豫東地區(qū)小麥生育期氣候演變特征及光溫水協(xié)調(diào)性分析

孟自力，朱 倩，閆向泉，倪雪峰，朱 偉

（商丘市農(nóng)林科學(xué)院，河南 商丘 476000）

糧食生產(chǎn)與氣候變化密切相關(guān)。近百年來(lái)，由于全球工業(yè)化迅速發(fā)展，溫室效應(yīng)加劇，氣候變暖趨勢(shì)已變得不可逆轉(zhuǎn)。據(jù)IPCC（政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)）第4次評(píng)估報(bào)告，1906—2005年全球平均表面溫度升高了0.74℃，而中國(guó)氣溫上升了1.1℃，高于全球平均水平，導(dǎo)致我國(guó)近20 a來(lái)極端性天氣多發(fā)頻發(fā)[1-4]。農(nóng)業(yè)對(duì)氣候反應(yīng)最為敏感，氣候變化對(duì)其生產(chǎn)影響顯著，特別是近年來(lái)全球氣候的異常變化，引起農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣候資源供需矛盾加劇、農(nóng)業(yè)病蟲(chóng)害發(fā)生規(guī)律發(fā)生變化，有專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2030年，如果不采取任何措施，我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力在總體上會(huì)下降5%～10%，到21世紀(jì)后半期，中國(guó)主要糧食作物的產(chǎn)量將下降37%，這將增加我國(guó)糧食產(chǎn)業(yè)可持續(xù)增長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅我國(guó)的糧食安全。大量研究表明，氣候要素平均值的變化與氣候極端事件（災(zāi)害）的發(fā)生概率之間，很大程度上存在著某種非線(xiàn)性關(guān)系，溫度、降水等氣象因子的微小變化，也可能導(dǎo)致災(zāi)害性天氣的發(fā)生頻率顯著增加，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受重大損失[5-8]。因此，深入研究氣候變化規(guī)律對(duì)糧食生產(chǎn)的影響，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，克服氣候變化異常等不利因素，是保障國(guó)家糧食安全的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。

小麥?zhǔn)俏覈?guó)僅次于水稻、玉米的第三大糧食作物，常年種植面積約占糧食作物總面積的22%，總產(chǎn)約占糧食總產(chǎn)的21%[9-11]，對(duì)于維護(hù)國(guó)家糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定意義重大。可見(jiàn)，小麥生育期氣候變化的研究至關(guān)重要，涉及區(qū)域多集中在河北、山西、山東、湖北等華北、華中地區(qū)[12-14]，內(nèi)容分析多為光溫水對(duì)產(chǎn)量影響和預(yù)測(cè)方面，而對(duì)我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)之一的黃淮南片中部麥區(qū)未見(jiàn)系統(tǒng)的報(bào)道。

商丘地區(qū)地處黃淮南片中部麥區(qū)腹地，其氣象資料能有效反映黃淮中部麥區(qū)的普遍氣候情況[15]。商丘是國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)核心示范區(qū)，常年糧食產(chǎn)量60億kg左右，約占全國(guó)的1/90，河南省的1/9，其中，麥播面積近60萬(wàn)hm2，總產(chǎn)約40億kg，商品糧調(diào)出量約30億kg[8]，對(duì)河南省乃至全國(guó)的糧食安全十分重要。但由于位于氣候帶界線(xiàn)（淮河）附近，氣候多變，引起小麥產(chǎn)量的年際間顯著波動(dòng)，雖然前人對(duì)商丘氣象因子與小麥關(guān)系開(kāi)展過(guò)研究，但研究資料較少、試驗(yàn)方法單一，時(shí)間多在20世紀(jì)80—90年代，內(nèi)容多是氣候變化對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響和小麥凍害的研究結(jié)果，或是對(duì)全年氣溫時(shí)空變化特征、汛期降水量進(jìn)行分析，未涉及氣候變暖的內(nèi)容[16-18]，以至于商丘市小麥主要?dú)庀笠蜃友葑冓厔?shì)未見(jiàn)研究。

因此，依據(jù)該區(qū)1963—2012年的氣象資料和多年抗災(zāi)栽培試驗(yàn)，從確保糧食安全、趨利避害的角度入手，分析全球氣候變暖背景下，商丘區(qū)域近50 a小麥自然條件、氣候特點(diǎn)及主要?dú)庀笠蜃拥难葑冓厔?shì)。對(duì)增強(qiáng)該區(qū)生產(chǎn)抗災(zāi)能力、穩(wěn)定提高單產(chǎn)、增加農(nóng)民收入，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。

