內蒙古大豆氣候適宜性變化及未來情景預估

金林雪 武榮盛 吳瑞芬

摘要：用內蒙古大豆主產區14個氣象站1981—2016年氣象觀測資料與RegCM4.0區域氣候模式，在低排放RCP4.5和高排放RCP8.5 2種情景下，基于氣候適宜度指數的構建，分析和預估內蒙古大豆主產區光、溫、水及綜合氣候適宜度的變化特征。結果表明，近35年，內蒙古主產區大豆日照適宜度東部偏北及赤峰呈微弱的下降趨勢、通遼為上升趨勢，降水適宜度呈不同程度的下降趨勢，氣溫適宜度均呈顯著上升趨勢，綜合氣候適宜度赤峰小幅降低、東部偏北及通遼變化相對較為平緩;總體而言，1981—2016年內蒙古主產區大豆氣候適宜性影響為弱的負效應。在未來2種氣候情景下，2021—2050年，日照適宜度變化總體平穩，溫度適宜度基本呈上升趨勢，降水適宜度線性傾向率以正值為主，綜合適宜度呈略微增加的趨勢，未來氣候對大豆生產為弱的正效應影響可能性大，并根據模擬的2種未來氣候情景，提出對內蒙古主產區大豆生產的相應適應對策。

關鍵詞：氣候適宜度;變化特征;情景預估;大豆;內蒙古

中圖分類號： S162.5? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）12-0134-07

目前，氣候變化已引起全球的普遍關注[1-3]，氣候適宜度近年來成為研究氣候變化對作物生長發育影響的主要方法之一，為農業氣候資源的定量分析和分類評價開辟了一個新的途徑。該方法可綜合考慮光、溫、水3個要素對作物生長發育的影響，能客觀反映氣候條件對作物生長發育的滿足程度[4-6]。國內外開展作物氣候適宜度變化方面的研究已有多年的歷史，研究成果也日趨豐富：任玉玉等得出河南省棉花（Gossypium spp.）氣候適宜度呈下降的趨勢，且適宜度的變化有明顯的地域差異[7]。姚小英等研究發現，1971—2008年玉米（Zea mays）全生育期溫度、光照適宜度呈上升趨勢，降水適宜度呈下降趨勢[8]。王連喜等研究得出，1971—2010年江蘇省小麥（Triticum aestivum L.）的溫度適宜度、降水適宜度和氣候適宜度都呈弱增加趨勢[9]，而日照適宜度呈微弱減少的趨勢。在未來氣候適宜度變化方面我國研究起步較晚，但也有相關學者已初步取得了一定成果，胡雪瓊等分析了1986—2005年及RCP4.5和RCP8.5氣候情景下2021—2060年云南省烤煙（Nicotiana tabacum）種植氣候適宜性分布的變化[10]。杜堯東等結合IPCCSRESA2情景，分別對我國亞熱帶地區柑桔（Citrus）氣候適宜性及氣候風險度變化進行分析[11]。申雙和等結合RegCM3區域氣候模式，對1951—2100年黃淮海冬麥區小麥各主要生育期降水量及適宜度變化進行時空分析[12]。而關于氣候變化對內蒙古大豆（Glycine max）氣候適宜性的變化及未來氣候情景預估方面的研究鮮見報道。

在全球氣候變化背景下，內蒙古地區光、溫、水等氣象要素均發生了明顯改變[13]，而內蒙古大豆主要分布在東北部地區，該區域地形復雜，氣候差異大，農田水利設施不完善，農業以靠天吃飯為主，是典型的氣候變化敏感區和脆弱區[14]。根據農業部《全國種植業結構調整規劃（2016—2020年）》內容，在內蒙古東北部培育大豆優勢產區，保障國家糧食安全和大豆的有效供給。因此，探討內蒙古大豆氣候適宜性不僅有助于加強優勢產區大豆的監測，同時探索未來氣候情景下的大豆氣候變化趨勢可為種植業適應氣候變化提供科學依據，對當地的農業生產具有重要的指導意義，也可為全國大豆氣候變化影響評估提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區域

內蒙古大豆主要分布在東北部，包括呼倫貝爾市、興安盟、通遼市和赤峰市，累計種植面積占內蒙古大豆總面積的97%[15];選取內蒙古大豆主產區近5年播種面積大于 500 hm2、總產量大于500 t的14個站點作為代表站，且研究區域熱量條件由東北向西南遞增、降水量由東北向西南遞減，因此根據氣候條件及地理位置將14個旗縣劃分為以下3個區域進行研究（圖1）：東部偏北（阿榮旗、鄂倫春、扎賚特、扎蘭屯、索倫、莫力達瓦）、赤峰（巴林左旗、敖漢旗、翁牛特）、通遼（科右中旗、科左中旗、開魯、科左后旗、扎魯特）。

