甘肅馬鈴薯產量區域特征及其與氣象條件分析

文/ 張莉婭 齊小聲 王毅榮

甘肅省定西市安定區氣象局 甘肅定西 743000

引言

氣候變化下作物生長明顯響應[1-3]。對未來氣候變化將造成的不良后果人們十分關心，許多國家都對此做了認真研究，以便及時采取對策，對農業做出相應調整[4，5]。全球氣候變化對農業產生重大影響，其中對那些適應能力差，生產異常脆弱的地區是不利的，與氣候變化同樣重要的是氣候變率的變化，極端氣候事件則常使糧食生產損失巨大[6，8]。

氣候變化對農業生產的影響主要表現在產量上，建立了氣候波動與作物產量或氣候生產力之間關系的氣象產量模型或氣候生產力模型，模擬氣候變化對糧食產量的影響[9-12]。

馬鈴薯適應性強，喜溫涼氣候，不耐高溫、高濕，有一定耐旱、耐瘠能力。在甘肅省境內分布廣泛，僅次于小麥、玉米的第三大主要糧食作物，產量相對較高。被譽為中國馬鈴薯之鄉的甘肅定西市占農作物總面積一半以上。馬鈴薯已被甘肅省政府作為農業支柱產業，優先發展。

甘肅省氣候干燥，氣溫日較差大，光照充足，太陽輻射強。年平均氣溫在0～14℃之間，由東南向西北降低；河西走廊年平均氣溫為4～9℃，祁連山區0～6℃，隴中和隴東分別為5～9℃和7～10℃，甘南1～7℃，隴南9～15℃。年均降水量300毫米左右，降水各地差異很大，在42～760毫米之間，自東南向西北減少，降水各季分配不勻，主要集中在6～9月。甘肅省光照充足，光能資源豐富，年日照時數為1700～3300h，自東南向西北增多。河西走廊年日照時數為2800～3300h，敦煌是日照最多的地區，所以敦煌的瓜果甜美，羅布麻鎖陽等藥材非常地道；隴南為1800～2300h，是日照最少的地區；隴中、隴東和甘南為2100～2700h。甘肅省地處黃土、青藏和蒙古三大高原交匯地帶。境內地形復雜，山脈縱橫交錯，海拔相差懸殊，高山、盆地、平川、沙漠和戈壁等兼而有之，是山地型高原地貌。從東南到西北包括了北亞熱帶濕潤區到高寒區、干旱區的各種氣候類型。甘肅地處內陸生產環境異常脆弱地區[13，14]，研究脆弱區不同氣候帶馬鈴薯區域分布特征很有必要，本文對此著重進行研究了。

圖1 甘肅70縣區馬鈴薯分布Fig1 Potato distributes over Gansu region

圖2 甘肅馬鈴薯產量分布Fig2Spatial distribution of potato yield in Gansu region

圖3 馬鈴薯產量絕對變率（a）和相對變率（b）的空間分布Fig3 Spatial structures of variation absolute (a) and relative (b) rate of potato yield

圖4 馬鈴薯產量REOF的前6個空間模 (a-f)Fig.4 Spatial structures of the first 6（a-f）rotating loading vectors of potato yield in Gansu

1 研究方法

本文主要利用1981～2007年27年甘肅全省70縣區馬鈴薯產量和縣區所在地氣象觀測站生長期氣溫、降水實況資料。計算產量的絕對變率（絕對偏差的平均值）、相對變率（絕對變率與均值之比）和REOF分解[15]。

2 馬鈴薯產量的地域特征

2.1 馬鈴薯平均產量地域差異

甘肅省內主要種植區域如圖1，河西走廊地區多以沙壤為主，適宜種植區主要在祁連山區，種植面積較少，主產地在河東黃土高原地區。馬鈴薯平均產量分布（圖2）的基本特點是，由西向東、由北到南產量遞減，黃土高原大多在2500kg/hm2（干物重）以下，產量最低區域1500kg/hm2以下。

2.2 馬鈴薯產量變率地域差異

河西走廊馬鈴薯產量的絕對變率（圖3a）在600kg/hm2（干物重）以上，相對變率（圖3b）在20%以上；河東絕對變率較小，隴中盆地變幅較小，隴中盆地變幅最小。

2.3 馬鈴薯產量典型區

對1981—2007年馬鈴薯產量剔去線形趨勢項，進行EOF分解，取前6個顯著的主分量，參加轉動，做方差最大正交旋轉（REOF分解）。REOF（空間模，旋轉后的特征向量）反映空間相關程度。前6個空間模解釋了總方差的91.7%，來分析甘肅馬鈴薯的次區域特征。