1 材料和方法

1.1 材料來(lái)源

本研究采用的資料包括氣象資料、小麥生育期資料。

1.1.1 氣象資料 本研究采用的氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于商丘市轄區(qū)永城、夏邑、虞城、梁園、寧陵、柘城、民權(quán)、睢縣8個(gè)縣級(jí)氣象觀測(cè)站1963—2010年的氣象資料，由商丘市氣象局提供。

1.1.2 小麥生育期資料 數(shù)據(jù)采用1985—2010年商丘農(nóng)林科學(xué)院所承擔(dān)的河南省小麥區(qū)試參試品種的平均日期記錄。

1.2 研究方法

1.2.1 統(tǒng)計(jì)法 利用Excel 2003軟件將所有氣象數(shù)據(jù)整理，分別求出不同年份商丘市全年、小麥生育期（10月份到翌年5月份）、旬的日照時(shí)數(shù)、積溫、降水量總和及平均值，而后用Excel 2003和DPS軟件將所有氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，求出線(xiàn)性趨勢(shì)。

1.2.2 比較法 對(duì)商丘市轄區(qū)永城、夏邑、虞城、梁園、寧陵、柘城、民權(quán)、睢縣8個(gè)縣小麥生育期的平均氣溫和降水總量進(jìn)行比較，了解不同縣區(qū)之間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 日照時(shí)數(shù)變化特征

由圖1可知，小麥生育期日照時(shí)數(shù)呈逐漸減少的線(xiàn)性趨勢(shì)，平均每10 a減少63.3 h，但1978年以前日照時(shí)數(shù)較其后減少的線(xiàn)性?xún)A向不明顯，1983年以后日照時(shí)數(shù)較其前年際間變化較大，由以上分析結(jié)果可知，近45 a來(lái)，商丘地區(qū)小麥生育期日照時(shí)數(shù)呈逐漸減少線(xiàn)性?xún)A向，以20世紀(jì)80年代初以來(lái)減小幅度加大，且年際間變化加劇。

1963—2010年小麥生育期日照時(shí)數(shù)各旬線(xiàn)性回歸分析結(jié)果如表1所示。由表1中各旬回歸系數(shù)乘以10計(jì)算出每10 a各旬減少的日照時(shí)數(shù)，然后統(tǒng)計(jì)小麥不同生育時(shí)期各旬減少的日照時(shí)數(shù)之和，日照時(shí)數(shù)平均每10 a在小麥生育前期（10月至第2年2月中旬）減少41.6 h，生育期中期（2月下旬至4月中旬）減少5.72 h，生育后期（4月下旬至5月下旬）減少7.6 h。由以上分析可知，小麥生育前期日照時(shí)數(shù)減少幅度最大，生育后期次之，中期最小。

表1 1963—2010年小麥生育期旬日照時(shí)數(shù)線(xiàn)性回歸分析結(jié)果

2.2 氣溫變化特征

1963—2010年小麥生育期平均氣溫變化情況如圖2所示。從圖2可以看出，平均氣溫年度間總體上呈上升線(xiàn)性趨勢(shì)，平均每10 a升高0.25℃，其中，在1993年以前，平均氣溫變化相對(duì)平穩(wěn)，其后距平逐漸增大，上升幅度顯著。從5 a滑動(dòng)平均曲線(xiàn)來(lái)看，1983年以后，平均氣溫開(kāi)始呈上升趨勢(shì)。以上分析表明，商丘地區(qū)小麥生育期平均氣溫在20世紀(jì)80年初期開(kāi)始上升，其中，20世紀(jì)90年代以后，平均氣溫開(kāi)始以較大幅度上升，對(duì)小麥生產(chǎn)產(chǎn)生影響加大。

1963—2010年10月至第2年5月份的線(xiàn)性回歸分析結(jié)果列于表2。從表2可以看出，5月份回歸系數(shù)為負(fù)值，10月至第2年4月回歸系數(shù)為正值，2月份回歸系數(shù)最大，3月份次之。從各生育階段的分布來(lái)看，生育中期旬平均氣溫上升幅最大，平均每10 a上升0.29℃；生育前期次之，平均每10 a上升0.16℃；生育后期氣溫變化不大，平均每10 a下降0.03℃。分析結(jié)果表明，小麥生育期平均氣溫的逐漸升高，是以播種期（10月）、越冬至開(kāi)花期（12月至第2年4月份）平均氣溫逐漸升高為主要特征，其中，返青至拔節(jié)期（2—3月）氣溫上升幅度最大。由此看來(lái)，商丘地區(qū)暖冬春暖年份將增多，有利于小麥形成壯苗，但也使拔節(jié)提早年份增多，田間蒸發(fā)量加大，春季幼穗分化進(jìn)程加快，小麥凍害和干旱發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)加大。

