聊城市秋冬氣溫變遷及其對冬小麥適宜播期的影響

張素芳 高 爽 劉 芳 寧瑞斌 劉華君 張長慶

（1.聊城市農業技術推廣站 山東聊城252000；2.聊城市氣象局 山東聊城252000；3.聊城市農作物新品種推廣中心 山東聊城252000；4.聊城市自然資源和規劃局 山東聊城252000）

聊城市地處魯西黃泛平原， 是山東省冬小麥主產市之一，常年種植冬小麥面積超過40 萬hm2，居山東省第3 位。 “冬小麥—夏玉米”一年兩熟種植是聊城市的主要栽培方式。 小麥播期是否適宜及越冬期氣象變化， 直接影響小麥能否形成冬前壯苗和能否安全越冬，影響有效分蘗及分蘗成穗率的提高。 隨著全球氣候變暖趨勢明顯[1]，未來全球性氣候變暖對我國的種植制度將產生明顯的影響， 預計我國各地的熱量資源將有不同程度的增加[2]，聊城市熱量資源同樣呈上升趨勢，特別是近十幾年以來，年平均氣溫較常年持續偏高，氣候變暖現象尤為突出。 目前，許多學者針對氣候變化對小麥播種期的影響做了大量研究[3-6]，但對氣象變化對聊城市小麥適播期及越冬期生長的影響還未見報道。 為此，筆者從不同農業氣象指標的角度進行分析， 探討小麥適宜播期、 最佳播期，以便為形成冬前壯苗、保障小麥安全越冬提供參考依據。

1 資料和方法

1.1 資料來源

分析資料為1980-2020 年每年的9 月至次年3 月，40 年間的逐日平均氣溫資料（來源于山東省氣象信息中心）（由于10 月至次年3 月數據為跨年度數據，為簡便敘述，下文及圖表中所涉跨年度年份均由元旦前年份代表）。 2004-2019 年小麥種植品種來源于聊城市農業技術推廣站歷年資料。

1.2 冬小麥播種的適宜農業氣象指標

冬性小麥播種要求日平均氣溫穩定下降到 18～16℃，半冬性小麥品種適播期為日平均氣溫16～14℃[3]，一般冬小麥從播種至出苗約需0℃以上的積溫120℃，以后每長出 1 個葉片需要積溫 70～80℃。 冬前五日滑動平均氣溫穩定達到0℃時小麥進入越冬期，這時冬性和半冬性品種的冬前壯苗標準為主莖葉齡6 葉至 6 葉 1 心，達到 7 葉以上為旺苗。 余振文[4]指出，在山東省冬前0℃以上小麥積溫以650℃為宜，考慮到近10 年麥苗綠體越冬，越冬期間仍緩慢生長現象出現概率增加，結合當地生產實際，確定聊城市小麥冬前壯苗所需合適積溫為 540～650℃。

1.3 適宜播期的測算

采用Excel 軟件進行分析處理2010-2019 年逐日平均氣溫的平均值與1980-2009 年逐日平均氣溫的平均值，用五日滑動平均法[7]確定穩定通過18℃、16℃、14℃、0℃各界限溫度的日期；利用積溫指標法[8]從近10 年日平均氣溫穩定降至0℃的日期向前推算，將逐日平均氣溫高于0℃的溫度累加到小麥形成壯苗所需的0℃以上積溫之日， 將近10 年冬前高于0℃達到形成壯苗所需的積溫最早和最晚出現日期作為適宜播期[9]，結合界限溫度法，確定適宜播期和最佳播期。

氣象學判定小麥進入越冬期標準為初（終）日，從春（秋）季日平均氣溫第1 次出現高（低）于某界限溫度之日起， 按日序依次計算出連續5 d 的平均氣溫，并從中選出第1 個大于或等于（小于）該界限溫度， 且在其后不再出現平均氣溫低（高）于該界限溫度的連續5 d（由此可以理解為五日滑動平均氣溫數據出現最多的一段），此5 d 中第1 個（最后一個）日平均氣溫大于或等于該界限溫度的日期[10]。

需要說明的是，隨著氣候變暖，秋季天氣多變，氣溫時高時低， 往往日平均氣溫降低到某一界限溫度以下，又會升高到這一界限溫度以上，經常起伏多次，且各次變化的幅度、相距的時間不一致，給客觀確定界限溫度的起止日期帶來困難。

