全球气候变化正在深刻影响着人类生存和发展, 气候变化对农业生产的影响关系到全球粮食安全, 已成为全球气候变化研究中的热点之一^[1-5]。分析气候资源变化特点及其对农业生产的影响是开展农业生产气候应对技术研究的前提与基础。

近百年来, 全球气候经历了以全球变暖为主要特征的显著变化^[1-10]。IPCC第四次评估报告指出, 近百年全球平均气温升高了0.56—0.92℃, 增速为0.13℃/10a^[11-12]。中国地表年平均气温升高幅度约为0.5—0.8℃, 增温速率为0.08℃/10a, 是全球气候变暖最显著的国家之一。近50年的增温尤其明显, 且温度升高主要发生在20世纪80年代中期。干旱半干旱区变暖强度高于全国平均值, 是全球变化的脆弱区和敏感区, 近50年西北地区气温增速为0.33℃/10a, 显著高于全国平均水平^[13-16]。

气候变化已对我国农业生产产生了明显影响, 气候变化对中国农业生产的潜在影响主要表现为中国未来农业生产不稳定性增加、产量波动大、种植熟制变化大、生长季节延长等^[17-20]。基于作物适应性的作物气候区划对科学应对气候变化有非凡的指导作用。因此, 综合利用GIS技术、计算机技术及小网格推算技术等现代科学技术, 运用气候资料及农业气候指标进行农业气候区划、农作物专题气候区划的研究工作逐渐受到重视^[21-25]。然而, 先前研究中将甘肃地区作为独立区域单元研究其农业气候资源变化特征的报道较少, 特别是主要作物(玉米、春小麦、冬小麦和马铃薯)生长期内的农业气候资源变化特征及其对作物生产的可能影响尚鲜有报道。本研究基于甘肃地区80个气象台站1960—2014年的地面观测资料, 依据全球气候变化特征将1960—2014年划分为1960—1987年(时段Ⅰ)和1987—2014年(时段Ⅱ)两个时段^{[1, 26]}, 比较分析热量、降水等农业气候资源的空间分布特征及时间变化趋势, 重点探讨农业气候资源变化导致的主要作物(玉米、春小麦、冬小麦和马铃薯)空间分布特征及其可能影响, 以期为制定该地区农业气候应变生产理论与技术对策提供科学参考与依据。

1 研究地区及资料 1.1 研究区概况

本文研究区域为内陆省份甘肃省, 介于32°31′—42°57′N、92°13′—108°46′E, 总面积4.537×10⁶km²。甘肃地貌复杂多样, 有山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁分布。地势自西南向东北倾斜, 地形狭长, 东西长1655km, 南北宽530km。甘肃省气候干燥, 气温日较差大, 光照充足, 太阳辐射强。年平均气温为0—14℃, 由东南向西北降低；河西走廊年平均气温为4—9℃, 祁连山区0—6℃, 陇中和陇东分别为5—9℃和7—10℃, 甘南1—7℃, 陇南9—15℃。年均降水量300mm左右, 降水各地差异很大, 在42—760mm, 自东南向西北减少, 降水各季分配不匀, 主要集中在6—9月。甘肃省光照充足, 光能资源丰富, 年日照时数为1700—3300h, 自东南向西北增多。从东南到西北包括了北亚热带湿润区到高寒区、干旱区的各种气候类型。

1.2 资料来源

气象观测资料：甘肃省80个地面气象观测台站1961—2014年的日平均气温、最高气温、最低气温、日降水量资料, 月日照时数资料。地理数据：中国气象局1：50000地形资料。

2 研究方法

依据全球气候变化特征将1961—2014年划分为1961—1987年(时段Ⅰ)和1987—2014年(时段Ⅱ)两个时段^{[1, 26]}, 比较分析热量、降水等农业气候资源的空间分布特征及时间变化趋势, 重点探讨农业气候资源变化导致的主要作物(玉米、春小麦、冬小麦和马铃薯)空间分布特征及其可能影响。