1.2 數據處理

1981—2016年的大豆生長季（5—9月）氣象數據來源于內蒙古地區14個自動氣象站觀測的平均氣溫（℃）、最高氣溫（℃）、最低氣溫（℃）、降水量（mm）、日照時數（h）等逐日數據。各站點大豆產量和種植面積資料來源于統計部門;大豆生育期采用農業氣象觀測站及農牧廳大豆品種試驗的發育期數據，并將發育期劃分為播種期-出苗期、出苗期-分枝期、分枝期-開花期、開花期-鼓粒期、鼓粒期-成熟期5個時期（表1）。大豆各發育階段的三基點溫度（表2）、需水量（表3）及最適日照時數（表4）等氣象指標數據（表2至表4）參考前人研究成果及“2016年內蒙古氣象局重點攻關業務建設項目：大豆農業氣候資源分析與區劃”的研究成果。未來氣候模式選取RegCM4.0區域氣候模式，單項嵌套BCC_CSM1.1（全球模式，北京氣候中心氣候系統模式1.1）全球氣候耦合模式的輸出結果，包括低排放RCP4.5和高排放RCP8.5 2種情景。利用Origin 9.1、Excel 2013對氣象數據進行運算分析并完成圖表的繪制，采用ArcGIS 10.2制作研究區域圖。

1.3 研究方法

1.3.1 產量分離 本研究采用5年直線滑動平均模擬和建立回歸模型的方法提取氣象產量[16]。

1.3.2 氣候傾向率 本研究利用氣候傾向率分析氣候適宜度的變化趨勢。用Xi表示樣本量為n的某氣象變量，用t表示Xi所對應的時間，建立Xi與t之間的一元線性回歸方程[17]：Xi=ati+b。

2 結果與分析

2.1 氣候適宜度與產量相關關系

將大豆主產旗縣（14個代表站）1981—2013年間的全生育期氣候適宜度指數與對應年份氣象產量作相關分析（圖2），發現全生育期氣候適宜度指數和大豆產量數據的年際變化有很好的一致性（東部偏北地區以索倫為例，赤峰以巴林左旗為例，通遼以科左中旗為例詳見圖2），均為正相關關系，

且通過顯著性檢驗水平，表明氣候適宜指數能夠客觀反映內蒙古大豆生長季內氣象要素的適宜程度及產量的動態變化，可以表征氣候條件對大豆生產的影響。

2.2 近35年氣候適宜度變化特征

2.2.1 日照適宜度的變化 由圖3-A可知，近35年，內蒙古大豆生育期內日照適宜度東部偏北及赤峰地區呈上升趨勢（氣候傾向率分別為0.016/10年、0.015/10年），通遼地區呈下降趨勢，線性趨勢為-0.022/10年，其中赤峰、通遼的日照適宜度年際變化通過了0.05的顯著性檢驗。

2.2.2 溫度適宜度的變化 在全球變暖的背景下，內蒙古的熱量資源存在著較為顯著的氣候變化特征。由圖3-B可知，大豆生育期內的溫度適宜度在東部偏北、赤峰及通遼年代際變化趨勢較為一致，均呈顯著上升趨勢，氣候傾向率分別為0.044/10年、0.026/10年、0.024/10年，通過了極顯著檢驗。

2.2.3 降水適宜度的變化 由圖3-C可知，1981—2016年，內蒙古大豆降水適宜度呈現不同程度的下降趨勢，其中東部偏北、赤峰地區下降率為-0.032/10年、-0.043/10年，分別通過0.05、0.01顯著檢驗;通遼地區呈微弱的下降趨勢（-0.011/10年）。

2.2.4 綜合氣候適宜度的變化 由圖3-D可知，綜合光溫水3個要素，1981—2016年內蒙古大豆綜合氣候適宜度的年際變化特點為東部偏北及通遼市較為平緩（線性傾向率為 -0.007/10年、-0.005/10年），赤峰市呈下降趨勢，下降率為-0.021/10年。