第1空間模（圖4a）占總方差的41.27%，圖中最顯著的特征是，隴南大部地區與其余地區數值符號相反，換言之，除隴南地區外全省各地變化一致，產量變化與隴南反向，大值區主要集中在河西走廊東中部，可見，河西走廊中東部區域變化一致程度最高，成為高相關區域。是產量分布最主要的空間分布特征

第2空間模（圖4b）占總方差的15.88%，區域數值最大值在隴中區域一帶，相關程度最高，可見馬鈴薯產量演變的另一個典型區在隴中地區。以負值為主，絕對值從東向西降低，可見河東地區相關程度很高，產量變化與河西反向。由此可見，甘肅馬鈴薯產量存在著3個典型區域，即河西走廊地區、黃土高原地區和隴南山區。

第3空間模（圖4c）占總方差的15.18%，區域數值最大值在隴東區域一帶，相關程度最高，可見馬鈴薯產量演變的第三個典型區在隴東地區。

第4空間模（圖4d）占總方差的7.42%，區域數值最大值在甘南高原地帶，相關程度最高，可見馬鈴薯產量演變的第四個典型區在甘南高原地區。

第5空間模（圖4e）占總方差的6.21%，區域數值最大值在黃灌區一帶，相關程度最高，可見馬鈴薯產量演變的第五個典型區在隴中地區。

第6空間模（圖4f）占總方差的5.79%，區域數值最大值在隴南山區一帶，相關程度最高，可見馬鈴薯產量演變的第六個典型區在隴南山區地區。

由此可見，甘肅馬鈴薯產量存在著6個典型區域，即河西走廊地區、隴中黃土高原地區和隴東黃土高原地區、甘南高原地區、黃灌區和隴南山區。

河西走廊地區多以沙壤為主，適宜種植區主要在祁連山區，種植面積較少，單產量高，但總產量很小。隴南山地可種植面積也較小，單產、總產都很低。黃土高原地區，土壤深厚，氣溫適宜。

3 馬鈴薯產量的氣候影響

選取隴中黃土高原的安定區為代表，分析氣候對產量的影響。馬鈴薯單產極不穩定，有時最低產量只有最高時的一半，干旱是制約產量的主要氣候因素。

選取安定逐年單產及相應年份的旬平均氣溫、降水資料進行相關分析。可見，5月初種植，氣溫升速較慢，5月—6月上旬氣溫對馬鈴薯的產量正相關，氣溫升高1℃，產量可增加109.5kg/hm2，萌芽需要一定的熱量；馬鈴薯出苗以后，熱量的影響強度逐漸減少，出苗至分枝前后，是熱量影響產量的最不敏感階段，也是由正影響轉向負影響的轉折階段。莖塊形成膨大期，氣溫過高則抑制馬鈴薯產量增加，7月份氣溫與產量負相關，氣溫增加1℃，產量可降低56.4kg/hm2。8月中旬以后熱量都呈歉狀態，氣溫與產量成正相關，即氣溫每升高1℃，產量可增加60.7kg/hm2。

馬鈴薯塊莖膨大主期，需水量迅速增大，6月中旬—7月下旬期間降水與氣溫正相關，每增加1mm 降水，產量可增加55.3kg/hm2；9月降水量與產量成負相關，降水量每增加1mm，產量降低25.5kg/hm2，這與馬鈴薯在塊莖膨大后期過多降水還會引起濕腐病導致產量下降有關。

4 結論和討論

(1)馬鈴薯平均產量由西向東、由北到南產量遞減，黃土高原大多在2500kg/hm2（干物重）以下，產量最低區域1500kg/hm2以下。馬鈴薯產量的絕對變率河西在600kg/hm2（干物重）以上，相對變率在20%以上；河東絕對變率較小，隴中盆地變幅最小。

(2)甘肅馬鈴薯產量存在著6個典型區域，即河西走廊地區、隴中黃土高原地區和隴東黃土高原地區、甘南高原地區、黃灌區和隴南山區。空間分布最顯著的特征是，除隴南地區外全省變化具有一定的一致性。

(3)5月—6月上旬氣溫對馬鈴薯的產量正相關，7月份氣溫與產量負相關，8月中旬以后熱量都呈歉狀態，氣溫與產量成正相關；6月中旬—7月下旬期間降水與氣溫正相關，9月降水量與產量成負相關。

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