1967～2020 年黑河中游綠洲氣候變化對玉米產量的影響
——以臨澤縣為例

陳海志，胡廣錄，2，李嘉楠，麻進，焦嬌

（1. 蘭州交通大學環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070；2. 甘肅省黃河水環境重點實驗室，甘肅 蘭州730070；3. 甘肅省水土保持科學研究所，甘肅 蘭州 730020）

20世紀50年代以來，氣候變化引起了世界各國多領域的關注；IPCC（intergovernmental panel on climate change）第5 次評價報告指出，過去130 年全球升溫0.85 ℃，1901～2015 年亞洲地區地表平均溫度上升了1.45 ℃，在全球變暖的背景下，我國年平均氣溫升高了0.50～0.80 ℃［1-3］。而位于中國西北的河西走廊綠洲區也面臨著氣候變化帶來的諸多影響，與其他自然生態系統不同，干旱區內的綠洲生態系統受到氣象因素的干擾和影響程度更大。有研究表明氣候變暖使干旱區綠洲作物生長季延長，作物種植區增加，同時也造成了災害天氣的極端性增加［4］。河西綠洲是中國西北內陸重要的灌溉農業區以及主要的商品糧生產基地，近58 a 河西綠洲區平均氣溫及降水量均呈現上升趨勢［5］。氣候變化給該地區的農業生產帶來了多方面的影響，氣候的平均狀態決定了糧食生產的結構，直接或間接對糧食安全產生影響［6］。研究區域氣候變化并進行合理預測能夠給予農業生產活動一定程度的保障，并降低氣候變化給農業生產帶來的負面影響［7］。

綜合國內外諸多文獻，目前研究氣候變化產生影響的方法主要分為3類：一是田間觀測試驗或是實驗室動態模擬各氣象因子的變化，其中環境控制試驗在野外設立封閉或頂部開放溫室，通過人為控制氣候變量來研究對作物的影響［8-10］，而直接田間試驗得到的數據穩定性高、誤差小，但財力人力消耗較大，不適用于長期觀測，且該方法不能聯系到區域性地理環境，局限性比較大；二是建立作物模型，結合農田管理和種植制度分析氣候條件對農業生產的影響，多數借助GIS 技術的支持來評估分析土地生產力［11-13］；三是利用計算機建立相關氣象因子統計模型，運用統計學中多元回歸分析、線性回歸分析等方法進行數值模擬［14-17］。鑒于田間試驗方法的局限性，利用計算機進行數值模擬和預測研究是目前定量化研究氣候變化及其影響較為科學和理想的方法［18］。由于氣候變化具有非常強的區域性特征，所以從地區角度對氣候變化進行分析對當地農林業發展具有較強的指導作用。

黑河流域是我國第二大內陸河流域，黑河水系在干旱的荒漠生態背景下孕育了一系列綠洲，形成了很多獨特的山地-荒漠-綠洲復合生態系統［19-21］。黑河中游地區除了自然生長的溫帶小灌木和半灌木等荒漠植被，還有主要分布在綠洲地區人工栽培的農作物和人工林植被類型［22］，該地區也是我國重要的商品糧生產基地。由于地處西北干旱地區，生態系統相對脆弱且復雜多變，氣候變化使黑河中游綠洲面臨較高的極端災害風險和更強的氣候變化影響，嚴重影響糧食生產安全和農業可持續發展。因此分析研究氣象條件對農業生產力的影響、找到各氣象要素中的關鍵要素，對保障農民收益、農業部門可持續健康發展有著重要意義。目前有關氣候變化及農業生產的研究多集中在大、中區域氣候背景下，而小區域范圍氣候變化對農作物產量影響的研究尚不多見，特別是黑河中游地區這方面的工作開展甚少，氣候變化方面的科研工作尚不能更好服務于農業生產需要。玉米作為該地區增產增收的主要經濟作物之一，種植面積達到了10.50 萬 hm2左右，而氣候變化會對玉米的物候期、種植制度、布局結構以及發展潛力等產生不可忽視的影響?；诖?，本研究利用近64 a黑河中游綠洲的氣象數據和26 a玉米單產資料，利用滑動平均、產量分解及多元線形回歸分析法定量分析了區域氣候變化對玉米產量的影響，旨在為黑河中游地區農業生產活動、水資源高效利用及農業可持續發展提供參考依據。

