气候变化对甘肃农牧交错带春小麦种植区划的影响

为探索气候变化对甘肃农牧交错带春小麦种植区划的影响,科学合理地调整春小麦种植格局。该研究以甘肃农牧交错带30个气象站点1971—2020年的气温和降水时序数据为基础,用BP神经网络对异常和缺失数据进行了插补,依据春小麦生长关键期和整个生育期对光、热和水的需求选取了年均温(温度因子)、年均降水量(水分因子)和≥0℃积温(热量因子)作为春小麦种植适宜性区划指标。采用线性倾向率法、累计距平法及Mann-Kendall突变检验法对3个区划指标进行了时间变化特征分析及突变检验,运用ArcGIS技术对区划指标进行了空间分析。结果表明:研究区多年年均温为6.84℃,年均温以0.56℃/10 a的速率增加,增温趋势明显,于1998年发生突变;年降水量以6.10 mm/10 a的速率呈略微增加趋势,1980年发生突变;≥0℃积温以155.41℃/10 a的速率呈显著升温趋势,≥0℃积温没有发生突变现象。从空间分布来看,年均温和≥0℃积温呈现出西部地区气温低,其他地区气温高的空间格局,而年均温倾向率和≥0℃积温倾向率则呈现出由西向东、由北向南逐步递增的变化趋势;年降水量表现为由南向北逐步递减的空间分布格局,而年降水量倾向率则呈现出自南向北逐步递增的趋势。气候变化导致甘肃农牧交错带春小麦可种植区海拔提升了565 m,使适宜春小麦种植的范围显著扩大,空间上向南、西扩展,总面积增加到1.66×10^(6)hm^(2),比1998年前增加了8.10×10^(4)hm^(2),占总耕地面积的5.06%,其中最适宜区范围扩大最为显著,增加了24.44个百分点。同时,春小麦种植适宜程度区划的区域分配呈现出明显的差异性,1998年后甘肃农牧交错带春小麦种植最适宜区耕地面积较1998年前增加了4.18×10^(5)hm^(2),适宜区缩小了2.20×10^(5)hm^(2),次适宜区缩小了1.17×10^(5)hm^(2),不适宜区缩小了6.80×10^(4)hm^(2)。研究结果可为气候变化背景下甘肃农牧交错带春小麦种植结构的优化调整提供科学依据,有助于区域决策,制定合理利用气候资源的策略,以促进甘肃农牧交错带农业可持续发展和春小麦高产优质。

气候变化对甘肃农牧交错带主要粮食作物生产潜力的影响

为探讨热量、降水量及辐射资源变化对甘肃农牧交错带作物气候生产潜力的影响,基于甘肃农牧交错带45个气象站点1971-2020年的逐日气象资料以及主要粮食作物(春小麦、冬小麦和春玉米)生育期资料,利用数量统计分析方法计算3种粮食作物的气候生产潜力。结果表明,近50年来,甘肃农牧交错带春小麦、冬小麦和春玉米生育期内平均气温和降水量均呈上升趋势,太阳辐射量呈下降趋势;光合生产潜力、光温生产潜力和气候生产潜力分别从北到南、东北到西南和南到北呈递减趋势。热量变化对甘肃农牧交错带3种粮食作物的气候生产潜力有正效应,气候生产潜力平均增速分别为32.17、48.11和48.35 kg·hm^(-2)·a^(-1)。降水变化对该区域大部分地区春小麦和春玉米气候生产潜力有正效应,气候生产潜力平均增速分别为5.10和7.16 kg·hm^(-2)·a^(-1);降水变化对部分区域冬小麦气候生产潜力产生负效应,气候生产潜力平均降速为0.12 kg·hm^(-2)·a^(-1)。辐射变化对该区域大部分地区3种粮食作物的气候生产潜力有负效应,气候生产潜力平均降速分别为1.81、2.35和8.66 kg·hm^(-2)·a^(-1)。总体来看,气候资源变化对甘肃农牧交错带大部分地区春小麦、冬小麦和春玉米气候生产潜力表现出正效应,但对临洮、灵台和靖远等地区的春玉米气候生产潜力有负效应。

