氣候變暖對西藏林芝地區作物生產的影響

次仁央金 吳 堯 陳 阜 卓 嘎 雷永登*

(1.中國農業大學 農學院, 北京 100193； 2.西藏農牧學院 植物科學學院，西藏 林芝 860000)

全球氣候變暖已是不爭的事實[1]。國家氣候變化評估報告指出，1912—2012年中國年平均氣溫明顯增加，升溫幅度約為0.5～0.8 ℃，比同期全球升溫幅度平均值略高[2]。我國的北方地區和青藏高原增溫相比其他地區更為顯著[2]。1961—2010年西藏暖冬的次數明顯增加，各地冬季平均氣溫呈升高趨勢，升幅為0.29～1.04 ℃/10年，尤其是近20年升溫更強烈，達0.73～2.36 ℃/10年，2009年7月24日拉薩最高溫度第二次突破有氣象記錄以來的最高氣溫30.4 ℃[3-4]。林芝地區是西藏熱量資源最豐富的地區，是西藏典型的一年兩熟農作區，作物生產狀況代表藏東南地區種植業發展水平。

氣候變化會對農業生產帶來諸多影響和挑戰。氣候變化會引起作物種植界限和布局變化[5-6]；氣候要素的變異也會影響作物生長發育、產量及品質[7-9]。青藏高原是對全球氣候變化最為敏感的區域之一。不少學者圍繞西藏林芝地區耕作制度和氣候區劃，霜凍暴雨等氣象災害，降水和氣溫等農業氣候資源，氣候變化對冬小麥播期影響以及冬小麥種植氣候適宜性區劃等方面開展了一些研究。喬卓瑪等[10-12]研究認為，1978—2018年，林芝地區雷暴災害主要集中在4—10月；霜凍有所減少，初霜日以1.4 d/10年的速度推遲，終霜日以1.6 d/10年的速率提早，無霜期平均延長3.0 d/10年，增溫趨勢顯著；林芝地區中部的冬小麥傳統播期內降水量微弱減少，而氣溫逐漸升高，播期明顯推遲；相關分析表明冬小麥和油菜適宜區以察隅縣和波密縣為主。盡管氣候變化對林芝地區農作物生產的影響受到越來越多的關注，但現有的研究大多局限于單純的氣象指標分析，針對氣候變化對于本區域不同作物的物候期變化、種植面積、作物結構以及產量變化等方面的綜合影響分析還鮮有報道。

本研究選取西藏林芝地區氣象數據較為完備的4個縣為研究區，冬小麥、玉米、春青稞和春油菜為林芝主要農作物，通過劃分喜溫作物和喜涼作物不同生長季，分析林芝地區1981—2018年氣候變化對于區域作物物候期、種植結構及產量變化的影響，旨在揭示歷史氣候變化對林芝地區主要作物生產的實際影響，以期為今后氣候變化背景下合理調整該地區作物種植結構和優化農業生產布局提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 區域概況

西藏林芝地區位于喜馬拉雅山南部，地勢北高南低，平均海拔3 100 m，屬亞熱帶濕潤和半濕潤氣候區，水熱充足，物種豐富。冬小麥、春青稞和玉米是林芝地區最主要的糧食作物，分別占該地區糧食作物種植面積的40%、29%和11%，經濟作物油菜占糧食作物種植面積的9%。本地區轄行政縣7個，主要的種植業縣包括林芝縣、波密縣、米林縣和察隅縣。年平均溫度9.78 ℃，年降雨量746.69 mm，年均日照時數1 156.14 h，無霜期193 d，水資源豐富，占西藏水資源量的70%以上。

1.2 數據來源

本研究根據國家氣象數據共享網和林芝地區林芝、波密、米林和察隅縣當地基準氣象站點，選取1981—2018年氣象數據(表1)。各縣逐日氣象數據包括最低氣溫、平均氣溫、最高氣溫、降雨量、日照時數和相對濕度等，林芝地區作物生長季的各項氣候要素值是根據4個站點作物生長季氣候要素值平均所得。1986—2018年林芝地區及4個縣的冬小麥、玉米、春青稞和油菜等作物面積和產量數據來自《林芝地區統計年鑒》(1990—2019)[13]。

