1971-2015年烟台冬小麦不同生育期温度变化

刘书畅　董心怡　潘仕梅　宋俊芬　王学芬　衣淑玉

摘要：旨在分析不同生育期温度变化对冬小麦的影响，基于1971-2015年烟台平均气温资料，利用线性倾向率和M-K检验，分析气温的年际变化趋势、年代变化率和突变点。结果表明：烟台冬小麦全生育期、营养生长期、营养生长和生殖生长并生期（并生期）和生殖生长期温度均明显增加，线性倾向率依次为0.15℃/10 a（P

关键词：平均气温;冬小麦;生育阶段;Mann-Kendall检验;趋势分析;烟台

中图分类号：P467

文献标志码：A

论文编号：cjas19040024

0 引言

近年来，全球气温变暖加快，IPCC第五次评估报告指出，全球平均气温在过去130年（1883-2012年）升高了0.85℃，农业气象灾害发生概率增加，给生产生活带来的直接损失和潜在影响不可估量，威胁人类生存发展。

近几十年来，由于空间尺度、地理位置以及品种的不同，使得气温对小麦产量研究的影响更加复杂，因此，温度已经成为影响小麦产量的主要因素，受到国内外学者广泛关注。国外学者研究发现过去几十年中气候变暖使得全球小麦产量下降，但不同国家和地区的影响程度又存在差异。国内学者对重要农业区（如华北地区和西北地区等）的小麦生育期的最高最低气温、有效积温等进行过分析，并得出有益于当地提高产量、防灾减灾的建议。如胡洵瑀等研究表明，华北地区冬小麦全生育期最高温度显著增加，且越冬一返青、返青一拔节、拔节一开花期升温明显;马姗姗认为，温度的升高有利于提高宁夏小麦冬前有效积温，对提高产量有利，但在一定程度上增加了初夏遭遇干热风的风险;肖登攀等通过研究冬小麦对温度敏感度，得出在出苗一抽穗阶段温度升高对产量影响为正效应，而抽穗一成熟阶段高温则对小麦生长不利的结论。

烟台属暖温带半湿润季风气候区，是全国著名的粮、果生产基地，冬小麦是烟台的主要粮食作物之一，近年来全球性的气候异常使作物生长受到很大影响，自2014年汛后到2017年初夏，烟台地区高温事件频发，高温持续时间增加，小麦生产受干热风影响加剧，作物品质、产量都有不同程度下降。目前较多学者仅局限于对于本区域温度变化特征的研究，而关于冬小麦各个生育期的温度变化特征分析相关研究还未发现。因此，本研究利用滑动平均法、M-K检测、线性倾向率等方法，研究烟台市1971-2015年冬小麦不同生育阶段的温度变化特征，以期为促进当地小麦的高产和稳产提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

烟台位于山东半岛北部，毗邻渤海，地形整体起伏和缓，气候温暖，物候期分明。良好的水热环境适宜多种农作物生长发育，孕育了远近闻名的粮食生产基地、果品生产之乡，其中小麦的种植面积以及总产量位居全省前列。烟台市2017年全年粮食播种面积31.81万hm2，其中小麦播种面积13.67万hm2，小麦产量占粮食总产量的86.67%。目前烟台地区冬小麦栽种品种主要包括‘烟农24’、‘鲁麦21’、‘烟2415’等，且种植面积基本在1.3万hm2以上。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源及生育期划分本研究以烟台市气象局1971-2015年月平均气温数据（烟台站和招远站）作为研究基础。根据当地冬小麦的生长特点，将整个生长期分为3个阶段，即营养生长期（去年10月1日-2月28日）、营养生长期和生殖生长期（简称并生生长期，当年3月1日-4月30日）、生殖生长期（当年5月1日-6月30日）。

1.2.2 数据处理方法本研究采用一元线性回归法和五年滑动平均法分析冬小麦各生育期以及全生育期的温度特征，对时间序列与各生育期温度之间的相关性进行显著性检验（a=0.05，a=0.01），采取比较法分析不同年份的温度变异性。同时，采用Mann- Kendall检验法讨论了烟台1971-2015年气温的突变情况。

