辽西地区农业界限温度变化对农业生产的影响

张 黎

(辽宁省朝阳市气象局，辽宁 朝阳 122000)



辽西地区农业界限温度变化对农业生产的影响

张 黎

(辽宁省朝阳市气象局，辽宁 朝阳 122000)

摘要：选用辽西地区朝阳站1953～2014年的气候资料，运用气候诊断分析方法，对农业界限温度0 ℃、10 ℃的初日、终日期、持续日数和积温进行了研究，并探讨它们对农业生产的影响。结果表明：辽西地区农业界限温度变化显著，0 ℃界限温度气候倾向率分别为：初日为-2.243 d/10 a，终日为1.091 d/10 a，持续日数为2.834 d/10 a，积温为55.99 ℃·d/10 a。10 ℃界限温度气候倾向率分别为：初日为-1.036 d/10 a，终日为1.846 d/10 a，持续日数为2.856 d/10 a，积温为63.271 ℃·d/10 a。近20年(2005～2014年)与前20年(1953～1972年)相比，0 ℃、10 ℃初日分别提前11 d和6 d，终日分别后推4 d和8 d，持续日数分别延长13 d和11 d，积温分别增加246 ℃·d和251 ℃·d。界限温度变化对农业生产的影响有正面的，也有负面的，负面影响要大于正面影响。

关键词：农业；界限温度；气候变暖；朝阳

农业界限温度是热量资源的界定指标，界限温度的初终日期、持续日数对确定区域的耕作制度、品种搭配、作物布局等都具有十分重要的意义，标志植物重要物候现象，体现农事活动之开始、终止或转折点[1-3]。0 ℃、10 ℃是农业上常用的界限温度。日平均气温稳定≥0 ℃的初日、终日和土壤解冻、结冻时期相近，持续期间为农田作业期；日平均气温稳定≥10 ℃的时期为喜温作物生长活跃期，≥10 ℃积温是评价热量资源对喜温作物的满足权度[4]。近些年来，受气候变暖[5]的影响，气候资源出现了不同程度的变化，尤其热量资源的变化最为明显，有关对热量资源变化特征方面研究较多[6-8]，刘颖杰等[9]研究了中国不同地区气候变暖对农业的影响；米娜等[10]分析了辽宁省玉米适宜播种期的热量资源变化；屈振江[11]研究了陕西农作物生育期热量资源变化；霍金兰等[12]研究了近50年江苏省0 ℃积温变化特征；刘志雄等[13]分析了湖北省近45年≥10 ℃界限温度的变化特征，这些研究体现出不同区域的不同气候变化特征。从区域性角度出发，本文选用1953～2014年的气候资料，针对辽西朝阳地区农业界限温度变化特征进行了研究，以此为该地区耕作制度、品种更替、作物布局、生产管理等农业措施提供参考。

1材料与方法

资料来自朝阳市气象局档案室，采用1953～2014年的日平均气温资料。运用五日滑动平均法[14]确定界限温度0、10 ℃的初日期和终日期。

运用气候倾向率、序列相关、标准偏差[14-15]，分析了农业界限温度初日、终日、持续日数、积温等年际变化趋势特征、序列相关性以及事件异常变化几率。采用Excel 2003软件[16]进行数据分析。

2结果与分析

2.10 ℃界限温度

2.1.10 ℃初日辽西朝阳地区0 ℃初日累年平均在3月16日，在年际变化中2008年最早出现在2月26日，1962年最晚出现在4月4日。由图1可知，0 ℃初日年变化呈下降提前趋势，气候倾向率为-2.243 d/10 a，序列相关系数为-0.4243，达到极显著水平(P<0.01)。近62年(1953～2014年)0 ℃初日线性提前13.9 d；经标准偏差分析，0 ℃初日的正常时段出现在3月5日～3月24日之间，在近62年期间，异常偏晚有11年，几率为17.7%，分布在1991年之前的1953～1966年和1976～1991年两个时间段内；异常偏早有12年，几率为19.4%，分布在1981年之后，并主要出现在1990～2011年。由表1可知，从0 ℃初日年代际平均值变化看，呈明显逐渐提前趋势，20世纪50～60年代在3月20日，与其相比，70～80年代提前了2 d，90年代提前8 d，21世纪00年代提前了12 d，21世纪10年代前4年平均日期与20世纪90年代接近。近20年(1995～2014年)与前20年(1953～1972年)相比提前11 d。

