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气候变化对红枣产量的影响分析

2017/02/07|发布者: admin|阅读:
【摘要】该文应用距平法、累积距平法以及Mann-Kendall突变检验法对清涧县温度、降水量及红枣产量数据进行了趋势及突变分析,以探求气候因子对该县45年间红枣产量的影响。结果表明:(1)45年间清涧县红枣产量分别于1998和200...

 摘 要:该文应用距平法、累积距平法以及Mann-Kendall突变检验法对清涧县温度、降水量及红枣产量数据进行了趋势及突变分析,以探求气候因子对该县45年间红枣产量的影响。结果表明:(1)45年间清涧县红枣产量分别于1998和2006年发生趋势增加的突变;(2)1998和2006年清涧县春、夏季气温均具上升趋势。春、夏季温度是影响清涧县红枣产量的关键因子,清涧县红枣产量与温度呈正相关;(3)清涧县1998年的春季及夏季降水量均具显著下降趋势,春、夏季降水量是影响清涧县红枣产量的关键因子,清涧县红枣产量与降水量呈负相关。 
  关键词:气候变化;红枣;产量;Mann-Kendall检验法;清涧县 
  中图分类号 S66 文献标识码 A 文章编号 1007-7731(2016)24-0022-05 
  Analysis of the Impact of Climate Change />  Li Mi1 et al. 
  (1College of Geography and Environment,Shandong Normal University,Jinan 250014,China) 
  Abstract:This paper used temperature and precipitation data in Qingjian during 1971—2015 to deal with the climatic factors affecting red-jujube yield based />  Key words:Climate change;Red-jujube;Yield;Mann-Kendall method;Qingjian City 
  目前,气候变化问题已成为全球的热点问题,随着全球气候变暖的日益明显及各种极端天气的频繁发生,将会给农作物的品质与产量带来极大的影响。随着我国农业产业结构的进一步调整,清涧县政府已经把发展红枣作为发展农村经济、增加农民收入的支柱产业,现清涧县已成为陕西省红枣的主要产区。气候变化不仅是影响现今和未来国际局势以及人类发展的重要因素,而且不同地区的气候变化对作物产量影响较大[1-2]。目前,在气候变化的相关研究中,尺度较集中于较大区域[3-5],多使用Mann-Kendall突变检验法、Pettitt法[6]、指数平滑法[7]或建立相对应模型[8-9]等来分析气候变化趋势。对于气候影响因子,采用气温、降水量、日照和作物物候期[10-12]的研究最多,也有少数学者选取肥料[13]等为影响因素。本文拟选取1971—2015年陕西省清涧县气温、降水量及红枣产量数据,运用距平、累计距平法及Mann-Kendall突变检验法对红枣产量变化趋势及突变点进行分析,研究清涧县45年来温度与降水量变化特征及其对红枣产量的影响。清涧县以其丰富的红枣资源建立起以红枣为支柱的产业模式,但红枣的产量和质量有较大的年度变动,因此研究清涧地区气候变化对清涧县红枣产业未来规划发展及如何实施具有实际意义[14]。 
  1 研究区概况 
  清涧县位于榆林市南端,黄河沿岸中游地区,无定河下游,与延川、绥德和子洲等县接壤,国道、神延铁路也从此穿过,清涧县因其得天独厚的地理位置,成为了陕西省红枣的主要产区。至2010年底,该县总人口22万人,总土地面积为1 881km2。就红枣种植面积而言,清涧县是陕西最大的红枣产业基地,至2013年,全县枣林面积达6×104hm2,盛果林3.33×104hm2,中幼林2.67×104hm2。2008年,清涧红枣被认定为国家地理标志产品并列入其保护行列,2009年被陕西省农业厅认定为红枣产业示范县,“十二五”期间出台的《关于大力推进红枣产业化进程的决定》中提出要将清涧县建立为“中国西部红枣第一县”,红枣产业已成为清涧县的支柱产业[15]。 
  2 研究方法与数据来源 
