遼西地區農業界限溫度變化對農業生產的影響

張 黎

(遼寧省朝陽市氣象局，遼寧 朝陽 122000)

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遼西地區農業界限溫度變化對農業生產的影響

張 黎

(遼寧省朝陽市氣象局，遼寧 朝陽 122000)

摘要：選用遼西地區朝陽站1953～2014年的氣候資料，運用氣候診斷分析方法，對農業界限溫度0 ℃、10 ℃的初日、終日期、持續日數和積溫進行了研究，并探討它們對農業生產的影響。結果表明：遼西地區農業界限溫度變化顯著，0 ℃界限溫度氣候傾向率分別為：初日為-2.243 d/10 a，終日為1.091 d/10 a，持續日數為2.834 d/10 a，積溫為55.99 ℃·d/10 a。10 ℃界限溫度氣候傾向率分別為：初日為-1.036 d/10 a，終日為1.846 d/10 a，持續日數為2.856 d/10 a，積溫為63.271 ℃·d/10 a。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比，0 ℃、10 ℃初日分別提前11 d和6 d，終日分別后推4 d和8 d，持續日數分別延長13 d和11 d，積溫分別增加246 ℃·d和251 ℃·d。界限溫度變化對農業生產的影響有正面的，也有負面的，負面影響要大于正面影響。

關鍵詞：農業；界限溫度；氣候變暖；朝陽

農業界限溫度是熱量資源的界定指標，界限溫度的初終日期、持續日數對確定區域的耕作制度、品種搭配、作物布局等都具有十分重要的意義，標志植物重要物候現象，體現農事活動之開始、終止或轉折點[1-3]。0 ℃、10 ℃是農業上常用的界限溫度。日平均氣溫穩定≥0 ℃的初日、終日和土壤解凍、結凍時期相近，持續期間為農田作業期；日平均氣溫穩定≥10 ℃的時期為喜溫作物生長活躍期，≥10 ℃積溫是評價熱量資源對喜溫作物的滿足權度[4]。近些年來，受氣候變暖[5]的影響，氣候資源出現了不同程度的變化，尤其熱量資源的變化最為明顯，有關對熱量資源變化特征方面研究較多[6-8]，劉穎杰等[9]研究了中國不同地區氣候變暖對農業的影響；米娜等[10]分析了遼寧省玉米適宜播種期的熱量資源變化；屈振江[11]研究了陜西農作物生育期熱量資源變化；霍金蘭等[12]研究了近50年江蘇省0 ℃積溫變化特征；劉志雄等[13]分析了湖北省近45年≥10 ℃界限溫度的變化特征，這些研究體現出不同區域的不同氣候變化特征。從區域性角度出發，本文選用1953～2014年的氣候資料，針對遼西朝陽地區農業界限溫度變化特征進行了研究，以此為該地區耕作制度、品種更替、作物布局、生產管理等農業措施提供參考。

1材料與方法

資料來自朝陽市氣象局檔案室，采用1953～2014年的日平均氣溫資料。運用五日滑動平均法[14]確定界限溫度0、10 ℃的初日期和終日期。

運用氣候傾向率、序列相關、標準偏差[14-15]，分析了農業界限溫度初日、終日、持續日數、積溫等年際變化趨勢特征、序列相關性以及事件異常變化幾率。采用Excel 2003軟件[16]進行數據分析。

2結果與分析

2.10 ℃界限溫度

2.1.10 ℃初日遼西朝陽地區0 ℃初日累年平均在3月16日，在年際變化中2008年最早出現在2月26日，1962年最晚出現在4月4日。由圖1可知，0 ℃初日年變化呈下降提前趨勢，氣候傾向率為-2.243 d/10 a，序列相關系數為-0.4243，達到極顯著水平(P<0.01)。近62年(1953～2014年)0 ℃初日線性提前13.9 d；經標準偏差分析，0 ℃初日的正常時段出現在3月5日～3月24日之間，在近62年期間，異常偏晚有11年，幾率為17.7%，分布在1991年之前的1953～1966年和1976～1991年兩個時間段內；異常偏早有12年，幾率為19.4%，分布在1981年之后，并主要出現在1990～2011年。由表1可知，從0 ℃初日年代際平均值變化看，呈明顯逐漸提前趨勢，20世紀50～60年代在3月20日，與其相比，70～80年代提前了2 d，90年代提前8 d，21世紀00年代提前了12 d，21世紀10年代前4年平均日期與20世紀90年代接近。近20年(1995～2014年)與前20年(1953～1972年)相比提前11 d。

