1971-2015年煙臺(tái)冬小麥不同生育期溫度變化

劉書(shū)暢　董心怡　潘仕梅　宋俊芬　王學(xué)芬　衣淑玉

摘要：旨在分析不同生育期溫度變化對(duì)冬小麥的影響，基于1971-2015年煙臺(tái)平均氣溫資料，利用線性傾向率和M-K檢驗(yàn)，分析氣溫的年際變化趨勢(shì)、年代變化率和突變點(diǎn)。結(jié)果表明：煙臺(tái)冬小麥全生育期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并生期（并生期）和生殖生長(zhǎng)期溫度均明顯增加，線性傾向率依次為0.15℃/10 a（P

關(guān)鍵詞：平均氣溫;冬小麥;生育階段;Mann-Kendall檢驗(yàn);趨勢(shì)分析;煙臺(tái)

中圖分類號(hào)：P467

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

論文編號(hào)：cjas19040024

0 引言

近年來(lái)，全球氣溫變暖加快，IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，全球平均氣溫在過(guò)去130年（1883-2012年）升高了0.85℃，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生概率增加，給生產(chǎn)生活帶來(lái)的直接損失和潛在影響不可估量，威脅人類生存發(fā)展。

近幾十年來(lái)，由于空間尺度、地理位置以及品種的不同，使得氣溫對(duì)小麥產(chǎn)量研究的影響更加復(fù)雜，因此，溫度已經(jīng)成為影響小麥產(chǎn)量的主要因素，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。國(guó)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)過(guò)去幾十年中氣候變暖使得全球小麥產(chǎn)量下降，但不同國(guó)家和地區(qū)的影響程度又存在差異。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)重要農(nóng)業(yè)區(qū)（如華北地區(qū)和西北地區(qū)等）的小麥生育期的最高最低氣溫、有效積溫等進(jìn)行過(guò)分析，并得出有益于當(dāng)?shù)靥岣弋a(chǎn)量、防災(zāi)減災(zāi)的建議。如胡洵瑀等研究表明，華北地區(qū)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(jié)、拔節(jié)一開(kāi)花期升溫明顯;馬姍姍認(rèn)為，溫度的升高有利于提高寧夏小麥冬前有效積溫，對(duì)提高產(chǎn)量有利，但在一定程度上增加了初夏遭遇干熱風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn);肖登攀等通過(guò)研究冬小麥對(duì)溫度敏感度，得出在出苗一抽穗階段溫度升高對(duì)產(chǎn)量影響為正效應(yīng)，而抽穗一成熟階段高溫則對(duì)小麥生長(zhǎng)不利的結(jié)論。

煙臺(tái)屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，是全國(guó)著名的糧、果生產(chǎn)基地，冬小麥?zhǔn)菬熍_(tái)的主要糧食作物之一，近年來(lái)全球性的氣候異常使作物生長(zhǎng)受到很大影響，自2014年汛后到2017年初夏，煙臺(tái)地區(qū)高溫事件頻發(fā)，高溫持續(xù)時(shí)間增加，小麥生產(chǎn)受干熱風(fēng)影響加劇，作物品質(zhì)、產(chǎn)量都有不同程度下降。目前較多學(xué)者僅局限于對(duì)于本區(qū)域溫度變化特征的研究，而關(guān)于冬小麥各個(gè)生育期的溫度變化特征分析相關(guān)研究還未發(fā)現(xiàn)。因此，本研究利用滑動(dòng)平均法、M-K檢測(cè)、線性傾向率等方法，研究煙臺(tái)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(jìn)當(dāng)?shù)匦←湹母弋a(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

煙臺(tái)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(huán)境適宜多種農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育，孕育了遠(yuǎn)近聞名的糧食生產(chǎn)基地、果品生產(chǎn)之鄉(xiāng)，其中小麥的種植面積以及總產(chǎn)量位居全省前列。煙臺(tái)市2017年全年糧食播種面積31.81萬(wàn)hm2，其中小麥播種面積13.67萬(wàn)hm2，小麥產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的86.67%。目前煙臺(tái)地區(qū)冬小麥栽種品種主要包括‘煙農(nóng)24’、‘魯麥21’、‘煙2415’等，且種植面積基本在1.3萬(wàn)hm2以上。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及生育期劃分本研究以煙臺(tái)市氣象局1971-2015年月平均氣溫?cái)?shù)據(jù)（煙臺(tái)站和招遠(yuǎn)站）作為研究基礎(chǔ)。根據(jù)當(dāng)?shù)囟←湹纳L(zhǎng)特點(diǎn)，將整個(gè)生長(zhǎng)期分為3個(gè)階段，即營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（去年10月1日-2月28日）、營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)期（簡(jiǎn)稱并生生長(zhǎng)期，當(dāng)年3月1日-4月30日）、生殖生長(zhǎng)期（當(dāng)年5月1日-6月30日）。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理方法本研究采用一元線性回歸法和五年滑動(dòng)平均法分析冬小麥各生育期以及全生育期的溫度特征，對(duì)時(shí)間序列與各生育期溫度之間的相關(guān)性進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（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(shí)，采用Mann- Kendall檢驗(yàn)法討論了煙臺(tái)1971-2015年氣溫的突變情況。