  2.1 研究方法 距平即某一时刻t的数据与秩序数列平均值的差值。累积距平法可用曲线直接判别变化趋势,是一种常用的直观的方法,多应用于气候序列趋势变化的检验。算出时间序列上的全部累积距平值后,下一步绘出累积距平曲值线,进而作趋势分析。在气象学、气候学中,国内外学者经常用M-K算法来对气温和降雨进行突变检验。Mann-Kendall检验法[16-17]是一种非参数统计检验方法,其优点在于样本不需要假设随机变量的分布,即样本不需要遵从一定的分布规律,也不受个别特殊值的干扰[18]。Mann-Kendall检验法如下:  [UFkSk-E(Sk)Var(Sk),(K=1,2,3…n)] 
  式中,UFi为标准正态分布,即按时间序列x顺序(x1,x2,…,xn)计算出统计量序列后,确定显著性水平μ,再查正态分布表中的临界值Uμ,若UFi>Uμ,处于显著性水平临界值内,则接受原假设,即表明序列存在明显的变化趋势;若UFi  其中,[SkikRi (K=1,2,3…n)]对于Rj,当xj在j时刻数值大于i时刻时,Rj累计加1,以此循环累加构成序列Rj,秩序数列Sk是Rj的累计值。 
  [ESk=nn-14] 
  [VarSk=nn-12n+572] 
  式中:UF1=0,E(Sk)、Var(Sk)分别是Sk的均值和方差。 
  用M-K检验进行突变检验时,还需求出UBk。若UFk或UBk的值>0,表明序列样本有上升的趋势,反之,序列具备下降趋势。当UFk或UBk超出显著性检验值的范围时,表明上升或下降趋势显著。当越过Uα范围时即可确定为出现突变的时间区域。UFk和UBk两条曲线相交的交点为所求的突变时间点,并且如果交点在显著性检验线之内,则该点就是突变开始的时刻。 
  2.2 数据来源 红枣为典型的喜光树种,光照充足则枣果产量高、品质佳,一般枣树生长期内日照时数在1 700h以上较为适宜[]。由于清涧县的光照时长没有较大的年变化,因此本文中的气候因子至考虑气温和降水的变化。气象数据来源于中国气象站网站,红枣实际年产量数据来源于清涧县农业局。研究中将每年12个月的月平均温度的均值作为该年的平均温度,将每年春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)和冬季(12至次年2月)月均温的平均值作为季平均温度;将每年12个月的月降水量的累加值作为该年的年累计降水量,将每年春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)和冬季(12至次年2月)月均降水的平均值作为季降水量。运用Excel软件对数据进行预处理和计算。 
  3 结果与分析 
  3.1 气温变化分析 
  3.1.1 气温变化趋势分析 1971—2015年清涧县春季气温于1997年左右发生突变,趋势由下降转变为上升;夏季均温于1998和2006年左右发生突变,气温变化趋势分别为上升和下降;1986和1997年左右的秋季气温均发生了由下降转变为上升突变;冬季气温在1986年左右发生突变,变化趋势为由下降至上升。 
  3.1.2 Mann-Kendall突变检验分析 本次突变检验采用显著性水平μ=0.05,即临界值μ0.05=±1.96的显著性水平。图中,UFk为顺序统计量序列,UBk逆序统计量序列,当UFk>μ0.05=±1.96时认为其气温变化趋势显著,当UFk>0时认为气温呈上升趋势,当UFk<0时认为气温呈下降趋势。气温的突变表现为在突变点的前后,温度发生了陡升或是陡降。春季气温在1996年左右发生了突变,具体表现为下降趋势显著;在1971—1999年期间,除1973年气温有上升的趋势外,其余年份均为下降;2000—2015年,清涧县春季气温均具上升趋势,UF2006=2.207>1.96,中UF1983=1.054,在秋季众突变点种绝对值最大,即1983左右秋季气温的突变在研究序列内最为显著,变化趋势为上升。期间气温波动剧烈,但整体呈上升趋势(图1C)。冬季气温变化在1987和2013年两年发生突变,整体来看,冬季气温大多呈现上升趋势。UF1999=2.213>1.96,说明1999—2010年间气温上升明显(图1D)。 
  3.2 降水量变化分析 
  3.2.1 降水量趋势变化分析 1971—2015年清涧县春季降水量有1992、1998和2006年3个突变点,1992年和1998年降水量的突变表现为由多至少,而2006年为由少至多的突变;夏季降水量在1998和2010年左右发生了突变,1998年的突变为降水量由多至少,2010年为由少至多;秋季降水量于1986和2000年发生突变,1986年为由多至少的突变,2000年降水量由少至多变化;冬季降水量整体变化较复杂,分别有1979、1988、1991和2002年4个突变点,1979年降水量由多至少变化,1988年为由少至多,1991年降水量复呈减少趋势,2002年降水量突变为由少至多。 