表1 西藏林芝地區氣象站點信息Table 1 Meteorological stations information of Nyingchi region

1.3 研究方法

林芝地區4個縣喜溫作物氣候生長期和喜涼作物氣候生長期，是根據4個站點逐日日平均氣溫數據,采用五日滑動平均法，求算理論生長期界限溫度10和0 ℃的起止日期(初日和終日)和持續期所得。再結合林芝地區主要農業縣實際作物生產的經驗農時，綜合劃分該區的普遍作物生長季和不同作物生長季。

普遍作物生長季也就是本地歷年開春播種到秋季收獲的季節，劃分范圍為每年的3—10月；不同作物生長季是按照歷年各類作物不同播期劃分，把該區的主要糧食作物劃分為小春作物、大春作物和秋播作物。小春作物是指當地早春播種的作物，生長季劃分范圍為3—8月，主要代表作物有春青稞、春小麥和春油菜等，屬于喜涼作物；大春作物是指當地晚春播種的作物，生長季劃分范圍為5—10月，主要代表作物為玉米，屬于喜溫作物；秋播作物是指當地秋季播種的作物，生長季劃分范圍為當年10月—次年7月，主要代表作物有冬小麥和冬油菜等，也屬于喜涼作物。

采用氣象單產分解法，量化分析氣候變化對作物單產的影響。首先根據歷年不同作物統計總產量和統計總面積求算歷年單產，然后采用滑動平均方法(5年滑動平均)求得趨勢單產[14]，再將歷年實際單產減去歷年趨勢單產，得到該作物的氣象單產。

2 結果與分析

2.1 林芝地區作物生長季氣候變化特征

由表2可知，1981—2018年林芝地區作物生長季氣溫距平呈增高趨勢，尤其自1998年開始作物生長季平均氣溫距平基本為正值，氣溫距平最高值為1.00 ℃，出現在2009年，生長季平均氣溫為14.06 ℃，距平最低值為-0.87 ℃，生長季平均氣溫差值為1.86 ℃，2008—2018年平均氣溫偏高0.48 ℃。從不同作物生長季來看，秋播作物生長季平均氣溫距平變化較為明顯，距平由1982年的-1.01 ℃ 升高到2017年的0.94 ℃，平均氣溫偏0.77 ℃；其次是玉米等大春作物生長季平均氣溫距平由1997年的-0.79 ℃升高到2009年的1.12 ℃，升高1.91 ℃，2008—2018年平均氣溫偏高1.31 ℃。小春作物生長季平均氣溫距平由1990年的-0.67 ℃ 升高到2009年的0.96 ℃，升高1.63 ℃，平均氣溫偏1.63 ℃。說明1981—2018年林芝地區4個縣均表現秋播喜涼作物生長季氣溫上升明顯，其次是小春喜涼作物, 分別以0.34和0.29 ℃/10年的速率增加。

表2 林芝地區作物生長季及主要農作物生長季年平均氣溫距平值Table 2 Interannual variations of mean temperature anomaly during the whole crop growing and the main crop growing seasons of different counties in Nyingchi area ℃

由表3可知，1981—2018年降水量距平最低值出現在2009年為-232.71 mm。從不同作物生長季年平均降水量距平變化來看，1981—2018年秋播作物生長季降水量減少較為明顯，在2000年之后降水量距平趨勢基本在負值區，最低距平值為-171.33 mm，其中減少最明顯的是察隅縣，其次是波密縣。分別以-29.6和-11.13 mm/10年速率減少。玉米等大春作物生長季年平均降水量距平呈減少趨勢。春青稞等小春作物生長季年平均降水量距平變化呈微弱增加趨勢，最高距平值為471.93 mm，其中米林縣降水量距平增加較為明顯，其次是林芝縣。近年來林芝地區種植春播麥類作物面積明顯減少，可能與春播作物生長季降水量的增加有一定的正相關。降水多、日照時數減少，對作物光合作用有一定的影響，可能造成產量降低，導致種植面積減少。

表3 林芝地區作物生長季及主要農作物生長季年平均降水量距平值Table 3 Interannual variations of annual mean precipitation anomaly during the whole crop growing season and the main crops growing season of different counties in Nyingchi region mm

