大田作物生長季熱量資源變化及對農業生產的影響

黃英華 ，馬永忠 ，李明春 ，萬緒江 ，唐遠明 ，王國莉

（1.建昌縣氣象局，遼寧建昌125300；2.遼寧省人工影響天氣辦公室，遼寧沈陽110000；3.遼寧省氣象保障中心，遼寧沈陽110000；4.寬甸縣氣象局，遼寧寬甸118200）

近年來，全球氣候變暖[1-2]是人們最為關心的問題之一，氣溫升高、熱量資源增加是氣候變暖的具體表現[3-6]。北方大田作物生長季氣候變化與農業生產息息相關，影響著農作物布局和農業產業的穩定性，進而影響糧食安全生產[7-11]。因此，探討大田作物生長期的熱量資源變化，對農作物合理布局和糧食生產具有重要意義。在氣候變暖大環境下，因受地理環境、地理位置的影響，氣候變化存在明顯的區域性，遼寧西部及建昌地區氣溫變化趨勢與各地趨勢基本一致，但也有該地區的特點[12-15]。

本研究通過對建昌地區1960—2012年53 a的大田作物生長季氣溫資料進行診斷分析，并探討熱量資源變化對農業生產的影響，旨在為深入了解建昌地區熱量資源的變化規律，合理開發利用熱量資源，確保糧食生產安全以及穩步豐產豐收提供決策依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

建昌地區位于遼寧省西部丘陵山區，隸屬遼寧省葫蘆島市，地理坐標為 119°12′47″～120°17′46″E，40°24′30″～41°05′57″N之間。該區總面積 3181 km2，耕地面積約6萬hm2；境內有松嶺山脈貫穿東北—西南，最高峰大青山海拔為1 223m；主要河流有大凌河、六股河、青龍河、黑水河；地勢呈西北高、東南低。建昌縣處于暖溫季風氣候帶，具有大陸性季風氣候特點，所以四季分明。春季雨少多大風，空氣干燥，常有春寒和倒春寒出現；夏季多雨炎熱，雨量比較集中；秋季雨少，氣溫下降迅速；冬季空氣冷寒，降水量稀少。

1.2 資料來源

1960—2012年氣溫資料由葫蘆島市氣象局資料室提供，包括逐日平均氣溫、初終霜日期和無霜期，在逐日平均氣溫基礎上分別統計出年、月平均氣溫、作物生長季平均氣溫，并運用5 d滑動平均法確定≥10℃初終日期，計算≥10℃積溫。大田作物生長季為4—9月。

1.3 分析方法

采用標準偏差方法[16]分析氣象要素異常年，確定極端事件發生幾率。通過一元線性回歸方程的回歸系數，確定氣候傾向率[17]。應用累積距平的最大值確定氣溫、積溫、無霜期的氣候突變點，使用信噪比（XZB）[18]對突變點的顯著性進行檢驗，當XZB≥1.0時，認為存在明顯氣候突變；當1.0＞XZB＞0.6時，存在氣候突變；當XZB≤0.6時，氣候突變不明顯。

2 結果與分析

2.1 作物生長季溫度變化

1960—2012年建昌地區年平均氣溫為8.5℃，4—9月大田作物生長季平均氣溫為18.7℃，1994年最高，為20.4℃，1976年最低，為16.9℃。標準偏差為±0.7℃，作物生長季平均氣溫正常值在18.0～19.4℃之間，在近53 a里，異常偏高有9 a，幾率為17.0%，均出現在1981年之后；異常偏低有7 a，幾率為13.2%，均出現在1995年之前（圖1）。

由圖1-a可知，1960—2012年作物生長季氣溫序列出現3個明顯跳躍階段，即：1969—1980年（T1）為低溫時段，平均為18.0℃；1981—1995年（T2）由低到高過渡，跳躍至平均為18.8℃；1997—2009年（T3）為高溫時段，跳躍至平均為19.4℃；高低相差1.4℃。1960—2012年作物生長季平均氣溫總趨勢呈波動升高，線性相關系數為0.399 7，達到極顯著水平（P＜0.01），氣候傾向率為0.19℃/10 a，平均每10 a作物生長季氣溫升高約0.2℃。

從年代際平均溫度分析可以看出，20世紀70年代（18.1℃）最低，其次是60年代（18.4℃），80年代（18.7℃）與總平均值持平，而90年代（19.2℃）和21世紀10年代（19.1℃）較高，年代最大相差1.1℃。

由圖1-b可知，作物生長季平均氣溫累積距平均小于0，在1980年累積距平絕對值達到最大，然后逐漸回升，這是由低到高的轉折點，由此可假設1980，1981年存在氣候突變。根據信噪比檢驗結果，XZB為0.74，突變較為顯著，假設成立。說明從1981年開始作物生長季平均氣溫突變性升高，突變之前1960—1980年平均值為18.2℃，突變之后1981—2012年平均值為19.0℃，升高了0.8℃。

