中国北部冬麦区小麦生育期对生育阶段积温变化的响应*

马倩倩，贺 勇，张梦婷，张 聪，许吟隆



中国北部冬麦区小麦生育期对生育阶段积温变化的响应*

马倩倩，贺 勇**，张梦婷，张 聪，许吟隆**

（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081）

利用1993-2013年中国北部冬麦区19个农业气象观测站的冬小麦生育期及气象资料，研究了冬小麦各生育阶段积温和生育期的时空变异特征。通过皮尔逊相关性分析等方法，探究冬小麦各生育阶段积温变化对生育期的影响。结果表明：（1）播种-出苗、返青-拔节阶段≥0℃积温和越冬期负积温的值呈东高西低的空间分布，拔节-抽穗、抽穗-乳熟、乳熟-成熟和播种-成熟阶段≥0℃积温为东南低西北高，而出苗-越冬开始阶段≥0℃积温则呈东南高西北低的分布；拔节-抽穗和乳熟-成熟阶段≥0℃积温均在21%的站点上显著减少，返青-拔节、抽穗-乳熟和播种-成熟阶段≥0℃积温及越冬期负积温分别在26%、37%、21%和42%的站点上显著增加，而播种-出苗和出苗-越冬开始阶段≥0℃积温的变化较小；（2）播种和出苗期呈东部晚西部早的空间分布，抽穗、乳熟和成熟期则相反；越冬开始期呈东南晚西北早的分布，返青期则相反；拔节早的站点主要位于麦区东部。播种、出苗、返青、拔节、乳熟和成熟期分别在21%、16%、37%、26%、42%和21%站点显著推迟且多位于麦区东部，而越冬开始期和抽穗期仅在5%站点变化显著；（3）相关分析表明，各生育阶段≥0℃积温（或越冬期负积温）与多个生育期的相关性显著，生育阶段积温的变化可能直接或间接影响了冬小麦的生长发育。越冬期负积温与返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期相关性最大，且与冬后多个生育期呈现一致的时空变异特征，其时空变异性可能是造成冬小麦冬后生育期在时空上存在差异的原因。

冬小麦；生育期；积温需求；越冬期负积温；北部冬麦区

气候的任何波动和变化都会影响作物的生长[1]，明显地反映在作物生育期的变化上[2-4]。Oteros等[4]研究指出，在气候变化的影响下，西班牙大部分谷物的生育期提前。Tao等[5]分析了中国水稻、小麦、玉米生育期的变化发现，温度显著升高使作物生育期改变。已有研究表明，气候变暖在冬、春季尤为明显[6-7]，而冬小麦主要生长在10月-翌年6月，受气候变化的影响较大[4]。多数研究发现，气候变暖导致冬小麦冬前生育期推迟，冬后生育期提前[8-11]。Hu等[8]研究发现美国大平原6个站点冬小麦的抽穗或开花期均提前。Xiao等[12]研究表明，中国冬小麦播种期推迟，抽穗和成熟期提前。但也有研究指出，冬小麦播种和出苗期呈提前趋势，返青期变化较复杂，抽穗和成熟期推迟[3, 13-14]。可见，在气候变化的影响下，冬小麦生育期的变化规律非常复杂，且具有较强的区域特征。

冬小麦生育期的变化受品种、热量和水分等因素的影响，而热量因素尤为重要[2, 10, 15-16]。Xiao等[10, 16]研究表明，气候变暖是冬小麦生育期变化的主要原因。积温为热量资源的指标之一，显著影响了冬小麦的生育期。已有研究表明，冬后各生育期与冬季积温呈显著负相关[17-18]，春季积温增加可导致抽穗或开花期提前[8]。冬小麦完成一个生育阶段需要一定的热量累积，生育阶段内的积温可以反映其热量需求特性[2]。 Tao等[2, 14]研究指出，在气候变化的影响下，冬小麦从播种到几乎每个生育期内的积温多呈增加趋势，不同生育阶段内也发生了改变，但目前关于积温对冬小麦生育期的影响研究还未细化到生育阶段。因此，有必要细致地分析各生育阶段内积温对冬小麦生育期的影响。

