隴東黃土高原50多年熱量資源變化特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文

隴東黃土高原50多年熱量資源變化特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文20世紀(jì)以來,以全球變暖為主要特征的氣候變化趨勢(shì)已被很多研究結(jié)果所證實(shí)[1-3].間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第四次報(bào)告指出,氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響是明顯而廣泛的,將使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增加、構(gòu)造和布局改變、局部地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)禍?zhǔn)录觿4].氣候變暖引起熱量資源的變化,而熱量資源是農(nóng)業(yè)氣候資源的重要組成部分.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是一個(gè)對(duì)自然條件,尤其是氣候條件依靠程度很強(qiáng)的經(jīng)過,農(nóng)業(yè)氣候資源的變化必然對(duì)其產(chǎn)生重大的影響[5].因而,對(duì)于全球氣候變暖,氣候變化對(duì)熱量資源的影響研究很多專家學(xué)者做了大量的、行之有效的研究[6-10],對(duì)研究農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)氣候變化的響應(yīng)具有積極的奉獻(xiàn).但是,同地區(qū)的增溫趨勢(shì)及增溫幅度會(huì)有所差異不同,那么在全球氣候變化背景下,地處青藏高原東部階梯地形的隴東黃土高原地區(qū)的熱量資源是怎樣響應(yīng)的?隴東位于甘肅省的最東部,屬黃土高原典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū),素有隴東糧倉之稱[11],地處北半球中緯度的中國西北的黃土高原地區(qū),是全球氣候變化響應(yīng)最敏感的地區(qū)之一,也是生態(tài)和社會(huì)環(huán)境最脆弱的地區(qū)之一,受氣候變化影響愈加顯著.研究表示清楚,農(nóng)業(yè)是對(duì)氣候變化響應(yīng)最為敏感的行業(yè)之一,氣候變化對(duì)發(fā)展當(dāng)代農(nóng)業(yè)提出了史無前例的嚴(yán)峻挑戰(zhàn).為此,本研究對(duì)隴東黃土高原地區(qū)50多年熱量資源變化特征進(jìn)行了分析,進(jìn)一步分析了由熱量資源變化所引發(fā)的農(nóng)業(yè)氣候資源、主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)禍及生產(chǎn)應(yīng)對(duì)措施,以便在了解和認(rèn)識(shí)當(dāng)?shù)貧夂蛸Y源的基礎(chǔ)上,充分利用氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的利弊影響,盡早采取有效的方式方法,加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、優(yōu)化作物布局及新品種引進(jìn)適應(yīng)氣候變化的能力,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性,促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收、農(nóng)村穩(wěn)定.1資料與方式方法隴東黃土高原地區(qū)以慶陽市為主,所轄7縣1區(qū).筆者選取有代表性的3個(gè)縣1960-2020年共54年資料進(jìn)行分析,分別是:環(huán)縣,代表慶陽市北部山區(qū);慶城縣,代表慶陽市中部川道地區(qū);西峰區(qū),代表慶陽市南部塬區(qū).資料分別來源于環(huán)縣國家基本氣候站、慶城縣國家一般氣候站、西峰國家基準(zhǔn)氣候站.