黑龍江省積溫帶變化對農業影響研究進展

宋天元，孫彥坤

（東北農業大學，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

積溫是影響植物發育的一個重要氣象要素，在農業氣象學中占有重要地位。自1735年,法國A.F.de Réaumur首次提出積溫的概念以來[1]，農學、氣象學等眾多專家學者對積溫，特別是積溫對農業影響及應用問題進行了廣泛研究。已有的研究指出，積溫對作物的生長過程有很好的指示作用，特別是在光照、水分等環境因子處于正常范圍或非敏感時期時，使用積溫指標推算許多植物發育進程的效果較好、便于計算、使用方便[2]。因此，積溫研究對農業生產具有重要影響。

黑龍江省是我國的農業第一大省，積溫變化對本省農業發展具有重要影響。IPCC(2007)[3]第四次評估報告指出，在中高緯地區,如果局地平均溫度增加1-3℃，糧食產量預計會有少量增加；若升溫超過這一范圍，某些地區農作物產量則會降低。作為我國重要商品糧基地的黑龍江省正處于這一敏感區域。王權[4]利用統計分析的方法研究積溫、降雨等氣象因素與黑龍江省農業產量的關系，其結果指出積溫是影響本省農業生產的重要因素。因此，廣泛深入研究積溫變化及積溫對糧食生產的確切影響，是農業氣象研究的重大課題。本文擬從積溫帶變化和積溫對糧食種植格局兩方面來總結對黑龍江省積溫帶已有的研究成果。

2 積溫帶變化

2.1 氣候變化對積溫帶影響

不同農作物對積溫的要求不同，因此進行積溫區劃對保障農業生產具有重要作用。由于積溫的氣候敏感性很強，為了能夠提供更為準確的積溫信息，自1989年至今，黑龍江省已進行三次積溫帶劃分。但隨著全球性氣候變化的發生，使原有積溫帶在時空分布上均出現明顯變化。劉景利等[5]分析1951-2007年>10℃的有效積溫的時空變化，結果表明黑龍江省有效積溫在時間上呈波動上升，且遞增趨勢顯著。在空間上，季生太等[6]采用Mann-kendall方法研究1961-2005年黑龍江省積溫帶變化，黑龍江省≥10℃積溫呈明顯增加趨勢；通過積溫的年代際變化分布圖對比，可以看出由于積溫的累計增加明顯，全省高積溫區域出現明顯的擴大，其中，第一積溫帶向北擴大最為明顯，平均達0.5個緯距，第三積溫帶東擴最明顯，達2個經距。

進入21世紀后，除積溫帶范圍有明顯變化外，年代際的積溫量也有顯著變化。楊顯峰等[7]利用1971-2006年的黑龍江省氣象資料,在GIS平臺上對積溫的年代際增長量進行分析，28個站點的≥10℃年平均活動積溫增加100-350℃，最高增加近400℃；其中以松嫩平原和三江平原地區變化幅度較大。總結已有研究可以發現，積溫總量的變化主要是由初終間日數和氣溫兩方面因素引起的。王春華[8]等對1961-2009年黑龍江省積溫初終日的變化分析時指出：積溫初日明顯提前，速率為1.2 d/10 a；終日明顯推遲，速率為1.1 d/10 a；初終間日數顯著增加，速率為2.3 d/10 a。與此同時，隨著全球氣候變暖，黑龍江省平均氣溫呈變暖趨勢[9]。陳晶等[10]在對黑龍江省1961-2012年氣溫資料進行統計分析后指出：黑龍江省年平均氣溫、平均最低氣溫和平均最高氣溫均呈上升趨勢，線性擬合增長率分別為 0.308℃/10 a、0.46℃/10 a 和0.175℃/10 a。

2.2 目前本省的積溫區劃

由于本省積溫在空間分布和總量上都有巨大變化，原有積溫帶劃分[11,12]已無法滿足現有生產需要。在黑龍江省積溫帶區劃標準的基礎上，采用1961-2012年的資料，全省≥10℃劃分六條積溫帶[6](見表1)。

表1 黑龍江省≥10℃積溫帶劃分指標

陳晶[10]根據黑龍江省各氣象站點1961-2012年逐日氣溫數據資料，作出黑龍江省≥10℃積溫空間分布圖,顯示黑龍江省≥10℃積溫由北向南呈逐漸增加的趨勢，變化范圍為1 780-3 160℃，平均每一緯度相差約138℃，呈明顯的緯向分布，同時也受到山脈走向的影響，呈一定的垂直分布規律[13]。由北向南變化幅度較大，由西向東變化較小。黑龍江省近52 a來≥10℃積溫最大值出現在肇源縣，為3 165℃；最小值出現在北部的漠河縣，為1 777℃。肇源縣≥10℃積溫變化幅度最小，平均每10 a約為1.4℃；林甸縣≥10℃積溫變化幅度最大，平均每10 a約為122℃。

3 積溫變化對種植格局影響

3.1 積溫變化對種植品種影響

氣候變化使黑龍江省積溫帶發生重大改變。這種改變，影響全省乃至全國的糧食安全是關系到國民生活穩定，國家經濟發展的重大問題。氣候性的增溫變暖可以有效提高生長季的有效積溫水平，促進植物生長，但同時也會伴隨蒸發量的增加。特別是降水偏少的東北西部地區，有效積溫增加導致的蒸發量增大，將會加劇該地區農業干旱災害[5]；同時，冬季溫度偏高導致整個東北3省農業病蟲害加劇。因此，在有效積溫增加的情況下，改變種植結構，增加抗旱設施和加強病蟲害防治力度，才能確保農業的增產。