2 结果与分析

2.1 冬小麦各生育期平均温度变化特征分析

2.1.1 际变化趋势本研究分析烟台冬小麦各生育期的温度变化特征（图1—4）。由图1可以看出，营养生长期最高平均温度和最低平均温度分别为5.4℃和2.5℃，分别出现在2015年和2008年。在研究期间，温度波动频繁，滑动曲线出现2个波谷（1985年前后和2010年前后）;1990-2005年温度较高，但波动较小。由图2可知，并生期平均温度在1995年之前变化幅度不大，但在1995年后波动较大，在2000年出现峰值，在2010年出现低谷。如图3生殖生长期所示，平均温度整体呈现波动上升趋势，其中1970s和1990s温度相对較低，1980s和21世纪以来温度相对较高。由图4可知，全生育期温度总体呈现小幅上升趋势，1970s变化幅度不大，20世纪80年代中期至21世纪初期缓慢上升，2010年后又有所回落。

由小麦各生育期和全生育期的5年滑动平均曲线得知，各生育期的平均温度均呈上升趋势。营养生长期、并生期、生殖生长期平均温度随年份上升速率依次为0.12、0.21、0.28℃/10 a，其中营养生长期温度随年际变化显著（P<0.05），并生期和生殖生长期的温度与年份的相关性极显著（P<0.01）;全生育期以每10年升高0.15℃的速度增长，线性趋势极显著（P<0.01）。营养生长期温度升高会影响茎蘖数量，为成熟期提供良好的基础;生殖生长期平均温度升高，将促使灌浆期提前，干粒重下降，影响果穗的质量。

2.1.2 年代变化特征分析本研究对烟台冬小麦不同年代各个生育期及全生育期的平均温度进行比较分析（表1）。如表l所示，营养生长期温度相对变率最大值出现在1990s（10.32%），最小值（4.11%）出现在2010-2015年期间，结合年际变化分析可知，1990s温度出现较大峰值，导致该年代温度相对变率较大;并生期温度相对变率的最大值和最小值分别出现在1970s（7.13%）和2010-2015年（1.36%）;生殖生长期温度相对变率的最大值出现在1970s（2.96%），最小值出现在1980s（0.09%）;全生育期的温度相对变率在1970s出现最大值（5.35%），1980s出现最小值（1.51%），总体呈现波动下降趋势。

通过对3个生育期的横向对比发现，营养生长期平均温度的变异系数最大为17.27%，生殖生长期最小为3.94%，这说明生殖生长期的平均温度变化小，而营养生长期的温度变化大，这与年际变化分析结果基本一致。全生育期的变异系数为8.05%，变异程度较小，表明整个生长期温度年代变化较稳定。各个时期（包括全生育期）的平均温度相对变率均在2000年后出现减小的趋势，说明在进入21世纪后平均温度年代变化总体趋于稳定。

2.2 冬小麦各生育期平均温度突变点分析

本研究采用M-K检验法，对烟台市1971-2015年各生育期以及全生育期的平均温度进行突变检测（见图5—8）。结果表明，小麦营养生长期、并生期和生殖生长期的突变时期分别发生在1987年、1991年和1981年;全生育期平均温度在1982年发生突变，与生殖生长期发生突变的年份相近，这说明生殖生长期温度突变对全生育期温度突变影响较大。

由图5—8可知，自1970s以来，冬小麦各个生育期以及全生育期的温度总体呈现增暖的趋势。从图5可见营养生长期的UF曲线升高后降低再升高再降低，在1994年后显著升高，超出了显著水平0.05的临界线，2007年后又急剧降低，根据UF和UB曲线交点位置，确定突变年份为1987年;从图6可见并生期UF曲线在1987年前波动下降，1987年后缓慢增加并在1991年与UB相交，2001年突破临界线后显著上升，确定突变年份为1991年;从图7冬小麦生殖生长期统计量曲线可见，1980s早期UF值先上升后下降，且和UB出现多个交点，经滑动f检验检测（N=5，∣t∣>t0.05=2.21; N=7，∣t∣>t0.05=2.81）综合分析，确定突变年份发生在1981年。从图8全生育期冬小麦UF变化可以发现，1986年UF值开始缓慢上升，并于1995年后显著升高，超过了显著水平0.05临界线，这表明2000年以来小麦全生育期增暖趋势显著，根据UF和UB曲线交点位置，确定突变年份为1982年。