以年、季的平均氣溫、0℃及10℃的活動(dòng)積溫、終霜日期及農(nóng)耕期、農(nóng)業(yè)災(zāi)禍?zhǔn)录茸鳛橹饕难芯繉?duì)象,采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方式方法分析其變化特征.2結(jié)果與分析2.1平均氣溫通過對(duì)西峰、慶城、環(huán)縣54年(1960-2020年)平均氣溫資料進(jìn)行分析(見圖1~3),三地的氣溫變化有時(shí)具有一致性,但總體均呈上升趨勢(shì),20世紀(jì)60年代的平均氣溫分別比平均值偏低0.69℃、0.50℃、0.96℃;70年代的平均氣溫分別比平均值偏低0.55℃、0.15℃、20世紀(jì)0.19℃;80年代的平均氣溫分別比平均值偏低0.51℃、0.13℃、0.14℃;90年代的平均氣溫分別比平均值偏高0.23℃、0.21℃、0.43℃;進(jìn)入21世紀(jì)前10年的平均氣溫分別比平均值偏高1.07℃、0.58℃、0.81℃.西峰、慶城和環(huán)縣在20世紀(jì)90年代中期以前年氣溫大多低于平均氣溫,20世紀(jì)90年代中期以后,持續(xù)升溫,慶城和環(huán)縣在2006年、西峰在2020年到達(dá)近54年的最大值.54年間分別增加了2.0℃、1.1℃、2.2℃.慶城的熱量資源最為豐富,西峰的熱量資源高于環(huán)縣.54年以來環(huán)縣、西峰升溫較為明顯,熱量資源增加.環(huán)縣的氣溫變化幅度最大,也是慶陽市最低氣溫的出現(xiàn)地,即熱量資源的變率較大.慶陽市平均氣溫變化與張強(qiáng)等[12]研究一致,但平均氣溫的升高幅度明顯大于西北地區(qū)的平均值.由表1可知,西峰、慶城和環(huán)縣的四季平均氣溫的年代際變化不盡一樣,西峰夏季年代際氣溫變化趨勢(shì)不明顯,春、秋、冬季氣溫呈上升趨勢(shì);慶城春、冬季升溫趨勢(shì)明顯,夏季溫度變化平緩,秋季略有升溫趨勢(shì);環(huán)縣春、夏、秋、冬季氣溫均呈上升趨勢(shì).三地在20世紀(jì)80年代前均較低且變化不大,90年代開場(chǎng)顯著升高.總體來看,對(duì)年平均氣溫升高趨勢(shì)奉獻(xiàn)最大的是冬季和春季升溫.2.2農(nóng)耕期的變化農(nóng)耕期是指日平均氣溫穩(wěn)定通過0℃時(shí)的持續(xù)日數(shù),它表示某地年內(nèi)進(jìn)行農(nóng)事生產(chǎn)活動(dòng)的時(shí)間長短,對(duì)作物種植、布局及引種推廣有重要意義.從54年來農(nóng)耕期變化圖(見圖4)來看,慶陽市各地在農(nóng)耕期的年變化也有一致性,在年農(nóng)耕期中,慶城最長,環(huán)縣最短.且隨著氣候變暖,年農(nóng)耕期日數(shù)也呈增加趨勢(shì),尤其20世紀(jì)90年代中期后,增加明顯.54年來,環(huán)縣、慶城及西峰分別增加13天、11天和12天.由于氣候變化,慶陽市北部農(nóng)耕期增加最為明顯,表示清楚作物種植近年來向北、向海拔高度較高地區(qū)推移,種植作物可趨向多樣化.這與云雅如等[13]研究結(jié)果較為一致.2.3穩(wěn)定0℃及10℃的活動(dòng)積溫變化積溫表示某地的熱量資源.當(dāng)氣溫穩(wěn)定通過0℃時(shí),慶陽市冬小麥、油菜、牧草開場(chǎng)返青,林果作物開場(chǎng)萌動(dòng).當(dāng)氣溫穩(wěn)定通過10℃時(shí),糜子、谷子等喜溫作物開場(chǎng)播種和生長.因而,氣溫穩(wěn)定通過0℃、10℃時(shí)的積溫是衡量熱量資源的主要標(biāo)志,在農(nóng)業(yè)氣候資源分析和區(qū)劃、農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)禍指標(biāo)、作物生長模擬等應(yīng)用廣泛[14].由圖5可知,慶城的0℃、10℃的積溫為最高,分別為4814.6℃、4206.7℃,熱量資源最為充足.西峰的熱量資源最低,分別為4484.9℃、3810.5℃,環(huán)縣的熱量資源居中,分別為4594.8℃、3988.5℃.隨著全球氣候的變化,各地?zé)崃抠Y源均有所增加,在54年中,環(huán)縣、慶城、西峰的0℃的積溫分別增加了558.4℃、254.7℃、572.8℃;10℃的積溫分別增加了618.9℃、267.9℃、540.8℃.環(huán)縣、西峰54年來,0℃、10℃的積溫增加明顯,尤其在進(jìn)入21世紀(jì)后,各地積溫明顯增加.2.4終霜日期的變化由于慶陽市初霜來臨較遲,農(nóng)作物基本已歸倉,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響很小,而終霜會(huì)對(duì)慶陽市農(nóng)作物造成較大危害,尤其是果樹花期凍害風(fēng)險(xiǎn)增加,故只分析終霜日期的變化.終霜日為春季地面最低氣溫0℃的最后1次日期.