北部冬麦区为中国冬小麦最北部种植区，冬小麦生长期内光热资源较为适宜，但气候波动对冬小麦的生产影响较大[19]。已有研究表明，气候变化显著影响了该地区冬小麦的生长发育[14, 20]。因此，明确该地区冬小麦生育期的演变规律及影响要素，能更好地适应气候变化，提高冬小麦的产量。

基于上述研究，本文利用中国北部冬麦区19个农业气象站1993-2013年的冬小麦生育期数据，研究冬小麦各生育阶段积温和生育期的时空变异特征，并进行相关性分析，旨在为该区冬小麦的品种选育和种植决策提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域

依据赵广才[19]对中国小麦区划的研究结果，选取北部冬麦区中除辽宁省外的区域为研究对象，横跨河北、天津、北京、山西、陕西和甘肃6省市，为一条狭长地带（图1）。研究区内冬小麦占粮食作物种植面积的30%～40%，全年≥10℃的积温为3500℃·d左右，最冷月平均气温为−10.7～−4.1℃，冬小麦生育期太阳辐射总量为276～293kJ·cm−2，播种-成熟期＞0℃积温为2200℃·d左右，干旱、严寒是影响冬小麦生产的主要问题[19]。

图1 研究区域及站点分布

1.2 数据来源

综合考虑数据的完整性与连续性，选取研究区域内19个农业气象站点21a（1993-2013年）的冬小麦生育期资料，包括播种、出苗、越冬开始、返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期，数据来源于中国气象数据网的《中国农作物生长发育和农田土壤湿度旬值数据集》。气象资料来源于中国气象数据网的《中国地面气候资料日值数据集》，仅使用平均气温（℃）资料。对于个别缺测的平均气温数据，利用五日滑动平均法插补[21]。因选用的气候资料数据集并不完全具有所选农业气象站的气象资料，故采取就近匹配原则，即对于没有气象资料的农业气象站，选用最近的气象站（位于相邻县或市，气候条件接近）作为替代站与其对应，见表1。

1.3 研究方法

1.3.1 核密度估计

核密度估计是一种能从样本估计总体的非参数密度估计方法。一方面，应用核密度估计不需要引入对数据分布的先验假设，只从样本本身出发获取数据分布特征，可以用来估计任意形状密度估计的方法，另一方面，相比于直方图等其它密度估计方法，通过核密度估计得到的概率密度连续性更好，并且不会依赖于选取的区间长度[22-23]。生育期的核密度测算依据研究站点1993-2013年的生育日期数据集来计算其集聚特征，核密度估算值越大，则生育期出现在该日期的概率相对越大。核密度的基本表达式为

式中，f(x)为独立分布的数据x1，x2，…，xn估计得到的概率密度函数；K为核函数；h为带宽。

表1 农业气象站和对应的气象站

1.3.2 标准差和变异系数

标准差（σ）可以反映组内个体间的离散程度，变异系数（cv）可以衡量波动程度，变异系数大，说明要素的稳定性差，波动性大。设数据系列为xi，则计算式为

1.3.3 变化趋势分析

式中，a为回归常数，以b的10倍作为气候倾向率。采用Student的t-test 检验法对各要素变化趋势进行显著性检验，P＜0.05为显著，P＜0.01为极显著。

1.4 数据处理

以1月1日为1，将各生育日期转换为日序。根据实测生育期和逐日平均气温计算各站逐年各生育阶段积温，其中，播种-出苗、出苗-越冬开始、返青-拔节、拔节-抽穗、抽穗-乳熟、乳熟-成熟和播种-成熟阶段计算≥0℃积温（以下简称为积温），而越冬期计算该阶段的负积温（下同）。各站点的生育阶段积温（或生育期）为该站多年平均值，分析各站点的生育阶段积温数据集的变异系数（绝对值），以反映生育阶段积温的空间变异特征。由于生育期数据的缺失，使得分析1993-2013年冬小麦不同生育阶段积温与生育期相关性的样本量在374～395，因其样本量较大，进行相关性大小的比较时，假定其样本量相同。采用R语言进行统计分析和相关性检验，使用ArcGIS和R语言进行图形制作。