張政涌這孩子剛入學時，外表看著很不舒服，濃綠的鼻涕流過“河”，汗漬漬的小臉抹得黑乎乎的，無論好好的衣服穿在他身上總是“衣冠不整”，我問他問題，他回答得不僅語無倫次，而且吐字也不清楚。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

黑河是中國第二大內陸河，發源于祁連山中段，黑河鶯落峽至正義峽之間為中游，中游干流全長185 km，行政上包括甘肅省張掖市的山丹、民樂、甘州、臨澤、高臺以及肅南明花區，總面積19 578 km2，耕地面積3 018.58 km2，集中了全流域80%的綠洲和95%的耕地，為典型綠洲農業地區，玉米是該區域種植面積最大、生長期需水量最大的農作物［23］。臨澤縣地處東經N 38°57′～39°42′，E 99°51′～100°30′之間，為溫帶大陸性氣候，海拔高度1 380～1 600 m，南部為祁連山區，中部是黑河水系沖積形成的走廊平原區，北部為合黎山剝蝕殘山區。多年平均氣溫為8.0～10.0 ℃，多年平均降水量為85～130 mm，多年平均日照時數為3 116 h。冬季寒冷漫長，夏季炎熱短暫，晝夜溫差大，降水多集中在6～9月，年蒸發量2 390 mm，≥10 ℃年積溫約3 085 ℃，無霜期165 d［24-25］，主要災害性天氣有大風、沙塵暴、干旱、低溫凍害、干熱風、局地暴雨、霜凍等。境內地勢平坦，土地肥沃，為典型灌溉農業地區，農業耗水量占80%以上，黑河及其一級支流梨園河是綠洲農業灌溉的主要水源［26］。主要種植農作物為玉米、小麥、高原夏菜等，臨澤縣耕地面積為3.11萬 hm2，玉米的播種面積約2.39 萬 hm2，占全縣農作物總播種面積的77.1%［27］，近年來隨著產業結構的調整，追求更高的經濟效益，制種玉米已取代傳統的大田玉米種植模式。

1.2 資料來源

2.1.3 日照時數變化 由圖3可知，1967～2020年累計日照時數為3 003～3 292 h，平均年累計日照時數為3 116 h，近64年累計日照時數總體呈現上升趨勢，線性擬合方程為y=0.202 1x+2 713.2 （R2=0.001 9），線性變化傾向率為2.02 h/10a。由線性擬合方程分析，64 a中累計日照時數增加了12.93 h，整體上升趨勢不明顯。結合5 a 滑動平均曲線分析，1967～1982 年累計日照時數呈現上升趨勢，其中1974～1977年出現了日照時數的下降，且1976出現了該階段中累計日照時數的最低值，為3 015 h；1978～1987 年累計日照時數呈現出較大幅度的下降，由1978年的3 270 h下降到1987年的3 007 h，平均累計日照時數為3 113 h，總體高于平均值，累計日照時數最高值出現在1980 年，為3 292 h；1 988～2 020年累計日照時數總體呈現小幅度上升趨勢，平均日照時數為3 116 h，2020 年日照時數為3 003 h，是64 a中的日照時數最低值。該地區年累計日照時數在這64 a 中呈現出增加的趨勢，太陽總輻射對玉米氣象產量的影響為正相關效應［33］。

1.3 研究方法

1.3.1 氣候變化分析方法 統計平均氣溫、累計降水量、累計日照時長，采用一元線性回歸分析法，以時間（x）為自變量，氣象要素（y）為因變量，建立一元線性回歸方程：