2.2 ≥10℃積溫變化

建昌地區氣溫穩定通過≥10℃初日平均在4月16日，終日平均在10月12日，≥10℃積溫平均為3471℃·d，1998年最多，為 3863℃·d，1969年最少，為3031℃·d，極差為832℃·d。標準偏差為±191℃·d，≥10℃積溫正常值在3 280～3662℃·d之間，積溫異常偏多有10 a，均出現在1975年之后，幾率為18.9%；積溫異常偏少也有10 a，幾率為18.9%，分布較為分散（圖2）。

從圖2-a可以看出，1960—2012年≥10℃積溫年際變化呈波動性遞增趨勢，線性相關系數為0.400 6，達到極顯著水平（P＜0.01），氣候傾向率為49.98（℃·d）/10 a，平均每 10 a增加≥10℃積溫約50.0℃·d。

從年代際平均值可知，20世紀70年代≥10℃積溫（3339℃·d）最少，其次是60年代（3390℃·d），80年代（3470℃·d）居中與總平均值相近，90年代（3564℃·d）和 21世紀 10年代（3546℃·d）較多，年代際最大相差225℃·d。

由圖2-b可知，≥10℃積溫累積距平均小于0，在1996年累積距平絕對值達到最大，然后逐漸回升，這是由少到多的轉折點，由此可假設1996，1997年存在氣候突變。根據信噪比檢驗結果，XZB為0.64，突變較為顯著，假設成立。說明從1997年開始≥10℃積溫突變性增加，突變之前1960—1996年平均值為3410℃·d，突變之后1997—2012年平均值為3611℃·d，升高了201℃·d。

2.3 無霜期

建昌地區終霜日平均在4月22日，初霜日平均在10月8日，無霜期平均為168 d，2009年最長，為197 d，1979年最短，為142 d，極差為55 d。標準偏差為±10.3 d，無霜期正常在157.7～178.3 d之間，異常偏多有7 a，幾率為13.2%，異常偏少有7 a，幾率為 13.2%（圖3）。

由圖3-a可知，無霜期呈波動增加趨勢，線性相關系數為0.387 6，達到極顯著水平（P＜0.01），氣候傾向率為2.44 d/10 a，平均每10 a無霜期延長約2.5 d。

從年代際變化看，20世紀70年代（161 d）無霜期最短，其次是 60年代（164 d），80年代（172 d），90年代（173 d）和 21世紀 10年代（172 d）相接近，最大相差12 d。

由圖3-b可知，無霜期累積距平絕對值在1984年達到最大，然后逐漸回升，這是由少到多的轉折點，由此可假設1984，1985年存在氣候突變。根據信噪比檢驗結果，XZB為0.62，突變較為顯著，假設成立。說明從1985年開始無霜期突變性延長，突變之前1960—1984年平均值為163 d，突變之后1985—2012年平均值為173 d，無霜期延長了10 d。

3 結論

（1）建昌地區大田作物生長季在4—9月份，此時段氣溫高低對農作物生長發育以及產量形成至關重要。分析結果與氣候變暖相吻合，1960—2012年建昌地區作物生長季氣溫呈明顯升高趨勢，這與馬永忠等[15]的研究結果相一致，平均每10 a升高約0.2℃，近20 a平均氣溫升高了1.0℃。在近53 a里，異常低溫年有7 a，其中，有6 a發生在1985年之前，而近20 a里僅有一年發生在1995年，說明在近年代持續性低溫年對農業生產影響概率較低。作物生長季平均氣溫在1981年突變性升高，突變之后氣溫平均升高了0.8℃。

（2）熱量資源呈明顯增加趨勢，1960—2012年≥10℃積溫平均每10 a增加約50℃·d，近10 a（2003—2012年）與前 10 a（1960—1969年）相比，≥10℃積溫平均增加了180℃·d。≥10℃積溫從1997年突變性增加，突變之后≥10℃積溫平均增加了201℃·d。≥10℃積溫異常偏少有10 a，且1985年之前有7 a，1986年之后有3 a，而最近的異常偏少發生在2007年。說明熱量資源雖然增加顯著，但還不穩定，這對農業生產及農作物生長還存在一定的影響。

（3）無霜期明顯延長，每10 a平均延長2.5 d。在1985年無霜期突變性延長，突變之后無霜期平均延長約10 d。無霜期異常偏少有7 a，1979年之前有6 a，1980年之后僅有一年（2004年），說明近年代無霜期延長相對穩定。

4 討論

氣溫升高、熱量資源增加對農業生產存在2種不同的可能性。一方面是有利因素，當熱量資源增加時，可改變栽培管理模式，更換作物品種品系和增加復種指數，使作物生育期延長或增加兩茬栽培，以此提高生物產量或者提高單位面積產量。另一方面，氣溫升高使得作物蒸騰與地表面蒸發加大、加快，導致水資源短缺，造成作物水分供應不足，發生階段性干旱[19-20]等，使農業生產環境進一步惡化。

依據以上分析結果，建昌地區作物生長季平均氣溫和無霜期穩步升高和延長，≥10℃積溫增加雖然還不十分穩定，但該區域熱量資源豐富[15]，為開發利用熱量資源，調整農業生產結構奠定了穩固的基礎。因此，可研究引進培育新的栽培品種，調整農業布局，更加科學地利用熱能資源，增加農業經濟收入。

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