2 结果与分析

2.1 北部冬麦区小麦各生育阶段积温的时空变异特征

2.1.1 空间变异

比较变异系数可知，播种-成熟和抽穗-乳熟阶段积温的变异系数较小，而越冬期负积温的变异系数最大（25.2%），表明播种-成熟和抽穗-乳熟阶段积温的空间差异较小，而越冬期负积温的差异则较大，其它生育阶段积温居中（图2）。在空间上，播种-出苗阶段积温的区域平均为122.9℃·d，高于平均值的站点多集中在麦区的东北部，低于平均值的站点多位于山西、陕西和甘肃境内，整体呈东高西低的空间分布；出苗-越冬开始阶段积温的区域平均为360.4℃·d，高于平均值的站点多位于河北的昌黎、黄骅、霸州和定州、北京通县、山西长治、陕西洛川和甘肃西峰镇一带，呈东南高西北低的分布；越冬期负积温的区域平均值为−258.8℃·d，高于平均值的站点多位于麦区东部，呈东高西低的分布；返青-拔节阶段积温的区域平均值为376.1℃·d，低于平均值的站点多位于麦区南部边界的甘肃西峰、陕西洛川和山西长治一带，呈东高西低的分布；拔节-抽穗阶段积温的区域平均值为334.6℃·d，高于平均值的站点多位于麦区西北部，呈东南低西北高的分布；抽穗-乳熟阶段积温的区域平均值为490.4℃·d，空间分布与拔节-抽穗阶段一致；乳熟-成熟阶段积温的区域平均值为329.6℃·d，空间分布与拔节-抽穗阶段一致；播种-成熟阶段积温的区域平均值为2088.6℃·d，低于平均值的站点多位于甘肃的平凉和泾川、山西长治、天津静海、河北的河间和昌黎一带，整体呈东南低西北高的分布。

图2 1993-2013年研究区19个农气站冬小麦各生育阶段的积温

注：cv为19个站点生育阶段积温多年平均值数据集的变异系数；越冬期为负积温。下同。

Note: cv is coefficient of variation of the data set that mean of accumulated temperature during growth stages at the 19 stations. Negative accumulated temperature was calculated during the overwintering period. The same as below.

2.1.2 变化趋势

从冬小麦生育阶段积温倾向率的区域平均值来看，越冬期负积温和返青-拔节阶段积温显著增加，抽穗-乳熟阶段积温呈极显著增加，其余阶段积温变化则不显著（图3）。从各站点来看，冬小麦播种-出苗阶段，11%的站点积温变化显著，均位于麦区东部；出苗-越冬开始积温呈显著减少和增加的站点均占11%，显著减少的站点位于麦区的中、东部，显著增加的站点均位于麦区的西部；42%的站点越冬期负积温显著增加，即越冬期变冷，且均位于麦区东部；返青−拔节阶段，26%的站点积温变化显著，均呈增加趋势且位于麦区东南部；拔节-抽穗阶段，16%的站点积温显著增加且均位于麦区西部，21%的站点显著减少且多位于麦区东部；抽穗-乳熟阶段，47%的站点积温变化显著，37%的站点为显著增加，且多位于麦区东部；乳熟-成熟阶段，21%的站点积温显著减少且均位于麦区东部，11%站点显著增加且均位于麦区中部的山西省；播种-成熟阶段，21%的站点积温显著增加，11%站点显著减少，显著增加的站点均位于麦区东部，呈显著减少的站点均位于麦区东北部。