2.2 氣候變化對作物生長物候期的影響

2.2.1喜涼作物物候期變化特征

由圖1可知，林芝縣喜涼作物氣候生長期初日呈提前趨勢，提前速率為3.75 d/10年；氣候生長期終日呈微弱的推遲趨勢，氣候生長期持續期以5.34 d/10年的速率延長。波密縣喜涼作物氣候生長期初日明顯提前，提前速率為4.78 d/10年；氣候生長期終日推遲速率為2.72 d/10年；波密縣喜涼作物氣候生長期持續期以11.7 d/10年的速率延長，見圖2。米林縣喜涼作物氣候生長期初日明顯提前，提前速率為6.48 d/10年，見圖3；終日呈推遲趨勢，推遲速率為5.03 d/10年；米林縣喜涼作物氣候生長期持續期呈延長趨勢，延長速率為11.41 d/10年。

圖1 1981—2018年林芝縣喜涼作物氣候生長期物候年際變化特征Fig.1 Interannual variations of the phenological periods for chimonophilous crops in Nyingchi County (1981-2018)

圖2 1981—2018年波密縣喜涼作物氣候生長期物候年際變化特征Fig.2 Interannual variations of the phenological periods for chimonophilous crops in Bome County (1981-2018)

圖3 1981—2018年米林縣喜涼作物氣候生長期物候年際變化特征Fig.3 Interannual variations of the phenological periods for chimonophilous crops in Mainling County (1981-2018)

2.2.2喜溫作物物候期變化特征

由圖4可知，林芝縣喜溫作物氣候生長期初日呈微弱提前趨勢，提前速率為2.54 d/10年；生長期終日呈略微推遲趨勢，推遲速率為2.72 d/10年；生長持續期以4.27 d/10年的速率呈明顯延長趨勢。波密縣喜溫作物氣候生長期初日略微呈提前趨勢，終日呈推遲趨勢，氣候生長持續期基本保持平衡，見圖5。察隅縣喜溫作物氣候生長期初日提前趨勢不夠明顯，見圖6。米林縣喜溫作物氣候生長期初日呈提前趨勢，提前速率為1.64 d/10年；生長期終日以1.95 d/10年的速率推遲；喜溫作物氣候生長期持續期以3.57 d/10年的速率延長，見圖7。

圖4 1981—2018年林芝縣喜溫作物氣候生長期物候年際變化特征Fig.4 Interannual variations of the phenological periods for thermophilic crops in Nyingchi County (1981-2018)

圖5 1981—2018年波密縣喜溫作物氣候生長期物候年際變化特征Fig.5 Interannual variations of the phenological periods for thermophilic crops in Bome County (1981-2018)

圖6 1981—2018年察隅縣喜溫作物氣候生長期物候年際變化特征Fig.6 Interannual variations of the phenological periods for thermophilic crops in Zayu County (1981-2018)

圖7 1981—2018年米林縣喜溫作物氣候生長期物候年際變化特征Fig.7 Interannual variations of the phenological periods for thermophilic crops in Mainling County (1981-2018)

綜上所述，1981—2018年林芝地區各縣喜涼作物和喜溫作物氣候生長期均呈延長趨勢，并且喜涼作物生長期延長趨勢較喜溫作物更為明顯，同時表現出一定的空間差異。米林縣作物氣候生長期延長趨勢最明顯，其次是波密縣和林芝縣喜涼作物生長期。根據生長季氣候資源特征分析結果，作物生長期對氣溫升高響應明顯，受降水影響不大。

2.3 林芝地區種植結構和作物單產變化

2.3.1主要作物播種面積變化特征

由圖8可知，1986—2018年林芝地區玉米種植面積以0.61×103hm2/10年的速率增加。2004年之前增加速率為0.32×103hm2/10年，2004年之后增加趨勢更加明顯，增速為1.01×103hm2/10年，播種面積由2005年的1.95×103hm2增加到2018年的3.37×103hm2，玉米播種面積增加1.42×103hm2。2008—2018年玉米播種面積增加1.42×103hm2。

冬小麥是林芝地區主要傳統糧食作物，1986—2018年，冬小麥面積整體震蕩降低(圖8(b))。小麥播種面積在1999年達到最大值，為8.23×103hm2，然后呈降低趨勢。1986—1999年，小麥播種面積以平均1.34×103hm2/10年的速率增加，而在2000—2018年，剔除2002和2004年2個特殊數據點后，小麥播種面積呈微弱降低趨勢，平均降低速率為0.13×103hm2/10年。林芝地區冬小麥面積減少，其中林芝縣、察隅縣和波密縣冬小麥面積減少速度最大。