气候变化背景下甘肃农牧交错带玉米气候生产潜力和资源利用效率变化特征

为评估辐射、积温、降水和气候资源变化对甘肃农牧交错带玉米气候资源利用效率的影响,基于研究区45个气象站点1971—2020年玉米生育期内气象资料,结合玉米生育期数据,利用作物生产潜力逐级订正模型和指数化处理方法对研究区玉米气候生产潜力损失率以及光能、热量、降水和气候资源综合利用效率的变化特征进行分析。结果表明:研究期间,甘肃农牧交错带玉米生育期内太阳总辐射量以-22.03 MJ·m^(-2)·(10 a)^(-1)的速率呈波动下降趋势,≥11℃积温以60.89℃·(10 a)^(-1)的速率呈显著上升趋势,降水量以2.05 mm·(10 a)^(-1)的速率呈缓慢上升趋势。甘南地区和陇中北部地区分别因温度和降水限制导致玉米气候生产潜力损失率较高,陇东大部分地区玉米气候生产潜力损失率较低;除中部地区和陇东部分地区外,研究区其他地区因温度和降水限制导致的气候生产潜力损失率分别以-2.0%·(10 a)^(-1)和-0.6%·(10 a)^(-1)的速率呈下降趋势。陇中北部、南部以及甘南部分地区为光能和热量资源利用效率的低值区,甘南地区为降水资源利用效率的低值区,兰州市和白银市气候资源综合利用效率较低,分别为0.41和0.47;陇东地区最适宜玉米种植,该地区4种气候资源利用效率均最高,然后依次为甘南和陇中地区;研究区光能、热量、降水以及气候资源综合利用效率的平均倾向率均呈上升趋势,分别为0.1%·(10 a)^(-1)、0.07 kg·hm^(-2)·℃^(-1)·d^(-1)·(10 a)^(-1)、1.17 kg·hm^(-2)·mm^(-1)·(10 a)^(-1)和0.05·(10 a)^(-1),表现出玉米增产的良好潜力。

基于LUCC的甘肃省农牧交错带生态系统服务价值评估及时空演变特征研究

为理清土地利用变化对生态系统服务价值的影响效应,基于甘肃省农牧交错带2000、2010、2020年3个时期的土地利用/覆盖变化(LUCC)数据,运用改进的当量因子定量评估甘肃省农牧交错带生态系统服务价值,结合空间自相关分析法探究各乡镇级单位生态系统服务价值变化的时空格局演变特征。结果显示:1)2000-2020年甘肃省农牧交错带土地利用类型主要以草地、耕地、林地为主,其中,草地、林地和建设用地面积增加,而耕地和湿地面积减少。2)2000-2020年甘肃省农牧交错带生态系统服务总价值增加了11.2358×10^(8)元,调节服务在各时期占主导地位,水文调节和气候调节生态系统服务价值较大,草地和林地在维持水文调节和气候调节服务价值方面作用重大,是维持甘肃省农牧交错带生态系统服务总价值的关键土地利用类型。3)地均生态系统服务价值(ESV)呈较强的空间正相关性,在空间上整体表现为显著的集聚分布格局,高值集聚区和低值集聚区的空间演变保持平稳。研究结果可为甘肃省农牧交错带制定科学合理的生态保护政策、建立生态保护修复的长效机制提供科学依据。

基于GIS的甘肃省农牧交错带土地沙化敏感性时空分布格局

为探讨甘肃省农牧交错带土地沙化的变化规律,选择植被覆盖度、干燥度指数、≥6m/s起沙风天数、土壤质地4个因子,基于ArcGIS开展了甘肃省农牧交错带4个典型区域(青藏高原东缘高寒区、陇东黄土高原沟壑区、青藏高原-黄土高原过渡区、陇中黄土丘陵区)2001~2018年土地沙化敏感性时空分布格局的研究。结果表明:1)甘肃省农牧交错带干燥度指数、≥6m/s起沙风天数以低敏感和不敏感等级为主,随时间呈下降趋势。植被覆盖度以中敏感等级和不敏感等级为主,随时间呈上升趋势,在空间上由西向东的递增。2)农牧交错带土地沙化敏感等级随时间呈下降趋势,由高、中敏感等级下降至低、不敏感等级;高、中度易起沙尘地区逐渐过渡为不易起沙尘地区。高、中敏感等级的面积呈下降趋势,低、不敏感等级的面积呈上升趋势。