2.1.20 ℃终日0 ℃终日累年平均在11月13日，在年际变化中1969年最早结束在10月31日，1995年最晚出现在11月29日。由图2可知，0 ℃终日年变化呈上升后推趋势，气候倾向率为1.091 d/10 a，序列相关系数为0.3426，达到极显著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)0 ℃终日线性提前6.3 d。经标准偏差分析，0 ℃终日的正常时段出现在11月7～19日之间。在近62年里，异常偏早有5年，几率为8.1%，分布在2000年之前的50、60和90年代；异常偏晚有7年，几率为11.3%，分布在1981年之后，并主要出现在2004～2014年。由表1可知，从0 ℃终日年代际平均值变化看，呈明显逐渐后推趋势，20世纪50年代在11月9日，与其相比，60～90年代后推3～5 d，2001～2014年后推了7 d。近20年(1995～2014年)与前20年(1953～1972年)相比后推4 d。

2.1.3持续日数≥0 ℃持续日数累年平均为244 d，在年际变化中1955年最短为224 d，1995年最长为270 d。由图3可知，0 ℃持续日数年变化呈上升趋势，气候倾向率为2.834 d/10 a，序列相关系数为0.4580，达到极显著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)持续日数线性延长17.6 d。经标准偏差分析，≥0 ℃持续日数的正常值在232～255 d之间。在近62年里，异常偏短有8年，几率为12.9%，分布在1976年之前的50、60和70年代初；异常偏长有10年，几率为16.1%，分布在1975年之后，并主要出现在1990～2011年。由表1可知，从≥0 ℃持续日数年代际平均值变化看，呈明显逐渐延长趋势，20世纪50年代为235 d，与其相比，60年代延长2 d，70、80年代延长9 d，90年代延长12 d，21世纪之后延长14～15 d。近20年(1995～2014年)与前20年(1953～1972年)相比延长13 d。

2.1.4≥0 ℃积温≥0 ℃积温累年平均为4046 ℃·d，在年际变化中，1976年最少，为3640 ℃·d，2000年最多，为4429 ℃·d。由图4可知，0 ℃积温年变化呈增加趋势，气候倾向率为55.99 ℃·d/10 a，序列相关系数为0.5517，达到极显著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)积温线性增加347 ℃·d。经标准偏差分析，≥0 ℃积温的正常范围在3881～4245 ℃·d之间。在近62年里，异常偏少有9年，几率为14.5%，分布在1986年之前，并主要集中在1969～1979年；异常偏多有10年，几率为16.1%，分布在1994～2009年之间。由表1可知，从≥0 ℃积温年代际平均值变化看，呈逐渐增加趋势，20世纪50年代为3937 ℃·d，与其相比，60年代增加56 ℃·d，70年代减少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)与前20年(1953～1972年)相比增加246 ℃·d。

2.210 ℃界限温度

2.2.110 ℃初日辽西朝阳地区10 ℃初日累年平均在4月15日，在年际变化中1989年最早出现在4月2日，1954、1956、1979年最晚出现在4月29日。由图5可知，10 ℃初日年变化呈下降提前趋势，气候倾向率为-1.036 d/10 a，序列相关系数为-0.2528，达到显著水平(P<0.05)。近62年(1953～2014年)10 ℃初日线性提前6.4 d。经标准偏差分析，10 ℃初日的正常时段出现在4月8～23日之间。近62年，异常偏晚有11年，几率为17.7%，主要分布在1987年之前；异常偏早有9年，几率为14.5%，分布在1975年之后。由表1可知，从10 ℃初日年代际平均值变化看，呈明显逐渐提前趋势，20世纪50年代在4月22日，与其相比，60、70年代提前了5～6 d，80年代和21世纪的2001～2014年提前8 d，90年代提前10 d。近20年(2005～2014年)与前20年(1953～1972年)相比提前6 d。

2.2.210 ℃终日10 ℃终日累年平均在10月12日，在年际变化中1957年最早结束在9月29日，2014年最晚出现在10月26日。由图6可知，10 ℃终日年变化呈上升后推趋势，气候倾向率为1.846 d/10 a，序列相关系数为0.5516，达到极显著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)10 ℃终日线性提前11.4 d。经标准偏差分析，10 ℃终日的正常时段出现在10月6～19日之间。在近62年里，异常偏早有8年，几率为12.9%，主要分布在1995年之前的50、60年代；异常偏晚有9年，几率为14.9%，分布在1988年之后，并主要出现在1998～2014年。由表1可知，从10 ℃终日年代际平均值变化看，呈明显逐渐后推趋势，20世纪50年代在10月8日，与其相比，60、70年代后推1～2 d，80、90年代后推5 d，21世纪的2001～2014年后推了10～11 d。近20年(1995～2014年)与前20年(1953～1972年)相比后推8 d。

