氣候變暖對(duì)新疆杏種植氣候適宜性的影響*

張山清，吉春容，普宗朝

(1.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺(tái)(新疆興農(nóng)網(wǎng)信息中心)烏魯木齊 830002；2.新疆烏魯木齊市氣象局，烏魯木齊 830001)

0 引言

以氣候變暖為主要特征的全球變化已成為不爭的事實(shí)[1]。第三次氣候變化國家評(píng)估報(bào)告指出，1951—2012年中國的陸地平均溫度升高幅度大于全球平均，但其變化具有明顯的區(qū)域性差異[2]。氣候變暖使中國大部分地區(qū)熱量資源增多，農(nóng)業(yè)氣候帶北移，作物生長季延長[3-4]，進(jìn)而對(duì)農(nóng)業(yè)種植制度、作物布局產(chǎn)生了重要影響[5-6]。

中國是世界杏(Apricot)生產(chǎn)大國，杏也是原產(chǎn)于中國的古老果樹之一，在中國有著悠久的栽培歷史，在漫長的進(jìn)化過程中形成了多種多樣的杏的品種和類型[7]。光、熱、水等氣候條件是決定杏適宜種植區(qū)，影響杏產(chǎn)量和品質(zhì)的主要環(huán)境因素[8-12]。杏是喜溫果樹，春季日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃杏樹陸續(xù)進(jìn)入開花、展葉和結(jié)實(shí)期，期間若出現(xiàn)最低氣溫≤0℃的霜凍，將對(duì)杏生長發(fā)育和產(chǎn)量形成造成危害[7-12]。年≥10℃積溫2 800℃·d以上才能保證杏的正常生長，≥10℃積溫達(dá)4 200℃·d以上最為適宜[8-10]。杏樹冬季休眠期耐寒能力較強(qiáng)，冬季最低氣溫高于-20.0℃的區(qū)域一般不會(huì)對(duì)其造成凍害，但當(dāng)最低氣溫在-20.0～-25.0℃、-25.0～-30.0℃以及低于-30.0℃時(shí)會(huì)對(duì)杏樹分別造成輕度、中度和重度的越冬凍害[8-10,13]。杏對(duì)光照要求較高，一般要求年日照時(shí)數(shù)不少于2 000h[8-10]。杏是耐旱性較強(qiáng)的果樹，在年降水量400～600mm 的半干旱地區(qū)栽植杏樹不灌溉也能正常生長，獲得較好產(chǎn)量[9-10]。由于中國地域遼闊，氣候類型多樣，各地種植杏的氣候適宜性各異，因此，近年來關(guān)于杏種植氣候適宜性及其區(qū)劃的研究受到業(yè)內(nèi)學(xué)者的關(guān)注，徐德源等[9]、岳陽等[10]、程林仙等[11]，尹清華等[12]根據(jù)杏生長發(fā)育對(duì)氣候條件的要求，基于歷史氣候數(shù)據(jù)，分別就新疆、陜西、內(nèi)蒙古等省(區(qū))的部分地區(qū)杏種植的氣候適宜性開展了初步研究，但有關(guān)氣候變化對(duì)各地杏種植影響的研究目前還鮮有報(bào)道。

新疆地處歐亞大陸腹地，光照充足，年日照時(shí)數(shù)2 500～3 500h；熱量豐富，平原地區(qū)大部≥10℃積溫在3 800℃·d以上，無霜凍期180d以上；平原綠洲地帶雖降水稀少，但山區(qū)較豐沛的降水和高山冰川、積雪融水為農(nóng)業(yè)灌溉提供了較穩(wěn)定的水資源，加之空氣異常干燥，氣溫日較差較大[8，14]，獨(dú)特的氣候和生態(tài)條件使新疆許多地區(qū)適于種植杏，因此，新疆是中國重要的杏主產(chǎn)區(qū)，且杏的色澤鮮艷、果肉多汁、風(fēng)味甜美、品質(zhì)上乘[15-17]。近年來，隨著新疆“大力發(fā)展特色林果業(yè)”戰(zhàn)略的貫徹實(shí)施，林果業(yè)已經(jīng)成為新疆調(diào)整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)、加速農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的增長點(diǎn)、促進(jìn)農(nóng)民增收的關(guān)鍵點(diǎn)和改善生態(tài)環(huán)境的著力點(diǎn)。截止2016年，全疆杏種植面積已達(dá)12.487 2萬hm2，總產(chǎn)約11.542 03億kg[18]，居全國首位，杏的產(chǎn)業(yè)發(fā)展已成為促進(jìn)新疆農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)民增收的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但由于新疆地域遼闊，地形、地貌復(fù)雜，氣候多樣，新疆區(qū)域氣候條件對(duì)杏種植的氣候適宜程度有很大差異。而且新疆部分地區(qū)也出現(xiàn)了因忽視氣候條件的適宜性盲目擴(kuò)大種植面積，導(dǎo)致杏的產(chǎn)量低，品質(zhì)下降，影響了杏生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[15-17,19-21]。

