气候变化是人为与自然的综合，在全球变暖的情景下，以气温上升、气候变暖为主要特征的气候变化对世界经济、生态和社会系统产生了重大影响。农业对气候变化非常敏感，气候始终是影响农业生产的首要决定因子[1,2,3,4]。气候变化不仅会对农业气候资源和自然灾害状况的变化产生影响，还会对农业产生有利或者不利的影响。目前关于气候变化对农业生产影响方面的研究较多，研究表明受气候变化的影响，中国农业作物种植制度[5,6,7]、农业生产结构[8,9]和地区布局[10,11]发生相应的变化。同时气候变化导致国内粮食产量也发生波动变化，甚至影响到国家粮食安全[12,13,14,15]。

柴达木盆地地处青海省西北部，青藏高原东北部，位于90°16′—99°16′E、35°00′—39°20′N之间，总面积约2.57×105km2，四周高山环绕，为中国三大内陆盆地之一。盆地属高原大陆性气候，降水稀少，气候干燥，日照时数长，太阳辐射强，昼夜温差较大，风沙天气多，有德令哈、希赛、察汗乌苏、香日德、诺木洪、格尔木等绿洲农业区，主要种植春小麦、油菜、豆类、薯类、枸杞等农作物，是青海省重要的农牧业生产基地。在全球气候变化的大背景下，柴达木盆地的气候也发生明显变化，对该地区农作物产生了一定影响[16,17,18]，相关研究偏重于对农作物种植制度、农作物物候期影响等方面，对农作物产量影响方面的研究少。因此，开展柴达木盆地气候变化对农作物产量的影响研究，系统分析柴达木盆地主要的气候因子（气温和降水）、作物产量的变化特征以及气候因子对作物产量的影响，对当地合理利用气候资源，提高农作物生产潜力具有重要意义。

1、数据来源与分析方法

1.1数据来源

本研究选取1991—2017年柴达木盆地茫崖、小灶火、冷湖、大柴旦、格尔木、诺木洪、德令哈、都兰、乌兰、茶卡、天峻11个气象站点的气温、降水气象数据，1991—2017海西州小麦、油菜产量和播种面积数据，数据来源海西州统计局。

1.2方法

采用常规数理统计方法，包括皮尔逊相关系数法、MK突变检验等研究近27年气候变化对柴达木盆地主要农作物产量的影响。

1.2.1气候倾向率

对序列的趋势变化用一次线性方程表示，如(1)所示。

式中y(t)为气象要素、t为时间、a0为常数项、a1为线性趋势项，把a1×10a作为气象要素气候倾向率，a1值的符号反映上升或下降的变化趋势，a1<0表示在计算时段内呈下降趋势，a1>0表示呈上升趋势。a1值绝对值的大小可以度量其演变趋势上升、下降的程度。

1.2.2Mann-Kendall突变检验

Mann-Kendall法是一种非参数统计检验方法[19]，用于检验序列的变化趋势。公式如(2)所示。

式中dk为统计量，mi为第i个样本xi>xj(1≤j≤i)的累计值。假设该序列无趋势，采用双边趋势检验，在正态分布表查临界值Mα/2。在Kendall秩相关分析中，取显著水平α=0.05，当给定显著性水平α0<α时，则拒绝原假设，表示序列存在1个强的增长或减少趋势。所有dk值1≤k≤n组成曲线UF。同理，得到反序列曲线UB,2条曲线的交叉点位于正负零界值P、D线之间，此点即为突变点。

1.2.3农作物产量分解

影响农作物产量的因素除了气候外，还有农业技术等其他随机因素，因此将农作物的实际产量分解为趋势产量、气候产量和随机波动产量，其中随机波动产量所占比例较小可不作考虑。公式如(3)所示。

式中Y为实际产量，E为趋势产量，C为气候产量。由于上式分离出的气候产量C存在较大的波动性，因此，对其采取相对化处理[20]，如式(4)所示。

式中Y为实际产量，E为趋势产量，C’为相对气象产量。

利用5年滑动平移法对柴达木盆地农作物的实际产量进行分解：先以1991年为起始年，向后滑动5年，即以1991—1995年作为第一时间段进行线性拟合，再以1992—1996年为第二时间段，以此类推，共得到1991—2017年农作物产量的23个线性方程，计算每个方程在某一年度的拟合值，求出各年度拟合值的平均值，公式如(5)所示。