總體而言，1981—2016年內蒙古主產區大豆生育期內的氣候適宜性影響為弱的負效應，對大豆生長發育不利。

2.3 未來2種情景下氣候適宜度的可能變化

2.3.1 日照適宜度的可能變化 從圖4及表6可以看出，在 RCP 4.5 低排放情景下，2021—2050年大豆日照適宜度為持平略增的趨勢，氣候傾向率為東部偏北0.002/10年、赤峰 0.008/10年、通遼0.015/10年，說明未來30年大豆生育期內的日照適宜度沒有明顯的變化趨勢，僅略微有所上升;其中2021—2030年3個區域均為下降趨勢，2031—2040轉為上升趨勢，最后10年僅東部偏北呈下降趨勢，其他區域均為上升趨勢。在RCP8.5高排放情景下，除東部偏北日照適宜度線性傾向率為正值以外，其他均為負值，但變化均較為平緩;年際變化上看，東部偏北和赤峰地區3個10年的日照適宜度均呈微弱的下降趨勢，而通遼地區為微弱的上升趨勢（表6）。未來2種氣候情景下的日照適宜度變化均較為平緩，因此對大豆生產的影響較小。

2.3.2 溫度適宜度的可能變化 從圖5可以看出，在RCP 4.5低排放情景下，2021—2050年溫度適宜度的線性傾向率均為正值，這說明未來30年內蒙古主產區大豆的溫度適宜度呈現出一致上升的氣候特征，3個區域線性趨勢均通過顯著檢驗

水平;其中，在2021—2050年的3個10年年際變化中，東部偏北呈不同程度的下降趨勢，而赤峰則呈不同程度的上升趨勢，通遼為先下降再上升最后再下降的趨勢。在RCP8.5高排放情景下，未來30年3個區域溫度適宜度的線性傾向率同樣均為正值;從年際變化上來看，東部偏北地區均呈弱的下降趨勢，赤峰和通遼在2021—2030年為下降趨勢，2031—2040年轉為上升趨勢，2041—2050年轉為下降趨勢（表7）。熱量條件適當增多有利于大豆生長，由于未來2種氣候情景下的溫度適宜度均呈上升趨勢，因此對大豆生產起到積極作用的可能性較大。

2.3.3 降水適宜度的可能變化 從圖6可知，在RCP4.5低排放情景下，2021—2050年降水適宜度赤峰地區為弱的下降趨勢（-0.002/10年），其余區域為上升趨勢（東部偏北 0.003/10年，通遼0.012/10年），升降趨勢均較為平緩;從年際波動上來看，3個區域的降水適宜度變化趨勢均不相同，東部偏北為先降后升趨勢，通遼則為先升后降趨勢，赤峰為升-降-升趨勢。RCP8.5高排放情景下，降水適宜度的變化趨勢東部偏北地區為負值（-0.009/10年），其余2個區域為正值（赤峰為 0.008/10年，通遼為0.023/10年）;其年際波動特點也不相同，2021—2030年、2031—2040年、2041—2050年東部偏北地區均為上升趨勢，通遼均為下降趨勢，赤峰為前10年上升趨勢，后面2個10年均轉為下降趨勢。未來2種氣候情景下，2021—2050年降水適宜度的線性傾向率以正值為主，說明大部分區域、大部分年份水分條件適宜，因此對內蒙古主產區大豆生產的作用總體利多于弊（表8）。

3 結論與討論

1981—2016年，內蒙古主產區大豆氣候適宜度不同區域的變化趨勢各不相同，其中日照適宜度東部偏北、赤峰呈弱的增加，通遼為減少趨勢;降水適宜度呈不同程度的下降趨勢，氣溫適宜度均明顯上升。綜合光溫水三要素的影響，氣候適宜度赤峰小幅降低，東部偏北及通遼微弱降低，總體的氣候適宜性影響為弱的負效應，對大豆生長發育不利。

未來2種氣候情景下，日照適宜度變化均較為平緩，其中RCP8.5情景下東部偏北和赤峰地區為微弱的下降趨勢，可適當采取合理密植、加強田間管理從而提高光能利用率。

未來2種氣候情景下，溫度適宜度均呈上升趨勢，可能使冷害發生頻率下降、大豆播種期提前、生育期延長等，對大豆生產均為有利形勢，可種植生育期更長的晚熟品種以提高大豆產量。

未來2種氣候情景下，降水適宜度的氣候傾向率以正值為主，但RCP4.5情景下的赤峰和RCP8.5情景下的東部偏北地區為負值，上述地區溫度適宜度均呈上升趨勢，加上降水適宜度減少，出現暖干化趨勢，易導致農業干旱的發生，對大豆生產和發展構成威脅;以上區域可采取培育抗旱品種、加強田間水分條件的精準管理，提高大豆降水適宜性。

2021—2050年未來情景下內蒙古大豆主產區綜合氣候適宜度大部分隨時間呈上升趨勢，可以考慮根據實際情況小幅擴大種植規模;東部偏北綜合氣候適宜度呈下降趨勢，但幅度較小，基本能滿足大豆生長發育需求，可以考慮保持現有種植規?；蛐》鶞p小種植規模。

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