第1代細胞周期療法中的flavopiridol也被命名為alofocidib，是一種泛CDK抑制劑，其半數抑制濃度（halfmaximal inhibitory concentration，IC50）值為20～170 nmol/L，因有限的療效和不可耐受的劑量限制性毒性而導致研發被終止[2]。然而，隨著醫學技術的進步，3種選擇性CDK4/6抑制劑（palbociclib、ribociclib和abemaciclib）的研發，截至目前，都已經得到了相當好的臨床獲益結果。

式中：b為氣象要素傾向率，b值符號代表變化趨勢的正負，｜b｜越大代表變化趨勢越大，否則代表變化趨勢不明顯。

1.3.2 產量分解分析方法 在農作物生長過程中不僅有氣象因子產生的影響，經濟社會發展、技術進步等因素同樣也會對農作物產量產生較大的影響。由于產量研究時間跨度較長，故社會因素不能忽略。在本次研究中，將由社會因素影響的產量規定為趨勢產量，由氣候因素影響的產量規定為氣象產量［28-29］：

2.1.1 氣溫變化 由圖1可知，1967～2020年黑河中游綠洲的平均氣溫呈現上升趨勢，多年平均氣溫為8.26 ℃，最高年均氣溫為9.70 ℃，最低年均氣溫為6.62 ℃，近64 a 中氣溫上升約2.4 ℃，線性擬合方程為y=-0.038 1x-67.665 （R2=0.696 1），線性變化傾向率為0.38 ℃/10 a，2017年平均氣溫達到了64 a中最高值?；瑒悠骄€是一種相對年平均變化更能體現氣溫變化特征的一種統計方法，可以減弱年份異常氣溫和觀測誤差給統計結果帶來的誤差［32］。結合5 a滑動平均曲線與年平均氣溫變化曲線可將64 a氣溫變化分為3個部分，第1階段為1967～1982 年，平均氣溫7.65 ℃，整體高于64 a平均氣溫，且該階段氣溫波動較大，整體呈現上升趨勢；第2 階段為1983～1999年，平均氣溫8.05 ℃，但大部分年份年均氣溫低于64 a平均水平；第3階段為2000～2020年，平均氣溫8.90 ℃，且呈現上升趨勢，2017年出現了最高年均氣溫9.70 ℃。

趨勢產量一般代表產量歷史演變，本研究中使用5 a滑動平均法進行模擬。由公式（2）得到能夠定量分析的氣象產量：

1.3.3 相關性分析方法 本研究使用SPSS 23.0軟件建立各氣象因子與玉米產量之間的多元線性回歸分析模型，該數學模型為：

T1、T2時間點A、B組外周血中 Th17細胞百分比均高于C組 （P＜0.05），A組T3時間點外周血中Th17 細胞比例小于 T1、T2時間點（P＜0.05），高于 B組 T3時間點 （P＜0.05）；T1、T2時 A、B 組外周血中Treg細胞比例均低于 C組（P＜0.05），T3時間點 A 組外周血中Treg細胞比例高于B組（P＜0.05）。見圖1。

式中：Yr為相對氣象產量（%），當-10%≤Yr≤10%時為正常年份，否則當Yr＞10%時，氣象因素對產量有較明顯的提升作用，Yr＜-10%時氣象因素與產量之間則表現為較強的負反饋作用。