2.1 筛选栽培区划指标

结合甘肃省主要作物春小麦、冬小麦、玉米、马铃薯的生物学特性并借鉴前人的研究成果, 提出栽培的气候区划指标：春小麦为年平均气候适宜度、幼穗分化期温度、灌浆期温度；冬小麦为冬季负积温、4—5月降水、6月日照时数和单产水平；河西区玉米为≥10℃积温(℃)、抽雄—吐丝期气温(℃)、乳熟—成熟期气温(℃), 河东区玉米为≥10℃积温(℃)、4—9月降水(mm)、抽雄—吐丝期气温(℃)；马铃薯为海拔高度、≥10℃积温、7月气温、6—7月降水^{[18-20, 27-28]}。

2.3 区划指标的细网格化

依托GIS技术, 在1：50000数字化地形图基础上, 采用等值线插值法构建数字高程模型(DEM), 应用数理统计方法建立了区划指标与经度、纬度和海拔高度的空间分析模型, 模型均通过了信度为0.01的显著性检验。数字表达式为:

式中, Q(x, y, xk, yk)为简单的单值数学面；s为简单数学面的层数, Ck(k=1, 2, …, s)为系数。可以通过运用GIS中CREATEIN和TINLATTICE命令来实现DEM的提取。在DEM的基础上, 建立坡度(Slope)和坡向(Aspect)的模型, 并对其进行模拟和计算, 其模型的数字表达式.

式中, f_x为东西方向(x方向)高程变化率；f_y 是南北方向(y方向)高程变化率。利用空间分析模块中的SURFACE ANALYSIS中SLOPE和ASPECT命令从数字高程模型中提取出坡度、坡向的栅格图。综合前人对四大作物适应性的研究成果^[27-28], 确定各个区划指标等级量化标准, 划分为最适宜区、适宜区、次适宜区、可种植区、不适宜区5个等级。运用RECLASSIFY命令, 完成综合区划指标的精细化的空间分布图。

3 结果与分析 3.1 农业气候资源变化特征 3.1.1 年平均气温变化特征

由图 1可以看出, 受地形因素控制, 甘肃年平均温度大致表现为由西南向东北递增的趋势, 其中敦煌和陇南大部分地区年平均气温超过10℃, 甘南地区年平均气温约5℃。与时段Ⅰ相比, 时段Ⅱ研究区年平均气温平均增加了0.83℃, 年均气温大于10℃的高值区面积显著增加, 温度界限由敦煌延伸至瓜州、肃北, 陇南地区大于10℃的年平均气温向西北移动了0.31°, 延伸了约32km, 而低于4℃的低值区面积有所减少。1961—2014年的增温率达0.11—0.45℃/10a, 平均为0.33℃/10a, 表明研究时段内该区域年均气温整体呈升高趋势, 总体来看河西地区、黄土高原中部和甘南高原大部分地区增温比较明显, 平均增温率分别为0.36℃/10a、0.38℃/10a和0.42℃/10a, 陇南大部分地区为增温不显著区域, 平均增温率为0.26℃/10a。

3.1.2 负积温的变化特征

由图 2可以看出, 甘肃省负积温的纬向特征明显, 表现为由北向南逐渐增加。两个时段内, 河西地区的负积温均小于-600℃, 这限制了越冬作物的种植区域。时段Ⅰ和时段Ⅱ负积温为-570.71℃和-456.8℃, 平均增加了113.9℃。从增加的范围来看, 由陇南山区向黄土高原中、东部方向扩展, 大于-600℃的负积温带向北向西分别移动了1.67°和0.87°, 分别延伸约181km和88km。

3.1.3 ≥0℃积温的变化特征

1961—2014年, 不同时段日均气温稳定通过0℃期间积温空间分布趋势大致自东南向西北, 由河川、谷地向高海拔山区递减。甘南高原和祁连山区较小, 为1200—2400℃·d；陇南南部及河西走廊西部较大, 大部地区在4000—5500℃·d, 局部在5500℃·d以上；其余大部(河西走廊中东部、陇中、陇东、陇南北部)多为2400—4000℃·d。时段Ⅱ较时段Ⅰ平均增加了290℃·d, 河西地区和河东地区平均增加280℃·d, 其中陇中地区和甘南高原增加120—260℃·d, 陇东地区和陇南地区平均增加330℃·d。