由圖6可知,慶陽市各地的終霜日平均結(jié)束日期在4月下旬末-5月初,北部山區(qū)環(huán)縣結(jié)束的日期最晚,中部川道地區(qū)慶城結(jié)束的日期最早.與氣溫升高相一致,終霜日出現(xiàn)呈偏早趨勢(shì),且各地具有不同的階段性變化規(guī)律,環(huán)縣終霜日20世紀(jì)60年代由偏晚出現(xiàn)轉(zhuǎn)為偏早出現(xiàn),20世紀(jì)70-80年代初為偏晚出現(xiàn),80年代中期-21世紀(jì)初為偏早出現(xiàn),近10年來大多為偏晚出現(xiàn),但個(gè)別年份出現(xiàn)時(shí)間明顯偏早;慶城終霜日變化具有4~8年的由偏晚向偏早、1~2年的由偏早向偏晚的轉(zhuǎn)化規(guī)律,54年來偏早年與偏晚年大體相當(dāng),但進(jìn)入21世紀(jì)后,偏早出現(xiàn)年份顯著增加;西峰終霜日54年以來偏早趨勢(shì)明顯,且20世紀(jì)60-70年代為偏晚出現(xiàn)時(shí)期,80年代到如今為偏早出現(xiàn)時(shí)期,且具有連續(xù)多年持續(xù)偏早特性.因而,慶陽的終霜日各具特色.3熱量資源變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響3.1晚霜凍害減輕春季是慶陽農(nóng)事生產(chǎn)的關(guān)鍵季節(jié),春耕春播大面積展開,同時(shí),冬小麥起身拔節(jié)、冬油菜開花結(jié)莢、各種果樹枝繁花茂,若遭受嚴(yán)重的晚霜凍害,會(huì)對(duì)作物的產(chǎn)量及品質(zhì)造成影響,甚至造成農(nóng)田翻種、果樹不掛果、生育期延遲的嚴(yán)重災(zāi)禍,農(nóng)業(yè)損失沉重.近年來,慶陽大力發(fā)展特色農(nóng)業(yè),果樹栽植面積居甘肅省第一,構(gòu)成了大規(guī)模、高科技、連片生產(chǎn)的專業(yè)農(nóng)戶,但華而不實(shí)凍害是影響果樹花期生長的主要災(zāi)禍.在全球氣候變化背景下,慶陽各地的春季氣溫上升明顯,大的凍害天氣事件明顯減少(見表2),尤其20世紀(jì)90年代后,升溫顯著,終霜日偏早,大多對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較小.但由于春季氣溫明顯升高,農(nóng)作物發(fā)育期、果樹萌動(dòng)期提早,抗寒能力下降,在由寒潮天氣引起的重晚霜出現(xiàn)年代,作物遭受凍害的幾率和受災(zāi)程度有所加劇,如2020年早春氣溫異常偏高,果樹萌動(dòng)偏早,花期提早了10天左右,適逢4月上旬末到中旬初出現(xiàn)多年少有的嚴(yán)重晚霜凍害天氣,經(jīng)濟(jì)林果花期遭受凍害,經(jīng)濟(jì)損失超過15億元.3.2秋糧生產(chǎn)有利慶陽市春季易發(fā)生干旱,大多年份夏糧生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻.但由于熱量資源的增加,北部環(huán)縣可種植面積擴(kuò)大,為慶陽市農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了機(jī)遇,且夏季雨水較為豐沛,秋作物復(fù)種收益良好,能夠有效的彌補(bǔ)夏糧減產(chǎn)問題,維持糧食安全生產(chǎn).同時(shí),近年來,小雜糧市場(chǎng)供給活潑踴躍,價(jià)格一路走高.慶陽氣候變化對(duì)秋糧生產(chǎn)提供了有利的條件.3.3冬季大棚生產(chǎn)易于管理在全球氣候變化的影響下,慶陽冬季氣溫持續(xù)升高,增溫最為明顯,暖冬化趨勢(shì)突出.同時(shí),由表3分析,各年代冬季的平均最低氣溫在逐步升高,尤其南部塬區(qū)冬季平均最低氣溫升高顯著.在這種冬季氣候逐步變暖的背景下,使蔬菜大棚生產(chǎn)和管理成本降低,結(jié)合農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)構(gòu)造調(diào)整,慶陽中南部慶城、西峰等地冬季蔬菜大棚生產(chǎn)規(guī)模呈逐年擴(kuò)大態(tài)勢(shì),大棚生產(chǎn)發(fā)展迅速,解決了本地冬菜靠從外地調(diào)運(yùn)問題,有效的改善了冬菜價(jià)格偏高、品種單一的問題.4結(jié)論與討論(1)由于氣候變化,使慶陽市熱量資源增加,農(nóng)耕期延長、終霜日提早.