2.3 温度变化对冬小麦各生育期的影响

冬小麦全生育期的积温为3600—4200℃，年平均气温为11～14.2℃。冬小麦生长的下限温度为O℃，上限温度为30℃，而温度变化对其生长发育以及产量的影响是正效益还是负效应，由每个生育期最适温度决定。烟台市冬小麦营养生长期、并生期、生殖生长期的平均气温为4.3、8.6和20.3℃，均在冬小麦各生育期的最适温度范围内。烟台市冬小麦营养生长期的平均气温呈现显著升高的趋势，而营养生长期的气温偏高會影响冬小麦分蘖和营养积累，有利于弱苗形成壮苗，但冬性强的小麦会难以通过春化，这对于冬性小麦从营养生长到生殖生长的过渡不利。并生期（返青一抽穗期）是影响小麦产量的关键期，此期连续10天以上低于10℃将有利于增加穗分化时间，增加穗粒数和有效茎蘖数。烟台市1990s前冬小麦并生期的平均气温为8.2℃，2000年后的平均气温为8.9℃，这说明该时期的温度条件对冬小麦生产长期有利。生殖生长期的温度是否适宜直接影响小麦穗粒数。烟台市该时期气温除1970s之外的其他年代都等于或稍高于最适温度，且有逐年代增加的趋势，这将对冬小麦的小花数目和果穗饱满度产生不利影响。

目前，烟台地区冬小麦种植受温度升高影响严重，成熟期遭遇初夏干热风以及病虫害爆发的概率加大。2016年受高温及干旱影响，小麦为主的夏粮产量80.66万t，比2015年减少l5.7%，粮食面积和总产双下降。因此，为了适应全球气候变暖对烟台市冬小麦营养生长期的影响，应该结合近年来的温度变化趋势选取适应性强的小麦品种如‘烟农24’、‘济麦22’等，同时采取适当晚播、加强水肥管理等方式促使冬小麦正常通过春化，增加壮苗数量。营养生长期温度升高会导致病虫害加剧，故应考虑采取相应措施，加强防治，适时采收。收获期应重点防范干热风，在小麦成熟前10天左右适度灌溉，从而降低温度，提高近地面空气湿度，减少干热风破坏。

3 结论与讨论

3.1 结论

（1）温度变化对烟台冬小麦生长发育有着重要影响。研究期内，全生育期10年内增暖0.15℃，低于华北地区平均水平（0.40℃/10a）以及全国的气温平均变化率（0.22℃/10 a）。营养生长期、并生期和生殖生长期温度均有不同程度升高（分别为0.12、0.21、0.28℃/10 a）。其中，营养生长期的温度年代变化幅度最大，呈现先上升后下降的趋势，温度变率最大、最小值分别为10.32%和4.11%;生殖生长期温度的年代变率变化幅度最小，极差为2.87%。冬小麦3个时期中生殖生长期的气温变异程度最小，温度变化较为稳定。

（2）烟台市冬小麦营养生长期、并生期、生殖生长期及全生育期的气温都发生突变，突变年份依次为1987、1991、1981、1982年。

（3）营养生长期温度升高会导致冬小麦难以通过春化，并生期和生殖生长期温度升高则导致收获期受干热风影响加大。应采用因时晚播、增强水肥管理以及改良选育耐热品种、植树造林改善生态环境等方法，以应对气候变暖对冬小麦造成的消极影响，确保烟台冬小麦可持续性的稳产、高产。

3.2 讨论

（1）本研究采用烟台市年平均气温作为研究基础，仅反映了一段时间的温度变化的平均水平，不能很好地反映极端事件发生对冬小麦产生的影响，因此将讨论高温、低温对于小麦整个生长期的影响。

（2）本研究是按照常年平均水平对冬小麦生育期进行划分，没有针对每年的具体不同生育时段的温度变化进行分析，因此结论具有一定局限性。