1971-2015年煙臺冬小麥不同生育期溫度變化

劉書暢　董心怡　潘仕梅　宋俊芬　王學芬　衣淑玉

摘要：旨在分析不同生育期溫度變化對冬小麥的影響，基于1971-2015年煙臺平均氣溫資料，利用線性傾向率和M-K檢驗，分析氣溫的年際變化趨勢、年代變化率和突變點。結果表明：煙臺冬小麥全生育期、營養生長期、營養生長和生殖生長并生期（并生期）和生殖生長期溫度均明顯增加，線性傾向率依次為0.15℃/10 a（P

關鍵詞：平均氣溫;冬小麥;生育階段;Mann-Kendall檢驗;趨勢分析;煙臺

中圖分類號：P467

文獻標志碼：A

論文編號：cjas19040024

0 引言

近年來，全球氣溫變暖加快，IPCC第五次評估報告指出，全球平均氣溫在過去130年（1883-2012年）升高了0.85℃，農業氣象災害發生概率增加，給生產生活帶來的直接損失和潛在影響不可估量，威脅人類生存發展。

近幾十年來，由于空間尺度、地理位置以及品種的不同，使得氣溫對小麥產量研究的影響更加復雜，因此，溫度已經成為影響小麥產量的主要因素，受到國內外學者廣泛關注。國外學者研究發現過去幾十年中氣候變暖使得全球小麥產量下降，但不同國家和地區的影響程度又存在差異。國內學者對重要農業區（如華北地區和西北地區等）的小麥生育期的最高最低氣溫、有效積溫等進行過分析，并得出有益于當地提高產量、防災減災的建議。如胡洵瑀等研究表明，華北地區冬小麥全生育期最高溫度顯著增加，且越冬一返青、返青一拔節、拔節一開花期升溫明顯;馬姍姍認為，溫度的升高有利于提高寧夏小麥冬前有效積溫，對提高產量有利，但在一定程度上增加了初夏遭遇干熱風的風險;肖登攀等通過研究冬小麥對溫度敏感度，得出在出苗一抽穗階段溫度升高對產量影響為正效應，而抽穗一成熟階段高溫則對小麥生長不利的結論。

煙臺屬暖溫帶半濕潤季風氣候區，是全國著名的糧、果生產基地，冬小麥是煙臺的主要糧食作物之一，近年來全球性的氣候異常使作物生長受到很大影響，自2014年汛后到2017年初夏，煙臺地區高溫事件頻發，高溫持續時間增加，小麥生產受干熱風影響加劇，作物品質、產量都有不同程度下降。目前較多學者僅局限于對于本區域溫度變化特征的研究，而關于冬小麥各個生育期的溫度變化特征分析相關研究還未發現。因此，本研究利用滑動平均法、M-K檢測、線性傾向率等方法，研究煙臺市1971-2015年冬小麥不同生育階段的溫度變化特征，以期為促進當地小麥的高產和穩產提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

煙臺位于山東半島北部，毗鄰渤海，地形整體起伏和緩，氣候溫暖，物候期分明。良好的水熱環境適宜多種農作物生長發育，孕育了遠近聞名的糧食生產基地、果品生產之鄉，其中小麥的種植面積以及總產量位居全省前列。煙臺市2017年全年糧食播種面積31.81萬hm2，其中小麥播種面積13.67萬hm2，小麥產量占糧食總產量的86.67%。目前煙臺地區冬小麥栽種品種主要包括‘煙農24’、‘魯麥21’、‘煙2415’等，且種植面積基本在1.3萬hm2以上。

1.2 研究方法

1.2.1 數據來源及生育期劃分本研究以煙臺市氣象局1971-2015年月平均氣溫數據（煙臺站和招遠站）作為研究基礎。根據當地冬小麥的生長特點，將整個生長期分為3個階段，即營養生長期（去年10月1日-2月28日）、營養生長期和生殖生長期（簡稱并生生長期，當年3月1日-4月30日）、生殖生長期（當年5月1日-6月30日）。

1.2.2 數據處理方法本研究采用一元線性回歸法和五年滑動平均法分析冬小麥各生育期以及全生育期的溫度特征，對時間序列與各生育期溫度之間的相關性進行顯著性檢驗（a=0.05，a=0.01），采取比較法分析不同年份的溫度變異性。同時，采用Mann- Kendall檢驗法討論了煙臺1971-2015年氣溫的突變情況。