3.1.4 ≥10℃积温的变化特征

≥10℃积温是衡量高热量作物能否成熟的重要指标之一。从图 4可以看到, 两个时段内≥10℃积温表现为“两头高, 中间低”的分布特点, 即河西走廊西北部和陇南地区高, 河西走廊中段和甘南高原较低。时段Ⅰ和时段Ⅱ≥10℃积温分别为589—4780℃·d和1756—4952℃·d, 后一时段较前一时段平均增加180℃·d。与时段Ⅰ相比, 时段Ⅱ河西走廊西北部≥10℃积温3100—3450℃量级的区域明显增加, 相应2850—3100℃明显减少。陇南地区≥10℃积温3100—3450℃和2100—2650℃量级的区域明显减少。

3.1.5 年降水量的变化特征

由图 5可以看出, 甘肃年降水量总体表现为由西北向东南逐渐递增的规律, 其中酒泉地区年降水量小于100mm, 形成低值区域。陇南山区和甘南高原年降水量大于400mm, 形成高值区域。1961—2014年, 甘肃年均降水量为413mm, 年降水量气候倾向率为-34—16mm/10a, 平均为-6.9mm/10a, 整体表现为略减少趋势。年降水量高值区显著缩小, 年降水量的气候倾向率平均为-12.2mm/10a。与之相反, 年降水量低值区表现为略微增加, 年降水量的气候倾向率平均为4.0mm/10a。研究区时段Ⅰ和时段Ⅱ的年降水量分别为39—805mm和42—721mm, 平均分别为425和400mm。时段Ⅰ和时段Ⅱ不同量级降水量的区域分布特征基本一致, 但各量级降雨区域面积有一定差异。与时段Ⅰ相比, 时段Ⅱ降水量200—400mm的区域向南向东分别移动了0.42°和0.43°, 分别延伸了约44km和42km。

3.2 主要作物潜在栽培格局时空变化特征 3.2.1 春小麦

从图 6可以看出, 气候变化对甘肃春小麦种植的影响主要表现为不可种植区面积显著增加, 最宜种植区、可种植区面积显著减少。

春小麦的最适宜区包括玉门、酒泉、高台、肃南、张掖、山丹、民乐、永昌、武威、古浪、天祝等县(市)海拔1800—2300m的沿山和浅山区, 时段Ⅰ和时段Ⅱ最适宜种植区面积分别占总面积的0.4%和1.7%；适宜区主要分布在河西的玉门、嘉峪关、肃州、甘州、山丹、永昌、凉州等平川绿洲灌溉区和中部的迭部、宕昌、岷县等县、漳县的西南部地区、积石山、临夏县、临夏市、和政、广河、康乐和渭源等县(市)的河谷、盆地相间的丘陵山地, 海拔高度1900—2400m, 时段Ⅰ和时段Ⅱ适宜种植区面积分别占总面积8.8%和4.7%；次适宜区主要分布在河西的敦煌、安西、玉门、甘州、临泽、高台、民勤等延沙漠绿洲灌溉区以及中部的兰州、会宁、定西、通渭, 东乡和永靖海拔1500—2450m的地区, 陇西、通渭南部、漳县北部海拔1400—2300m的地区, 时段Ⅰ和时段Ⅱ次适宜种植区面积分别占总面积的20.3%和15.5%；可种植区主要分布在河西的金塔、玉门、瓜州、敦煌、古浪、天柱等浅山地带和中部的景泰、靖远、白银、皋兰、永登海拔在1400—1800m的地区, 时段Ⅰ和时段Ⅱ可种植区面积分别占总面积38.8%和40.1%；不可种植区主要分布在肃南、民乐、天柱等祁连山区和甘南高原、临夏州和庆阳部分区域, 时段Ⅰ和时段Ⅱ不可种植区面积分别占总面积30.4%和39.4%。

