商丘市气候变化对小麦生长发育及产量的影响

孟自力,闫向泉,朱倩,倪雪峰,陈昆,朱伟

摘要 利用商丘市1964—2010年气象资料和1985—2010年商丘市农林科学院区试记录，确定各年型适宜播种期、气象学越冬期、生产越冬期、返青期、拔节期、抽穗期和成熟期，依据1985—2010年的小麦产量统计结果，利用多元回归分析方法，分析了小麦气候产量和光、温、水与小麦产量的相关性。结果表明，随着气温的升高，日照时数的减少，该区小麦播种期、越冬期、成熟期呈推迟趋势，返青期、拔节期和抽穗期呈提前趋势，致使小麦全生育期和越冬期缩短、灌浆期延长，产量受气候的影响逐渐加重。小麦实际产量与生育期活动积温呈极显著正相关，与日照时数、降水量呈负相关，其中与日照时数相关性显著；高温和干旱胁迫均抑制了籽粒灌浆速率，使最大灌浆速率出现时间提前，灌浆持续期缩短，导致籽粒干物质积累量下降，粒重降低；其中积温是影响小麦产量的主导因子。

关键词 气候变化；小麦；生长发育；产量；影响；商丘市

中图分类号 S162.5+3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）06-0139-03

Influence of Climate Change on the Growth and Yield of Wheat in Shangqiu City

MENG Zili，YAN Xiangquan，ZHU Qian et al （Shangqiu Academy of Agriculture and Forestry， Shangqiu，Henan 476000）

Abstract Using the meteorological data in Shangqiu City from 1964 to 2010 and the district trial records of Shangqiu Academy of Agriculture and Forestry during 1985-2010， the suitable sowing period， the winter beginning in meteorology， the winter beginning of production， returning green stage， jointing stage， heading stage and mature stage were determined.Based on the statistics of wheat yield from 1985 to 2010， the correlation between wheat climatic yield and sunshine， temperature， rainfall and wheat yield was analyzed by multivariate regression analysis.The research showed that with the increase of temperature and decrease of sunshine hours， the sowing period， wintering period and mature stage of wheat in this area were delayed， and the returning green stage， jointing stage and heading stage of wheat showed a premature trend， resulting in the shortening of the whole growth period and wintering period of wheat， the filling stage was prolonged， and the yield was gradually aggravated by the climate.The actual yield of wheat was extremely significantly and positively correlated with the accumulated temperature during the growth period and negatively correlated with the sunshine hours and precipitation，among them， the correlation with sunshine hours was significant.Under high temperature and drought stress， the grain filling rate was inhibited， the maximum filling rate appeared ahead of time， and the duration of grain filling shortened， which led to the decrease of grain dry matter accumulation and grain weight. The accumulated temperature was the dominant factor affecting wheat yield.

Key words Climate change；Wheat；Growth and development；Yield；Influence；Shangqiu City

世界糧食安全形势极为严峻。目前粮食安全面临人口增长、土地和淡水限制、气候变化三大挑战，供需矛盾正在加剧。据国家粮食局调控司司长卢景波预测，2020年国家的粮食缺口300亿kg/a[1]。粮食生产与气候变化密切相关。近百年来，由于全球工业化迅速发展，温室效应加剧，气候变暖趋势已变得不可逆转[2]。有专家预测，到2030年，如果不采取任何措施，中国的农业生产能力在总体上会下降 5%～10%，到 21 世纪后半期，中国主要粮食作物的产量将下降 37%，这将增加我国粮食产业可持续增长的风险，严重威胁我国的粮食安全。大量研究表明，温度、降水等气象因子的微小变化，也可能导致灾害性天气的发生频率显著增加，使农业生产遭受重大损失[3]。因此，深入研究气候变化规律对粮食生产的影响，及时采取应对措施，克服气候变化异常等不利因素，是保障国家粮食安全的重点研究内容。

