陜西省氣候變化及其糧食產量變化特征

劉 哲，張 揚

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710021；3.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075)

1 引言

陜西省是我國西北地區的農業大省，其中關中平原是我國重要的產糧區[1]。近50年來陜西省的溫度、日照時數變化趨勢顯著[2]，氣候資源的顯著變化必然會對陜西農業生產和生態環境產生多方面的影響。因此明確陜西省的氣候以及糧食產量的變化特征，摸清氣候變化對糧食產量的影響是陜西省優化糧食生產政策，對更好地應對未來氣候變化具有一定的指導意義。目前，在區域尺度上圍繞氣候變化對農業和糧食生產的影響已經有了大量的研究[3～5]。針對陜西省的糧食生產問題，黨夏寧等[6]分析了陜西省1980～2010年糧食單產的變動趨勢及影響因子，認為氣候變化是影響陜西省糧食產量的主要因素之一。李美娟等[7]以陜西省為例，考慮了社會經濟和人的因素，運用柯布-道格拉斯生產函數，實證分析了氣溫降水等氣候要素對陜西省糧食單產的影響。馬莉等[8]采用通徑分析方法比較分析了種植結構、地膜使用量等因素對陜西省近20年來糧食產量變化的影響。董思等[9]分析了陜西糧食產量對氣候生產潛力的響應。但是目前針對陜西省整個區域不同氣候要素對不同糧食作物產量影響程度的研究還相對較少。基于此，本文在分析1980～2016年陜西省不同氣候要素變化特征的基礎上，選取小麥、玉米、大豆等3種主要的糧食作物，比較了不同的氣候要素對不同作物的影響程度。研究旨在深入了解陜西省氣候變化特征對糧食產量的影響，為未來區域農業生產應對氣候變化提供一定參考。

2 資料及數據

2.1 資料來源

采用陜西省16個國家級氣象站1980～2016年的氣溫、降水和日照時數等逐月數據分析各氣候要素時間序列的變化特征，數據來源中國氣象科學數據共享網。選取1961～2016年陜西省小麥、玉米和大豆的糧食總產量、糧食單位面積產量等數據分析3種主要糧食作物的單產及氣候產量的變化特征，資料來源于國家統計局。

2.2 研究方法

3 結果與分析

3.1 氣候變化特征

陜西省1980～2016年期間年降水量、年平均氣溫、年日照時數的變化特征如圖1所示。由圖可知，近37年來陜西省的年降水量的氣候傾向率為-5.1 mm/10a，年降水量整體呈下降趨勢，但下降趨勢不顯著。年平均降水量為638.4 mm，其中年降水量最大為1983年的889.9 mm，年降水量最小為1997年的441.2 mm。20世紀80年代年降水量的變化幅度較大，20世紀90年代年降水量普遍較低，其均值為565.2 mm，10年中只有1998年的降水量高于平均值，2000以后年降水量則表現為波動上升的特點。年平均氣溫的氣候傾向率為0.4 ℃/10a，且通過了0.01水平的顯著性檢驗，表明年均氣溫呈現出顯著的上升趨勢。近37年陜西省的年平均氣溫為11.5 ℃，其中年平均氣溫最高的年份為2013年的12.5 ℃，年平均氣溫最低的年份為1984年的10.3 ℃。年平均氣溫在整個研究時段內表現為波動上升的特點，其中2000年以前升溫明顯，2000年以后溫度變化幅度相對較小。年日照時數的氣候傾向率為37.0 h/10a，年日照時數整體表現為上升的趨勢。1980～2016年期間年均日照時數為2087.4 h，年日照時數最長的年份為1997年的2349.2 h，年日照時數最短的年份為1989年的1754.1 h。2000年以前年日照時數的波動幅度較大，年日照時數最長和最短的年份均出現在2000年以前，2000以后年日照時數波動相對較小。