3.2.2 冬小麦

从图 7可以看出, 气候变化对甘肃冬小麦种植的影响主要表现为最适宜种植区面积缩小、适宜次适宜种植区急剧扩大并且向北扩展、不适宜种植区缩小的基本特征。

时段Ⅰ最适宜区主要分布在陇南的两当、徽县、成县、康县等县的山间盆地, 该地区属于温热湿润气候区, 热量富裕, 降水充沛, 年降雨量为630—800mm, 种植品种以半冬性为主, 生产条件较好, 气象灾害较轻, 单产水平较高, 是冬小麦的理想种植区；时段Ⅱ除徽县以外其他地区均变为适宜区, 表现为最适宜种植区面积缩小的趋势。时段Ⅰ和时段Ⅱ最适宜区面积分别占总面积1.0%和0.6%。两个时段相比冬小麦适宜、次适宜区面积急剧扩大, 具体表现为适宜、次适宜种植带整体北移, 时段Ⅰ的次适宜区在时段Ⅱ均变为适宜种植区, 该区域主要包括正宁、合水、庆阳、西峰、镇远、崇信、华亭、庄浪、通渭、临洮以及沿黄灌区。时段Ⅰ和时段Ⅱ适宜区面积分别占总面积9.6%和15.6%, 次适宜区面积分别占总面积6.4%和9.8%。环县及其华池北部的大部地区在时段Ⅰ为可种植区, 但在时段Ⅱ期间发展为次适宜种植区；另外, 景泰南部地区、靖远南部、白银、临夏、榆中、会宁南部、定西、静宁已发展成冬小麦的次适宜种植区。时段Ⅰ和时段Ⅱ可种植区面积分别占总面积5.8%和2.3%。随着冬小麦可种植带北界的扩展和适宜区、次适宜区的扩大, 冬小麦不适宜种植区随之缩小。目前主要包括陇西、宕昌、岷县、迭部等县以西的广大区域, 甘南和临夏两州, 兰州、白银大部及河西5市的大部分地区, 因冬季负积温小于-600℃无法安全越冬。时段Ⅰ和时段Ⅱ不可种植区面积分别占总面积77.3%和71.6%。

3.2.3 玉米

气候变化对甘肃玉米种植的影响主要表现为最适宜种植区和可种植区面积显著增加, 适宜、次适宜和不适宜种植区面积显著减少, 变化范围以河西灌区和陇中黄土高原地区最为显著(图 8)。表 1面积统计结果显示, 最适宜和可种植区面积分别增加13%和7%。适宜、次适宜和不适宜种植区面积分别减少11%、2%和7%。

在河西内陆河灌溉区, 时段Ⅰ玉米的最适宜区分布在大致包括瓜州东部、金塔、高台、民勤、武威北部等县(市)海拔1200—1400m的地区。时段Ⅱ玉米最适宜种植区面积和范围扩大, 包括酒泉地区、张掖地区和武威地区大部分地县。该区域光热资源丰富, ≥10℃积温2850—3100℃, 抽雄吐丝期和灌浆后期气温适宜, 籽粒灌浆速度快, 灌浆充分, 千粒重高, 适合中晚熟品种, 目前已发展成为全国重要的玉米制种基地。时段Ⅱ古浪县中北部和酒泉、张掖、山丹、永昌、武威南部沿山一带, 玉米由不可种植区向可种植区转变, 本区受气温升高影响, 热量资源增加, 满足玉米早熟品种在海拔1700—1900m生长的热量条件, 增加了在高海拔地区种植的可能性。

在陇中黄土高原雨养农业区, 两个时段相比较, 景泰、靖远、白银、兰州、榆中、皋兰等县(市)的可种植区转变为次适宜种植区, 在景泰和白银西部、皋兰北部、会宁、定西、榆中等县(市)以及东乡、永靖的南部海拔1500—2450m的地区的不适宜区变为可种植区。本带热量条件较为适宜, 但气候较为干燥, 玉米关键需水期降水不足, 春末夏初干旱最为突出, 是影响产量低而不稳的关键因素。

在陇南山区和陇东黄土高原区, 两个时段相比, 适宜、次适宜和可种植区之间存在相互转变, 玉米适生范围向西扩展, 可种植区面积减少。

3.2.4 马铃薯

气候变化对甘肃马铃薯种植的影响主要表现为最适宜区、适宜区缩小, 次适宜区和可种植区扩大, 不适宜区减小(图 9)。

时段Ⅰ马铃薯最适宜区主要分布在河西的民乐、山丹、肃南、古浪、天祝、永昌、凉州等地和陇中的渭源、岷县、临夏、和政、康乐等地。时段Ⅱ最适宜区趋于缩小, 具体表现在河西的肃南最适宜区基本消失, 民乐、山丹、古浪、天祝、永昌、凉州等地的最适宜区向高海拔推进且面积缩小, 陇中减少的最为明显, 时段Ⅰ和时段Ⅱ马铃薯最适宜种植区面积分别占总面积10.3%和6.6%。