2 結(jié)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(shì)本研究分析煙臺(tái)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)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(xiàn)在2015年和2008年。在研究期間，溫度波動(dòng)頻繁，滑動(dòng)曲線出現(xiàn)2個(gè)波谷（1985年前后和2010年前后）;1990-2005年溫度較高，但波動(dòng)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(dòng)較大，在2000年出現(xiàn)峰值，在2010年出現(xiàn)低谷。如圖3生殖生長(zhǎng)期所示，平均溫度整體呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，其中1970s和1990s溫度相對(duì)較低，1980s和21世紀(jì)以來(lái)溫度相對(duì)較高。由圖4可知，全生育期溫度總體呈現(xiàn)小幅上升趨勢(shì)，1970s變化幅度不大，20世紀(jì)80年代中期至21世紀(jì)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(dòng)平均曲線得知，各生育期的平均溫度均呈上升趨勢(shì)。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、并生期、生殖生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期溫度隨年際變化顯著（P<0.05），并生期和生殖生長(zhǎng)期的溫度與年份的相關(guān)性極顯著（P<0.01）;全生育期以每10年升高0.15℃的速度增長(zhǎng)，線性趨勢(shì)極顯著（P<0.01）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期溫度升高會(huì)影響莖蘗數(shù)量，為成熟期提供良好的基礎(chǔ);生殖生長(zhǎng)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(zhì)量。

2.1.2 年代變化特征分析本研究對(duì)煙臺(tái)冬小麥不同年代各個(gè)生育期及全生育期的平均溫度進(jìn)行比較分析（表1）。如表l所示，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期溫度相對(duì)變率最大值出現(xiàn)在1990s（10.32%），最小值（4.11%）出現(xiàn)在2010-2015年期間，結(jié)合年際變化分析可知，1990s溫度出現(xiàn)較大峰值，導(dǎo)致該年代溫度相對(duì)變率較大;并生期溫度相對(duì)變率的最大值和最小值分別出現(xiàn)在1970s（7.13%）和2010-2015年（1.36%）;生殖生長(zhǎng)期溫度相對(duì)變率的最大值出現(xiàn)在1970s（2.96%），最小值出現(xiàn)在1980s（0.09%）;全生育期的溫度相對(duì)變率在1970s出現(xiàn)最大值（5.35%），1980s出現(xiàn)最小值（1.51%），總體呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)。

通過(guò)對(duì)3個(gè)生育期的橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期平均溫度的變異系數(shù)最大為17.27%，生殖生長(zhǎng)期最小為3.94%，這說(shuō)明生殖生長(zhǎng)期的平均溫度變化小，而營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的溫度變化大，這與年際變化分析結(jié)果基本一致。全生育期的變異系數(shù)為8.05%，變異程度較小，表明整個(gè)生長(zhǎng)期溫度年代變化較穩(wěn)定。各個(gè)時(shí)期（包括全生育期）的平均溫度相對(duì)變率均在2000年后出現(xiàn)減小的趨勢(shì)，說(shuō)明在進(jìn)入21世紀(jì)后平均溫度年代變化總體趨于穩(wěn)定。

2.2 冬小麥各生育期平均溫度突變點(diǎn)分析

本研究采用M-K檢驗(yàn)法，對(duì)煙臺(tái)市1971-2015年各生育期以及全生育期的平均溫度進(jìn)行突變檢測(cè)（見(jiàn)圖5—8）。結(jié)果表明，小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、并生期和生殖生長(zhǎng)期的突變時(shí)期分別發(fā)生在1987年、1991年和1981年;全生育期平均溫度在1982年發(fā)生突變，與生殖生長(zhǎng)期發(fā)生突變的年份相近，這說(shuō)明生殖生長(zhǎng)期溫度突變對(duì)全生育期溫度突變影響較大。