在氣候變暖背景下，過去50多年新疆的氣候總體呈顯著變暖趨勢(shì)[22]，≥0℃積溫增多[23]、無霜凍期延長[24]、冬季極端最低氣溫升高[13]。有學(xué)者就近50年新疆氣候變化對(duì)特色林果的影響進(jìn)行初步研究表明，氣候變暖對(duì)新疆紅棗[25]、哈密瓜[26]、釀酒葡萄[27]、蘋果[28]、核桃[29]等特色瓜果的種植總體有利[30-31]，但就有關(guān)氣候變化對(duì)新疆杏種植氣候適宜性的影響研究，目前尚未開展。所以，該文在對(duì)1961—2016年影響新疆杏生產(chǎn)的主要?dú)夂蛞蛩貢r(shí)空變化分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)杏的生物學(xué)特性及其對(duì)氣候條件的要求，結(jié)合杏種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)，對(duì)近56年新疆氣候變化對(duì)杏種植氣候適宜性的影響進(jìn)行分析，以期為適應(yīng)氣候變化，充分利用新疆區(qū)域氣候資源，有效規(guī)避農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響，科學(xué)調(diào)整特色林果種植結(jié)構(gòu)，促進(jìn)新疆農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)民收入、改善脆弱的生態(tài)環(huán)境提供參考依據(jù)。

圖1 新疆高程和氣象站點(diǎn)分布

1 研究方法

1.1 資料來源

選用新疆維吾爾自治區(qū)范圍內(nèi)102個(gè)資料序列較長的氣象站1961—2016年≥10℃積溫、85%保證率極端最低氣溫、終霜凍日早于≥10℃初日的日數(shù)資料以及各站地理坐標(biāo)和新疆地理信息數(shù)據(jù)研究分析氣候變化對(duì)杏種植氣候適宜性的影響。研究區(qū)域和所選氣象站點(diǎn)見圖1。各站氣象數(shù)據(jù)、地理坐標(biāo)和新疆1:50 000地理信息數(shù)據(jù)由新疆氣象信息中心提供。

1.2 杏種植氣候適宜性指標(biāo)的確定

前人研究表明，制約新疆杏生產(chǎn)的氣候因素主要是生長期的熱量條件、越冬期低溫凍害以及杏樹開花、展葉、幼果形成期的霜凍，而光照和自然降水對(duì)杏基本無制約作用[8-10]。由于杏的生長發(fā)育主要是在日平均氣溫≥10℃期間完成，因此，將年內(nèi)≥10℃積溫作為杏生長期熱量條件適宜程度的氣候指標(biāo)。杏是多年生果樹，杏樹越冬期若遭受中度以上凍害不僅影響當(dāng)年的產(chǎn)量，而且對(duì)翌年乃至后續(xù)數(shù)年的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成也會(huì)造成影響[8-10]。新疆冬季寒冷且最低氣溫的年際變化較大，不穩(wěn)定性很強(qiáng)，實(shí)際生產(chǎn)中若使用相當(dāng)于50%保證率的平均極端最低氣溫判別杏的越冬安全性，一般僅有50%成功的把握，若出現(xiàn)低于多年平均值的冬季低溫，尤其是出現(xiàn)多年不遇的異常低溫時(shí)，往往造成凍害，因此，從穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)角度考慮，該研究采用85%保證率冬季最低氣溫作為判別杏樹越冬安全性的指標(biāo)[13]。春季日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃是杏樹陸續(xù)進(jìn)入開花、展葉、結(jié)實(shí)期的起始臨界溫度[8-10]，若日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃之后出現(xiàn)最低氣溫≤0℃的終霜凍，將對(duì)杏造成危害；反之，若終霜凍日早于≥10℃初日，則杏樹遭受霜凍危害的可能性就較小，并且終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)越多，杏樹遭受霜凍危害的幾率越低[14]，因此將多年平均終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)作為杏樹遭受春季霜凍危害幾率的判別指標(biāo)。參考前人研究成果[8-10]，并經(jīng)實(shí)際調(diào)查驗(yàn)證，確定新疆杏種植氣候適宜性判別指標(biāo)見表1。

