温度和降水变化对农业的影响
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1资料来源及处理方法
1•1资料来源
采用河北省68个气象观测站近50年的原始气象记录月报表和信息化资料进行处理。在分析过程中,根据站点地理区域和气候区域,将所研究区域分为5个不同气候类型区(图1):冀北高原区、燕山丘陵区、冀东平原区、太行山区、山前平原区。为了空间区域的完整性和连续性,增加了北京、天津站的资料。1978-2003年的冬小麦品种和生育期资料来源于石家庄市农业技术推广中心。
1•2资料处理方法
首先对资料进行严格的质量控制,剔除错误资料;对观测站迁移距离或海拔高度差达到统计界限值的站点,采用了资料订正或剔除该站点数据的处理方法;剔除了部分城市化程度较快或由于观测环境产生较大变化的站点资料,保证了资料的科学性、客观性。图1河北省各气象站点分布及分区
2温度变化对农业的影响分析
2•1温度变化特征
气温是重要的气象要素之一,与农业生产关系密切,作物种植和生长发育在很大程度上取决于当地的热量条件。国内外大量研究表明:近百年来,地球气候系统正经历一次以全球变暖为中心的显著变化,从1860年以来全球平均气温升高0•6℃左右,中国气温上升了0•4~0•5℃,近20年是20世纪最温暖的时期[1-2]。20世纪60年代河北省年平均气温最低为9•8℃,以后逐渐上升,90年代最高为10•7℃,比60年代升高了0•9℃,平均每10年升高了0•3℃。其中升温幅度最大的区域是冀东平原区,由50年代的10•8℃升高到90年代的12•0℃,升高了1•2℃;升幅最小的是燕山丘陵区域,90年代比60年代升高了0•8℃。全省区域内,4•2%的站点升温幅度在1•5℃以上,25•4%的站点升温幅度为1•0~1•5℃,45•1%的站点升温幅度为0•5~1•0℃,22•5%的站点升温幅度为0•0~0•5℃,仅有4•2%的站点没有升温,出现降温。河北省年平均气温总体上呈增加趋势,平均每10年升高0•4℃。将全省按照5个区域分别进行分析,5区的变化趋势与全省是一致的,均呈现增温的趋势(图2)。对各季逐年变化曲线进行分析,一年四季的平均气温都呈现升温趋势,但变化的幅度却不相同,年际变化最大的是冬季,增温率[3]为0•42,其次是春季,增温率为0•25,最小的是夏季,增温率仅为0•07。从以上分析可看出,气候呈现变暖的趋势。冬春季平均气温增加是导致年平均气温增加的主导因素。
2•2温度变化对冬小麦生育期的影响
由于冬春季气温升高较明显,对冬小麦生育期也有一定的影响。石家庄平原地区地势平坦,土壤肥沃,是全国冬小麦高产区之一。以石家庄为例,分析冬小麦各生育期的变化规律。
2•2•1冬小麦各生育期提早的趋势变化特点1985年以后,除成熟期外,各生育期基本表现为随着年代的增加而提前。其中,1979-1983年各生育期处于一个相对提早的阶段,1984-1991年处于相对偏晚阶段,1992-1996年间除成熟期较晚外,其他生育期相对正常,1997年以后除成熟期正常外,其他各生育期又开始明显偏早,与90年代以来石家庄持续出现暖冬和春季偏早相一致。各发育期在1984年、1985年出现一个偏晚峰值,冬小麦的各发育期有所推迟,这是由于这两年春季回暖晚,回暖后春季气温持续偏低所致。由于20世纪90年代以后,特别是1998年以后气候增暖明显,故按1978-1990年、1991-1997年和1998-2003年3个时段统计冬小麦生育期。可以看出,1991-1997年除成熟期推迟2d外,冬小麦各生育期均较1978-1990年略有提前,起身期提早3d,其他生育期提早1d;1998年以后,各生育期提早比较明显,起身期和抽穗期较1991-1997年间各提早了5d,拔节期提早了4d,返青期和成熟期提早了3d。冬小麦生育期变化产生的影响有利有弊,有利方面为:返青期提早,有利于冬小麦早发快长,对晚播麦和冬前弱苗的转化升级十分有利,也为后期生长发育提供了时间上的主动,抽穗期的提前,有利于延长冬小麦灌浆时间,提高千粒重。成熟期提前,一方面有利于提早夏播,提高秋粮产量,另一方面有利于避开干热风、雷雨大风等农业气象灾害的影响,减少小麦损失。不利方面表现为:生育期提前容易导致病虫害早发生、发展,气候变暖同时有可能加重小麦病虫害的发生。