1.3.4 子宮內膜異位癥專用生存質量評價量表(EHP-5)評分[11] 該量表包括11個條目，每個條目評分范圍0～100分，評分越低患者生存質量越高。

相對氣象產量較于氣象產量更加直觀的表達氣候因子對農作物產量的影響［30-31］，計算公式為：

2.1.2 降水變化 由圖2可知，1967～2020年累計降水為54.00～210.50 mm，平均年累計降水量為116.86 mm。1967～2020 累計降水量呈現小幅度上升趨勢，線性擬合方程為y=0.300 5x-482.24 （R2=0.022 8），線性變化傾向率3.01 mm/10a。由線性變化趨勢分析，在過去64 a 里，年累計降水量上升19.26 mm，上升趨勢不明顯。結合5 a滑動曲線分析可知，1967～2020 年累計降水量變化可以分為3 個階段，1967～1983 年累計降水量總體高于平均水平且波動較大，1979年累計降水量達到了64 a的峰值，為210.50 mm，該階段平均年累計降水量120.37 mm，整體呈現上升趨勢；1984～2009 年累計降水量則整體低于平均水平，相對前一階段較為穩定，該階段平均年累計降水107.94 mm，1984年為極端干旱年份，年累計降水量僅54.00 mm，且該階段中出現了2次降水量下降時期；第3階段為2010～2020年，平均年累計降水量132.50 mm，整體高于平均水平，其中2010～2015 年間出現小幅度下降，2015～2020年則轉變為上升趨勢。

2 結果與分析

2.1 氣候變化特征分析

式中：Y為單位面積玉米產量（kg/hm2）；Yi為趨勢產量（kg/hm2）；Yw為氣象產量（kg/hm2）；e為隨機因素造成的產量波動，影響較小，本次研究忽略不計。

圖1 1967～2020年黑河中游綠洲地區氣溫變化特征Figure 1 Characteristics of temperature change in oasisarea in the middle reaches of Heihe River from 1967 to 2020

式中：si為因變量，表示第i年的氣象產量；m1i，m2i，m3i分別為第i年的平均氣溫、累計降水量、累計日照時數；a表示第i年的常數項；βi表示第i年的誤差項；α1i，α2i，α3i分別表示第i年自變量的回歸系數。

圖2 1967～2020年黑河中游綠洲地區降水變化特征Figure 2 Characteristics of precipitation variation in oasis area in the middle reaches of Heihe River from 1967 to 2020

本文氣象數據來源于甘肅省氣象局臨澤氣象站歷年的觀測資料，玉米產量數據來源于1995～2020年《張掖市統計年鑒》。

會計人員的繼續教育培訓經費主要由當地政府財政機構承擔。在會計隊伍培訓教育過程中，會計繼續教育培訓的機構大多數是民辦機構，這些組織的教學規模較小，教學設備簡陋，難以開展大規模會計隊伍培訓工作。從實際的培訓情況來分析，用于培訓會計隊伍的專業教師普遍存在著專業知識落后，跟不上法律法規，缺乏實踐經驗，教學方法落后的問題，在很大程度上會影響到會計人員的培訓質量和培訓效果，不利于整個會計隊伍在較短時間內掌握國家先進的法律法規和職業規范，不利于提升會計隊伍的工作能力。

圖3 1967～2020年黑河中游綠洲地區日照時數變化特征Figure 3 Variation characteristics of sunshine hours in oasis area in the middle reaches of Heihe River from 1967 to 2020

2.2 玉米產量變化特征分析

根據公式（2）～（4）計算可得玉米趨勢產量、氣象產量以及相對氣象產量。由表1和圖4可知，1995～2020 年玉米的實際單產波動較大，波動范圍為7 432～9 808 kg/hm2，平均玉米單產為8 793 kg/hm2，產量最高年份為2012年，因為2001年夏季出現了大面積旱災，2001年玉米產量為26 a年最低值，26 a內玉米單產總體呈現明顯的上升趨勢，玉米實際產量的線性擬合方程為y=20.447x-3231 5（R2=0.068 9），線性變化傾向率為204.47 h/10 a。26 a里趨勢產量從8 200 kg /hm2上升到9 318 kg /hm2，農藥、化肥、田間管理、育種等科技進步特別是生物科技進步會給農業生產帶來相當大的影響，也是當前農產品產量增加的主要動力［33］。而氣象產量并未呈現出上升或是下降的趨勢，反而表現出較大的波動，最低氣象產量為-116 6 kg/hm2，而最高氣象產量達到了101 5 kg/hm2，氣象因素對黑河中游綠洲玉米的氣象產量產生了相當大的影響。