表2 1963—2010年小麥生育期平均氣溫線(xiàn)性回歸分析結(jié)果

2.3 降水量變化特征

1963—2010年小麥生育期降水量距平變化如圖3所示。由圖3可知，降水量距平曲線(xiàn)年際間變化較大，但線(xiàn)性趨勢(shì)上較為平穩(wěn)，平均每10 a增加0.7 mm；從5 a滑動(dòng)平均曲線(xiàn)來(lái)看，1968—1973年降水呈增加趨勢(shì)，1978—1993年降水相對(duì)平穩(wěn)，1993—1998年降水呈增加趨勢(shì)，1998—2008年降水呈下降趨勢(shì)。由以上分析可知，隨著小麥生育期平均氣溫的逐漸升高，降水量增減趨勢(shì)不明顯，年度間變化相對(duì)平穩(wěn)，尤其是近10 a降水量年度間差異變小。

1963—2010年度小麥生育期各旬降水量線(xiàn)性回歸分析結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，小麥生育前期、后期降水量均呈增加趨勢(shì)，平均每10 a分別以1.7，2.8 mm的速度增加，而生育中期降水量則呈減少趨勢(shì)，平均每10 a減少3.4 mm，具體到各生育階段來(lái)看，播種—出苗期（10月）和返青至開(kāi)花期（2—4月）降水量的逐漸減少，冬前分蘗期（11月）、越冬前期（12月）和灌漿期（5月）呈逐漸增加，表明上述趨勢(shì)對(duì)小麥順利出苗、有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加較為不利；對(duì)小麥安全越冬和籽粒灌漿較為有利。

表3 1963—2010年小麥生育期降水量線(xiàn)性回歸分析結(jié)果

2.4 生育期光溫水資源協(xié)調(diào)性分析

從圖4可以看出，小麥生育期內(nèi)旬平均光照時(shí)數(shù)、氣溫和降水量變化趨勢(shì)基本上同步，呈倒拋物線(xiàn)型，其中，10月上旬至11月下旬，光溫水均保持較高水平，而此期小麥正值出苗和分蘗，需要較多的光溫水；12月中旬至2月中旬，是小麥的越冬期，小麥生長(zhǎng)緩慢或停止生長(zhǎng)，而此時(shí)外界的光溫水最少；4—5月份是小麥生長(zhǎng)最為旺盛的時(shí)期，光溫水最多，表明光溫水變化趨勢(shì)與小麥生長(zhǎng)發(fā)育需求規(guī)律基本一致，可以滿(mǎn)足小麥的生長(zhǎng)發(fā)育。

3 結(jié)論與討論

黃淮中部麥區(qū)小麥生育期內(nèi)旬平均光照時(shí)數(shù)、氣溫和降水量變化趨勢(shì)基本同步，均呈倒拋物線(xiàn)曲線(xiàn)，與小麥生長(zhǎng)發(fā)育需求規(guī)律基本一致，能夠滿(mǎn)足小麥的生長(zhǎng)發(fā)育需要。但該期的平均氣溫、光照時(shí)數(shù)和降水量在全球氣候變暖背景下，也在呈現(xiàn)著線(xiàn)性的變化趨勢(shì)，其中，平均氣溫呈升高的趨勢(shì)發(fā)展，即10a升高0.29℃，高于全年的每10a上升0.13℃的升溫幅度，而降水量和日照時(shí)數(shù)呈減少的趨勢(shì)發(fā)展，即10 a分別減少6.27 mm，59.4 h，均低于全年相應(yīng)值；1991—2010年小麥生育期平均氣溫較1963—1990年的平均值和常年值分別提高0.76，0.84℃，降水量較1963—1990年平均值減少8.35mm，較常年增加6.51 mm，而日照時(shí)數(shù)較1963—1990年的平均值和常年值分別減少128.34，165.1 h。

小麥生育期光溫水在商丘地區(qū)時(shí)空分布存在較大的相關(guān)性，其中，季節(jié)分布特征表現(xiàn)為平均氣溫小麥返青至孕穗期上升幅度大，其他生育時(shí)期上升幅度小，日照時(shí)數(shù)生育中期減少幅度小，生育期前期和后期減少幅度大，而降水量播種期間和返青至開(kāi)花期減少，越冬期和灌漿期增多。由此可以預(yù)測(cè)，小麥播種期間，日照減少，有利于減少土壤水分蒸發(fā)，但降水量減少，氣溫升高，則增加了此期干旱發(fā)生的頻率，影響小麥的出苗質(zhì)量；返青至孕穗期是小麥對(duì)肥水需求量最大的階段，此期氣溫升高，日照增多，降水減少，有利于小麥積累較多的干物質(zhì)，促進(jìn)小麥生長(zhǎng)發(fā)育，但不利于形成大穗，且易造成早春干旱；灌漿期降水量增加，光照減少，有利于減輕干旱和干熱風(fēng)的危害，但易造成后期病蟲(chóng)為害加重。