2•2•2适宜播期的重新确定气候变暖必然对冬小麦冬前积温产生一定的影响,为了保证冬小麦实现冬前壮苗所需的500~600℃•d积温,必须要调整播种日期。1978-2003年小麦平均越冬期为11月27日,因此分别计算10月1日-10日与该日之间的>0℃的活动积温,并分别求出≥500℃•d和≤650℃•d的保证率。以≥500℃•d的保证率在80%以上和≤650℃•d的保证率在80%以上的间隔日期作为小麦适宜播种期,由表3可以看出:小麦播种期在10月2日-5日比较适宜。值得注意的是,由于气候变暖,导致极端气候事件增加,各年度间的冬前积温的变化增大,以10月4日至11月27日的积温为例,冬前积温最多的几年都出现在20世纪90年代以后,1995年冬前积温最多,为683•4℃•d,1998年次之,为657•1℃•d,但2000年和2002年也出现了473•2℃•d和464•4℃•d偏少的积温。所以,各年度间应根据冬前生长期热量状况预报调整播种期。
2•3温度变化对冬小麦种植北界的影响
气候变暖将使我国作物种植制度发生较大的变化。到2050年,气候变暖将使三熟制的北界北移50km之多,从长江流域移至黄河流域;而两熟制地区将北移至目前一熟制地区的中部,一熟制地区的面积将减少23•1%[4]。气候变暖使河北省农业生产地区的热量资源普遍增加。热量是植物生长发育过程中最为重要的因素之一,积温是表示热量的要素之一。稳定通过0℃期间的积温是鉴定一个地区总的热量指标,在农业生产上有着重要意义。日平均气温稳定通过10℃积温是衡量作物生长热量资源的重要标志[5-6],大于10℃持续日数的长短也直接影响到作物的生长发育及种植制度的确定。长城是河北省热量的一条重要分界线,长城以北为中温带,以南为暖温带。日平均气温稳定通过10℃的4000℃•d积温线,与50年代相比90年代明显北移。作物的种植北界也相应向北推移,依据河北省冬小麦种植北界的研究结果,以1月平均气温-10℃(图5)作为冬小麦种植北界的指标,分析了50年代-10℃等值线的变化趋势,可以看出,河北省冬小麦种植北界基本在长城以南,到了90年代种植北界延伸到了41°N附近,和50年代相比向北推移了30~50km。
3•1降水变化特征
河北省年降水量为341~750mm(图6),兴隆、宽城到青龙一线以南燕山丘陵区、山前平原地区是河北省降水最多的区域,年降水量在600mm以上,其中兴隆、遵化及青龙一带达700mm。太行山东麓的紫荆关、阜平和浆水等地为600~650mm。降水较少的地区在冀北高原及山区,不足500mm,其中冀西北地区及桑洋盆地不足400mm。近50a来,河北省各地年降水量均明显减少,全省平均年降水量从50年代的598mm减少到90年代的510mm,平均每10a减少22mm,其中太行山山前平原地区减少的最明显,平均每10年减少30mm。
3•2大于400mm降水量对农牧业的影响
据研究,年降水量400mm分界线不但是农牧业的分界线,也是林业的分界线。≤400mm以牧业为主,>400mm以农业为主,可以发展林业。因而400mm等雨量线是反映荒漠化最为敏感的指示器之一,它的波动必然使当地的生态体系包括土壤相应发生变化。当≤400mm时,土地向荒漠化发展,当>400mm时,土地向反荒漠化发展。年降水量不足400mm的地区,属于典型的干旱、半干旱气候区,生态环境非常脆弱。因为河北省400mm等雨量线主要分布在张家口地区,所以只讨论张家口地区>400mm的降水概率情况。50年代降水量≤400mm区域,主要分布在张家口的西部地区,面积约占40%左右;随着年代的变化降水减少,≤400mm范围逐渐扩大,到80年代面积发展到最大,约占70%左右,到了90年代该地区降水略有增加,降水量≤400mm的范围比80年代有所减少。一般来说要保证农业生产,400mm降水量至少要达到80%的保证率。张家口地区近50a来大于400mm的降水保证率有93%的县小于60%,显然此区的降水不能满足农业生产的需要。降水缺少限制了农业生产的发展。
4结论
从温度变化看,河北省年平均气温总体变化趋势为增加,每10a气温升高0•4℃,气候变暖使冬小麦生育期提前、小麦种植北界向北推移。从降水变化看,河北省年降水量在近50a里呈明显减少的趋势。50年代最多为598mm,以后逐渐减少。与50年代相比,60年代减少了7%,70年代减少了9%,80年代减少了14%,90年代减少了15%,达到近50a来最低值,为511mm。从400mm降水分界线的变化看,90年代以后,随着降水的减少,年降水量在400mm以下的区域不断扩大,表明了适合发展牧业的范围在扩大,而适合农林业的范围在缩小。因此,要客观分析温度、降水的变化规律,以便合理安排农林牧生产。