冬季五日滑動氣溫數列中出現>0℃數據概率增多,且有的年份會連續出現。 按照傳統方法判斷進入越冬期時間， 并不能準確反映小麥越冬期氣溫變化狀況。以2017 年為例（表1），五日滑動氣溫數列連續出現<0℃數段 3 次，分別為Ⅰ段 12 月 12～20 日、Ⅱ段1 月 4～16 日、Ⅲ段 1 月 23 日至 2 月 12 日，持續時間分別為9 d、13 d、21 d， 如果按照傳統判定方法則應推出1 月21 日為穩定通過0℃日期， 根據田間觀測及考慮到Ⅱ段持續時間較長，以及Ⅱ段、Ⅲ段間隔數據6 個， 筆者從Ⅱ段數據推算平穩通過0℃日期為1月1 日。

2 資料分析

2.1 聊城市秋冬氣溫變化

2.1.1 正負積溫變化趨勢 通過對近40 年聊城市每年10 月至次年3 月逐日平均氣溫數據資料的整理顯示（圖1），隨著時間推移，期間正積溫可用方程y=5.499 6x-9 964.2（R2=0.377 4，n=40）進行擬合。 可見每年10 月至次年3 月正積溫年均增加5.499 6℃。負積溫可用方程y=1.697 5x-3 525.4（R2=0.150 3，n=40）進行擬合，可見負積溫年均減少1.697 5℃。 由此可知， 聊城市近40 年每年10 月至次年3 月正積溫增加、負積溫減少趨勢明顯。

圖1 1980-2019 年秋冬正負積溫變化趨勢

圖2 1980-2009 年秋冬正負積溫變化趨勢

圖3 2010-2019 年秋冬正負積溫變化趨勢

將 1980-2009 年（圖 2）和 2010-2019 年（圖 3）數據，分別進行線性方程擬合，可得，1980-2009 年作為常年對比數據， 正積溫擬合方程y=7.175 6x-13 300（R2=0.336 8，n=30），負積溫擬合方程y=2.263 2x-4 649.9 （R2=0.140 8，n=30）；1999-2018 年正積溫擬合方程y=20.763x-40 736（R2=0.548 3，n=10），負積溫擬合方程y=9.617x-19 489（R2=0.325 1，n=10）。 可見近10 年較常年年均秋冬正積溫增加、負積溫減少幅度加大，趨勢更為明顯。

聊城市冬小麥適宜播期可用近10 年平均氣溫與常年平均氣溫進行對比分析， 其結果將更切合氣候變化趨勢，有利于指導今后農業生產。

2.1.2 負積溫出現天數變化 整理秋冬逐日平均氣溫數據整理（圖4）發現，聊城市日平均氣溫出現<0℃溫度天數逐漸減少， 可用方程y=-0.316 8x+681.15（R2=0.133 1，n=40）進行擬合，可見 40 年間年均日平均氣溫＜0℃天數減少 0.316 8 d。 每年＜-5℃溫度天數，可用方程 y=-0.165 1x+336.92（R2=0.133,n=40）進行擬合，可見40 年間年均日平均氣溫＜-5℃天數減少0.165 1 d。 期間在 1994 年、2006 年、2014 年、2016 年冬季，日平均氣溫＜-5℃天數為0，可見出現冬季逐日平均氣溫全部≥-5℃年份逐漸增多，從側面證明冬季變暖趨勢明顯。

圖4 <0℃及<-5℃溫度天數變化趨勢

2.1.3 極端低溫出現概率 根據1979-2019 年10 月至次年3 月日平均氣溫數據，我們將聊城市日平均氣溫＜-10℃定義為該地區的極端低溫。 當出現日平均氣溫＜-10℃天氣時，日最低氣溫將會更低（如2016 年1 月 23 日全市平均氣溫-12.1℃， 最低氣溫則達-19.5℃），對小麥安全越冬是一種重大考驗，對出現極端低溫概率進行分析研判是非常必要的。 由表2可知， 出現＜-10℃低溫間隔年份顯著拉長。 最低溫出現時間，以1 月下旬出現頻率最高（僅有1985 年出現在12 月上旬，2001 年出現在1 月中旬），最低溫度略有升高， 并且不排除年度間連續出現極端低溫的情況。