廣東省沿海風資源相對豐富，陸上風電可開發容量為9.5～13.6 GW；近海淺水區可裝機約11 GW，深水區可開發容量約75 GW。

黨的十九大報告對國資國企改革做出了重要部署，對完善各類國有資產管理體制，促進國有資產保值增值，深化國有企業改革，培育具有全球競爭力的世界一流企業提出具體目標。當前，在國家開展的供給側改革大背景下，涉及國家重要戰略資源和國計民生關鍵領域的國有企業，紛紛加入改革的大潮，成為改革的主陣地。人才資源始終是企業的第一資源。國有企業要實現質量、效率和動力三大變革，真正在國民經濟中發揮好主導和保障作用，就必須加快內部管理變革，優化人力資源配置，盤活存量人力資源，轉換閑置人力資源，最大限度提高人員配置的效率和效能，全面激發企業發展的活力。

表1 1995～2020年玉米實際產量、趨勢產量和氣象產量Table 1 Actual yield，trend yield and meteorological yield of maize from 1995 to 2020

圖4 1995～2020年玉米產量變化特征Figure 4 Variation characteristics of maize yield from 1995 to 2020

由圖4 可知，1995～2020 年玉米的相對氣象產量與氣象產量變化一致，相對氣象產量大于10%的年份為氣候豐年，反之小于-10%的年份為氣候歉年。分析得出，氣象產量的豐歉與氣象條件密切相關，相對來說，低溫、多雨、日照時間長的年份均為氣象豐年，高溫、少雨、日照時間短的年份均為氣象歉年，26 a 中，氣候豐年有1 a，氣候歉年有2 a，其他均為正常的年份。

由圖4 可知，1995～2020 年玉米的相對氣象產量與氣象產量變化一致，相對氣象產量大于10%的年份為氣候豐年，反之小于-10%的年份為氣候欠年。分析得出，氣象產量的豐欠與氣象條件密切相關，相對來說，低溫、多雨、日照時間長的年份均為氣象豐年，高溫、少雨、日照時間短的年份均為氣象欠年，26 a 中，氣候豐年有1 a，氣候欠年有2 a，其他均為正常年份。

2.3 氣候變化與玉米氣象產量的相關性分析

使用SPSS 23.0 軟件進行相關性分析，以期建立玉米氣象產量和各氣象因子的多元線性回歸模型。將平均氣溫、累計降水量以及累計日照時數作為自變量，玉米氣象產量作為因變量進行分析，得到的線性回歸模型為si=-524.644m1i+6.938m2i+1.98m3i-2 293.449，由回歸模型可知，黑河中游綠洲地區玉米的氣象產量與降水量、日照時數均呈現正相關關系，而與氣溫呈現負相關關系，由表2可知，氣溫、降水量和日照時數對玉米氣象產量影響的顯著性P值分別為0.024、0.104和0.058，各氣象因子對于玉米產量影響的程度由大到小依次為平均氣溫，累計日照時數，累計降水量，且累計降水量和累計日照時數的影響為不顯著，平均氣溫的影響為顯著，總結為以下幾個方面的原因：研究顯示，玉米作物為短日照作物，日照時數平均每天達到12 h 時就能夠提早成熟［34］，該地區日照充足，對玉米產量不構成顯著的影響；由于該地區處于西北干旱地區，為滿足玉米生長的水分需求，必須采取人工灌溉方式，導致降水量對于玉米產量影響的顯著性不高［35］。

表2 玉米氣象產量多元線性回歸結果Table 2 Multiple linear regression results of meteorological yield of maize

2.4 未來10 a玉米氣象產量趨勢分析

根據氣溫、降水量及日照時數變化趨勢，結合多元回歸分析模型，預測未來10 a 玉米氣象產量（圖5）。結果表明，預測到2030 年玉米氣象產量為-47.85 kg /hm2，且呈現出下降趨勢，黑河中游氣溫升高以及日照時長增加的趨勢會使蒸發速率增加，易形成干旱［36］，預測未來氣象條件將會制約黑河中游玉米產量的提高。