青稞是林芝地區最古老的傳統作物之一，基本以春青稞為主，多年種植面積僅次于冬小麥居第二位。1986—2018年來林芝地區春青稞播種面積以-0.14×103hm2/10年的速率呈快速減少趨勢(圖8(c))。1986—1997年青稞種植面積呈下降趨勢，以0.40×103hm2/10年的速率下降；1997—2014年青稞種植面積亦呈平穩下降趨勢。林芝地區的油菜種植面積盡管較少，卻是林芝地區主要的經濟油料作物。1986—2018年油菜播種面積以0.35×103hm2/10年的速率呈現增加趨勢(圖8(d))，1986—1995年增速較快，以0.66×103hm2/10 年的平均速率增加，而1996—2018年，這一平均增加值為0.196×103hm2/10 年。此外，林芝地區蔬菜瓜果種植面積增加也較為明顯。

“o”的代表實際面積；“—”代表趨勢線。The “o” in the figure represents the actual area; The “—” line represents the trend line.圖8 1986—2018年玉米、冬小麥、青稞和油菜播種面積變化特征Fig.8 Temporal changes in sown areas of maize, winter wheat, highland barley and rapeseed (1986-2018)

綜上可見，1986—2018年林芝地區種植結構發生了較為明顯的變化。冬小麥和青稞依然是林芝地區主要的糧食作物，但是種植面積呈減少趨勢。玉米成為林芝地區糧飼兼用作物，面積已經超過油菜，總體增速為0.53×103hm2/10年，具有較大的發展潛力。1998—2018年林芝地區的油菜種植面積持續增加。

2.3.2主要作物單產變化特征

由圖9可知，不同作物的單產差異較大。總體表現為玉米單產最高，其次是冬小麥和青稞，油菜單產最低。4種作物氣象單產的變化趨勢不明顯。1986—2018年，玉米單產以112.64 kg/(hm2·年)的速率增加，其中1986—1997年增速最大，為214.97 kg/(hm2·年)，而1998—2018年，增加速率為84.58 kg/(hm2·年)(圖9(a))。1986—2018年林芝地區冬小麥單產以35.25 kg/(hm2·年)的平均速率增加，其中1986—1997年，小麥單產增速最大，為161.90 kg/(hm2·年)，從1998年開始，冬小麥單產呈下降趨勢，但下降速率較為緩慢，為13.76 kg/(hm2·年)(圖9(b))。青稞單產在1986—2018年以48.43 kg/(hm2·年)的速率增加，其中1986—1999年增速最為突出，為112.53 kg/(hm2·年)，2000—2018年，呈震蕩增加趨勢，增速為7.04 kg/(hm2·年)(圖9(c))。1986—2018年林芝地區油菜單產也呈增加趨勢，速率為36.15 kg/(hm2·年)，其中以1986—2006年增加幅度最大，速率為48.50 kg/(hm2·年)，然后增加幅度降低，2007—2018年，增速為30.45 kg/(hm2·年)(圖9(d))。

“?”代表統計單產；“o”代表氣象單產；“—”代表趨勢。The “?” represents the statistical yield per unit area; The “?” represents meteorological yield per unit area; The “—” represents the trend.圖9 1986—2018年林芝地區玉米、冬小麥、青稞和油菜單產變化特征Fig.9 Temporal changes in yields of maize, winter wheat, highland barley and rapeseed (1986-2018)

3 討 論

氣候變化對作物物候期影響的相關研究表明，我國青藏高原的作物物候變化主要受溫度和水分影響，氣候暖干特征明顯可使得物候期縮短，而暖濕特征明顯則可延長物候期[15]。冬小麥生長物候期隨生長季內平均溫度上升而延長，春小麥物候期隨平均溫度上升而縮短[16]。作物生長季熱量增加對提高作物單產和擴大種植面積有一定促進作用[17]。對西藏自治區林芝地區而言，1986—2018年玉米種植面積、單產的增加，除了人們觀念轉變和科技進步貢獻之外，更多可能歸功于生長季較明顯的增溫趨勢。而冬季或秋播作物生長季增溫顯著，降水有所減少，可能是冬小麥播種面積和單產減少的主要原因之一。有研究表明，氣溫升高，使我國南方小麥減產1.7%～10.7%[18-19]。也有研究認為，玉米相比小麥對氣候因子的敏感性高，氣候變暖會導致玉米減產[20-21]，與本研究結果不太一致，主要原因可能是目前林芝地區作物生長季增溫還處在玉米生長適宜范圍內。