时段Ⅰ马铃薯适宜区包括陇中大部分及河西走廊海拔1700—2000 m的地区, 主要分布在河西的玉门、肃州、甘州、民乐、山丹、肃南、凉州、古浪、天祝、永昌等地; 陇东南的礼县、西和、武山、宕昌等地；陇中的定西、陇西、通渭、漳县、临洮、迭部、东乡、永登、广河、榆中、会宁等地。时段Ⅱ马铃薯适宜区趋于缩小, 具体表现在河西的肃南、民乐、山丹、古浪、天祝、永昌、凉州等地的适宜区向高海拔推进且面积缩小；陇中减少的不明显。时段Ⅰ和时段Ⅱ马铃薯适宜种植区面积分别占总面积26.5%和25.8%。

时段Ⅰ马铃薯次适宜区包括平凉、庆阳市和天水市大部分以及河西走廊海拔1300—1700 m的地区, 主要分布在陇东南的北道、秦城、清水、庄浪、华亭、秦安、张家川、甘谷、武山的大部分地区；陇东的庆阳、平凉的大部分县市；陇中的景泰等地；河西的玉门、酒泉、张掖、高台、临泽、武威、民勤、古浪等地。时段Ⅱ马铃薯次适宜区趋于扩大, 具体表现在河西的肃南、民勤等地的次适宜区面积增加, 其他地方变化不大。时段Ⅰ和时段Ⅱ马铃薯次适宜种植区面积分别占总面积20.0%和23.5%。

时段Ⅰ马铃薯可种植区包括陇南大部分、天水部分地区、河西的安敦盆地海拔小于1300 m的地区以及祁连山区和甘南高原海拔2600—2900 m地区, 主要分布在陇东南的北道、文县、康县、武都、徽县、两当、成县等部分地区；河西的敦煌、安西、金塔、玉门、民勤等地；时段Ⅱ马铃薯可种植区总体扩大, 时段Ⅰ和时段Ⅱ马铃薯可种植区面积分别占总面积20.0%和21.3%。

时段Ⅰ马铃薯不适宜区主要分布在海拔大于2900m的甘南高原的大部分和祁连山的中高区, 该区域海拔高、气温低、无霜期短, 马铃薯无法正常生长。但是随着气候变暖, 高海拔区逐渐由不适宜区变为可种植区。

3.3 不同气候区域作物种植格局

河西内陆河灌溉区受气候变化影响和水资源因素制约, 春小麦在绿洲区生长受到影响, 增加了在高海拔地区种植的可能性。玉米为喜温作物, 气候变暖背景下河西内陆河灌溉区热量资源增加, 玉米籽粒灌浆速度快, 千粒重高。包括酒泉地区、张掖地区和武威地区玉米最适宜种植区面积和范围扩大, 增加了在高海拔(1700—1900m)地区种植的可能性。马铃薯为喜凉作物, 气候变暖对马铃薯产生不利影响, 河西内陆河灌溉马铃薯种植区最适宜和适宜种植区范围均缩小, 表现为海拔1700—2000m的平原种植区几乎消失, 海拔2000—2600m的冷凉浅山种植带幅宽缩小, 但适宜种植高度向高海拔地区移动。河西灌区在保证粮食安全的前提下, 适当减少春小麦面积, 增加玉米面积, 稳定马铃薯面积, 扩大经济作物面积。