圖5 玉米氣象產量變化趨勢Figure 5 Variation trend of meteorological yield of maize

3 討論

黑河中游綠洲作為河西綠洲的一部分，是重要的商品糧生產基地，保證其糧食生產安全尤為重要，如何在氣候變化造成氣象產量波動的情況下使玉米產量得到穩步提高，是該地區農業生產中亟需討論解決的問題。

灌溉農業是我國西北干旱地區最典型的農業生產方式，因其降水量一直保持在較低的水平，自然降水難以為農作物提供足量的生長所需水分，農業生產是依賴人工灌溉而得到發展的［37］，依據張掖市統計局2020年統計年鑒，臨澤縣有效灌溉面積已經達到3.09 萬hm2，農業用水超過總用水量的85%。盡管近64 a 來黑河中游降水量呈現微小的上升趨勢，但是相對于該地區的高蒸散發量來說顯得微不足道，如何提高黑河中游作物用水效率已經成為近些年該地區農業生產研究的重點［38-39］。采用效率更高的灌溉方式是提高作物用水效率最有效的方法，在相同用水量的情況下，相對于傳統溝灌，采用噴灌方式的玉米干物質積累量是傳統溝灌的1.08 倍，而采用滴灌方式的玉米干物質積累量則是溝灌的1.17倍［40］，因此在農業生產中采用滴灌或噴灌的方式會更有利于玉米產量的增加。要做到以較少的水資源消耗生產更多糧食，不僅僅需要進行灌溉方式的改進，還需要結合灌區實際情況，合理修建農田水利工程，增加政府補助資金，及時進行老舊設備維護，只有多措并舉，才能真正實現節水增產。

趨勢產量的提高是保證黑河中游綠洲玉米產量穩步提高的關鍵。社會經濟水平的發展是提高趨勢產量最重要的動力，提高當地農業從業人員的相關知識水平，對農民開展種植方面的專業指導，以及政府推出相關利好政策等都會對提高玉米趨勢產量產生積極的影響?？萍妓降倪M步也是農業生產力提升的重要支撐，相關研究表明，河西綠洲灌區灌漠土長期施用秸稈或秸稈氮磷肥配施，土壤培肥效果均顯著優于單施化肥［41］，因此，合理秸稈還田可以提升綠洲灌區土壤有機質、全氮、全磷含量，持續增加土壤肥力，有利于玉米產量增加。黑河中游綠洲日照輻射強，且晝夜溫差大，可利用此優點研究、引進光熱需求大、抗逆抗旱的農作物品種，同時加強田間管理技術研究，采用合理密植、覆膜等栽培技術，規避冷害及干旱等極端天氣帶來的風險，可緩解氣候變化對黑河中游綠洲玉米生產的負面影響［42］。

4 結論

1967～2020 年黑河中游綠洲平均氣溫、累計降水量、累計日照時數的年際變化均呈現上升趨勢，變化傾向率分別為0.38 ℃/10 a、3.01 mm/10 a、2.02 h/10 a；平均氣溫變化顯著，而累計降水量和累計日照時長的年際變化幅度非常小，且呈現較大程度的波動，氣候變化表現為暖濕化趨勢。過去64 a中玉米實際單產和趨勢產量呈現出上升趨勢，社會經濟的發展對農業生產的影響非常大，是農業發展的主要推動力。而由于氣候變化造成的影響，玉米的氣象產量則呈現出不規則且幅度較大的波動，相對氣象產量的變化趨勢與氣象產量基本保持一致。黑河中游綠洲玉米氣象產量與降水量、日照時長兩個氣象因子呈現正相關關系，而和氣溫之間呈現負相關關系，偏回歸系數分別為0.295，0.354和-0.405。