0 引言

20 世紀以來,以全球變暖為主要特征的氣候變化趨勢已被許多研究結果所證實[1-3].政府間氣候變化專門委員會\\(IPCC\\)第四次報告指出,氣候變化對農業生產的影響是明顯而廣泛的,將使農業生產的不穩定性增加、結構和布局改變、局部地區農業氣象災害事件加劇[4].氣候變暖引起熱量資源的變化,而熱量資源是農業氣候資源的重要組成部分.農業生產是一個對自然條件,尤其是氣候條件依賴程度很強的過程,農業氣候資源的變化必然對其產生重大的影響[5].因此,對于全球氣候變暖,氣候變化對熱量資源的影響研究許多專家學者做了大量的、卓有成效的研究[6-10],對研究農業生產對氣候變化的響應具有積極的貢獻.但是,同地區的增溫趨勢及增溫幅度會有所差別,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的熱量資源是如何響應的?

隴東位于甘肅省的最東部,屬黃土高原典型的雨養農業區,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,是全球氣候變化響應最敏感的地區之一,也是生態和社會環境最脆弱的地區之一,受氣候變化影響更加顯著.研究表明,農業是對氣候變化響應最為敏感的行業之一,氣候變化對發展現代農業提出了前所未有的嚴峻挑戰.

為此,本研究對隴東黃土高原地區50多年熱量資源變化特征進行了分析,進一步分析了由熱量資源變化所引發的農業氣候資源、主要農業氣象災害及生產應對措施,以便在了解和認識當地氣候資源的基礎上,充分利用氣候變化對農業生產的利弊影響,盡早采取有效的方法,增強農業生產、優化作物布局及新品種引進適應氣候變化的能力,提高農業生產的穩定性,促進農業增產、農民增收、農村穩定.

1 資料與方法

隴東黃土高原地區以慶陽市為主,所轄7縣1區.筆者選取有代表性的3個縣1960-2013年共54年資料進行分析,分別是:環縣,代表慶陽市北部山區;慶城縣,代表慶陽市中部川道地區;西峰區,代表慶陽市南部塬區.資料分別來源于環縣國家基本氣候站、慶城縣國家一般氣候站、西峰國家基準氣候站.以年、季的平均氣溫、≥0℃及≥10℃的活動積溫、終霜日期及農耕期、農業災害事件等作為主要的研究對象,采用數理統計方法分析其變化特征.

2 結果與分析

2.1 平均氣溫

通過對西峰、慶城、環縣54年\\(1960-2013年\\)平均氣溫資料進行分析\\(見圖1~3\\),三地的氣溫變化有時具有一致性,但總體均呈上升趨勢,20世紀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 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℃;進入21世紀前10年的平均氣溫分別比平均值偏高1.07℃、0.58℃、0.81℃.西峰、慶城和環縣在20世紀90年代中期以前年氣溫大多低于平均氣溫,20世紀90年代中期以后,持續升溫,慶城和環縣在2006年、西峰在2013年達到近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縣.54年以來環縣、西峰升溫較為明顯,熱量資源增加.環縣的氣溫變化幅度最大,也是慶陽市最低氣溫的出現地,即熱量資源的變率較大.慶陽市平均氣溫變化與張強等[12]研究一致,但平均氣溫的升高幅度明顯大于西北地區的平均值.

由表1可知,西峰、慶城和環縣的四季平均氣溫的年代際變化不盡相同,西峰夏季年代際氣溫變化趨勢不明顯,春、秋、冬季氣溫呈上升趨勢;慶城春、冬季升溫趨勢明顯,夏季溫度變化平緩,秋季略有升溫趨勢;環縣春、夏、秋、冬季氣溫均呈上升趨勢.三地在20世紀80年代前均較低且變化不大,90年代開始顯著升高.總體來看,對年平均氣溫升高趨勢貢獻最大的是冬季和春季升溫.

2.2 農耕期的變化

農耕期是指日平均氣溫穩定通過0℃時的持續日數,它表示某地年內進行農事生產活動的時間長短,對作物種植、布局及引種推廣有重要意義.從54年來農耕期變化圖\\(見圖4\\)來看,慶陽市各地在農耕期的年變化也有一致性,在年農耕期中,慶城最 長,環縣最短.且隨著氣候變暖,年農耕期日數也呈增多趨勢,尤其20世紀90年代中期后,增加明顯.54年來,環縣、慶城及西峰分別增加13天、11天和12天.由于氣候變化,慶陽市北部農耕期增加最為明顯,表明作物種植近年來向北、向海拔高度較高地區推移,種植作物可趨向多樣化.這與云雅如等[13]研究結果較為一致.