图3 1993-2013年研究区19个站点冬小麦各生育阶段积温的倾向率

注：*、**分别表示相关系数通过0.05、0.01水平的显著性检验。下同。

Note:*is P＜0.05，**is P＜0.01.The same as below。

2.2 北部冬麦区小麦生育期的时空变异特征

2.2.1 基本特征

利用所有站点和年份生育期实际观测资料绘制各生育期的核密度估计图，并计算平均值及其标准差，结果见图4。由图可见，研究区内冬小麦各生育期出现日期均符合正态分布规律。其中，播种期大概率出现在10月初，平均日序为275（以1月1日为1，播期在10月2日）；出苗期大概率出现在10月中旬，平均日序为284（10月11日）；越冬开始大概率出现在12月初，平均日序为336（12月2日）；返青期大概率出现在3月上旬，平均日序为67（3月8日）；拔节期大概率出现在4月中旬，平均日序为108（4月18日）；抽穗期大概率出现在5月上旬，平均日序为129（5月9日）；乳熟期大概率出现在6月初，平均日序为154（6月3日）；成熟期大概率出现在6月中旬，平均日序为168（6月17日）。由于冬小麦生育期数据系列包括19个站点21a的资料，因此，标准差的数值大小包含了空间和时间两方面的变化。从各生育期的标准差来看，越冬开始和返青期的标准差较大，分别为8.64d和9.48d，而拔节、抽穗期的标准差较小，分别为6.25d和6.07d。表明1993-2013年北部冬麦区冬小麦越冬开始和返青期的时空变异较大，拔节、抽穗期的时空变异较小，其它生育期变异程度居中。

图4 研究区19个站点1993-2013年冬小麦实测生育期的核密度估计

注：σ为每个生育期19个站点21a实测数据系列的标准差。

Note: σ is standard deviation of each measured phenology data（including the data of 21 years at 19 stations）.

2.2.2 空间变异

计算各研究站生育日期的多年平均值和19个站点生育期多年平均值数据集的标准差，分析生育期的空间变异特征。由图5可见，各站点播种期日序的多年平均值在263～285，出苗期在272～293，越冬开始在329～341，返青期在53～81，拔节期在103～117，抽穗期在122～141，乳熟期在146～163，成熟期在157～180。在空间上，播种和出苗期早于区域平均日期的站点主要在甘肃西峰、陕西洛川和山西长治地区，整体呈西早东晚的空间分布；越冬开始晚于区域平均日期的站点主要在甘肃西峰、陕西洛川、山西介休、河北河间、天津静海一带，整体呈东南晚西北早的空间分布；返青期早于区域平均日期的站点主要在甘肃平凉、山西汾阳、河北的定州和黄骅、天津宝坻地区，整体呈东南早西北晚的空间分布；拔节期早于区域平均日期的站点主要集中在麦区东部；而抽穗、乳熟和成熟期早于区域平均日期的站点主要位于麦区东部的河北、北京和天津境内，整体呈东早西晚的空间分布。比较标准差的大小可知，返青和成熟期的标准差较大，分别为6.52d和6.70d，而越冬开始和拔节期的标准差较小，分别为3.73d和3.19d。表明返青和成熟期的空间差异较大，越冬开始和拔节期则较小，其它生育期居中。

2.2.3 变化趋势

从各生育期的变化趋势来看（图6），线性变化倾向率的区域平均值均为正值，且播种期显著推迟（u=1.7d·10a−1, P<0.05）。各研究站点中，播种期，21%的站点显著推迟，呈推迟趋势的站点位于麦区中部的山西境内和东部临海地区；出苗期，16%的站点显著推迟，11%的站点呈显著提前的趋势，变化显著的站点均位于麦区东南部；越冬开始期，仅5%的站点变化显著，只在麦区东北部的北京通县显著推迟；返青、乳熟和成熟期分别有37%、42%、21%的站点变化显著，均呈推迟趋势且位于麦区东部；拔节期，26%的站点显著推迟，其中11%的站点显著提前，显著推迟的站点均位于麦区东部，显著提前的站点均位于西部；仅有5%的站点的抽穗期变化显著，在麦区西南部的甘肃西峰显著提前，多数站点的变化幅度较小。

图5 1993-2013年研究区19个站点实测冬小麦的生育期（年日序）

注：σ为19个站点生育期多年平均值数据集的标准差。

Note: σ is standard deviation of the data set that mean date of winter wheat phenology at the 19 stations.