因而,要充分有效利用氣候資源,合理調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)構(gòu)造,因地制宜,西峰、慶城等地增加蔬菜大棚和特色農(nóng)業(yè)、環(huán)縣等地增加秋作物復(fù)種的技術(shù)措施投入,使慶陽農(nóng)業(yè)走可持續(xù)發(fā)展之路.(2)熱量條件的年季波動(dòng)較大,有時(shí)超出了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有效利用范圍,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利影響.由于冬季氣溫偏高,越冬病菌基數(shù)增加,來年易造成病蟲害大規(guī)模爆發(fā)流行,防治難度增加.春季作物發(fā)育期有所提早,使農(nóng)業(yè)遭受晚霜凍害的風(fēng)險(xiǎn)加大,防御難度和防御成本顯著增加.同時(shí),由于氣溫升高,田地水分蒸發(fā)增大,水分虧缺增加,進(jìn)而加重了春季干旱的發(fā)生程度.因而,宜采用防災(zāi)抗災(zāi)、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的技術(shù)措施和提高對(duì)氣象災(zāi)禍的防御應(yīng)對(duì)能力,趨利避害、高效利用氣候資源.(3)在應(yīng)對(duì)氣候變化方面,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)氣候變化影響的評(píng)估、模擬和預(yù)測(cè)的研究,加強(qiáng)對(duì)基層領(lǐng)導(dǎo)、廣大生產(chǎn)農(nóng)戶的宣傳指導(dǎo)工作,生產(chǎn)要適應(yīng)氣候變化,同時(shí)要避免生產(chǎn)的盲目性.只要廣大農(nóng)民積極執(zhí)行氣候變化適應(yīng)政策和產(chǎn)業(yè)構(gòu)造調(diào)整,才能真正使慶陽農(nóng)業(yè)發(fā)展適應(yīng)將來氣候的變化,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展.以下為參考文獻(xiàn)[1]KarlTR,KnightRW.Seculartrendsofprecipitationamount,frequencyandintensityintheUSA[J].BulletinoftheAmericanMeteorologicalSociety,1998,79:231-241.[2]JonesPD,MobergA.Hemisphericandlarge-scalesurfaceairtemperaturevariations:anextensiverevisionandanupdateto2001[J].JournalofClimate,2003(16):206-223.[3]王邵武,葉瑾琳.近百年全球氣候變暖分析[J].大氣科學(xué),1995,19(5):545-553.[4]IPCC.ClimateChange2007:SynthesisReport[R].Oslo:IntergovernmentPanelonClimate,2007.[5]趙俊芳,郭建平,馬玉平,等.氣候變化背景下我們國家農(nóng)業(yè)熱量資源的變化趨勢(shì)及適應(yīng)對(duì)策[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2018,21(11):2922-2930.[6]孫楊,張雪芹,鄭度.氣候變暖對(duì)西北干旱區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的影響[J].自然資源學(xué)報(bào),2018,25(7):1153-1162.[7]張強(qiáng),鄧振鏞,趙映東,等.全球氣候變化對(duì)我們國家西北地區(qū)農(nóng)業(yè)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(3):1210-1218.[8]繆啟龍,丁園圓,王勇,等.氣候變暖對(duì)中國熱量資源分布的影響分析[J].自然資源學(xué)報(bào),2018,24(5):934-944.[9]孫蘭東,劉德祥.西北地區(qū)熱量資源對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征[J].干旱氣象,2008,26(1):8-11.[10]劉德祥,董安祥,鄧振鏞.中國西北地區(qū)氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)的影響[J].