豫东地区小麦生育期气候演变特征及光温水协调性分析

孟自力，朱 倩，闫向泉，倪雪峰，朱 伟

（商丘市农林科学院，河南 商丘 476000）

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。据IPCC（政府间气候变化专门委员会）第4次评估报告，1906—2005年全球平均表面温度升高了0.74℃，而中国气温上升了1.1℃，高于全球平均水平，导致我国近20 a来极端性天气多发频发[1-4]。农业对气候反应最为敏感，气候变化对其生产影响显著，特别是近年来全球气候的异常变化，引起农业生产与气候资源供需矛盾加剧、农业病虫害发生规律发生变化，有专家预测，到2030年，如果不采取任何措施，我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，气候要素平均值的变化与气候极端事件（灾害）的发生概率之间，很大程度上存在着某种非线性关系，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[5-8]。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、玉米的第三大粮食作物，常年种植面积约占粮食作物总面积的22%，总产约占粮食总产的21%[9-11]，对于维护国家粮食安全和社会稳定意义重大。可见，小麦生育期气候变化的研究至关重要，涉及区域多集中在河北、山西、山东、湖北等华北、华中地区[12-14]，内容分析多为光温水对产量影响和预测方面，而对我国粮食主产区之一的黄淮南片中部麦区未见系统的报道。

商丘地区地处黄淮南片中部麦区腹地，其气象资料能有效反映黄淮中部麦区的普遍气候情况[15]。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[8]，对河南省乃至全国的粮食安全十分重要。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，未涉及气候变暖的内容[16-18]，以至于商丘市小麦主要气象因子演变趋势未见研究。

因此，依据该区1963—2012年的气象资料和多年抗灾栽培试验，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，商丘区域近50 a小麦自然条件、气候特点及主要气象因子的演变趋势。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 材料和方法

1.1 材料来源

本研究采用的资料包括气象资料、小麦生育期资料。

1.1.1 气象资料 本研究采用的气象数据来源于商丘市辖区永城、夏邑、虞城、梁园、宁陵、柘城、民权、睢县8个县级气象观测站1963—2010年的气象资料，由商丘市气象局提供。

1.1.2 小麦生育期资料 数据采用1985—2010年商丘农林科学院所承担的河南省小麦区试参试品种的平均日期记录。

1.2 研究方法

1.2.1 统计法 利用Excel 2003软件将所有气象数据整理，分别求出不同年份商丘市全年、小麦生育期（10月份到翌年5月份）、旬的日照时数、积温、降水量总和及平均值，而后用Excel 2003和DPS软件将所有气象数据统计、分析，求出线性趋势。

1.2.2 比较法 对商丘市辖区永城、夏邑、虞城、梁园、宁陵、柘城、民权、睢县8个县小麦生育期的平均气温和降水总量进行比较，了解不同县区之间的差异。

2 结果与分析

2.1 日照时数变化特征

由图1可知，小麦生育期日照时数呈逐渐减少的线性趋势，平均每10 a减少63.3 h，但1978年以前日照时数较其后减少的线性倾向不明显，1983年以后日照时数较其前年际间变化较大，由以上分析结果可知，近45 a来，商丘地区小麦生育期日照时数呈逐渐减少线性倾向，以20世纪80年代初以来减小幅度加大，且年际间变化加剧。

1963—2010年小麦生育期日照时数各旬线性回归分析结果如表1所示。由表1中各旬回归系数乘以10计算出每10 a各旬减少的日照时数，然后统计小麦不同生育时期各旬减少的日照时数之和，日照时数平均每10 a在小麦生育前期（10月至第2年2月中旬）减少41.6 h，生育期中期（2月下旬至4月中旬）减少5.72 h，生育后期（4月下旬至5月下旬）减少7.6 h。由以上分析可知，小麦生育前期日照时数减少幅度最大，生育后期次之，中期最小。

表1 1963—2010年小麦生育期旬日照时数线性回归分析结果

2.2 气温变化特征

1963—2010年小麦生育期平均气温变化情况如图2所示。从图2可以看出，平均气温年度间总体上呈上升线性趋势，平均每10 a升高0.25℃，其中，在1993年以前，平均气温变化相对平稳，其后距平逐渐增大，上升幅度显著。从5 a滑动平均曲线来看，1983年以后，平均气温开始呈上升趋势。以上分析表明，商丘地区小麦生育期平均气温在20世纪80年初期开始上升，其中，20世纪90年代以后，平均气温开始以较大幅度上升，对小麦生产产生影响加大。