表1 新疆杏種植氣候適宜性指標(biāo)及其等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.3 各指標(biāo)氣候要素的統(tǒng)計(jì)方法

(1)≥10℃積溫：采用五日滑動(dòng)平均法[32]確定各年份日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃的初日和終日，≥10℃初日、終日間逐日平均氣溫之和為≥10℃活動(dòng)積溫，簡稱≥10℃積溫[23]。

(2)85%保證率極端最低氣溫：年極端最低氣溫服從正態(tài)分布[33]，該研究根據(jù)正態(tài)分布中保證率與隨機(jī)變量的關(guān)系，使用極端最低氣溫多年平均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)差，計(jì)算研究時(shí)段新疆各氣象站85%保證率的極端最低氣溫[32]。

(3)終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)：將春季最后一次出現(xiàn)最低氣溫≤0℃之日作為終霜凍日[24]，≥10℃初日與終霜凍日在年內(nèi)的日序之差為終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)。

1.4 各指標(biāo)氣候要素變化趨勢(shì)分析方法

分別用線性傾向率、累積距平以及t檢驗(yàn)[22-29]對(duì)1961—2016年≥10℃積溫、冬季最低氣溫、終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的變化趨勢(shì)、突變特征進(jìn)行分析和檢測(cè)。

氣候要素變化趨勢(shì)分析方法為：通常用一次直線方程來描述氣候要素的變化趨勢(shì)，即

y(t)=at+b

(1)

其中t為年序，a為線性方程的斜率，也就是氣候要素的線性變化趨勢(shì)和速率。a為正(負(fù))表示增加(減小)趨勢(shì)，零表示無變化趨勢(shì)，并將a×10年定義為氣候傾向率，單位為℃/10年、mm/10年或h/10年等，b為常數(shù)，可通過最小二乘法求取。

氣候要素突變分析方法為：氣候突變是指在短時(shí)期內(nèi)由一種相對(duì)穩(wěn)定的氣候狀態(tài)過渡到另一種氣候狀態(tài)的變化，它是氣候系統(tǒng)非線性性質(zhì)的一種表現(xiàn)[18]。檢驗(yàn)氣候突變的方法有多種，該文采用累積距平曲線來確定，即使用指標(biāo)：

(2)

為了檢驗(yàn)轉(zhuǎn)折是否達(dá)到氣候突變的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)轉(zhuǎn)折年份前后兩段子序列x1，x2計(jì)算統(tǒng)計(jì)量：

(3)

其中，

(4)

式(4)遵從自由度u=n1+n2-2的t檢驗(yàn)。由給定的顯著性水平α，可查t分布表得到臨界值tα，若|t|>tα，則認(rèn)為氣候發(fā)生了突變，這時(shí)兩個(gè)子序列的分界點(diǎn)即為突變點(diǎn)。

1.5 各指標(biāo)氣候要素的柵格化數(shù)學(xué)模型

新疆地域遼闊，地形地貌復(fù)雜，地勢(shì)高差懸殊，氣候類型多樣[14]，但氣象站點(diǎn)稀疏且分布不均(圖1)，為提高各指標(biāo)氣候要素空間分布式模擬的精度，采用混合插值法(宏觀地理因子的三維二次趨勢(shì)面模擬與反距離加權(quán)殘差訂正相結(jié)合)對(duì)各指標(biāo)氣候要素進(jìn)行500m×500m柵格點(diǎn)的空間插值模擬[20-22]，計(jì)算式為:

w=w(λ,φ,h)+ε=(b0+b1λ+b2φ+b3h+b4λφ+b5φh+b6λh+b7λ2+b8φ2+b9h2)+ε

(5)