陇中、陇东黄土高原区是典型的雨养农业区, 干旱是农业生产最突出的问题, 气候变化导致春小麦最适宜、适宜和次适宜种植区面积分别减少1.4%、4.1%和4.8%, 可种植和不适宜种植区面积分别增加1.3%和9%, 因此应控制春小麦种植面积。陇中、陇东黄土高原区冬小麦适生边界向西向北移动。时段Ⅰ甘肃冬小麦种植北界在合水-庆阳-镇原-平凉崆峒-华亭-庄浪-静宁-通渭-陇西-武山-礼县-宕昌-舟曲一带, 而时段Ⅱ这一界限已经扩展到环县、白银、靖远、会宁、定西、兰州、榆中、皋兰、广河、临夏和永靖等县。气候变化导致冬小麦适宜和次适宜种植区面积分别增加6%和3.4%, 最适宜、可种植和不适宜种植区面积分别减少0.4%、3.5%和5.7%。玉米生长期内陇中、陇东黄土高原区热量条件较为适宜, 玉米关键需水期降水不足, 产量低而不稳。气候变化对玉米种植的影响主要表现最适宜和可种植区面积分别增加13%和7%, 适宜、次适宜和不适宜种植区面积分别减少11%、2%和7%。陇中黄土高原是马铃薯最适宜和适宜种植的主要区域, 气候变化对甘肃马铃薯种植的影响主要表现为最适宜和适宜种植区面积分别减少3.8%和0.7%。次适宜和可种植区面积分别增加3.5%和1.3%。陇中和陇东黄土高原地区稳定冬小麦面积, 扩大地膜玉米种植面积面积, 发展豆类、马铃薯等抗旱性强的作物, 大力发展地方特色作物。

陇南山区属于半湿润-湿润气候区, 以雨养农业为主。在秦岭以南的白龙江等长江流域区域, 增大林业的比重, 稳定冬小麦、扩大玉米和马铃薯种植比重, 扩大茶叶、桔子、花椒、油橄榄、板栗等特色作物种植面积。在陇上、西秦岭之间河谷区以粮食作物为主, 稳定冬小麦、扩大玉米和冬油菜面积, 适当发展蔬菜和经济林木。山区要农林牧并重, 建立饲草基地, 发展畜牧业, 积极发展经济林木和地方特色作物。

4 结论与讨论

分析气候资源变化特点及其对作物栽培格局的潜在影响是开展农业生产应对气候变化技术研究的前提与基础。本文的研究结果显示, 时段Ⅱ较时段Ⅰ平均气温增加0.83℃, 平均增温率达0.33℃/10a, 表明研究时段内年均气温整体呈升高趋势。时段Ⅰ和时段Ⅱ平均负积温分别为-570.71℃和-456.8℃, 平均增加113.9℃。降水量气候倾向率为-34—16mm/10a, 整体表现为略减少趋势。时段Ⅰ和时段Ⅱ的年平均降水量分别为425mm和400mm。因此, 该地区农业气候资源的变化总体表现为积温增加、降水量减少、干燥度增加的趋势。相关研究表明温度升高会导致发育速度加快、生育期缩短、产量下降, 气温每升高1℃, 春小麦、冬小麦、玉米和马铃薯产量将分别减少10%—17%^[29-30]。气候变暖将使病虫害发生期提前、害虫死亡率降低、繁殖代数增加, 从而使农作物病虫危害加重^[30]。气候变暖将改变作物的营养品质, 导致小麦籽粒中淀粉含量下降、蛋白质含量上升^[31]。日照时数的减少也可能会进一步影响光合作用与产量。因此, 甘肃省近50a来作物生长期农业气候资源的变化对冬、春小麦和马铃薯的生产总体来说是不利的, 会导致品种生育期缩短、生长期间病虫危害加剧、产量潜力与产量下降。应当采取逐步推广应用生育期稍长、抗病虫、抗高温能力更强的品种, 加强田间栽培管理、构建健康群体等有针对性的适应性措施, 以保证产量潜力。而对玉米的生产将产生有利的影响, 受气候变暖影响, 热量资源增加, 满足玉米品种在较高海拔生长的热量条件, 增加了在高海拔地区种植的可能性。

气候变化背景下甘肃省农业气候资源在空间上具有较大差异性。一些地区表现为热量、光照和雨量均同步增加, 一些地区表现为热量、雨量及光照变化不同步。总体来看河西地区、黄土高原中部和甘南高原大部分地区增温比较明显, 平均增温率分别为0.36℃/10a、0.38℃/10a和0.42℃/10a。大于-600℃的负积温带向北、向西分别移动了1.67°和0.87°, 分别延伸约181km和88km, 河西地区的负积温均小于-600℃, 这限制了越冬作物的种植区域。与时段Ⅰ相比, 时段Ⅱ年降水量200—400mm的区域向南、向东分别移动了0.42°、0.43°, 分别延伸约44km和42km。

