宋天元，孫彥坤

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

積溫是影響植物發(fā)育的一個(gè)重要?dú)庀笠?，在農(nóng)業(yè)氣象學(xué)中占有重要地位。自1735年,法國(guó)A.F.de Réaumur首次提出積溫的概念以來(lái)[1]，農(nóng)學(xué)、氣象學(xué)等眾多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)積溫，特別是積溫對(duì)農(nóng)業(yè)影響及應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了廣泛研究。已有的研究指出，積溫對(duì)作物的生長(zhǎng)過(guò)程有很好的指示作用，特別是在光照、水分等環(huán)境因子處于正常范圍或非敏感時(shí)期時(shí)，使用積溫指標(biāo)推算許多植物發(fā)育進(jìn)程的效果較好、便于計(jì)算、使用方便[2]。因此，積溫研究對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要影響。

黑龍江省是我國(guó)的農(nóng)業(yè)第一大省，積溫變化對(duì)本省農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要影響。IPCC(2007)[3]第四次評(píng)估報(bào)告指出，在中高緯地區(qū),如果局地平均溫度增加1-3℃，糧食產(chǎn)量預(yù)計(jì)會(huì)有少量增加；若升溫超過(guò)這一范圍，某些地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量則會(huì)降低。作為我國(guó)重要商品糧基地的黑龍江省正處于這一敏感區(qū)域。王權(quán)[4]利用統(tǒng)計(jì)分析的方法研究積溫、降雨等氣象因素與黑龍江省農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的關(guān)系，其結(jié)果指出積溫是影響本省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。因此，廣泛深入研究積溫變化及積溫對(duì)糧食生產(chǎn)的確切影響，是農(nóng)業(yè)氣象研究的重大課題。本文擬從積溫帶變化和積溫對(duì)糧食種植格局兩方面來(lái)總結(jié)對(duì)黑龍江省積溫帶已有的研究成果。

2 積溫帶變化

2.1 氣候變化對(duì)積溫帶影響

不同農(nóng)作物對(duì)積溫的要求不同，因此進(jìn)行積溫區(qū)劃對(duì)保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要作用。由于積溫的氣候敏感性很強(qiáng)，為了能夠提供更為準(zhǔn)確的積溫信息，自1989年至今，黑龍江省已進(jìn)行三次積溫帶劃分。但隨著全球性氣候變化的發(fā)生，使原有積溫帶在時(shí)空分布上均出現(xiàn)明顯變化。劉景利等[5]分析1951-2007年>10℃的有效積溫的時(shí)空變化，結(jié)果表明黑龍江省有效積溫在時(shí)間上呈波動(dòng)上升，且遞增趨勢(shì)顯著。在空間上，季生太等[6]采用Mann-kendall方法研究1961-2005年黑龍江省積溫帶變化，黑龍江省≥10℃積溫呈明顯增加趨勢(shì)；通過(guò)積溫的年代際變化分布圖對(duì)比，可以看出由于積溫的累計(jì)增加明顯，全省高積溫區(qū)域出現(xiàn)明顯的擴(kuò)大，其中，第一積溫帶向北擴(kuò)大最為明顯，平均達(dá)0.5個(gè)緯距，第三積溫帶東擴(kuò)最明顯，達(dá)2個(gè)經(jīng)距。

進(jìn)入21世紀(jì)后，除積溫帶范圍有明顯變化外，年代際的積溫量也有顯著變化。楊顯峰等[7]利用1971-2006年的黑龍江省氣象資料,在GIS平臺(tái)上對(duì)積溫的年代際增長(zhǎng)量進(jìn)行分析，28個(gè)站點(diǎn)的≥10℃年平均活動(dòng)積溫增加100-350℃，最高增加近400℃；其中以松嫩平原和三江平原地區(qū)變化幅度較大?？偨Y(jié)已有研究可以發(fā)現(xiàn)，積溫總量的變化主要是由初終間日數(shù)和氣溫兩方面因素引起的。王春華[8]等對(duì)1961-2009年黑龍江省積溫初終日的變化分析時(shí)指出：積溫初日明顯提前，速率為1.2 d/10 a；終日明顯推遲，速率為1.1 d/10 a；初終間日數(shù)顯著增加，速率為2.3 d/10 a。與此同時(shí)，隨著全球氣候變暖，黑龍江省平均氣溫呈變暖趨勢(shì)[9]。陳晶等[10]在對(duì)黑龍江省1961-2012年氣溫資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后指出：黑龍江省年平均氣溫、平均最低氣溫和平均最高氣溫均呈上升趨勢(shì)，線性擬合增長(zhǎng)率分別為 0.308℃/10 a、0.46℃/10 a 和0.175℃/10 a。

