西北玉米对气候变暖的响应

2013-09-15秦春英王志伟

山西农业科学 2013年10期

韩龙，秦春英，李燕，王志伟

（1.山西省气象局后勤服务中心，山西太原030002；2.山西气象影视中心，山西太原030002；3.山西省气候中心，山西太原030006）

气候变化作为人类社会迄今面临最大的环境问题[1-2]，已对全球生态系统、人类生产生活及社会经济发展产生了明显影响，并将持续下去。农业对气候条件依赖性较为强烈，是受气候变化影响最大的行业之一。随着气候变暖不断加剧，极端气候事件不断增多，给粮食生产、水资源等带来严重影响。研究表明[3-5]，高温、干旱、病虫害等已成为造成粮食作物生育期缩短、产量下降的重要影响因素，气候变化的影响研究已成为国内外关注的焦点。

大量研究表明[5-7]，西北地区气候变暖是全国最为明显的地区，属典型生态环境脆弱区，气候变化对农业气候资源、作物生产潜力及农业生产等方面产生深远影响。玉米不仅是我国农业生产中三大粮食作物之一，也是西北地区重要的粮食作物。

关于气候变化对粮食作物生长发育的影响方面，有关学者进行了大量研究[8-10]，温度升高，将导致作物需水规律发生变化，玉米属喜温性作物，热量资源的增加，为其提供了较为有利的生长条件，使西北地区的玉米种植格局不断发生变化。为了更好地应对气候变化对西北玉米生产的影响，需要深入分析西北地区玉米生产变化及对气候变暖的响应，进一步研究其变化规律，寻求趋利避害对策，指导农业生产。

1 资料和方法

1.1 研究区资料

玉米属喜温作物，西北地区夏玉米适宜生长区主要分布在陕西关中平原、新疆西部、甘肃南部等，春玉米在西北地区分布较为广泛。综合考虑地理分布、气候特征，玉米种植区需选择农业气象资料大于20 a且缺测资料小于3 a的观测站，因此，本研究选取陕西凤翔、大荔，新疆若羌、喀什、乌兰乌苏、新源，甘肃武威、张家川为代表的农业气象观测资料，其中，春玉米4个站点，夏玉米4个站点，分别对春玉米、夏玉米1980—2004年各生育期进行具体分析。缺测资料采用平均值替代的方法。

1.2 分析方法及资料来源

玉米各生育期变化趋势分析采用线性倾向估计法，突变分析采用Mann-Kendall法。资料均来源于西北各地农业气象观测站。

2 结果与分析

2.1 夏玉米主要生育期变化趋势分析

2.1.1 夏玉米播种期变化趋势分析对陕西凤翔、大荔和新疆若羌、喀什4个农业气象观测站夏玉米播种期的资料（图1）进行分析，发现近20 a来陕西凤翔、新疆若羌夏玉米播种期呈提前趋势，陕西大荔夏玉米播种期呈推迟趋势，新疆喀什推迟趋势不明显。凤翔1980—2004年夏玉米播种期以2.3d/10a的速度提前，若羌1982—2004年夏玉米的播种期以8.4 d/10 a的速度提前，大荔1982—2004年夏玉米播种期以5.0 d/10 a的速度推迟，喀什变化趋势不明显。

陕西大荔、凤翔分别位于关中东部和西部，关中东部热量条件变化趋势不明显[8]，陕西大荔夏玉米播期推迟除与局地小气候有关外，还可能与气候变暖后，前茬作物收获期提前夏玉米由原来的套播改为直播，或由于土壤墒情条件（纯旱地）无法早播有关。根据热量条件变化特点，深入分析影响播期的各因素，提出更科学的适宜播期。新疆夏玉米播期的提前是对气候变暖的响应[11-12]，播期提前可为夏玉米的后期生长提供更多的热量条件和生育时间，有利于其产量的提高。

2.1.2 夏玉米成熟期变化趋势分析通过分析陕西、新疆4个农业气象观测站夏玉米成熟期的资料（图2）发现，陕西大荔、新疆喀什夏玉米近20 a来成熟期提前的趋势不强，没有明显变化。陕西凤翔夏玉米成熟期提前趋势明显，为2.3 d/10 a，新疆若羌夏玉米成熟期呈推迟趋势，其推迟的速度为2.6 d/10 a。夏玉米成熟期的变化除与气温变化有关外，还与其播期、耕作方式等有关。

2.1.3 夏玉米生育期变化趋势分析通过分析陕西、新疆4个观测站夏玉米生育期的资料（图3）发现，陕西大荔的夏玉米近20 a来生育期均有不同程度的缩短，新疆若羌近20 a来夏玉米的生育期呈明显延长趋势，陕西凤翔和新疆喀什生育期无明显变化。生育期缩短主要是在气候变暖的背景下，与夏玉米的品种更换不及时有关。因此，在气候变暖的背景下，若水分条件满足，西北地区夏玉米可以通过更换长日期品种来充分利用热量资源，达到增产的目的。