由圖5—8可知，自1970s以來(lái)，冬小麥各個(gè)生育期以及全生育期的溫度總體呈現(xiàn)增暖的趨勢(shì)。從圖5可見(jiàn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)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(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)位置，確定突變年份為1987年;從圖6可見(jiàn)并生期UF曲線在1987年前波動(dòng)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(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)量曲線可見(jiàn)，1980s早期UF值先上升后下降，且和UB出現(xiàn)多個(gè)交點(diǎn)，經(jīng)滑動(dòng)f檢驗(yàn)檢測(cè)（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(fā)生在1981年。從圖8全生育期冬小麥UF變化可以發(fā)現(xiàn)，1986年UF值開(kāi)始緩慢上升，并于1995年后顯著升高，超過(guò)了顯著水平0.05臨界線，這表明2000年以來(lái)小麥全生育期增暖趨勢(shì)顯著，根據(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)位置，確定突變年份為1982年。

2.3 溫度變化對(duì)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(zhǎng)的下限溫度為O℃，上限溫度為30℃，而溫度變化對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量的影響是正效益還是負(fù)效應(yīng)，由每個(gè)生育期最適溫度決定。煙臺(tái)市冬小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、并生期、生殖生長(zhǎng)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(nèi)。煙臺(tái)市冬小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的平均氣溫呈現(xiàn)顯著升高的趨勢(shì)，而營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的氣溫偏高會(huì)影響冬小麥分蘗和營(yíng)養(yǎng)積累，有利于弱苗形成壯苗，但冬性強(qiáng)的小麥會(huì)難以通過(guò)春化，這對(duì)于冬性小麥從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)的過(guò)渡不利。并生期（返青一抽穗期）是影響小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵期，此期連續(xù)10天以上低于10℃將有利于增加穗分化時(shí)間，增加穗粒數(shù)和有效莖蘗數(shù)。煙臺(tái)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(shuō)明該時(shí)期的溫度條件對(duì)冬小麥生產(chǎn)長(zhǎng)期有利。生殖生長(zhǎng)期的溫度是否適宜直接影響小麥穗粒數(shù)。煙臺(tái)市該時(shí)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(shì)，這將對(duì)冬小麥的小花數(shù)目和果穗飽滿度產(chǎn)生不利影響。

目前，煙臺(tái)地區(qū)冬小麥種植受溫度升高影響嚴(yán)重，成熟期遭遇初夏干熱風(fēng)以及病蟲(chóng)害爆發(fā)的概率加大。2016年受高溫及干旱影響，小麥為主的夏糧產(chǎn)量80.66萬(wàn)t，比2015年減少l5.7%，糧食面積和總產(chǎn)雙下降。因此，為了適應(yīng)全球氣候變暖對(duì)煙臺(tái)市冬小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的影響，應(yīng)該結(jié)合近年來(lái)的溫度變化趨勢(shì)選取適應(yīng)性強(qiáng)的小麥品種如‘煙農(nóng)24’、‘濟(jì)麥22’等，同時(shí)采取適當(dāng)晚播、加強(qiáng)水肥管理等方式促使冬小麥正常通過(guò)春化，增加壯苗數(shù)量。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期溫度升高會(huì)導(dǎo)致病蟲(chóng)害加劇，故應(yīng)考慮采取相應(yīng)措施，加強(qiáng)防治，適時(shí)采收。收獲期應(yīng)重點(diǎn)防范干熱風(fēng)，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(fēng)破壞。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）溫度變化對(duì)煙臺(tái)冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育有著重要影響。研究期內(nèi)，全生育期10年內(nèi)增暖0.15℃，低于華北地區(qū)平均水平（0.40℃/10a）以及全國(guó)的氣溫平均變化率（0.22℃/10 a）。營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、并生期和生殖生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期的溫度年代變化幅度最大，呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，溫度變率最大、最小值分別為10.32%和4.11%;生殖生長(zhǎng)期溫度的年代變率變化幅度最小，極差為2.87%。冬小麥3個(gè)時(shí)期中生殖生長(zhǎng)期的氣溫變異程度最小，溫度變化較為穩(wěn)定。

（2）煙臺(tái)市冬小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期、并生期、生殖生長(zhǎng)期及全生育期的氣溫都發(fā)生突變，突變年份依次為1987、1991、1981、1982年。

（3）營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期溫度升高會(huì)導(dǎo)致冬小麥難以通過(guò)春化，并生期和生殖生長(zhǎng)期溫度升高則導(dǎo)致收獲期受干熱風(fēng)影響加大。應(yīng)采用因時(shí)晚播、增強(qiáng)水肥管理以及改良選育耐熱品種、植樹(shù)造林改善生態(tài)環(huán)境等方法，以應(yīng)對(duì)氣候變暖對(duì)冬小麥造成的消極影響，確保煙臺(tái)冬小麥可持續(xù)性的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。

3.2 討論

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

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