減少，氣候傾向率為-51.251h/10 a。近10 a（2001—2010年）比前10 a（1961—1970年）平均減少212 h，占總平均值的13.2%。

近50 a在全球變暖的大環(huán)境下，遼寧西部地區(qū)作物生長(zhǎng)季平均氣溫氣候傾向率為0.108℃/10 a。近50 a升高0.5℃，但升高的趨勢(shì)不明顯，年代變化不穩(wěn)定，最大相差0.8℃。≥10℃積溫明顯增加，氣候傾向率為44.990（℃·d）/10 a。21世紀(jì)初比20世紀(jì)70年代平均增加227（℃·d），占總平均值的6.6%。

4 討論

（1）于華深等[20]研究表明，遼西地區(qū)光照資源屬于豐富區(qū)，由于近年來(lái)太陽(yáng)總輻射、日照時(shí)數(shù)的持續(xù)減少，已經(jīng)下落到較豐富區(qū)。尤其2006—2010年連續(xù)出現(xiàn)異常偏少，給農(nóng)作物、果樹(shù)開(kāi)花授粉帶來(lái)影響，直接影響作物生長(zhǎng)發(fā)育。據(jù)調(diào)查，由于寡照，玉米授粉受到影響，禿尖嚴(yán)重，影響了產(chǎn)量；由于日照時(shí)數(shù)的減少，使2006—2010年蜜源植物出蜜少，蜂蜜產(chǎn)量下降，蜂農(nóng)生產(chǎn)受挫。

（2）熱量資源增加對(duì)氣候資源和氣象災(zāi)害存在不同的響應(yīng)，對(duì)農(nóng)業(yè)的影響利弊共存。一方面，氣候變暖將使主要農(nóng)作物適宜種植范圍擴(kuò)大，對(duì)農(nóng)作物種植格局產(chǎn)生直接影響。積溫量增多，可延長(zhǎng)農(nóng)作物生長(zhǎng)期，為大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供比過(guò)去更加良好的熱量條件，對(duì)提高復(fù)種指數(shù)、延長(zhǎng)農(nóng)作物生育期、增加生物產(chǎn)量十分有利。另一方面，氣候變暖只是趨勢(shì)性，并沒(méi)有達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的程度，隨波逐流盲目跟進(jìn)勢(shì)必會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p失。氣候變暖的不穩(wěn)定性，早春植物提前萌動(dòng)和返青，延長(zhǎng)生育期的農(nóng)作物，易受到早、晚霜凍的威脅。氣候變暖也使病蟲害加劇，病蟲害的發(fā)育速度和繁殖代數(shù)加快，病菌、蟲源基數(shù)增加，越冬界限北移。氣候變暖還突出了農(nóng)業(yè)用水的矛盾，氣溫升高，植物呼吸加快，蒸騰量加大，導(dǎo)致水資源短缺，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)一步惡化。

（3）隨著氣候的變暖，遼寧西部地區(qū)光照資源明顯減少，氣溫升高，為弱光短日照喜溫的植物提升了發(fā)揮空間，而對(duì)強(qiáng)光長(zhǎng)日照植物造成一定的影響。因此，適應(yīng)氣候變化培育新的栽培品種，調(diào)整農(nóng)業(yè)布局，改革農(nóng)業(yè)管理形式勢(shì)在必行。在氣候變暖的環(huán)境下，熱量資源增加并非穩(wěn)定，階段性低溫寡照等氣象災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，盲目開(kāi)發(fā)和跟進(jìn)定會(huì)造成損失。應(yīng)掌握氣候變暖所帶來(lái)的利弊關(guān)系，認(rèn)識(shí)氣候變暖的實(shí)質(zhì)，增強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)防控意識(shí)。2010年的低溫和早霜造成了多種作物受災(zāi)，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)敲醒了警鐘。所以，在人聲鼎沸開(kāi)發(fā)利用熱量資源的形勢(shì)下，要清醒地掌握氣候變化及氣象災(zāi)害的存在，才能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)豐收。

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