2.2.3持续日数≥10 ℃持续日数累年平均为244 d，在年际变化中1954年最短，为159 d，2004、2014年最长，为204 d。由图7可知，≥10 ℃持续日数年变化呈上升趋势，气候倾向率为2.856 d/10 a，序列相关系数为0.4901，达到极显著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)持续日数线性延长17.7 d。经标准偏差分析，10 ℃持续日数的正常值在170～190 d之间。近62年，异常偏短有13年，几率为21.0%，分布在1992年之前；异常偏长有10年，几率为16.1%，分布在1975年之后。由表1可知，从≥10 ℃持续日数年代际平均值变化看，呈明显逐渐延长趋势，20世纪50年代为170 d，与其相比，60、70年代延长6～8 d，80、90年代延长14 d，2001～2014年平均延长16 d。近20年(2005～2014年)与前20年(1953～1972年)相比延长11 d。

2.2.4≥10 ℃积温≥10 ℃积温累年平均为3659 ℃·d，在年际变化中1954年最少，为3134 ℃·d，2001年最多，为4103 ℃·d。由图8可知，≥10 ℃积温年变化呈增加趋势，气候倾向率为63.271 ℃·d/10 a，序列相关系数为0.5145，达到极显著水平(P<0.01)，近62年(1953～2014年)≥10 ℃积温线性增加392 ℃·d。经标准偏差分析，10 ℃积温的正常范围在3430～3890 ℃·d之间。在近62年里，异常偏少有8年，几率为12.9%，分布在1986年之前；异常偏多有10年，几率为16.1%，分布在1981年之后。由表1可知，从≥10 ℃积温年代际平均值变化看，呈明显逐渐增加趋势，20世纪50年代为3465 ℃·d，与其相比，60年代增加122 ℃·d，70年代减少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)与前20年(1953～1972年)相比增加251 ℃·d。

2.3界限温度变化对农业的影响

依据以上分析，辽宁西部朝阳地区0、10 ℃界线温度初日提前、终日后推，使得持续日数延长、积温增加，表征了在气候变暖的情景下热量资源明显增加，这对于农业生产常规耕作方式、农业经营管理、农业布局和结构调整提出了新的课题，在这种情景下增加了农业生产的不稳定性。

2.3.1对植物休眠期的影响春季稳定通过0 ℃，土壤开始解冻，越冬植物开始萌动，当0 ℃初日提前时，将使越冬植物萌动期提前，并缩短休眠期。秋季日平均气温低于0 ℃，土壤开始冻结，农作物停止生长，越冬植物进入休眠期，当0 ℃终日后推时，将使越冬植物较晚进入休眠始期。≥0 ℃期间持续日数延长，而植物冬眠期则缩短。当正积温增加时，则负积温减少。例如苹果冬季自然休眠需要经过-10～10 ℃的温度变化才能完成，当解除休眠时则需要1200～1500 h的0～7.2 ℃低温环境，如果满足不了低温要求，或者休眠期有高温气候，则会出现萌芽晚或落蕾、开花不齐等现象，进而影响苹果产量和质量[3]。

2.3.2对设施农业的影响辽西地区设施农业以日光温室为主，生产季节在9月～翌年5月，主栽蔬菜、花卉以及果树等，其采暖形式主要依靠日照和环境温度，在连续低温阴雪天气的情况下，为了防寒需增加人工辅助热量能源。当气候变暖、农业界限温度初日提前、终日后推时，缩短了冬季的寒冷期，提高了棚内外的温度，相应减少了日光温室在采暖方面的设施投入和能源消耗，有利于设施农业生产及管理。

2.3.3对作物生育期的影响辽西地区大田农作物主要以玉米、高粱、谷子为主。经研究[10]，春季气温稳定通过10 ℃初日是大田作物适宜播种期，10 ℃初日提前也使大田作物提前播种。≥10 ℃的持续期是喜温作物的生长活跃期，当辽西地区持续期延长、热量资源增加时，可适当调整主栽品种和改变农业生产措施以充分利用热量资源，增加农作物生物产量。大田作物的生育期可延长10 d以上，可选择生育期140～145 d的玉米品种代替当前生育期130～135 d的玉米品种，以此来延长作物生长期增加生物产量。

2.3.4对农业病虫灾害的影响界限温度的改变，尤其是0 ℃、10 ℃初终日的改变，延长了病虫害的活动时间，扩大了向北的界限，当冬季气温较暖，则有利于病虫菌卵越冬，增加越冬病虫基数，加重下一年病虫的危害。在0 ℃、10 ℃持续期延长和气温升高的同时，也加快了病虫的发育速度和繁殖代数。从而造成农业病虫害加重，投入成本增加，影响农业经济收支平衡。