图6 1993-2013年研究区19个站点冬小麦各生育期的线性倾向率

2.3 冬小麦生育期与生育阶段积温的相关性分析

由表2的相关性分析可知，播种-出苗阶段积温与出苗期呈极显著正相关，而与乳熟和成熟期呈显著负相关，与其它生育期的相关性不显著，表明出苗、乳熟和成熟期受到了播种-出苗阶段积温变化的影响，播种-出苗阶段积温增加使出苗期推迟，乳熟和成熟期提前；出苗-越冬开始阶段积温与拔节、乳熟和成熟期呈极显著负相关，与抽穗期呈显著负相关，与返青期的相关性则不显著，表明出苗-越冬开始阶段积温越大，拔节、抽穗、乳熟和成熟期将提前，而对返青期影响较小；越冬期负积温与返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期均呈极显著负相关，表明越冬期负积温减少，小麦冬后生育期提前；返青-拔节阶段积温与拔节期呈极显著正相关，与抽穗、乳熟和成熟期呈极显著负相关，表明返青-拔节阶段积温增加使拔节期推迟，抽穗、乳熟和成熟期提前；拔节-抽穗阶段积温与抽穗、乳熟期呈极显著正相关，与成熟期呈显著正相关，表明拔节-抽穗阶段积温增加，则抽穗、乳熟和成熟期均推迟；抽穗-乳熟阶段积温与乳熟期呈极显著正相关，与成熟期相关性不显著，表明抽穗-乳熟阶段积温增加使乳熟期推迟，而成熟期受该阶段热量需求特性的影响较小；乳熟-成熟阶段积温与成熟期呈极显著正相关，说明乳熟-成熟阶段积温增加导致成熟期推迟；播种-成熟阶段积温与成熟期相关性不显著。就各生育期而言，出苗期受播种-出苗阶段积温的影响显著，返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期均与越冬期负积温的相关性最大，表明生育阶段积温的变化对冬小麦生育期产生了不同程度的影响，但冬后生育期受越冬期负积温的影响程度更大。

分析各站点冬小麦越冬期负积温与冬后各生育期的相关性（图7）可知，冬小麦越冬期负积温与返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期分别在79%、79%、47%、26%、42%的站点上呈显著负相关，与返青和拔节期显著相关的站点较多。在空间上，越冬期负积温与抽穗、乳熟和成熟期相关性显著的站点多位于麦区的东部，在西部站点上的相关性多不显著，而与返青和拔节期的相关性在区域上的差异较小，普遍呈显著负相关关系。

表2 冬小麦各生育阶段积温与生育期的相关性

Note: ATSE, ATEO, ATRJ, ATJH, ATHM, ATMMand ATSMrepresent ≥0℃ accumulated temperature during sowing to emergence, emergence to overwintering, regreening to jointing, jointing to heading, heading to milk-ripe, milk-ripe to maturity and sowing to maturity periods, respectively.

图7 1993-2013年冬小麦越冬期负积温与冬后各生育期的相关性

3 结论与讨论

冬小麦各生育阶段内积温的变化影响了其生长发育进程，研究区内21%的站点拔节-抽穗、乳熟-成熟阶段积温均显著减少，返青-拔节、抽穗-乳熟和播种-成熟阶段积温及越冬期负积温分别在26%、37%、21%和42%的站点显著增加，而播种-出苗和出苗-越冬阶段积温的变化幅度较小，且各生育阶段积温的变化多存在东西部区域差异。表明冬小麦的积温需求结构发生改变，且在不同生育阶段和区域的变化存在差异。就区域平均而言，麦区冬小麦各生育期在1993-2013年的倾向率均为正值，且播种期显著推迟，与杨建莹等[13]对华北地区和高辉明等[14]对北部冬小麦的研究结果一致。相关性分析表明，播种-出苗阶段积温与出苗、乳熟和成熟期，出苗-越冬开始阶段积温与拔节、抽穗、乳熟和成熟期的相关性均显著；返青-拔节、拔节-抽穗和乳熟-成熟阶段积温及越冬期负积温与相应阶段之后生育期的相关性均显著，且多呈极显著相关；抽穗-乳熟阶段积温与乳熟期呈极显著相关。表明生育阶段积温的变化直接影响下个生育期，同时也可能间接影响了之后多个生育期的发生。