2.2 西北地区春玉米主要生育期变化趋势分析

2.2.1 春玉米播种期变化趋势分析通过对甘肃、新疆4个观测站春玉米生育期的资料（图4）进行综合分析发现，近20 a来甘肃武威、张家川春玉米播期在提前，而新疆乌兰乌苏、新源春玉米的播期变化趋势不明显。甘肃武威站1981—2004年春玉米播期以2.3 d/10 a的速度在提前，张家川1983—2004年春玉米播期以2.2 d/10 a的速度在提前。甘肃春玉米播期的提前是对该地春季气温变暖的响应，为该地春玉米后期的生长发育赢得了热量资源，新疆乌兰乌苏和新源春玉米播期没有明显变化，可能与局地小气候因素有关。

2.2.2 春玉米成熟期变化趋势分析通过分析甘肃、新疆4个观测站春玉米成熟期的资料（图5）发现，甘肃张家川和新疆新源的春玉米近20 a来成熟期都有不同程度的提前，但提前的趋势都不明显，而甘肃武威和新疆乌兰乌苏的成熟期则表现为一定程度的推迟，但推迟的趋势亦不明显。

2.2.3 春玉米生育期变化趋势分析通过分析甘肃、新疆4个观测站春玉米生育期天数资料（图6）发现，甘肃武威、张家川和新疆新源春玉米生育期均呈推迟趋势，新疆乌兰乌苏变化趋势不明显。从生育期天数的变化趋势看，仅甘肃武威站春玉米生育期以2.1 d/10 a的速度在推迟，其他3个站春玉米生育期的变化趋势都不明显。说明这些地方春玉米品种属性基本没变，播期提前赢得的时间被成熟期的提前抵消。

2.3 西北地区玉米对气候变化的响应

2.3.1 西北地区夏玉米播种期响应分析由图7可知，近20 a来陕西凤翔、大荔，新疆若羌、喀什的播种期有突变点出现，其中，大荔、若羌和喀什均在20世纪80年代有突变点出现。凤翔1980—2004年播种期呈波动增加趋势，1995年突变后，上升明显，1999年突变点后转为下降趋势，但均未通过α＝0.05的显著性检验。大荔1982—2004年播种期呈显著升高趋势，于1985年发生增加趋势突变，1988年通过α＝0.05的临界线，其后呈现出一明显波动下降，1990年后持续上升。若羌1982—1988年呈明显下降趋势，1988—1990年有一明显波动上升趋势，1990年突变点后，播种期迅速下降，通过了α＝0.05的临界线。喀什1982—2004年播种期呈波动上升趋势，1984年突变点前，有一明显变化趋势，直到1987年又一突变点后，呈明显上升趋势。

2.3.2 西北地区夏玉米成熟期响应分析从图8可以看出，陕西凤翔、大荔，新疆若羌、喀什的成熟期都有突变点出现。凤翔1980—2004年成熟期1983年突变后，呈明显下降趋势，1987—2000年呈波动变化，趋势较为平稳，2000年后呈明显升高趋势。大荔夏玉米成熟期突变点出现在1983—1984，1987，1990，1997—1998，2000，2003年。1983—1985 年呈升高趋势，1985—1989年呈明显减少趋势，之后至1994年突变前，呈明显上升趋势，1994年之后呈波动下降趋势。若羌突变点在1989，1992年，突变点之后呈明显上升趋势，且通过α＝0.05的显著性检验。喀什突变点在1992，1999—2001年，1992年突变点之后，有一明显下降趋势，1995年之后呈明显上升趋势。

2.3.3 西北地区夏玉米生育期响应分析从图9可以看出，陕西凤翔、大荔，新疆若羌、喀什生育期均有突变点出现。凤翔全生育期变化与成熟期较为相似，突变点出现在1986，2002年，1986年突变后呈波动下降趋势，且通过显著性检验，1999年后转为显著上升趋势。大荔1982—2004年全生育期变化与播种期较为相似，呈波动下降趋势，于1988年发生冷向突变，且通过了α＝0.05的临界线，2000年后呈持续上升趋势。若羌突变点在1988年，突变后呈明显上升趋势，且通过α＝0.05的显著性检验。喀什突变点在1982，2000年，1982年突变后呈波动下降趋势，通过显著性检验，1996年之后呈持续上升趋势。