即t时间节点上的趋势产量，用实际产量减去趋势产量，得到气候产量yc，如式(6)所示。

农作物产量的分解主要用于去除其趋势产量，以便于展开气象因子对产量的定量分析研究。

2、结果与分析

2.1气候因子变化特征

2.1.1气温

1991—2017年柴达木盆地年平均气温呈升高趋势，升温率为0.5℃/10a，通过0.01的显著检验，升温幅度明显。分析其年代变化，20世纪90年代初期至90年代中后期升温较缓慢，90年代末期至21世纪以来升温明显，自2001年以来仅在2008年和2012年呈现略偏低趋势，其他年份的平均气温均呈现略升高和偏高趋势（图1a）。

近27年来柴达木盆地中西部、东北部地区升温明显，各地升温率大于0.5℃/10a，均通过0.01显著检验，变暖趋势极为显著。东南部都兰地区升温最小，升温率为0.16℃/10a，未通过0.05的显著检验（图1b）。各个季节的平均气温也呈升高趋势，升温率为0.41～0.64℃/10a，均通过0.01显著检验。

图11991—2017年柴达木盆地年平均气温距平变化和升温率空间分布

2.1.2降水量

1991—2017年柴达木盆地年降水量呈现出略增加趋势，增幅为16.5mm/10a，通过0.05显著检验（图2a）。年降水量阶段性变化明显。20世纪90年代至21世纪初为少雨期，降水量变化幅度相对稳定，期间仅1992年、1998年呈现略偏多趋势；2002年以来为多雨期，期间仅2003年、2006年、2013年和2014年4年呈现略偏少趋势，而其他年份的年降水量均呈现略偏多趋势。各个季节的降水量均呈增加趋势，其中夏、秋季降水量增幅较多，通过0.05显著检验，春、冬季降水量总体来说呈微弱增加趋势。从柴达木盆地降水量变化率空间分布情况可以看出（图2b），全区范围内降水量变化趋势存在一定的差异，东部降水量增加幅度较西部大，其中仅德令哈、乌兰两地降水量增幅通过0.05显著检验。

图21991—2017年柴达木盆地年降水量距平百分率变化和降水变化率空间分布

2.1.3气温、降水突变检验

为了进一步分析柴达木盆地年平均气温、年降水量的变化情况，对近27年来的年平均气温、年降水量进行了Mann-Kendall突变检验分析。可以看出年平均气温从1994年开始UF值≥0,1999年后一直超过a=0.05的信度水平，并呈持续升温趋势，说明27年以来柴达木盆地年平均气温变暖趋势十分显著，突变年份为1998年（图3a）；年降水量2002年以来UF值≥0，至2009年降水量呈波动增加趋势，2009年后超过a=0.05的信度水平，并呈波动变化趋势，表明近27年柴达木盆地年降水量呈略增加趋势，突变年份为2003年（图3b）。

2.2农作物产量变化

2.2.1主要农作物产量变化

1991—2017年柴达木盆地农作物产量呈增加趋势。小麦产量的变化范围在3457.2～5837.8kg/hm2，平均每年增加73.0kg/hm2，通过0.01显著检验，20世纪90年代初期小麦产量变化较平稳，90年代中后期至21世纪2012年小麦产量增加较明显，并于2012年达最大值5837.8kg/hm2，之后呈波动略减少趋势（图4a）；油菜产量的变化范围在1256.4～2307.0kg/hm2，平均每年增加37.9kg/hm2，通过0.01显著检验，20世纪90年代初期油菜产量变化较平稳，90年代中期至2005年油菜产量增加明显，2005年后又呈波动略增加趋势（图4b）。