冬小麦在播种-出苗阶段对积温的需求影响出苗日期。在各站点平均值的空间分布上，播种-出苗阶段积温在麦区东部较高，西部则较低；东部出苗晚，西部则较早。相关性分析表明，播种-出苗阶段积温与出苗呈显著正相关关系。但在1993-2013年，冬小麦播种-出苗阶段积温和出苗期分别在11%和26%站点上变化显著，播种-出苗阶段积温和出苗期在时间上的变化存在差异。表明播种-出苗阶段积温需求的改变将影响冬小麦的出苗，但播期、播种深度、温度、土壤水分状况等因素对出苗期仍有较大的影响[4, 24-25]。

对生育期与生育阶段积温进行相关性分析可知，返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期与越冬期负积温的相关性最大，且均呈极显著负相关。在空间分布上，麦区东部站点越冬期负积温的多年平均值多大于区域平均，拔节、抽穗、乳熟和成熟期早于区域平均日期的站点主要位于麦区东部的河北、北京和天津境内，整体均存在东西部差异。在时间尺度上，越冬期负积温在42%的站点上显著增加，且均位于麦区东部，西部站点变化不显著；麦区东部多个站点冬小麦的返青、乳熟和成熟期呈显著推迟趋势，西部站点的变化则多不显著；拔节期显著推迟的站点位于麦区东部，显著提前的站点位于麦区西部。可以看出，越冬期负积温与冬后多个生育期呈现一致的时空变异特征。已有研究指出，越冬期负积温影响冬小麦的生理代谢和形态建成，负积温越多，冬小麦越易发生冻害，根系吸水慢，发芽迟，影响返青和拔节成穗[26-29]。综上所述，越冬期负积温影响冬小麦冬后的生长发育，其时空变异性可能是造成冬后生育期在时空上存在差异的原因。

越冬期负积温与返青、拔节、抽穗、乳熟和成熟期的相关性在空间上差异较大。越冬期负积温与抽穗、乳熟和成熟期显著相关的站点多位于麦区东部，在西部站点上的相关性则多不显著，与返青和拔节期则普遍呈显著负相关关系。因此，麦区东部冬小麦越冬期负积温普遍显著增加可能是造成返青、拔节、乳熟和成熟期推迟的原因。此外，为适应气候变暖而使用冬性减弱、热量需求增加、开花与成熟较晚的品种[2, 30]，可能也导致了冬后生育期的推迟。但东部站点的抽穗期变化均不显著，可能是由于越冬期负积温增加使抽穗期推迟，而返青-拔节阶段积温增加和拔节-抽穗阶段积温减少使抽穗期提前共同作用的结果。西部多数站点的越冬期负积温与冬后生育期相关性不显著，一方面可能是西部站点的越冬期负积温变化幅度较小导致，另一方面也说明这些相关性不显著站点的抽穗、乳熟和成熟期变化的主要因素不是越冬期负积温。

冬小麦各生育阶段积温与冬后多个生育期的相关性显著，但相比于越冬期负积温，其相关性均较低。这可能是由于在各生育阶段内，冬小麦对积温的需求影响其生长发育，同时，生育期在很大程度上可能也受生长前期的热量条件、光照、土壤水分状况及施肥等因素的影响[31]，特别是冬小麦在返青-拔节阶段受光周期效应的影响尤为显著[25]，拔节-乳熟阶段又是冬小麦的需水关键期[32]。冬小麦在抽穗-乳熟阶段主要进行灌浆，此阶段的积温与乳熟期呈极显著正相关。并且，东部多数站点抽穗-乳熟阶段积温显著增加，乳熟期也多显著推迟。表明抽穗-乳熟阶段的热量需求增加使乳熟期推迟，乳熟较抽穗期推迟幅度大使抽穗-乳熟阶段延长，延长了灌浆时间。Fernández等[33]研究指出，灌浆期的长度与千粒重呈正相关关系。可知，抽穗-乳熟阶段积温的增加有利于提高千粒重，增加产量。因此，选育抽穗-乳熟阶段积温需求高的品种可能是适应气候变化的有效措施[2, 14]。