式(5)中，w為各氣候要素的柵格點(diǎn)模擬值；w(λ，φ，h)為宏觀地理因子影響的各氣候要素的柵格點(diǎn)模擬值；ε為局部小地形因子和隨機(jī)因素對(duì)各氣候要素的影響，即殘差項(xiàng)；λ為柵格點(diǎn)的平均經(jīng)度(°)；φ為柵格點(diǎn)的平均緯度(°)；h為柵格點(diǎn)的平均海拔高度(100m)；b0-b9為待定系數(shù)。

殘差項(xiàng)ε的柵格點(diǎn)插值模擬采用反距離加權(quán)法，具體的插值計(jì)算式為[20-22]

(6)

式(6)中，ε為氣候要素殘差項(xiàng)的柵格點(diǎn)模擬值；n為用于插值的氣象站點(diǎn)的數(shù)目；εi為第i個(gè)氣象站點(diǎn)氣候要素的殘差值；di為插值的柵格點(diǎn)與第i個(gè)氣象站點(diǎn)之間的歐氏距離，k為距離的冪。

1.6 杏種植氣候適宜性分析方法

在ArcGIS10.2平臺(tái)上將經(jīng)過柵格化空間插值模擬的各指標(biāo)氣候要素圖層，按照表1等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其進(jìn)行分級(jí)并疊加處理，即可獲得綜合考慮各指標(biāo)氣候要素變化的新疆杏種植氣候適宜性區(qū)劃圖，并對(duì)其進(jìn)行分區(qū)評(píng)述。

2 結(jié)果與分析

2.1 各氣候指標(biāo)變化趨勢(shì)和突變特征

2.1.1 ≥10℃積溫

1961—2016年，新疆年≥10℃積溫總體以69.79℃·d/10年 的傾向率呈極顯著(P<0.001)增多趨勢(shì)(圖2)，56年來增多了390.8℃·d。累積距平和t檢驗(yàn)表明(表2)，近56年新疆≥10℃積溫于1997年發(fā)生突變，突變后較突變前全疆平均≥10℃積溫增多273.6℃·d。

表2 新疆杏種植氣候適宜性區(qū)劃指標(biāo)突變點(diǎn)t檢驗(yàn)結(jié)果

2.1.2 冬季最低氣溫

1961—2016年，新疆冬季最低氣溫總體以0.62℃/10年的傾向率呈極顯著(P<0.001)上升趨勢(shì)(圖3)，56年來升高了3.5℃。累積距平和t檢驗(yàn)表明(表2)，近56年新疆冬季最低氣溫于1982年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均冬季最低氣溫升高了2.7℃。

2.1.3 終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)

1961—2016年，新疆終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)總體以0.52d/10年的傾向率呈顯著(P<0.05)提前趨勢(shì)(圖4)，56年來提前了2.9d。累積距平和t檢驗(yàn)表明(表2)，近56年新疆終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)于1986年發(fā)生了突變，突變后較突變前全疆平均終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)提前了2.5d。

圖2 1961—2016年新疆≥10℃積溫變化

圖3 1961—2016年新疆冬季最低氣溫變化

圖4 1961—2016年新疆終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)變化

2.2 各氣候指標(biāo)空間分布及其變化

上述分析表明，1961—2016年新疆≥10℃積溫、冬季最低氣溫、終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)均表現(xiàn)為明顯的上升或增多趨勢(shì)，并且各要素分別于1997年、1982年和1986年發(fā)生了突變。為便于分析，也為了更好地體現(xiàn)各氣候要素的變化對(duì)杏種植氣候適宜性的綜合影響，該文以三要素中發(fā)生突變最遲的≥10℃積溫的突變年1997年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，探討1997年前(1961—1996年)、后(1997—2016年)各氣候要素空間分布的差異[23-25]。