2 結果與分析

2.1 冬小麥各生育期平均溫度變化特征分析

2.1.1 際變化趨勢本研究分析煙臺冬小麥各生育期的溫度變化特征（圖1—4）。由圖1可以看出，營養生長期最高平均溫度和最低平均溫度分別為5.4℃和2.5℃，分別出現在2015年和2008年。在研究期間，溫度波動頻繁，滑動曲線出現2個波谷（1985年前后和2010年前后）;1990-2005年溫度較高，但波動較小。由圖2可知，并生期平均溫度在1995年之前變化幅度不大，但在1995年后波動較大，在2000年出現峰值，在2010年出現低谷。如圖3生殖生長期所示，平均溫度整體呈現波動上升趨勢，其中1970s和1990s溫度相對較低，1980s和21世紀以來溫度相對較高。由圖4可知，全生育期溫度總體呈現小幅上升趨勢，1970s變化幅度不大，20世紀80年代中期至21世紀初期緩慢上升，2010年后又有所回落。

由小麥各生育期和全生育期的5年滑動平均曲線得知，各生育期的平均溫度均呈上升趨勢。營養生長期、并生期、生殖生長期平均溫度隨年份上升速率依次為0.12、0.21、0.28℃/10 a，其中營養生長期溫度隨年際變化顯著（P<0.05），并生期和生殖生長期的溫度與年份的相關性極顯著（P<0.01）;全生育期以每10年升高0.15℃的速度增長，線性趨勢極顯著（P<0.01）。營養生長期溫度升高會影響莖蘗數量，為成熟期提供良好的基礎;生殖生長期平均溫度升高，將促使灌漿期提前，干粒重下降，影響果穗的質量。

2.1.2 年代變化特征分析本研究對煙臺冬小麥不同年代各個生育期及全生育期的平均溫度進行比較分析（表1）。如表l所示，營養生長期溫度相對變率最大值出現在1990s（10.32%），最小值（4.11%）出現在2010-2015年期間，結合年際變化分析可知，1990s溫度出現較大峰值，導致該年代溫度相對變率較大;并生期溫度相對變率的最大值和最小值分別出現在1970s（7.13%）和2010-2015年（1.36%）;生殖生長期溫度相對變率的最大值出現在1970s（2.96%），最小值出現在1980s（0.09%）;全生育期的溫度相對變率在1970s出現最大值（5.35%），1980s出現最小值（1.51%），總體呈現波動下降趨勢。

通過對3個生育期的橫向對比發現，營養生長期平均溫度的變異系數最大為17.27%，生殖生長期最小為3.94%，這說明生殖生長期的平均溫度變化小，而營養生長期的溫度變化大，這與年際變化分析結果基本一致。全生育期的變異系數為8.05%，變異程度較小，表明整個生長期溫度年代變化較穩定。各個時期（包括全生育期）的平均溫度相對變率均在2000年后出現減小的趨勢，說明在進入21世紀后平均溫度年代變化總體趨于穩定。

2.2 冬小麥各生育期平均溫度突變點分析

本研究采用M-K檢驗法，對煙臺市1971-2015年各生育期以及全生育期的平均溫度進行突變檢測（見圖5—8）。結果表明，小麥營養生長期、并生期和生殖生長期的突變時期分別發生在1987年、1991年和1981年;全生育期平均溫度在1982年發生突變，與生殖生長期發生突變的年份相近，這說明生殖生長期溫度突變對全生育期溫度突變影響較大。

由圖5—8可知，自1970s以來，冬小麥各個生育期以及全生育期的溫度總體呈現增暖的趨勢。從圖5可見營養生長期的UF曲線升高后降低再升高再降低，在1994年后顯著升高，超出了顯著水平0.05的臨界線，2007年后又急劇降低，根據UF和UB曲線交點位置，確定突變年份為1987年;從圖6可見并生期UF曲線在1987年前波動下降，1987年后緩慢增加并在1991年與UB相交，2001年突破臨界線后顯著上升，確定突變年份為1991年;從圖7冬小麥生殖生長期統計量曲線可見，1980s早期UF值先上升后下降，且和UB出現多個交點，經滑動f檢驗檢測（N=5，∣t∣>t0.05=2.21; N=7，∣t∣>t0.05=2.81）綜合分析，確定突變年份發生在1981年。從圖8全生育期冬小麥UF變化可以發現，1986年UF值開始緩慢上升，并于1995年后顯著升高，超過了顯著水平0.05臨界線，這表明2000年以來小麥全生育期增暖趨勢顯著，根據UF和UB曲線交點位置，確定突變年份為1982年。