  3.2.2 Mann-Kendall突变检验分析 本次突变检验采用显著性水平μ=0.05,即临界值μ0.05=±1.96的显著性水平。UFk为顺序统计量序列,UBk逆序统计量序列,当UFk>μ0.05=±1.96时认为其降水量变化趋势显著,当UFk>0时认为降水量呈增多趋势,当UFk<0时认为降水量呈减少趋势。降水量的突变表现为在突变点的前后,降水量发生了陡升或是陡降。春季降水量共有12个突变点,分别为1972、1989、1990、1992、1994、1997、1999、2002、2004、2005、2012和2014年,由此可知清涧县春季的降水量变化十分复杂。其中UF1992=1.156,为突变点中绝对值最大的值,说明1992年左右的春季降水量突变较为显著,趋势为上升(图2A)。夏季降水量分别在1997、2011和2015年左右发生突变。1997年左右降水量增加,2011和2015年降水量均发生减少的突变(图2B)。2007、2009、2011和2014年分别为清涧县秋季降水量的四个突变点,表现均为在突变点年份前后降水量发生陡升(图2C)。冬季降水量共有7个突变点,分别为1972、1973、2005、2007、2008、2010和2013年,可见在此期间冬季降水量变化较为复杂,突变年份主要集中在2005-2013年期间,其中UF2005=-0.701,即2005年左右为该时段冬季降水量突变最为显著的年份,变化趋势为下降(图2D)。 3.3 气候变化对清涧县红枣生产的影响分析 春季为红枣的发芽展叶期,夏季为红枣的萌芽期和开花期。红枣属于喜温果树,在发芽展叶期和开花期需要一定的温度,因此当温度升高时利于红枣的生产。而在开花期,红枣树需要一定的空气湿度,若太为干旱不利于栆果的成长,但当降水量过大时,易使枣树花受损而影响传粉授粉,枣锈病等系列疾病也易在降雨多时滋生,进而造成红枣减产[12,]。理论上说,温度和降水量是影响红枣单产量的影响因子。 
  由图3可知,清涧县红枣产量整体变化趋势较为稳定,整体呈增加趋势。在2006年前单产量基本低于平均水平,仅时间序列初始的1972年附近及1998年附近距平值大于0,即该年份单产量高于平均水平,因此可认为1998年左右红枣单产发生突变,趋势为增加(图3A)。在2006年前红枣单产量的累积距平值较小,从2006年后显著上升(图3B),且UF2006与UB2006相交,UF2006=0.805,即该年发生突变,趋势较之前增加更显著(图3C)。 
  在1997年左右的春季和1998年左右的夏季,清涧县气温发生了突变,趋势为上升;2006年春季和夏季气温均发生突变,趋势同为上升。在1998年,清涧县春、夏季降水量也发生突变,趋势变化表现为下降。且由上文可知,清涧县红枣单产量也分别于1998年和2006年附近变化显著。可见,温度和降水量是影响红枣产量的影响因子。 
   
  图3 1971—2015年清涧县红枣单产量距平(A)、累积距平(B)和Mann-Kendall突变检验(C) 
  4 结论与讨论 
  (1)在1971—2015年,清涧县春、夏季平均气温均在1998年左右有一个呈上升趋势显著的突变点;清涧县的春季和夏季降水量于1998年左右发生突变,趋势为下降。在此期间,清涧县红枣产量呈增加趋势,其中1998和2006年分别发生了突变,表现为较之前增加趋势更为显著,自2006年后增速迅猛。 
  (2)气温和降水量是影响清涧县红枣产量的关键因子。同一年春季和夏季气温显著变暖使清涧县红枣产量随之增大;当春季夏季降水量发生显著突变时会对红枣产量造成影响,表现为降水量显著下降时,红枣产量随之增加。 
  (3)气候变化对红枣质量与产量的影响利弊均有,只有合理地利用气候变化,趋利避害,进一步优化红枣产业结构,才能将气候变化对红枣产量的影响降到最低,从而增加农民的经济收入。另外,本文仅从气候角度来研究影响清涧县红枣产量的变化因素,而对于其他影响因子并不全面。因此,今后在研究气候变化造成的影响时,应选择多种方法共同检验,使其更加全面准确。且在研究对林果业作物产量的影响时,应细化到作物的休眠期、发芽期、花期等,从而得到更准确的结果。 
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