因气候变化对农业气候资源影响的差别, 对作物生产的可能影响以及采取的应对措施也将有所不同, 比如河西内陆河灌溉区受气温升高影响和河西水资源因素制约, 春小麦在绿洲区生长受到影响, 增加了在高海拔地区种植的可能性。陇中、陇东黄土高原区是典型的雨养农业区, 气候变化导致春小麦最适宜、适宜和次适宜种植区面积分别减少1.4%、4.1%和4.8%, 可种植和不适宜种植区面积分别增加1.3%和9%。该区域降水显著减少, 干燥度增加, 干旱是农业生产最突出的问题, 因此应控制春小麦种植面积。

气候变化引起的热量资源的变化导致冬小麦适生边界向西向北移动。时段Ⅰ甘肃冬小麦种植北界在合水-庆阳-镇原-平凉崆峒-华亭-庄浪-静宁-通渭-陇西-武山-礼县-宕昌-舟曲一带, 而时段Ⅱ这一界限已经扩展到环县、白银、靖远、会宁、定西、兰州、榆中、皋兰、广河、临夏和永靖等县。冬小麦适宜和次适宜种植区面积分别增加6%和3.4%, 最适宜、可种植和不适宜种植区面积分别减少0.4%、3.5%和5.7%。

玉米为喜温作物, 气候变暖背景下河西内陆河灌溉区热量资源增加, 玉米籽粒灌浆速度快, 千粒重高。包括酒泉地区、张掖地区和武威地区玉米最适宜种植区面积和范围扩大, 同时由于受气温升高, 增加了在高海拔(1700—1900m)地区种植的可能性。黄土高原区热量条件较为适宜, 但气候干燥, 玉米关键需水期降水不足, 产量低而不稳。气候变化对玉米种植的影响主要表现最适宜和可种植区面积分别增加13%和7%, 适宜、次适宜和不适宜种植区面积分别减少11%、2%和7%, 变化范围以河西灌区和陇中黄土高原地区最为显著。

马铃薯为喜凉作物, 气候变暖对马铃薯产生不利影响, 河西内陆河灌溉马铃薯种植区最适宜和适宜种植区范围均缩小, 表现为海拔1700—2000m的平原种植区几乎消失, 海拔2000—2600m的冷凉浅山种植带幅宽缩小, 但适宜种植高度向高海拔地区移动。陇中黄土高原是马铃薯最适宜和适宜种植的主要区域, 受气候变暖影响, 马铃薯最适宜和适宜种植区范围均显著缩小。总体来看, 气候变化对甘肃马铃薯种植的影响主要表现为最适宜和适宜种植区面积分别减少3.8%和0.7%。次适宜和可种植区面积分别增加3.5%和1.3%。

适应气候变化, 科学调整作物布局, 因地制宜地分区提出适合不同气候区域适宜发展的优势作物和特色作物, 是农业布局规划应对未来气候变化重要适应对策之一。河西灌区在保证粮食安全的前提下, 适当减少春小麦面积, 增加玉米面积, 稳定马铃薯面积, 扩大经济作物面积。陇中和陇东黄土高原地区稳定冬小麦面积, 扩大地膜玉米种植面积面积, 发展豆类、马铃薯等抗旱性强的作物, 大力发展地方特色作物。陇南河谷川坝区以粮食为主, 适当发展蔬菜和经济林木, 山区要农林牧并重, 建立饲草基地, 发展畜牧业, 积极发展经济林木和地方特色作物。

水资源是制约河西灌区农业发展的瓶颈因素, 因此, 加强高效节水灌溉技术应用, 发展高效综合生产配套技术, 提高水、肥资源利用率。黄土高原雨养农业地区要创新现代旱作农业发展模式, 以提高作物抗旱性和水分利用效率为方向, 加强主要旱地作物抗旱栽培与耕作技术、抗旱节水型农作制度、覆盖栽培、保护性耕作、作物生理生态、水肥调控、作物抗旱机理及其改善途径、农田微集水等方面的研究。积极推广雨养农业集雨补灌技术, 以积极应对气候变化给农业带来的负面影响。