小麦是我国仅次于水稻、玉米的第三粮食作物，常年种植面积约占粮食总面积的22%，总产约占粮食总产的21%，对于维护国家粮食安全和社会稳定意义重大[4]。由于小麦生产是在开放的生态环境中进行，研究生态环境对小麦生长的影响以及探讨气象灾害的发生规律，一直是农业应用气象、小麦栽培和生产上的研究热点。研究区域多集中在河北、山西、山东、湖北等华北、华中地区，研究内容多为光温水对产量影响和预测方面[5-6]，而对我国粮食主产区之一的黄淮南片中部麦区，尤其是商丘地区气候演变、气候变化对小麦生育期和产量影响鲜见系统的报道。

商丘地区地处黄淮南片中部麦区腹部（33°43′～34°52′ N、114°49′～116°39′ E），其气象资料基本上可以代替黄淮中部麦区的平均气候情况。商丘是国家现代农业核心示范区，常年粮食产量60亿kg左右，约占全国的1/90、河南省的1/9，其中麦播面积近60万hm2，总产约40亿kg，商品粮调出量约30亿kg，对河南省乃至全国的粮食安全十分重要[7]。但由于位于气候带界线（淮河）附近，气候多变，引起小麦产量的年际间显著波动，虽然前人对商丘气象因子与小麦关系开展过研究，但研究资料较少、试验方法单一，时间多在20世纪80—90年代，内容多是气候变化对小麦生长发育的影响和小麦冻害的研究结果，或是对全年气温时空变化特征、汛期降水量进行分析[8]，未涉及气候变暖，以致气候变化对生育期和产量影响及其预测鲜见报道。因此，笔者依据该区1964—2010年气象资料和多年区试试验资料，从确保粮食安全、趋利避害的角度入手，分析全球气候变暖背景下商丘区域小麦自然条件、气候特点及主要气象因子的演变趋势，解析气候变化对小麦生育期、产量的影响，对增强该区生产抗灾能力、稳定提高单产、增加农民收入、促进农村经济发展有着重要的现实和战略意义。

1 气候变化对小麦生长发育的影响

1.1 对适宜播种期的影响 由表1可知，在20世纪60、70和80年代半冬性品种和弱春性品种适宜播种期随年代推进呈逐渐提前趋势，平均提前1～2 d/10 a；20世纪90年代以来，适宜播种期则呈逐渐推迟趋势，平均推迟2～3 d/10 a。由此可知，20世纪90年代以前，半冬性品种和弱春性品种适宜播种期则随年代推进呈逐渐提前趋势；20世纪90年代以后，半冬性、弱春性品种适播期均呈逐渐推迟趋势。

1.2 对主要生育时期的影响 由表2可知，气象学越冬期、生产越冬期、成熟期分别以4.41、0.73和0.76 d/10 a的速度推遲，返青期、拔节期和抽穗期则分别以2.86、0.65和2.06 d/10 a的速度提前。由以上结果可看出，小麦越冬期、成熟期呈逐渐推迟，返青期、拔节期和抽穗期呈提前趋势，使小麦越冬期和全生育期缩短，灌浆期延长，有利于千粒重高的品种增产。

2 气候变化对小麦产量的影响

2.1 对气候产量的影响 从图1可看出，日照、温度和降水量对小麦气候产量变化不明显。由此可知，气候产量与小麦实际产量相对稳定。

2.2 光温水与实际产量的相关性分析 分析1985—2010年光、温、水与实际产量的相关性发现，小麦实际产量与日照时数、活动积温和降水量的相关系数分别为-0.488 4、0.674 3、-0.132 8，且与活动积温的相关性极显著，与日照时数相关性显著。由此可知，小麦实际产量与生育期活动积温呈极显著正相关，与日照时数、降水量呈负相关，其中与日照时数的相关性显著。