2.2 穩定通過界限溫度的日期

日平均氣溫穩定通過界限溫度的日期是確定小麥適宜播期的重要因素。 2010-2019 年10 月至次年3 月日平均氣溫資料分析表明（表3），平均氣溫穩定通過 18℃、16℃、14℃、0℃日期均較常年推遲。 聊城市穩定通過小麥播種上限溫度18℃的平均日期為10 月6 日，較常年推遲3 d；穩定通過適宜溫度16℃的平均日期為10 月16 日，較常年推遲5 d；穩定通過下限溫度14℃的平均日期為10 月23 日， 較常年推遲2 d；穩定通過0℃（進入越冬期）的平均日期為12 月29 日，較常年推遲6 d。從小麥播種適宜溫度考慮，冬性品種小麥適播期為10 月6～16 日；半冬性小麥為 10 月 16～23 日。

表2 極端低溫情況

2.3 積溫指標法分析

由表4 可知， 聊城市2010-2019 年氣溫穩定降至0℃的平均日期為12 月29 日，從此日期向前推算，積溫達到 540～650℃的平均日期為 10 月 5～10 日，按照上下限播期為10 月3～13 日。

2.4 界限溫度法與積溫指標法的比較

由表5 可知， 若從穩定通過18℃的日期開始播種， 到穩定通過0℃的≥0℃積溫統計來看，2010-2019 年平均積溫為613.8℃，比常年低45.3℃，比小麥冬前壯苗所需適宜積溫上限650℃低了36.2℃。 若從穩定通過16℃的終日開始播種，到停止生長0℃日的≥0℃積溫統計來看，2010-2019 年平均積溫為453.2℃，比常年值524.4℃低71.2℃，已經低于小麥冬前壯苗所需540～650℃的積溫區間要求。 從穩定通過14℃的終日到穩定通過停止生長0℃日期間的≥0℃積溫統計來看，2010-2019 年， 積溫均在540℃以下，平均積溫為359.6℃， 比常年值376.5℃低16.9℃，比小麥冬前壯苗所需下限積溫540℃少180.4℃， 積溫顯著偏少。 從越冬前形成壯苗所需積溫考慮，小麥播種期為平均氣溫穩定在18℃時即10 月6 日前后3 d（10 月 3~9 日）為宜。

表4 2010-2019 年播種至穩定通過0℃推算達到540～650℃積溫日期

表5 穩定通過18℃、16℃、14℃的終日至穩定通過0℃的≥0℃積溫

通過界限溫度法推算出的穩定通過18℃、16℃、14℃終日至穩定通過0℃日的平均積溫均較常年顯著偏少，這和氣候變暖趨勢明顯相悖。 這種現象的出現與秋季氣溫時高時低， 日平均氣溫降低到某一界限溫度以下，又會升高到這一界限溫度以上，有的年份會起伏多次，且各次變化幅度、相距時間拉長有很大關系[11-12]。 運用五日滑動平均法確定秋季穩定通過界限溫度的終日，導致界限溫度終日至穩定通過0℃的≥0℃積溫偏少。 今后這種方法在指導作物生產中應謹慎使用， 或通過科學測算適時對穩定通過界限溫度的推定方法做出調整修改再加以應用。 綜合以上兩種方法的對比結果， 運用積溫指標法進行小麥播種適期的推算更科學。

3 聊城市小麥品種情況

由于氣候變暖， 根據聊城市積溫條件和近年來小麥越冬期田間表現， 半冬性品種更適合在當地種植。 據聊城市農業技術推廣站歷年生產資料統計，2014-2019 年主要品種有濟麥 22、魯原 502、良星 77、鑫麥296、泰農18 等，多為半冬性品種，冬性品種占比很小，其中以濟麥 22、魯原 502 占主導地位。 在這種情況下， 今后進一步加大對半冬性品種適宜播期的研究非常必要。

4 結論與討論

綜合聊城市冬小麥播種適宜溫度、 形成冬前壯苗所需積溫、氣候變暖趨勢、小麥品種特性和生產實踐等因素研究分析，在目前氣候條件下，聊城市小麥適宜播種期可以確定為10 月3～16 日， 最佳適宜播期為10 月6～9 日。 冬小麥播期還受前茬作物收獲期早晚、土壤含水量、土壤質地、播種期間降水及天氣變化等多種因素制約， 所以在播種時還要在適宜播期的指導下，綜合考慮多方因素，結合調整播量進行播種，爭取形成冬前壯苗，保障小麥安全越冬。