由于本研究收集的冬小麦生育期观测站点及其资料的时间序列有限，分析结果可能与实际有差异。此外，冬小麦生育期的变化受光、温、水等多种气候要素的影响，而本文只进行了生育阶段积温的影响分析，在未来应进一步分析生育期对多种要素变化及要素间互作效应的响应，并探究冬小麦不同生育期阶段积温的变化对其品质和产量的影响。

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Responses of Winter Wheat Phenology to Accumulated Temperature during Growing Periods in Northern China Wheat Belt

MA Qian-qian，HE Yong，ZHANG Meng-ting，ZHANG Cong，XU Yin-long

（Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China）

Based on data collected from 19 agro-meteorological stations located in the winter wheat belt of Northern China from 1993 to 2013, this study analyzed temporal and spatial variability of winter wheat phenology and accumulated temperature in each growing period. Pearson correlation analysis and other methods were used to analyze the effects of accumulated temperature in each growing period on winter wheat phenology. The results showed that,（1）the spatial distribution of ≥0℃accumulated temperature during sowing to emergence and regreening to jointing periods along with the negative accumulated temperature value during the overwintering period (NATop) increased from east to west, and ≥0℃ accumulated temperature during jointing to heading, heading to milk-ripe, milk-ripe to maturity and sowing to maturity periods increased from southeast to northwest, while the distribution during emergency to start of overwintering period was contrary. The ≥0℃accumulated temperature for jointing to heading and milk-ripe to maturity periods decreased significantly at 21% of the investigated stations. The value of NATop, ≥0℃accumulated temperature during regreening to jointing, heading to milk-ripe and sowing to maturity periods increased significantly at 42%, 26%, 37% and 21% of the investigated stations, respectively. The variations of ≥0℃ accumulated temperature during sowing to emergency and emergency to the start of overwintering periods were much smaller. (2) Sowing and emergency date in the east was later than the counterpart in the west, of which variation trend was contrary to heading, milk-ripe and maturity date. Start of overwintering date in the southeast was later than the counterpart in the northwest, of which variation trend was contrary to regreening date. The stations of earlier jointing date were mainly located in the east. Sowing, emergency, regreening, jointing, milk-ripe and maturity date delayed significantly at 21%, 16%, 37%, 26%, 42% and 21% of the investigated stations, respectively. And most of these stations were in the east of the study area. Overwintering and heading date changed significantly only at 5% of the investigated stations. (3) Correlation analysis showed that the correlation between ≥0℃ accumulated temperature (or NATop) and multiple development stages was significant, which indicated that the growth and development of winter wheat might be directly or indirectly influenced by the accumulated temperature during growing periods. The NATop had the highest correlation with regreening, jointing, heading, milk-ripe and maturity date, and showed consistent spatiotemporal variation characteristics with multiple post-winter development stages. Spatiotemporal variability of the NATop might be the factor that caused spatiotemporal variations of winter wheat post-winter phenology.

Winter wheat; Phenology; Accumulated temperature requirement; Negative accumulated temperature during the overwintering period; Northern China winter wheat belt

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.04.003

马倩倩,贺勇,张梦婷,等.中国北部冬麦区小麦生育期对生育阶段积温变化的响应[J].中国农业气象,2018,39(4):233-244

2017-08-22

。E-mail: heyong01@caas.cn; xuyinlong@caas.cn

国家科技支撑计划项目(2013BAC09B04)；国家基金委青年科学基金项目(41501118)

马倩倩（1992-），女，硕士生，研究方向为气候资源与气候变化。E-mail: maer12366@163.com