1986—2018年，林芝地區作物種植結構發生了明顯的變化，表現為喜溫作物種類和種植面積增加，部分傳統喜涼作物面積明顯減少。首先，林芝地區玉米播種面積較20世紀80年代增加1.60×103hm2；其次，蔬菜瓜果類播種面積以0.51×103hm2/10 年的速率增加；冬小麥和春青稞播種面積分別以-0.17×103和-0.14×103hm2/10 年的速率下降，主要是林芝縣、米林縣和波密縣的播種面積減小。統計分析顯示，林芝地區波密縣是冬小麥和春油菜高產區，林芝縣是春青稞和春玉米高產區。糧食作物單產變化趨勢空間差異較大，春玉米單產總體呈增加趨勢，主要由于林芝縣、米林縣和察隅縣玉米產量呈現增加趨勢。林芝地區冬小麥、春青稞單產自20世紀90年代中期開始呈下降趨勢。眾所周知，作物結構的變化也與當地農業發展政策有密切的關系，自2008年，林芝地區作為西藏自治區“后花園”和“菜籃子”基地，大力發展蔬菜和經濟果林，同時推廣糧食兼用玉米品種，使得林芝地區作物種類、面積等有了明顯的變化。當然如果沒有適宜的環境和氣候條件，想種的作物也不可能種成。所以，林芝地區作物結構的變化也得益于氣候變暖。

在氣候變暖背景下，熱量資源變化將對寒地農作物生產環境、生長發育、種植結構及種植制度產生重要影響[22]。作物物候是一種指示氣候變化綜合響應的指標[23]，而物候期的變化對小麥植株性狀和產量有影響[24]。未來氣候變暖會對林芝地區秋播作物帶來潛在的干熱風險，增加生產成本，而高原地區作物物候期的延長有利于喜溫作物的種植。從長遠來講，林芝地區作物生長季增溫對玉米和冬小麥等生產的影響，不能從簡單的統計分析結果確定，人為的管理措施也會在一定程度上影響作物物候和產量[25]。因此，要進一步結合田間試驗，研究探討作物物候、產量變化的機理，深入分析多年作物播種面積、產量變化與氣候因子之間的關聯性。

4 結 論

1981—2018年，西藏林芝地區作物生長季氣候呈現變暖趨勢，生長季年平均氣溫以0.35 ℃/10年的速率增加，西北部較東南部增溫明顯，且增暖主要得益于喜涼作物生長季的增溫。秋播作物、小春作物和大春作物生長季內的年平均氣溫分別以0.34、0.29和0.26 ℃/10年的速率增加。林芝地區作物生長季年平均降水量為704.74 mm，雖然沒有明顯的變化趨勢，但年際間波動較大，范圍在437.43～878.50 mm，加之氣溫升高，導致區域作物生產面臨一定的高溫、干旱等氣象災害風險。

1981—2018年，西藏林芝地區喜涼作物和喜溫作物的生長物候期均呈延長趨勢，并且喜涼作物物候期的延長趨勢較喜溫作物更為明顯，同時表現出一定的空間差異。其中米林縣變化最為明顯，該縣喜涼作物氣候生長期初日呈提前趨勢、終日呈推遲趨勢，速率分別為6.48和5.03 d/10年，使米林縣喜涼作物氣候生長期延長11.4 d/10年。林芝地區作物結構變化表現為喜溫作物種植面積增加，部分傳統喜涼作物面積減少。林芝地區春玉米和蔬菜瓜果類播種面積分別以0.53×103和0.51×103hm2/10年的速率增加；冬小麥和春青稞播種面積以0.17×103和0.14×103hm2/10年的速率減少。未來應積極調整優化種植結構，充分利用當地氣候熱量資源和土地資源，穩定農業生產的同時注意防范氣候波動引起的自然災害風險。