从1985—2010年小麦生育期光、温、水对产量的通径系数（表3）可看出，在主要气象因子中，有效活动积温对小麦产量直接作用系数为0.491 7，通过日照时数间接作用系数为0.179 6，通过降水量间接作用系数为0.003 0。日照时数对小麦产量直接作用系数为-0.399 2，通过有效活动积温间接作用系数为-0.221 2，通过降水量间接作用系数为0.132 3。降水量对小麦产量直接作用系数为-0.306 2，通过有效活动积温间接作用系数为-0.004 9，通过日照时数间接作用系数为0.174 6。由此可知，主要气象因子中，活动积温对产量的直接作用为正效应，作用最大，通过日照时数和降水量间接作用亦为正效应，作用相对较小；日照时数和降水量对产量的直接作用均为负效应，通过活动积温间接作用亦为负效应，表明活动积温是影响单位面积产量的关键因子，而日照时数和降水量是次要因子，即日照时数多，则气温较高，降水量少，田间易产生干旱；日照时数少，则降水量多，气温低，田间易产生渍害，进而影响小麦的根系吸收能力和植株生长发育。

为了综合反映光、温、水对小麦产量的影响，采用多元线性回归得出以下方程y=0.355 5 x1-0.396 1x2-0.459 4x3+129.057 5（y代表小麦产量；x1代表活动积温；x2代表日照时数；x3代表降水量），采用多元逐步回归法将三因素与产量进行拟合，结果只有活动积温入选，拟合方程为y=0.738 45+0.674 3x1（y 代表小麦产量；x1代表活动积温）。从以上分析结果可以看出，与小麦产量关系最为密切的是活动积温，活动积温多，单位面积上的穗数多，产量高；反之，单位面积上的穗数少，产量则低。表明活动积温是影响小麦产量的主导因子。

3 结论与讨论

气候变暖对小麦生育期和产量产生了较大的影响。光照、气温和降水是影响农业生产的主要气象因子，其通过各种直接和间接过程与小麦相互作用、相互影响。该研究发现，气象因子变化使小麦的播种期、越冬期、成熟期呈推迟趋势，分别推迟1.0～3.0、0.7～4.4、0.7 d；而返青期、拔节期和抽穗期呈提前趋势，分别提前2.9、0.6、2.1 d，从而使小麦全生育期和越冬期缩短、灌浆期延长；气候对小麦产量的影响呈加重趋势，产量与活动积温呈正相关，与降水量和日照时数呈负相关，活动积温是形成小麦产量的主导因子。

有关小麦生育期气象因子的变化趋势很多专家已经做了相关研究，并且观点与该研究结果一致，曹倩等[9]研究指出，冬小麦主产区近50年冬小麦生育期内积温呈明显的增加趋势，黄淮麦区降水总的变化趋势不显著，但不同区域与不同时段降水分布不均，仍然是影响小麦生产的一大问题；武建华等[10]研究发现，商丘、驻马店、周口不同时段的降水偏少或偏多均对小麦有一定的不利影响。在气象因子对小麦物候期的影响方面，路欣等[11]研究发现，商丘市受冬季积温增加的影响，小麦的适播期也比以前推迟了10～15 d；成林等[12]分析发现，河南省冬小麦全生育期长度呈缩短趋势，与该研究的结论一致。在气象因子变化对小麦产量的影响方面，在黄淮海地区，田展[13]分析发现在不考虑CO2直接肥效的情况下，黄淮海农业区雨养小麦全面减产，但是没有按照气象因子分开来评测。周林等[14]分析得出，黄淮中部由于降水远小于小麦生育期的需水量，气温升高加快了冬小麦的生长发育速率，缩短了生育历程；土壤水分适宜状态下，适度升温有利于冬小麦生长及产量的提高；但在土壤水分亏缺时，温度升高使其叶面积指数增高，CO2同化能力增强，但加大了土壤蒸发，使小麦生长中、后期水分亏缺加重，小麦绿叶同化能力降低，最终使产量下降，说明光温水协调性对小麦产量影响的重要性。

参考文献

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