2.3 穩定≥0℃及≥10℃的活動積溫變化

積溫表示某地的熱量資源.當氣溫穩定通過0℃時,慶陽市冬小麥、油菜、牧草開始返青,林果作物開始萌動.當氣溫穩定通過10℃時,糜子、谷子等喜溫作物開始播種和生長.因此,氣溫穩定通過0℃、10℃時的積溫是衡量熱量資源的主要標志,在農業氣候資源分析和區劃、農業氣象預報、農業氣象災害指標、作物生長模擬等應用廣泛[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,各地熱量資源均有所增加,在54年中,環縣、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℃.環縣、西峰54年來,≥0℃、≥10℃的積溫增加明顯,尤其在進入21世紀后,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,農作物基本已歸倉,對農業生產的影響很小,而終霜會對慶陽市農作物造成較大危害,尤其是果樹花期凍害風險增加,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束日期在4月下旬末-5月初,北部山區環縣結束的日期最晚,中部川道地區慶城結束的日期最早.與氣溫升高相一致,終霜日出現呈偏早趨勢,且各地具有不同的階段性變化規律,環縣終霜日20世紀60年代由偏晚出現轉為偏早出現,20世紀70-80年代初為偏晚出現,80年代中期-21世紀初為偏早出現,近10年來大多為偏晚出現,但個別年份出現時間明顯偏早;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化規律,54年來偏早年與偏晚年大體相當,但進入21世紀后,偏早出現年份顯著增多;西峰終霜日54 年以來偏早趨勢明顯,且 20 世紀 60-70 年代為偏晚出現時期,80年代到現在為偏早出現時期,且具有連續多年持續偏早特性.因此,慶陽的終霜日各具特色.

3 熱量資源變化對農業生產的影響

3.1 晚霜凍害減輕

春季是慶陽農事生產的關鍵季節,春耕春播大面積展開,同時,冬小麥起身拔節、冬油菜開花結莢、各種果樹枝繁花茂,若遭受嚴重的晚霜凍害,會對作物的產量及品質造成影響,甚至造成農田翻種、果樹不掛果、生育期延遲的嚴重災害,農業損失慘重.近年來,慶陽大力發展特色農業,果樹栽植面積居甘肅省第一,形成了大規模、高科技、連片生產的專業農戶,但其中凍害是影響果樹花期生長的主要災害.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90年代后,升溫顯著,終霜日偏早,大多對農業生產影響較小.但由于春季氣溫明顯升高,農作物發育期、果樹萌動期提前,抗寒能力下降,在由寒潮天氣引起的重晚霜出現年代,作物遭受凍害的幾率和受災程度有所加劇,如2013年初春氣溫異常偏高,果樹萌動偏早,花期提前了10天左右,適逢4月上旬末到中旬初出現多年少有的嚴重晚霜凍害天氣,經濟林果花期遭受凍害,經濟損失超過15 億元.

3.2 秋糧生產有利

慶陽市春季易發生干旱,大多年份夏糧生產形勢嚴峻.但由于熱量資源的增加,北部環縣可種植面積擴大,為慶陽市農業發展提供了機遇,且夏季雨水較為豐沛,秋作物復種收益良好,可以有效的彌補夏糧減產問題,維持糧食安全生產.同時,近年來,小雜糧市場供應活躍,價格一路走高.慶陽氣候變化對秋糧生產提供了有利的條件.

3.3 冬季大棚生產易于管理

在全球氣候變化的影響下,慶陽冬季氣溫持續升高,增溫最為明顯,暖冬化趨勢突出.同時,由表3分析,各年代冬季的平均最低氣溫在逐漸升高,尤其南部塬區冬季平均最低氣溫升高顯著.在這種冬季氣候逐漸變暖的背景下,使蔬菜大棚生產和管理成本降低,結合農業產業結構調整,慶陽中南部慶城、西峰等地冬季蔬菜大棚生產規模呈逐年擴大態勢,大棚生產發展迅速,解決了本地冬菜靠從外地調運問題,有效的改善了冬菜價格偏高、品種單一的問題.

4 結論與討論

\\(1\\)由于氣候變化,使慶陽市熱量資源增加,農耕期延長、終霜日提前.因此,要充分有效利用氣候資源,合理調整農業產業結構,因地制宜,西峰、慶城等地增加蔬菜大棚和特色農業、環縣等地增加秋作物復種的技術措施投入,使慶陽農業走可持續發展之路.

\\(2\\)熱量條件的年季波動較大,有時超出了農業生產的有效利用范圍,對農業生產造成不利影響.由于冬季氣溫偏高,越冬病菌基數增加,來年易造成病蟲害大規模爆發流行,防治難度增加.春季作物發育期有所提前,使農業遭受晚霜凍害的風險加大,防御難度和防御成本顯著增加.同時,由于氣溫升高,田地水分蒸發增大,水分虧缺增加,從而加重了春季干旱的發生程度.因此,宜采用防災抗災、穩產高產的技術措施和提高對氣象災害的防御應對能力,趨利避害、高效利用氣候資源.

\\(3\\)在應對氣候變化方面,應加強對氣候變化影響的評估、模擬和預測的研究,加強對基層領導干部、廣大生產農戶的宣傳指導工作,生產要適應氣候變化,同時要避免生產的盲目性.只有廣大農民積極執行政府氣候變化適應政策和產業結構調整,才能真正使慶陽農業發展適應未來氣候的變化,實現農業的可持續發展.

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