2.2 目前本省的積溫區(qū)劃

由于本省積溫在空間分布和總量上都有巨大變化，原有積溫帶劃分[11,12]已無(wú)法滿足現(xiàn)有生產(chǎn)需要。在黑龍江省積溫帶區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，采用1961-2012年的資料，全省≥10℃劃分六條積溫帶[6](見(jiàn)表1)。

表1 黑龍江省≥10℃積溫帶劃分指標(biāo)

陳晶[10]根據(jù)黑龍江省各氣象站點(diǎn)1961-2012年逐日氣溫?cái)?shù)據(jù)資料，作出黑龍江省≥10℃積溫空間分布圖,顯示黑龍江省≥10℃積溫由北向南呈逐漸增加的趨勢(shì)，變化范圍為1 780-3 160℃，平均每一緯度相差約138℃，呈明顯的緯向分布，同時(shí)也受到山脈走向的影響，呈一定的垂直分布規(guī)律[13]。由北向南變化幅度較大，由西向東變化較小。黑龍江省近52 a來(lái)≥10℃積溫最大值出現(xiàn)在肇源縣，為3 165℃；最小值出現(xiàn)在北部的漠河縣，為1 777℃。肇源縣≥10℃積溫變化幅度最小，平均每10 a約為1.4℃；林甸縣≥10℃積溫變化幅度最大，平均每10 a約為122℃。

3 積溫變化對(duì)種植格局影響

3.1 積溫變化對(duì)種植品種影響

氣候變化使黑龍江省積溫帶發(fā)生重大改變。這種改變，影響全省乃至全國(guó)的糧食安全是關(guān)系到國(guó)民生活穩(wěn)定，國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大問(wèn)題。氣候性的增溫變暖可以有效提高生長(zhǎng)季的有效積溫水平，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，但同時(shí)也會(huì)伴隨蒸發(fā)量的增加。特別是降水偏少的東北西部地區(qū)，有效積溫增加導(dǎo)致的蒸發(fā)量增大，將會(huì)加劇該地區(qū)農(nóng)業(yè)干旱災(zāi)害[5]；同時(shí)，冬季溫度偏高導(dǎo)致整個(gè)東北3省農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害加劇。因此，在有效積溫增加的情況下，改變種植結(jié)構(gòu)，增加抗旱設(shè)施和加強(qiáng)病蟲(chóng)害防治力度，才能確保農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)。

積溫對(duì)黑龍江省糧食產(chǎn)量影響較大。據(jù)相關(guān)研究表明，黑龍江省積溫每變化100℃，作物產(chǎn)量就會(huì)有一成左右的變動(dòng)[10]，因此，積溫變化勢(shì)必會(huì)影響糧食作物產(chǎn)量。分析了≥10℃活動(dòng)積溫對(duì)糧食和水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，活動(dòng)積溫是制約東北地區(qū)糧食和水稻產(chǎn)量的最主要因素，緯度越高，糧食產(chǎn)量受活動(dòng)積溫的影響越大，黑龍江水稻平均單產(chǎn)下降2.1%。近45 a，在水分條件滿足的情況下，溫度是發(fā)育的控制因子，在一定溫度范圍內(nèi)，作物發(fā)育與溫度成正比[14],因此可用播種一成熟期間的積溫作為熱量指標(biāo)，并以此來(lái)衡量地區(qū)熱量條件的滿足程度。分析大豆、玉米不同品種歷年分期播種產(chǎn)量與>10℃積溫的關(guān)系，可以看出，不同品種達(dá)到成熟所需積溫是不同的。對(duì)晚熟品種來(lái)說(shuō)，2 600℃是個(gè)界限，高于2 600℃，作物需要熱量得到滿足，產(chǎn)貧變幅較小，低于2600℃，作物不能正常成熟，產(chǎn)量大幅度下降。中晚熟品種，積溫界限為2 400-2 600℃；中熟品種界限為2 200-2 400℃，早熟品種界限為2 000-2 200℃[15]。