2.2.1 ≥10℃積溫

新疆日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃積溫的空間分布總體呈現(xiàn)“南疆多，北疆少；平原和盆地多，山區(qū)少”的特點(diǎn)(圖5)。按照對(duì)杏種植適宜程度劃分的≥10℃積溫的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，1997年前，≥10℃積溫多于4 200℃·d的區(qū)域主要在南疆塔里木盆地以及東疆吐哈盆地中部；塔里木盆地和吐哈盆地大部以及北疆沿天山平原地帶≥10℃積溫為3 200～4 200℃·d；準(zhǔn)噶爾盆周邊沖積、洪積平原以及塔里木盆地和吐哈盆地周邊低山、丘陵地帶≥10℃積溫為2 800～3 200 ℃·d；北疆大部，阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)≥10℃積溫少于2 800℃·d(圖5a)。1997年后較其之前，≥10℃積溫多于4 200℃·d的區(qū)域在塔里木盆地和吐哈盆地均明顯擴(kuò)大，其中，塔里木盆地?cái)U(kuò)大尤為明顯，另在準(zhǔn)噶爾盆地西南緣、東天山末端北部的淖毛湖山間盆地也出現(xiàn)了一定規(guī)模的≥10℃積溫多于4 200℃·d的區(qū)域；≥10℃積溫3 200～4 200℃·d區(qū)域的海拔上限各地均有所抬升，其中北疆抬升200～300m，南疆和東疆抬升100～200m，受其影響，北疆3 200～4 200℃·d的區(qū)域明顯東擴(kuò)、北抬，面積擴(kuò)大，南疆則受≥10℃積溫多于4 200℃·d區(qū)域明顯擴(kuò)大的“擠壓”作用，≥10℃積溫3 200～4 200℃·d的區(qū)域明顯減小；南、北疆≥10℃積溫2 800～3 200℃·d的區(qū)域不同程度地向高緯度、高海拔地區(qū)退縮，≥10℃積溫不足2 800℃·d的區(qū)域也向高海拔地區(qū)抬升并壓縮，平均抬升100～250m(圖5b)。

圖5 1961—1996年(a)和1997—2016年(b)新疆≥10℃積溫空間分布

2.2.2 85%保證率最低氣溫

新疆85%保證率極端最低氣溫的空間分布總體呈現(xiàn)“南疆高，北疆低；平原和盆地高，山區(qū)低”的特點(diǎn)(圖6)。按照對(duì)杏樹種植適宜程度劃分的85%保證率極端最低氣溫的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，1997年前，85%保證率極端最低氣溫≥-20℃的區(qū)域主要在塔里木盆地西南緣的喀什地區(qū)東南部至和田地區(qū)南部的帶狀區(qū)域內(nèi)；塔里木盆地和吐魯番盆地的大部為-25.0～-20.0℃；塔里木盆地周邊的天山山區(qū)中、低山帶以及昆侖山區(qū)大部為-30.0～-25.0℃；北疆大部及阿爾泰山、天山山區(qū)在-30.0℃以下(圖6a)。

1997年后較其之前，85%保證率極端最低氣溫≥-20℃的區(qū)域在塔里木盆地西南部明顯擴(kuò)大，另在吐魯番盆地腹地也有局部出現(xiàn)；塔里木盆地和吐魯番盆地-25.0～-20.0℃的區(qū)域向高海拔方向有所擴(kuò)展；-30.0～-25.0℃的區(qū)域在南疆和東疆有所減小，但在北疆的伊犁河谷、準(zhǔn)噶爾盆地西南緣、塔額盆地以及北疆沿天山東部出現(xiàn)了一定規(guī)模的-30.0～-25.0℃的區(qū)域；-30.0℃以下的區(qū)域在北疆有所減小，但南疆變化不大(圖6b)。

圖6 1961—1996年(a)和 1997—2016年(b)新疆85%保證率極端最低氣溫的空間分布

2.2.3 終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)

新疆終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的空間分布總體呈現(xiàn)“西部多，東部少；山區(qū)多，平原和盆地少”的特點(diǎn)(圖7)。1997年前，哈密盆地大部、塔里木盆地東部多年平均終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃的初日之后(終霜凍日早于≥10℃初日的日數(shù)≤0)，常對(duì)正處于開花、展葉及幼果形成期的杏樹造成凍害；準(zhǔn)噶爾盆地大部、伊犁河谷、吐魯番盆地以及塔里木盆地中部雖多年平均終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃的初日之前，但提前日數(shù)一般只有0～5d，部分年份終霜凍還會(huì)出現(xiàn)在≥10℃的初日之后，仍會(huì)對(duì)杏樹造成一定霜凍危害；塔里木盆地西部平原地帶以及北疆準(zhǔn)噶爾盆地周邊山前傾斜平原多年平均終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃初日之前5～10d，杏樹遭受春季終霜凍危害的幾率很低；天山、昆侖山區(qū)多年平均終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃初日之前10d以上，但由于這些區(qū)域熱量條件不足且多為牧區(qū)，不能種植杏(圖7a)。