2.3 溫度變化對冬小麥各生育期的影響

冬小麥全生育期的積溫為3600—4200℃，年平均氣溫為11～14.2℃。冬小麥生長的下限溫度為O℃，上限溫度為30℃，而溫度變化對其生長發育以及產量的影響是正效益還是負效應，由每個生育期最適溫度決定。煙臺市冬小麥營養生長期、并生期、生殖生長期的平均氣溫為4.3、8.6和20.3℃，均在冬小麥各生育期的最適溫度范圍內。煙臺市冬小麥營養生長期的平均氣溫呈現顯著升高的趨勢，而營養生長期的氣溫偏高會影響冬小麥分蘗和營養積累，有利于弱苗形成壯苗，但冬性強的小麥會難以通過春化，這對于冬性小麥從營養生長到生殖生長的過渡不利。并生期（返青一抽穗期）是影響小麥產量的關鍵期，此期連續10天以上低于10℃將有利于增加穗分化時間，增加穗粒數和有效莖蘗數。煙臺市1990s前冬小麥并生期的平均氣溫為8.2℃，2000年后的平均氣溫為8.9℃，這說明該時期的溫度條件對冬小麥生產長期有利。生殖生長期的溫度是否適宜直接影響小麥穗粒數。煙臺市該時期氣溫除1970s之外的其他年代都等于或稍高于最適溫度，且有逐年代增加的趨勢，這將對冬小麥的小花數目和果穗飽滿度產生不利影響。

目前，煙臺地區冬小麥種植受溫度升高影響嚴重，成熟期遭遇初夏干熱風以及病蟲害爆發的概率加大。2016年受高溫及干旱影響，小麥為主的夏糧產量80.66萬t，比2015年減少l5.7%，糧食面積和總產雙下降。因此，為了適應全球氣候變暖對煙臺市冬小麥營養生長期的影響，應該結合近年來的溫度變化趨勢選取適應性強的小麥品種如‘煙農24’、‘濟麥22’等，同時采取適當晚播、加強水肥管理等方式促使冬小麥正常通過春化，增加壯苗數量。營養生長期溫度升高會導致病蟲害加劇，故應考慮采取相應措施，加強防治，適時采收。收獲期應重點防范干熱風，在小麥成熟前10天左右適度灌溉，從而降低溫度，提高近地面空氣濕度，減少干熱風破壞。

3 結論與討論

3.1 結論

（1）溫度變化對煙臺冬小麥生長發育有著重要影響。研究期內，全生育期10年內增暖0.15℃，低于華北地區平均水平（0.40℃/10a）以及全國的氣溫平均變化率（0.22℃/10 a）。營養生長期、并生期和生殖生長期溫度均有不同程度升高（分別為0.12、0.21、0.28℃/10 a）。其中，營養生長期的溫度年代變化幅度最大，呈現先上升后下降的趨勢，溫度變率最大、最小值分別為10.32%和4.11%;生殖生長期溫度的年代變率變化幅度最小，極差為2.87%。冬小麥3個時期中生殖生長期的氣溫變異程度最小，溫度變化較為穩定。

（2）煙臺市冬小麥營養生長期、并生期、生殖生長期及全生育期的氣溫都發生突變，突變年份依次為1987、1991、1981、1982年。

（3）營養生長期溫度升高會導致冬小麥難以通過春化，并生期和生殖生長期溫度升高則導致收獲期受干熱風影響加大。應采用因時晚播、增強水肥管理以及改良選育耐熱品種、植樹造林改善生態環境等方法，以應對氣候變暖對冬小麥造成的消極影響，確保煙臺冬小麥可持續性的穩產、高產。

3.2 討論

（1）本研究采用煙臺市年平均氣溫作為研究基礎，僅反映了一段時間的溫度變化的平均水平，不能很好地反映極端事件發生對冬小麥產生的影響，因此將討論高溫、低溫對于小麥整個生長期的影響。

（2）本研究是按照常年平均水平對冬小麥生育期進行劃分，沒有針對每年的具體不同生育時段的溫度變化進行分析，因此結論具有一定局限性。