2.3.4 西北地区春玉米播种期响应分析由图10可知，武威、张家川出现一次突变，均在2003年前后。新疆乌兰乌苏在1981年突变点后，呈显著下降趋势，并通过α＝0.05显著性检验。之后1985—1986年间出现突变点，呈现波动上升趋势。新源1984年出现突变点后，呈明显上升趋势，通过了显著性检验。到1990年开始呈明显下降趋势，分别于1996，2002年出现突变点。分析各地的生育期突变点，并对比西北地区气温偏低期与偏高期[11-12]，1983—1986，1992—1996，2002—2004 年为偏低期，1997—2001年为偏高期，生育期突变点均出现在此区间，是对气候变化的响应。

2.3.5 西北地区春玉米成熟期响应分析从图11可以看出，武威突变点出现在1999，2003年，张家川出现2次突变（1996，2001年）。新疆乌兰乌苏1984年出现突变点后，呈显著上降趋势，并通过α＝0.05显著性检验。新源1993，1998，2001年出现突变点。

2.3.6 西北地区春玉米生育期响应分析从图12可以看出，武威突变点出现在1982年，之后呈显著上升趋势，并通过显著性检验。1995年后呈显著下降趋势，1998年出现又一突变点，并通过α＝0.05显著性检验，2002年之后呈上升趋势。张家川出现2次突变（1984，1989—1990年），通过 α＝0.05显著性检验。新疆乌兰乌苏1980年出现突变点后，呈现显著上降趋势，并通过α＝0.05显著性检验。新源 1986—1987，1989，2000年出现突变点，其中，2000年通过显著性检验。

3 结论与讨论

（1）近20 a来，西北研究区夏玉米播种期呈提前趋势，但陕西大荔呈推迟趋势，其播期推迟除与局地小气候有关外，还可能与气候变暖后前茬作物收获期提前夏玉米由原来的套播改为直播，或由于土壤墒情条件（纯旱地）无法早播有关。新疆夏玉米播期的提前是对气候变暖的响应，播期提前可为夏玉米的后期生长提供更多的热量条件和生育时间，有利于夏玉米产量的提高。成熟期呈现提前趋势，但并不明显。夏玉米整个生育期变化呈现出推迟趋势，但陕西大荔生育期呈缩短趋势，直接原因与其播种期较晚，成熟期变化趋势不明显有关，还可能与在气候变暖的背景下夏玉米的品种更换不及时有关。

（2）近20 a来，西北研究区春玉米各生育期的变化趋势较夏玉米一致。春玉米播期呈提前趋势，甘肃提前趋势明显，新疆变化趋势不明显。甘肃春玉米播期的提前是对该地春季气温变暖的响应，为该地春玉米后期的生长发育赢得了热量资源。西北地区春玉米近20 a来成熟期都有不同程度的提前，但提前的趋势都不明显，因此在气候变暖的背景下，西北地区春玉米可以通过更换长日期品种，来充分利用热量资源。春玉米整个生育期变化呈推迟趋势，但变化并不明显。

（3）西北研究区夏玉米各生育期突变点均出现在20世纪80年代，这与西北地区20世纪70年代开始发生降温—升温转型，1986年有一次显著突变升温的气温变暖相一致[11]。生育期突变是对气候变暖的响应。

（4）西北研究区春玉米各生育期突变点大多出现在20世纪前后，这与进入20世纪升温迅速的气候变暖事实相一致[13]。春玉米各生育期突变点，均与西北地区气温偏低期和偏高期相一致，其突变是对气候变化的响应。

［1］秦大河，罗勇.全球气候变化的原因和未来变化趋势[J].科学对社会的影响，2008（2）：16-21.

［2］丁一汇，王守荣.中国西北地区气候与生态环境概论[M].北京：气象出版社，2001：61-74.

［3］肖风劲，张海东，王春乙，等.气候变化对我国农业的可能影响及适应性对策[J].自然灾害学报，2006，15（6）：327-331.

［4］孙智辉，王春乙.气候变化对中国农业的影响 [J].科技导报，2010，28（4）：110-117.

［5］张强，邓振镛，赵映东.全球气候变化对我国西北地区农业的影响[J].生态学报，2008，28（3）：1210-1218.

［6］王鹏翔，何金海，郑有飞，等.近44年来我国西北地区干湿特征分析[J].应用气象学报，2007，18（6）：769-775.

［7］刘明春，张强，邓振镛，等.气候变化对石羊河流域农业生产的影响[J].地理科学，2009，29（5）：727-732.

［8］屈振江.陕西农作物生育期热量资源对气候变化的响应研究[J].干旱区资源与环境，2010，24（1）：75-79.

［9］王鹏祥，杨金虎，张强，等.近半个世纪来中国西北地面气候变化基本特征[J].地球科学进展，2007，22（6）：649-656.

［10］王美霞，赵怀生，李海燕，等.山西玉米产业现状与发展思考[J].山西农业科学，2013，41（3）：301-303.