1997年后較其之前，多年平均終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃的初日之后的區(qū)域明顯減小，其主體僅在哈密盆地東南部的平原地帶有所出現(xiàn)；終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之前0～5d的區(qū)域北疆總體向準(zhǔn)噶爾盆地中部收縮，南疆則明顯向塔里木盆地東部退縮；終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之前5～10d的區(qū)域南北疆均有所擴(kuò)大，其中南疆?dāng)U大更為明顯；天山、昆侖山區(qū)終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之前10d以上的區(qū)域向低海拔地區(qū)有所擴(kuò)展，另在北疆西部山區(qū)也出現(xiàn)了一定規(guī)模的終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之前10d以上的區(qū)域(圖7b)。

圖7 1961—1996年(a)和1997—2016年(b)新疆終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的空間分布

2.3 杏種植氣候適宜性的變化及其分區(qū)評(píng)述

利用ArcGIS10.2空間分析技術(shù)，分別將上述1997年前、后新疆≥10℃積溫、85%保證率冬季極端最低氣溫、終霜凍日早于≥10℃初日天數(shù)的柵格數(shù)據(jù)，按照表1的指標(biāo)等級(jí)進(jìn)行分級(jí)，并將上述分級(jí)后的各要素柵格圖層進(jìn)行空間疊加處理，獲得新疆杏種植的氣候適宜性區(qū)劃綜合圖(圖8)。綜合圖劃分為最適宜區(qū)、適宜區(qū)、次適宜區(qū)和不適宜區(qū)4個(gè)區(qū)。

2.3.1 最適宜區(qū)

1997年前新疆杏種植的氣候最適宜區(qū)僅在塔里木盆地西南緣的喀什地區(qū)東南部至和田地區(qū)西部的平原地帶有少量分布(圖8a)，面積只有0.013 202億hm2，占新疆總面積的0.8%。1997年后較其之前，杏種植氣候最適宜區(qū)向喀什地區(qū)西部平原有所擴(kuò)展，面積增至0.020 991億hm2，較1997年前增大了0.007 789億hm2，占比增大0.5個(gè)百分點(diǎn)(表3)。

杏種植的氣候最適宜區(qū)≥10℃積溫4 200～4 800℃·d，完全能夠滿足杏生長發(fā)育和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)對(duì)熱量條件的需要；85%保證率冬季極端最低氣溫在-20℃以上，杏樹幾乎不受越冬凍害的危害；終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃初日之前10d以上，杏樹開花、展葉和幼果期遭受霜凍危害的幾率極低，加之該區(qū)域光照充足，氣溫日較差大，灌溉條件有保障，因此，是新疆杏種植氣候條件最理想的區(qū)域。

1997年后較其之前杏種植最適宜區(qū)有所擴(kuò)大的主要原因是，受氣候變暖的影響，塔里木盆地85%保證率極端最低氣溫≥-20℃的區(qū)域明顯擴(kuò)大，使喀什地區(qū)的杏最適宜種植區(qū)向西北方向擴(kuò)展之故。

2.3.2 適宜區(qū)

1997年前新疆杏種植的氣候適宜區(qū)主要在南疆的喀什、阿克蘇地區(qū)以及和田地區(qū)中西部的平原地帶(圖8a)，面積0.222 745億hm2，占新疆總面積的13.4%。1997年后較其之前，適宜區(qū)總體向高緯度、高海拔方向擴(kuò)展，其主體覆蓋了喀什、和田、阿克蘇3地區(qū)平原大部以及巴音郭楞蒙古自治州西部，另外，吐魯番盆地中部也成為杏的適宜種植區(qū)，面積增至0.385 467億hm2，較1997年前增大了0.162 722億hm2，占比增大9.8個(gè)百分點(diǎn)(表3)。