3结论与讨论

辽西地区农业界限温度变化显著，0 ℃初日气候倾向率为-2.243 d/10 a，终日为1.091 d/10 a，持续日数为2.834 d/10 a；10 ℃初日气候倾向率为-1.036 d/10 a，终日为1.846 d/10 a，持续日数为2.856 d/10 a。由于0 ℃、10 ℃界限温度初日的提前和终日的后推，重新分割了农业的生产期和喜温作物生长期或作物活跃生长期，改变了农业生产节奏。在界限温度持续日数延长的情况下，选择较长生育期作物是农业生产的必然，以此来利用热量资源提高作物产量和质量，这是正效应。而负效应也不能忽视，如作物病虫菌卵基数、繁殖代数的增加，界限的北移，将会给农作物带来较广泛的病虫灾害[17]。

由于界限温度持续日数延长，使积温增加，0 ℃积温气候倾向率为55.99 ℃·d/10 a，10 ℃积温气候倾向率为63.271 ℃·d/10 a。0 ℃、10 ℃积温近20年(2005～2014年)与前20年(1953～1972年)相比分别增加246和251 ℃·d，这与沈阳市近年活动积温变化结果相一致[18]。积温的增加，使农业生产周期中热量资源增加，有利于农业产业发展，积温与产量呈正相关关系[19]。辽西地区气温升高、积温增加对农业经济发展有显著促进作用，但温度的升高也会导致土壤、作物蒸腾加大，暖干旱频率增多，极端气候事件出现的几率在增大[20]。

在气候变暖的背景下，界限温度变化使持续日数延长、积温增加对农业生产的影响有正面的，也有负面的。农业生产将面临着3个突出问题：一是引起农业生产条件的改变，增加农业生产的投入和成本；二是增加农业生产的不稳定性，加大产量波动；三是带来农业生产布局和结构的调整。因此，气候变暖对农业生产来说，所带来的负面影响要大于正面影响。

参考文献：

[1] 宋迎波,王健林,杨霏云,等.粮食安全气象服务[M].北京：气象出版社，2006:1-50.

[2] 段若溪,姜会飞.农业气象学[M].北京:气象出版社,2006:5-35.

[3] 许昌燊.农业气象指标大全[M].北京：气象出版社，2004:1-138.

[4] 霍治国.农业和生物气象灾害[M].北京：气象出版社，2009:23-85.

[5] 秦大河,罗勇,陈振林.气候变化科学的最新进展——IPCC第四次评估综合报告解析[J].气候变化研究进展,2007,3(6):311-314.

[6] 张明捷,王晓艳.1960～2010年濮阳市最高气温趋势统计特征[J].江西农业学报，2011,23(11):137-140.

[7] 刘星燕,黄山江,苗志成.张家口近48年气温变化特征分析[J].中国农学通报,2012,28(32):288-292.

[8] 刁军,董晓明,姜晓燕,等.气候变化对沈阳地区大田作物的影响[J].中国农学通报,2012,28(23):266-270.

[9] 刘颖杰,林而达.气候变暖对中国不同地区农业的影响[J].气候变化研究进展,2007,3(4):229-233.

[10] 米娜,纪瑞鹏,张玉书,等.辽宁省玉米适宜播种期的热量资源分析[J].中国农学通报,2010,26(18):329-334.

[11] 屈振江.陕西农作物生育期热量资源对气候变化的相应研究[J].干旱区资源与环境,2010,24(1):75-79.

[12] 霍金兰,张旭晖,吕道洲,等.江苏省近50年0 ℃积温变化特征[J].江苏农业科学,2012,40(4):328-332.

[13] 刘志雄,陈正洪,万素琴.湖北省近45年≥10 ℃界限温度的变化特征分析[J].湖北农业科学,2010,49(6):1349-1352.

[14] 杨永岐.农业气象中的统计方法[M].北京:气象出版社,1983:26-53.

[15] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京.气象出版社,2007:13-204.

[16] 安维默.用Excel管理和分析数据[M].北京.人民邮电出版社,2003:208-263.

[17] 周广学,李普庆,周晓东.辽宁西部地区光热水资源变化对农业生产的影响[J].中国农业气象,2011,32(增刊):38-42.

[18] 安昕,孟鹏,廖国进,等.沈阳市近50a 10 ℃活动积温变化特征分析[J].气象科学,2011,31(z1):145-148.

[19] 张翠艳.近50年来锦州地区气候变化对生态环境及农业生产的影响[J].安徽农业科学,2008,36(29):12835-12837,12912.

[20] 刘敏,张耀存,周昕,等.铁岭市近45年气候变化特征分析[J].气象,2006,32(5):99-104.

(责任编辑：曾小军)

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

基金项目：辽宁省科技厅农业攻关项目“主要农业气象灾害发生规律及预警和评估机制研究”(2011210002)。

作者简介：张黎(1982─)，女，辽宁铁岭人，工程师，主要从事应用气象服务工作。

中图分类号：P423.3

文献标志码：A

文章编号：1001-8581(2016)05-0065-05