圖1 1980～2016年陜西省年尺度氣候變化特征

3.2 糧食產量變化特征

1980～2016年期間陜西省主要糧食作物單產、趨勢產量變化曲線如圖2所示，由圖2(a)可知，陜西省小麥單產從1980年到2016年呈現出波動上升的趨勢，增加的趨勢為471.6 kg/(hm2·10a)。近37年來小麥單產的平均值為2993.7 kg/hm2，在2015年達到最大值4219.8 kg/hm2，小麥單產的最小值為1980年的1446.2 kg/hm2。20世紀90年代小麥單產波動比較大，1999年以后小麥單產保持平穩較快增長。由圖2(b)可知，玉米單產也表現出顯著上升的趨勢，增加的趨勢為617.6 kg/(hm2·10a)，近37年來玉米單產的平均值為3741.9 kg/hm2，玉米單產的最大值為2013年的5031.0 kg/hm2，最小值為1981年的2010.3 kg/hm2。1993～1998年期間玉米單產的波動幅度比較大。由圖2(c)可知，大豆單產從1980年到2016年以330.6 kg/(hm2·10a)的速度增長。近37年來大豆單產的平均值為1217.4 kg/hm2，大豆單產的最大值出現在2007年的2437.3 kg/hm2，最小值為2003年的518.6 kg/hm2。1995年以后大豆單產的波動幅度較大，其中從2005到2007年大豆單產增幅達1674.8 kg/hm2，2007～2015年大豆單產則呈持續的減少趨勢，從2437.3 kg/hm2減小到1104.9 kg/hm2。

圖2 1980～2016年陜西省主要糧食作物單產、趨勢產量變化曲線

根據HP濾波分析方法對3種主要糧食作物的氣候產量進行分離，結果如圖3所示。由圖3(a)可知，小麥氣候產量的波動范圍為-645.6～669.3 kg/hm2，其中小麥氣候產量最高的年份為1997年，最低的年份為1980年。1981～1984年以及2003～2006年期間小麥氣候產量均為正值，氣候變化對小麥產量為正影響。玉米氣候產量的波動范圍為-872.0～788.9 kg/hm2，其中玉米氣候產量最高的年份為1998年，最低的年份為1994年。20世紀80年代和90年代期間玉米氣候產量為正值的年份有13年，表明氣候變化在該時間段的大部分年份有利于玉米產量的提升。大豆氣候產量的波動范圍為-675.8～758.3 kg/hm2，其中大豆氣候產量最高的年份為2007年，大豆氣候產量最低的年份為2003年。1985～1988年以及2007～2012年期間大豆氣象產量均為正值，氣候變化對大豆產量的影響為正影響。2000～2006年以及2013～2016年期間大豆氣候產量均為負值，氣候變化不利于大豆產量的提升。

圖3 1980～2016年陜西省主要糧食作物氣候產量變化曲線

4 結論與討論

1980～2016年期間陜西省的年平均氣溫、年日照時數均表現為上升趨勢，其中年平均氣溫上升趨勢顯著，年總降水量則呈不顯著的下降趨勢。近37年來3種主要糧食作物的單產產量都表現出顯著的上升趨勢，其中玉米的單產產量要高于小麥和大豆。20世紀90年代中期小麥和玉米實際單產的波動都比較大。3種作物中小麥氣候產量的波動范圍最小，為-645.6～669.3 kg/hm2，大豆氣候產量的波動范圍最大，為-675.8～758.3 kg/hm2，表明由氣候條件引起的大豆單產的波動要明顯高于小麥和玉米。

本文基于灰色關聯分析法初步比較了陜西省3種主要糧食作物的單產產量以及氣候產量與年尺度和季節尺度各氣候要素的關聯度大小。影響作物產量的要素很多，經濟政策對糧食作物產量也有較大的影響，本文主要對降水、氣溫和日照時數3個主要氣候要素進行了分析，在氣候要素和其他影響因素的選擇方面還需更加的深入的探討。