2.1.20 ℃終日0 ℃終日累年平均在11月13日，在年際變化中1969年最早結束在10月31日，1995年最晚出現在11月29日。由圖2可知，0 ℃終日年變化呈上升后推趨勢，氣候傾向率為1.091 d/10 a，序列相關系數為0.3426，達到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)0 ℃終日線性提前6.3 d。經標準偏差分析，0 ℃終日的正常時段出現在11月7～19日之間。在近62年里，異常偏早有5年，幾率為8.1%，分布在2000年之前的50、60和90年代；異常偏晚有7年，幾率為11.3%，分布在1981年之后，并主要出現在2004～2014年。由表1可知，從0 ℃終日年代際平均值變化看，呈明顯逐漸后推趨勢，20世紀50年代在11月9日，與其相比，60～90年代后推3～5 d，2001～2014年后推了7 d。近20年(1995～2014年)與前20年(1953～1972年)相比后推4 d。

2.1.3持續日數≥0 ℃持續日數累年平均為244 d，在年際變化中1955年最短為224 d，1995年最長為270 d。由圖3可知，0 ℃持續日數年變化呈上升趨勢，氣候傾向率為2.834 d/10 a，序列相關系數為0.4580，達到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)持續日數線性延長17.6 d。經標準偏差分析，≥0 ℃持續日數的正常值在232～255 d之間。在近62年里，異常偏短有8年，幾率為12.9%，分布在1976年之前的50、60和70年代初；異常偏長有10年，幾率為16.1%，分布在1975年之后，并主要出現在1990～2011年。由表1可知，從≥0 ℃持續日數年代際平均值變化看，呈明顯逐漸延長趨勢，20世紀50年代為235 d，與其相比，60年代延長2 d，70、80年代延長9 d，90年代延長12 d，21世紀之后延長14～15 d。近20年(1995～2014年)與前20年(1953～1972年)相比延長13 d。

2.1.4≥0 ℃積溫≥0 ℃積溫累年平均為4046 ℃·d，在年際變化中，1976年最少，為3640 ℃·d，2000年最多，為4429 ℃·d。由圖4可知，0 ℃積溫年變化呈增加趨勢，氣候傾向率為55.99 ℃·d/10 a，序列相關系數為0.5517，達到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)積溫線性增加347 ℃·d。經標準偏差分析，≥0 ℃積溫的正常范圍在3881～4245 ℃·d之間。在近62年里，異常偏少有9年，幾率為14.5%，分布在1986年之前，并主要集中在1969～1979年；異常偏多有10年，幾率為16.1%，分布在1994～2009年之間。由表1可知，從≥0 ℃積溫年代際平均值變化看，呈逐漸增加趨勢，20世紀50年代為3937 ℃·d，與其相比，60年代增加56 ℃·d，70年代減少25 ℃·d，80年代增加131 ℃·d,90年代增加258 ℃·d，2001～2014年增加263 ℃·d。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比增加246 ℃·d。

2.210 ℃界限溫度

2.2.110 ℃初日遼西朝陽地區10 ℃初日累年平均在4月15日，在年際變化中1989年最早出現在4月2日，1954、1956、1979年最晚出現在4月29日。由圖5可知，10 ℃初日年變化呈下降提前趨勢，氣候傾向率為-1.036 d/10 a，序列相關系數為-0.2528，達到顯著水平(P<0.05)。近62年(1953～2014年)10 ℃初日線性提前6.4 d。經標準偏差分析，10 ℃初日的正常時段出現在4月8～23日之間。近62年，異常偏晚有11年，幾率為17.7%，主要分布在1987年之前；異常偏早有9年，幾率為14.5%，分布在1975年之后。由表1可知，從10 ℃初日年代際平均值變化看，呈明顯逐漸提前趨勢，20世紀50年代在4月22日，與其相比，60、70年代提前了5～6 d，80年代和21世紀的2001～2014年提前8 d，90年代提前10 d。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比提前6 d。

2.2.210 ℃終日10 ℃終日累年平均在10月12日，在年際變化中1957年最早結束在9月29日，2014年最晚出現在10月26日。由圖6可知，10 ℃終日年變化呈上升后推趨勢，氣候傾向率為1.846 d/10 a，序列相關系數為0.5516，達到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)10 ℃終日線性提前11.4 d。經標準偏差分析，10 ℃終日的正常時段出現在10月6～19日之間。在近62年里，異常偏早有8年，幾率為12.9%，主要分布在1995年之前的50、60年代；異常偏晚有9年，幾率為14.9%，分布在1988年之后，并主要出現在1998～2014年。由表1可知，從10 ℃終日年代際平均值變化看，呈明顯逐漸后推趨勢，20世紀50年代在10月8日，與其相比，60、70年代后推1～2 d，80、90年代后推5 d，21世紀的2001～2014年后推了10～11 d。近20年(1995～2014年)與前20年(1953～1972年)相比后推8 d。