積溫對黑龍江省糧食產量影響較大。據相關研究表明，黑龍江省積溫每變化100℃，作物產量就會有一成左右的變動[10]，因此，積溫變化勢必會影響糧食作物產量。分析了≥10℃活動積溫對糧食和水稻產量的影響。結果表明，活動積溫是制約東北地區糧食和水稻產量的最主要因素，緯度越高，糧食產量受活動積溫的影響越大，黑龍江水稻平均單產下降2.1%。近45 a，在水分條件滿足的情況下，溫度是發育的控制因子，在一定溫度范圍內，作物發育與溫度成正比[14],因此可用播種一成熟期間的積溫作為熱量指標，并以此來衡量地區熱量條件的滿足程度。分析大豆、玉米不同品種歷年分期播種產量與>10℃積溫的關系，可以看出，不同品種達到成熟所需積溫是不同的。對晚熟品種來說，2 600℃是個界限，高于2 600℃，作物需要熱量得到滿足，產貧變幅較小，低于2600℃，作物不能正常成熟，產量大幅度下降。中晚熟品種，積溫界限為2 400-2 600℃；中熟品種界限為2 200-2 400℃，早熟品種界限為2 000-2 200℃[15]。

肖佳雷等[16]對 2007年黑龍江省三大積溫帶水稻產量構成因素和產量進行相關分析,結果表明，第一、二積溫帶單位面積穗數、每穗粒數與產量相關性表現為極顯著正相關，第一積溫帶千粒重與產量表現顯著正相關，空秕率與產量表現顯著負相關，第二積溫帶千粒重與產量表現正相關,空秕率與產量表現負相關；第三積溫帶單位面積穗數、每穗粒數、千粒重與產量表現正相關，空秕率與產量表現負相關，但相關性未達顯著水平。主成分分析表明，水稻產量構成因素對產量的影響表現為：第一積溫帶產量構成因素對產量的影響表現為每穗粒數>空秕率,單位面積穗數>千粒重；第二積溫帶表現為每穗粒數>空秕率>千粒重>單位面積穗數；第三積溫帶表現為單位面積穗數>空秕率>每穗粒數>千粒重。姜麗霞[17]利用農業觀測數據研究氣候變化對大豆生產影響時指出，積溫增加不僅使大豆的發育期提前，同時提高大豆的單產產量。

藺濤等[18]收集1986-2000年黑龍江省79個縣市農業生產資料和30個氣象臺站逐日氣溫、降水資料，應用柯布-道格拉斯生產函數方法將糧食產量分解為氣候產量和經濟產量，然后用EOF方法分析了糧食產量、氣候影響程度指數、≥10℃積溫、生長季降水的時空變化特征及其關系。結果表明：15 a間全省糧食產量穩步增加，氣候變暖趨勢明顯但降水變化不顯著，變暖對糧食生產有利，降水的變化未對糧食產量產生實質影響。15 a間氣候影響程度總體增大，但氣候變化及其影響具有時空差異性:1986-1993年北部和西南部積溫增加明顯,糧食產量增加大于東北部和東南部；1993-2000年東北部和東南部積溫增加明顯，糧食產量增加超過北部和西南部。

3.2 積溫變化對種植格局影響

積溫變化帶來的熱量資源重新分布對黑龍江省農業種植格局產生了一定影響。顧紅[9]利用黑龍江省80個氣象觀測站點48 a的氣象觀測資料，以積溫和降水作為主要因子，采用聚類分析的方法，重點分析了黑龍江省積溫、降水量的時空分布和年代際變化。結果表明，48 a來全省平均升溫0.88℃，但不同年代的平均氣溫異常各有其特點。氣溫異常年，20世紀90年代前以異常偏冷年為主；90年代后以異常偏暖年為主。聚類分析的結果將全省劃分成5個種植帶：1961-1990年、1971-2000年2個標準氣候年的劃分大致相同，1971-2000年與1961-1990年的劃分界限比較，有北移趨勢。20世紀90年代至今氣溫顯著增高，1991-2008年的劃分變化更大，界限北移的趨勢更明顯。

張莉等[19]基于黑龍江省賓縣1996-2010年鄉鎮級統計數據，運用數理統計和GIS空間分析等方法，分析賓縣過去15 a玉米、大豆、水稻3種主要糧食作物和經濟作物播種面積數量變化及空間變化特征時指出：1996-2010年賓縣農作物總播種面積增加22.86%，主要是由糧食作物播種面積變化引起。糧食作物播種面積增加32.80%，經濟作物減少52.84%，糧經比從88﹕12調整到 96﹕4。玉米種植面積大幅增加73.82%，種植比例不斷提高，大豆種植面積減少1.05%，水稻種植面積減少29.78%。主要糧食作物空間變化呈現較強的規律性，即玉米種植在全縣范圍內分布較均衡，大豆種植中心向東南部集中，水稻種植集中到賓縣北部和西部地區。

4 結語

黑龍江省農業發展正面臨氣候變化的全面考驗。氣候變化帶來的積溫、降水、風力等氣候資源的重新分布將促使黑龍江省農業種植格局發生根本性轉變。目前，針對積溫的主要研究集中在積溫帶的重新區劃，但新的區劃方法和結果并沒有明確，還有待于進一步的系統規劃研究。積溫對農業生產力影響的研究則主要集中在局地范圍，空間尺度小，缺乏對黑龍江省整體現狀及發展趨勢的系統理論研究。另一方面，積溫增長對農業病蟲害影響日益顯著，這將成為農業應對氣候變化研究的一個重要方向。

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