圖8 1961—1996年(a)和1997—2016年(b)新疆杏種植氣候適宜性區(qū)劃

表3 1997年前后新疆杏種植不同氣候適宜區(qū)面積的變化

適宜區(qū)≥10℃積溫3 200～4 800℃·d，能夠滿足杏生長發(fā)育對(duì)熱量條件的需要；85%保證率冬季極端最低氣溫在-25～-20℃，僅個(gè)別年份杏樹有遭受輕度越冬凍害的風(fēng)險(xiǎn)；終霜凍日多出現(xiàn)在≥10℃初日之前5～10d，杏樹開花、展葉和幼果期遭受霜凍危害的可能性較低，該區(qū)域光照充足，氣溫日較差大，灌溉條件較有保障，因此，是新疆杏種植氣候條件較理想的區(qū)域。

1997年后較其之前杏種植的氣候適宜區(qū)有所擴(kuò)大的主要原因是，以前塔里木盆地中部和吐魯番盆地終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之前0～5d的區(qū)域，1997年后變?yōu)榻K霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之前5～10d，使杏樹遭受春季終霜凍危害的概率降低之故。

2.3.3 次適宜區(qū)

1997年前新疆杏種植的氣候次適宜區(qū)主要在南疆的塔里木盆地中部以及東疆的吐魯番盆地大部(圖8a)，面積0.2 00 973億hm2，占新疆總面積的12.1%。1997年后較其之前塔里木盆地以及吐魯番盆地的杏次適宜種植區(qū)均明顯向東擴(kuò)展(圖8b)，另外，北疆伊犁河谷平原地帶、塔額盆地、準(zhǔn)噶爾盆地西南緣以及北疆沿天山東部等地也成為杏的次適宜種植區(qū)，其面積增至0.343 778億hm2，較1997年前增大了0.142 805億hm2，占比增加8.5個(gè)百分點(diǎn)(表3)。

次適宜區(qū)氣候條件對(duì)杏種植的適宜程度總體差于適宜區(qū)，但各地的制約因素有所不同，塔里木盆地中東部以及吐魯番盆地次適宜區(qū)主要是杏樹開花、展葉期遭受霜凍危害的幾率高于適宜區(qū)，而北疆的次適宜區(qū)則是由于冬季寒冷，85%保證率冬季極端最低氣溫在-30～-25℃，個(gè)別年份杏樹越冬期有遭受中度凍害的風(fēng)險(xiǎn)。

1997年后較其之前，杏種植的氣候次適宜區(qū)明顯擴(kuò)大的成因主要是，第一，終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)普遍增多，東疆的吐哈盆地和南疆的塔里木盆地東部地區(qū)終霜凍日出現(xiàn)在≥10℃初日之后的區(qū)域明顯減小，杏樹遭受春季終霜凍危害的幾率降低；第二，受氣候變暖的影響，1997年前北疆部分85%保證率冬季極端最低氣溫在-30℃以下的地區(qū)，1997年后升至-30～-25℃，杏樹越冬期遭受重度凍害的幾率明顯下降。

2.3.4 不適宜區(qū)

北疆大部以及阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)的絕大部分區(qū)域≥10℃積溫不足2 800℃·d，難以滿足杏生長發(fā)育和產(chǎn)量形成對(duì)熱量條件的基本需求，加之，北疆大部，阿爾泰山、天山山區(qū)冬季嚴(yán)寒，85%保證率極端最低氣溫在-30℃以下，杏樹難以安全越冬，因此是新疆杏的不適宜種植區(qū)(圖8)。1997年前新疆杏不適宜種植區(qū)面積為1.227 979億hm2，占新疆總面積的73.8%，1997年后降至0.914 663億hm2，面積縮小0.313 316億hm2，占比減小18.9個(gè)百分點(diǎn)(表3)。

1997年后較其之前新疆杏種植的氣候不適宜區(qū)縮小的原因，一是，氣候變暖使北疆大部以及阿爾泰山、天山和昆侖山區(qū)≥10℃積溫不足2 800℃·d的區(qū)域縮?。欢?，北疆大部，阿爾泰山、天山山區(qū)85%保證率極端最低氣溫低于-30℃的區(qū)域也有所減小之故。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

(1)新疆熱量條件，尤其是≥10℃積溫、冬季極端最低氣溫和終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)是影響新疆杏種植氣候適宜性的關(guān)鍵因素。“三山夾兩盆”的特殊地貌，使新疆≥10℃積溫、冬季極端最低氣溫具有“南疆高，北疆低；平原和盆地高，山區(qū)低”的特點(diǎn)，終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)具有“西部多，東部少；山區(qū)多，平原和盆地少”的特征。