2.2.3持續日數≥10 ℃持續日數累年平均為244 d，在年際變化中1954年最短，為159 d，2004、2014年最長，為204 d。由圖7可知，≥10 ℃持續日數年變化呈上升趨勢，氣候傾向率為2.856 d/10 a，序列相關系數為0.4901，達到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)持續日數線性延長17.7 d。經標準偏差分析，10 ℃持續日數的正常值在170～190 d之間。近62年，異常偏短有13年，幾率為21.0%，分布在1992年之前；異常偏長有10年，幾率為16.1%，分布在1975年之后。由表1可知，從≥10 ℃持續日數年代際平均值變化看，呈明顯逐漸延長趨勢，20世紀50年代為170 d，與其相比，60、70年代延長6～8 d，80、90年代延長14 d，2001～2014年平均延長16 d。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比延長11 d。

2.2.4≥10 ℃積溫≥10 ℃積溫累年平均為3659 ℃·d，在年際變化中1954年最少，為3134 ℃·d，2001年最多，為4103 ℃·d。由圖8可知，≥10 ℃積溫年變化呈增加趨勢，氣候傾向率為63.271 ℃·d/10 a，序列相關系數為0.5145，達到極顯著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)≥10 ℃積溫線性增加392 ℃·d。經標準偏差分析，10 ℃積溫的正常范圍在3430～3890 ℃·d之間。在近62年里，異常偏少有8年，幾率為12.9%，分布在1986年之前；異常偏多有10年，幾率為16.1%，分布在1981年之后。由表1可知，從≥10 ℃積溫年代際平均值變化看，呈明顯逐漸增加趨勢，20世紀50年代為3465 ℃·d，與其相比，60年代增加122 ℃·d，70年代減少61 ℃·d，80年代增加225 ℃·d，90年代和2001～2014年增加333 ℃·d。近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比增加251 ℃·d。

2.3界限溫度變化對農業的影響

依據以上分析，遼寧西部朝陽地區0、10 ℃界線溫度初日提前、終日后推，使得持續日數延長、積溫增加，表征了在氣候變暖的情景下熱量資源明顯增加，這對于農業生產常規耕作方式、農業經營管理、農業布局和結構調整提出了新的課題，在這種情景下增加了農業生產的不穩定性。

2.3.1對植物休眠期的影響春季穩定通過0 ℃，土壤開始解凍，越冬植物開始萌動，當0 ℃初日提前時，將使越冬植物萌動期提前，并縮短休眠期。秋季日平均氣溫低于0 ℃，土壤開始凍結，農作物停止生長，越冬植物進入休眠期，當0 ℃終日后推時，將使越冬植物較晚進入休眠始期。≥0 ℃期間持續日數延長，而植物冬眠期則縮短。當正積溫增加時，則負積溫減少。例如蘋果冬季自然休眠需要經過-10～10 ℃的溫度變化才能完成，當解除休眠時則需要1200～1500 h的0～7.2 ℃低溫環境，如果滿足不了低溫要求，或者休眠期有高溫氣候，則會出現萌芽晚或落蕾、開花不齊等現象，進而影響蘋果產量和質量[3]。

2.3.2對設施農業的影響遼西地區設施農業以日光溫室為主，生產季節在9月～翌年5月，主栽蔬菜、花卉以及果樹等，其采暖形式主要依靠日照和環境溫度，在連續低溫陰雪天氣的情況下，為了防寒需增加人工輔助熱量能源。當氣候變暖、農業界限溫度初日提前、終日后推時，縮短了冬季的寒冷期，提高了棚內外的溫度，相應減少了日光溫室在采暖方面的設施投入和能源消耗，有利于設施農業生產及管理。

2.3.3對作物生育期的影響遼西地區大田農作物主要以玉米、高粱、谷子為主。經研究[10]，春季氣溫穩定通過10 ℃初日是大田作物適宜播種期，10 ℃初日提前也使大田作物提前播種?！?0 ℃的持續期是喜溫作物的生長活躍期，當遼西地區持續期延長、熱量資源增加時，可適當調整主栽品種和改變農業生產措施以充分利用熱量資源，增加農作物生物產量。大田作物的生育期可延長10 d以上，可選擇生育期140～145 d的玉米品種代替當前生育期130～135 d的玉米品種，以此來延長作物生長期增加生物產量。