1963—2010年10月至第2年5月份的线性回归分析结果列于表2。从表2可以看出，5月份回归系数为负值，10月至第2年4月回归系数为正值，2月份回归系数最大，3月份次之。从各生育阶段的分布来看，生育中期旬平均气温上升幅最大，平均每10 a上升0.29℃；生育前期次之，平均每10 a上升0.16℃；生育后期气温变化不大，平均每10 a下降0.03℃。分析结果表明，小麦生育期平均气温的逐渐升高，是以播种期（10月）、越冬至开花期（12月至第2年4月份）平均气温逐渐升高为主要特征，其中，返青至拔节期（2—3月）气温上升幅度最大。由此看来，商丘地区暖冬春暖年份将增多，有利于小麦形成壮苗，但也使拔节提早年份增多，田间蒸发量加大，春季幼穗分化进程加快，小麦冻害和干旱发生的风险加大。

表2 1963—2010年小麦生育期平均气温线性回归分析结果

2.3 降水量变化特征

1963—2010年小麦生育期降水量距平变化如图3所示。由图3可知，降水量距平曲线年际间变化较大，但线性趋势上较为平稳，平均每10 a增加0.7 mm；从5 a滑动平均曲线来看，1968—1973年降水呈增加趋势，1978—1993年降水相对平稳，1993—1998年降水呈增加趋势，1998—2008年降水呈下降趋势。由以上分析可知，随着小麦生育期平均气温的逐渐升高，降水量增减趋势不明显，年度间变化相对平稳，尤其是近10 a降水量年度间差异变小。

1963—2010年度小麦生育期各旬降水量线性回归分析结果如表3所示。从表3可以看出，小麦生育前期、后期降水量均呈增加趋势，平均每10 a分别以1.7，2.8 mm的速度增加，而生育中期降水量则呈减少趋势，平均每10 a减少3.4 mm，具体到各生育阶段来看，播种—出苗期（10月）和返青至开花期（2—4月）降水量的逐渐减少，冬前分蘖期（11月）、越冬前期（12月）和灌浆期（5月）呈逐渐增加，表明上述趋势对小麦顺利出苗、有效穗数和穗粒数的增加较为不利；对小麦安全越冬和籽粒灌浆较为有利。

表3 1963—2010年小麦生育期降水量线性回归分析结果

2.4 生育期光温水资源协调性分析

从图4可以看出，小麦生育期内旬平均光照时数、气温和降水量变化趋势基本上同步，呈倒抛物线型，其中，10月上旬至11月下旬，光温水均保持较高水平，而此期小麦正值出苗和分蘖，需要较多的光温水；12月中旬至2月中旬，是小麦的越冬期，小麦生长缓慢或停止生长，而此时外界的光温水最少；4—5月份是小麦生长最为旺盛的时期，光温水最多，表明光温水变化趋势与小麦生长发育需求规律基本一致，可以满足小麦的生长发育。

3 结论与讨论

黄淮中部麦区小麦生育期内旬平均光照时数、气温和降水量变化趋势基本同步，均呈倒抛物线曲线，与小麦生长发育需求规律基本一致，能够满足小麦的生长发育需要。但该期的平均气温、光照时数和降水量在全球气候变暖背景下，也在呈现着线性的变化趋势，其中，平均气温呈升高的趋势发展，即10a升高0.29℃，高于全年的每10a上升0.13℃的升温幅度，而降水量和日照时数呈减少的趋势发展，即10 a分别减少6.27 mm，59.4 h，均低于全年相应值；1991—2010年小麦生育期平均气温较1963—1990年的平均值和常年值分别提高0.76，0.84℃，降水量较1963—1990年平均值减少8.35mm，较常年增加6.51 mm，而日照时数较1963—1990年的平均值和常年值分别减少128.34，165.1 h。

小麦生育期光温水在商丘地区时空分布存在较大的相关性，其中，季节分布特征表现为平均气温小麦返青至孕穗期上升幅度大，其他生育时期上升幅度小，日照时数生育中期减少幅度小，生育期前期和后期减少幅度大，而降水量播种期间和返青至开花期减少，越冬期和灌浆期增多。由此可以预测，小麦播种期间，日照减少，有利于减少土壤水分蒸发，但降水量减少，气温升高，则增加了此期干旱发生的频率，影响小麦的出苗质量；返青至孕穗期是小麦对肥水需求量最大的阶段，此期气温升高，日照增多，降水减少，有利于小麦积累较多的干物质，促进小麦生长发育，但不利于形成大穗，且易造成早春干旱；灌浆期降水量增加，光照减少，有利于减轻干旱和干热风的危害，但易造成后期病虫为害加重。