图31991—2017年柴达木盆地年平均气温(a)和年降水量(b)突变检验

2.2.2农作物气象产量

当气象条件有利于农业生产，气候增产时，相对气象产量为正值；当气象条件不利于农业生产，气候减产时，相对气象产量为负值。由图5a可知，柴达木盆地的小麦相对气象产量年际正负变化较明显，负值变化幅度大于正值。20世纪90年代至21世纪2010年，负值多于正值，2011年以来正值多于负值，27年间出现了14个气候减产年，8个气候增产年，正值最大年份出现在2012年，达到11%，负值最小年份出现在1995年，达到-19%；油菜相对气象产量年际正负变化比较频繁，20世纪90年代至21世纪初，产量波动较大，2004年后产量波动幅度明显变小，27年间出现了15个气候减产年，8个气候增产年，正值最大年份出现在2012年，达到5%，负值最小年份出现在2003年，达到-17%（图5b）。

2.3农作物产量对气候的响应

2.3.1农作物产量对气温的响应

由图6可知，柴达木盆地农作物产量与气温呈正相关。气温每升高1.0℃，小麦产量增加845.8kg/hm2（图6a），油菜产量增加454.5kg/hm2（图6b），通过0.01显著检验。表明柴达木盆地气温升高有利于农作物产量的增加，在生长季当气温较低时农作物产量相对较低，随着气温升高农作物产量增速加快。

2.3.2农作物产量对降水量的响应

柴达木盆地在气温足够的条件下，降水也影响农作物产量，降水量与农作物产量也呈正相关，降水量每增加10mm，小麦产量增加140.0kg/hm2（图7a），油菜产量增加74.0kg/hm2（图7b），通过0.01显著检验。表明柴达木盆地降水增加一定程度上有利于农作物产量的增加，当降水较少时农作物产量较低，随着降水增多农作物产量不断增加。

图41991—2017年柴达木盆地小麦(a)和油菜(b)产量变化

图51991—2017年柴达木盆地小麦(a)和油菜(b)相对气象产量变化

图61991—2017年柴达木盆地小麦(a)和油菜产量(b)对年平均气温的响应

图71991—2017年柴达木盆地小麦(a)和油菜产量(b)对年降水量的响应

分析表明，柴达木盆地农作物产量同气温和降水量之间存在着显著的相关性，气温升高和降水增加有利于农作物产量的增加，其中气温对农作物产量影响较降水大。

3、结论与讨论

（1）1991—2017年柴达木盆地年平均气温显著升高，升温率为0.5℃/10a。20世纪90年代末期至21世纪以来变暖趋势十分显著，年平均气温突变年份为1998年，27年来柴达木盆地中西部和东北部地区升温明显。

（2）柴达木盆地降水量呈略增加趋势，增幅为16.5mm/10a。20世纪90年代至21世纪初为少雨期，2002年以来为多雨期，年降水量突变年份为2003年，柴达木盆地东部降水量较西部增加明显。

（3）柴达木盆地农作物产量增加明显，小麦平均每年增加73.0kg/hm2，油菜平均每年增加37.9kg/hm2。小麦相对气象产量年际正负变化明显，其中正值最大为11%，负值最小为-19%；油菜相对气象产量年际正负变化比较频繁，正值最大为5%，负值最小为-17%。

（4）柴达木盆地农作物产量与年平均气温、年降水量存在着显著的相关性，气温每升高1.0℃，小麦产量增加845.8kg/hm2，油菜产量增加454.5kg/hm2；降水每增加10mm，小麦产量增加140.0kg/hm2，油菜产量增加74.0kg/hm2，其中气温对农作物产量影响较降水大。

研究表明，气温升高、降水增加，气候暖湿化对柴达木盆地农作物产量影响较大。近年来随着改革开放的深入，市场经济已经渗透到国民经济的各个领域，无论从政府角度还是农户角度，农业生产均主要以市场为导向，不仅气候对农作物产量有影响，国家农业经济政策的大力实施、农业科学技术的发展和推广等对农作物产量也产生了较大的影响。因此，在柴达木盆地气候明显趋于暖湿化的背景下，依托当地气候资源优势，以国家农业经济政策为引导，就农作物种植结构调整、发展特色农业等方面，对农作物生产的科技指导有待进一步研究。

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