2.3.4對農業病蟲災害的影響界限溫度的改變，尤其是0 ℃、10 ℃初終日的改變，延長了病蟲害的活動時間，擴大了向北的界限，當冬季氣溫較暖，則有利于病蟲菌卵越冬，增加越冬病蟲基數，加重下一年病蟲的危害。在0 ℃、10 ℃持續期延長和氣溫升高的同時，也加快了病蟲的發育速度和繁殖代數。從而造成農業病蟲害加重，投入成本增加，影響農業經濟收支平衡。

3結論與討論

遼西地區農業界限溫度變化顯著，0 ℃初日氣候傾向率為-2.243 d/10 a，終日為1.091 d/10 a，持續日數為2.834 d/10 a；10 ℃初日氣候傾向率為-1.036 d/10 a，終日為1.846 d/10 a，持續日數為2.856 d/10 a。由于0 ℃、10 ℃界限溫度初日的提前和終日的后推，重新分割了農業的生產期和喜溫作物生長期或作物活躍生長期，改變了農業生產節奏。在界限溫度持續日數延長的情況下，選擇較長生育期作物是農業生產的必然，以此來利用熱量資源提高作物產量和質量，這是正效應。而負效應也不能忽視，如作物病蟲菌卵基數、繁殖代數的增加，界限的北移，將會給農作物帶來較廣泛的病蟲災害[17]。

由于界限溫度持續日數延長，使積溫增加，0 ℃積溫氣候傾向率為55.99 ℃·d/10 a，10 ℃積溫氣候傾向率為63.271 ℃·d/10 a。0 ℃、10 ℃積溫近20年(2005～2014年)與前20年(1953～1972年)相比分別增加246和251 ℃·d，這與沈陽市近年活動積溫變化結果相一致[18]。積溫的增加，使農業生產周期中熱量資源增加，有利于農業產業發展，積溫與產量呈正相關關系[19]。遼西地區氣溫升高、積溫增加對農業經濟發展有顯著促進作用，但溫度的升高也會導致土壤、作物蒸騰加大，暖干旱頻率增多，極端氣候事件出現的幾率在增大[20]。

在氣候變暖的背景下，界限溫度變化使持續日數延長、積溫增加對農業生產的影響有正面的，也有負面的。農業生產將面臨著3個突出問題：一是引起農業生產條件的改變，增加農業生產的投入和成本；二是增加農業生產的不穩定性，加大產量波動；三是帶來農業生產布局和結構的調整。因此，氣候變暖對農業生產來說，所帶來的負面影響要大于正面影響。

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(責任編輯：曾小軍)

Effect of Agricultural Boundary Temperature Change on Agricultural Production in Western Area of Liaoning

ZHANG Li

(Meteorological Bureau of Chaoyang City in Liaoning Province, Chaoyang 122000, China)

Abstract：Using the climate data of western Liaoning district in Chaoyang station during 1953～2014, used the climate diagnosis analysis method to perform the research on agricultural boundary temperature of 0 ℃ and 10 ℃ of the beginning day and the ending day, duration days and the accumulated temperature, and investigated the impact on agricultural production. The results showed that the agricultural boundary temperature changed significantly in the western of Liaoning province. The tendency rates of 0 ℃ boundary temperature limit climate were respectively as follows: beginning day for -2.243 d/10 a, ending day for 1.091 d/10 a, duration days for 2.834 d/10 a, accumulated temperature for 55.99 ℃·d/10 a. The tendency rates of 10 ℃ boundary temperature limit climate were respectively as follows: beginning day for -1.036 d/10 a, ending day for 1.846 d/10 a, duration days for 2.856 d/10 a, accumulated temperature for 63.271 ℃·d/10 a. Compared recent 20 years (2005～2014) with 20 years ago (1953～1972), the beginning day of 0 ℃ and 10 ℃ were respectively advanced for 11 d and 6 d, the ending day were respectively delayed for 4 d and 8 d, the duration days were extended for 13 d and 11 d, the accumulated temperatures were increased for 246 ℃·d and 251 ℃·d. The change of boundary temperature existed positive and negative effect on agricultural production, but the negative effect was larger than the positive effect.

Key words：Agriculture; Boundary temperature; Climate warming; Chaoyang city

收稿日期：2015-10-14

基金項目：遼寧省科技廳農業攻關項目“主要農業氣象災害發生規律及預警和評估機制研究”(2011210002)。

作者簡介：張黎(1982─)，女，遼寧鐵嶺人，工程師，主要從事應用氣象服務工作。

中圖分類號：P423.3

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8581(2016)05-0065-05