(2)根據(jù)各地氣候條件對(duì)杏種植的適宜程度，全疆除塔里木盆地中西部平原地帶以及吐魯番盆地中部為杏種植的氣候適宜區(qū)，局部為最適宜區(qū)外，全疆大部為杏種植的氣候次適宜區(qū)和不適宜區(qū)，但各地影響杏種植氣候適宜性的因素不同，北疆大部和天山、阿爾泰山區(qū)以及昆侖山中高山帶主要是≥10℃積溫不足，難以滿足杏正常生長發(fā)育和果實(shí)成熟對(duì)熱量條件的需求，另外，該區(qū)域冬季寒冷，杏樹遭受越冬凍害的風(fēng)險(xiǎn)也較高；吐哈盆地和塔里木盆地東部主要是杏樹開花、展葉和幼果形成期易遭受霜凍危害。

(3)氣候變暖使近56年新疆≥10℃積溫增加、冬季極端最低氣溫升高、終霜凍日早于≥10℃初日的天數(shù)提前，且上述各要素分別于1997年、1982年和1986年發(fā)生了突變。受其影響，1997年后較其之前，新疆杏種植的氣候最適宜區(qū)、適宜區(qū)和次適宜區(qū)不同程度地?cái)U(kuò)大，不適宜區(qū)明顯縮小，氣候變暖對(duì)新疆杏的種植總體趨于有利。

3.2 討論

(1)20世紀(jì)90年代以前新疆杏種植規(guī)模較小，1999年全疆杏種植面積僅4.004 2萬hm2，總產(chǎn)只有2.380 47億kg，且主要分布在塔里木盆地西北部的阿克蘇和西南部的喀什、和田三地區(qū)[15]。進(jìn)入21世紀(jì)以來新疆杏發(fā)展迅速，至2016年種植面積已達(dá)12.487 2萬hm2，總產(chǎn)11.542 03億kg[18]，較1999年分別提高了3.1倍和4.8倍，且分布區(qū)域逐漸向巴音郭楞蒙古自治州和克孜勒蘇柯爾克孜自治州等高緯度、高海拔區(qū)域擴(kuò)展。對(duì)照上述新疆杏種植的實(shí)際分布區(qū)域及其變化可以看出，該研究關(guān)于新疆杏種植氣候適宜性變化的研究結(jié)果與杏種植的實(shí)際情況基本相符；另外，適宜的氣候是作物或林果種植的基本條件[14]，進(jìn)入21世紀(jì)以來新疆杏種植發(fā)展迅速，除得益于國家政策、市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的繁榮以及杏栽培管理技術(shù)的進(jìn)步[15-17]外，氣候變暖使杏的最適宜和適宜種植區(qū)擴(kuò)大應(yīng)是其先決因素。

(2)近年來，新疆杏遭受越冬凍害和春季霜凍危害的區(qū)域大多位于海拔較高區(qū)域以及大陸性氣候較強(qiáng)的哈密盆地和塔里木盆地東部區(qū)域[19-20]，這些區(qū)域一般都是杏種植的氣候次適宜區(qū)，部分甚至是不適宜區(qū)，因此，建議控制次適宜區(qū)杏的發(fā)展速率和種植規(guī)模，堅(jiān)定遏制不適宜區(qū)杏的種植，降低各種氣象災(zāi)害對(duì)杏生產(chǎn)的不利影響。與此同時(shí)，利用氣候變暖使塔里木盆地中西部以及吐魯番盆地杏種植氣候適宜區(qū)擴(kuò)大的有利條件，適當(dāng)擴(kuò)大該區(qū)域杏種植的規(guī)模，充分發(fā)揮其氣候資源優(yōu)勢(shì)和杏種植的規(guī)模效應(yīng)，提高其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。

(3)值得說明的是氣候變暖只是一種趨勢(shì)，在此背景下，新疆農(nóng)業(yè)熱量資源的年際間波動(dòng)仍然較大[22-24]，冬季異常低溫[13]、春季異常偏晚的霜凍等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害仍時(shí)有發(fā)生[9，24]，因此，各地需根據(jù)氣候及其變化的區(qū)域性特點(diǎn)，采取趨利避害的對(duì)策措施，科學(xué)應(yīng)對(duì)。