肖佳雷等[16]對(duì) 2007年黑龍江省三大積溫帶水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素和產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析,結(jié)果表明，第一、二積溫帶單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)與產(chǎn)量相關(guān)性表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，第一積溫帶千粒重與產(chǎn)量表現(xiàn)顯著正相關(guān)，空秕率與產(chǎn)量表現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，第二積溫帶千粒重與產(chǎn)量表現(xiàn)正相關(guān),空秕率與產(chǎn)量表現(xiàn)負(fù)相關(guān)；第三積溫帶單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重與產(chǎn)量表現(xiàn)正相關(guān)，空秕率與產(chǎn)量表現(xiàn)負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性未達(dá)顯著水平。主成分分析表明，水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為：第一積溫帶產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為每穗粒數(shù)>空秕率,單位面積穗數(shù)>千粒重；第二積溫帶表現(xiàn)為每穗粒數(shù)>空秕率>千粒重>單位面積穗數(shù)；第三積溫帶表現(xiàn)為單位面積穗數(shù)>空秕率>每穗粒數(shù)>千粒重。姜麗霞[17]利用農(nóng)業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)研究氣候變化對(duì)大豆生產(chǎn)影響時(shí)指出，積溫增加不僅使大豆的發(fā)育期提前，同時(shí)提高大豆的單產(chǎn)產(chǎn)量。

藺濤等[18]收集1986-2000年黑龍江省79個(gè)縣市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料和30個(gè)氣象臺(tái)站逐日氣溫、降水資料，應(yīng)用柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)方法將糧食產(chǎn)量分解為氣候產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，然后用EOF方法分析了糧食產(chǎn)量、氣候影響程度指數(shù)、≥10℃積溫、生長(zhǎng)季降水的時(shí)空變化特征及其關(guān)系。結(jié)果表明：15 a間全省糧食產(chǎn)量穩(wěn)步增加，氣候變暖趨勢(shì)明顯但降水變化不顯著，變暖對(duì)糧食生產(chǎn)有利，降水的變化未對(duì)糧食產(chǎn)量產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響。15 a間氣候影響程度總體增大，但氣候變化及其影響具有時(shí)空差異性:1986-1993年北部和西南部積溫增加明顯,糧食產(chǎn)量增加大于東北部和東南部；1993-2000年?yáng)|北部和東南部積溫增加明顯，糧食產(chǎn)量增加超過(guò)北部和西南部。

3.2 積溫變化對(duì)種植格局影響

積溫變化帶來(lái)的熱量資源重新分布對(duì)黑龍江省農(nóng)業(yè)種植格局產(chǎn)生了一定影響。顧紅[9]利用黑龍江省80個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)48 a的氣象觀測(cè)資料，以積溫和降水作為主要因子，采用聚類(lèi)分析的方法，重點(diǎn)分析了黑龍江省積溫、降水量的時(shí)空分布和年代際變化。結(jié)果表明，48 a來(lái)全省平均升溫0.88℃，但不同年代的平均氣溫異常各有其特點(diǎn)。氣溫異常年，20世紀(jì)90年代前以異常偏冷年為主；90年代后以異常偏暖年為主。聚類(lèi)分析的結(jié)果將全省劃分成5個(gè)種植帶：1961-1990年、1971-2000年2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣候年的劃分大致相同，1971-2000年與1961-1990年的劃分界限比較，有北移趨勢(shì)。20世紀(jì)90年代至今氣溫顯著增高，1991-2008年的劃分變化更大，界限北移的趨勢(shì)更明顯。

張莉等[19]基于黑龍江省賓縣1996-2010年鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和GIS空間分析等方法，分析賓縣過(guò)去15 a玉米、大豆、水稻3種主要糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物播種面積數(shù)量變化及空間變化特征時(shí)指出：1996-2010年賓縣農(nóng)作物總播種面積增加22.86%，主要是由糧食作物播種面積變化引起。糧食作物播種面積增加32.80%，經(jīng)濟(jì)作物減少52.84%，糧經(jīng)比從88﹕12調(diào)整到 96﹕4。玉米種植面積大幅增加73.82%，種植比例不斷提高，大豆種植面積減少1.05%，水稻種植面積減少29.78%。主要糧食作物空間變化呈現(xiàn)較強(qiáng)的規(guī)律性，即玉米種植在全縣范圍內(nèi)分布較均衡，大豆種植中心向東南部集中，水稻種植集中到賓縣北部和西部地區(qū)。

4 結(jié)語(yǔ)

黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展正面臨氣候變化的全面考驗(yàn)。氣候變化帶來(lái)的積溫、降水、風(fēng)力等氣候資源的重新分布將促使黑龍江省農(nóng)業(yè)種植格局發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。目前，針對(duì)積溫的主要研究集中在積溫帶的重新區(qū)劃，但新的區(qū)劃方法和結(jié)果并沒(méi)有明確，還有待于進(jìn)一步的系統(tǒng)規(guī)劃研究。積溫對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力影響的研究則主要集中在局地范圍，空間尺度小，缺乏對(duì)黑龍江省整體現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的系統(tǒng)理論研究。另一方面，積溫增長(zhǎng)對(duì)農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害影響日益顯著，這將成為農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化研究的一個(gè)重要方向。

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