气候变化对宁南山区旱地胡麻产量及构成要素的影响

武万里，张瑞兰，王淑丽

1.中国气象局 旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏银川 750002； 2.宁夏气象服务中心，宁夏银川 750002；3.吴忠市气象局，宁夏吴忠 7511002

胡麻又称亚麻籽，是我国特色油料作物之一，含有丰富的脂肪、膳食纤维、蛋白质等，其有效成分，如α-亚麻酸、亚麻籽胶、亚麻籽蛋白和木脂素等活性物质，对人体有着良好的调节功效，具有预防和治疗癌症、心血管疾病、糖尿病等潜力[1]。随着经济的稳步增长和居民收入水平的不断提高，胡麻作为功能性、休闲性特色油籽食品和油脂日益受到消费者喜爱，使得中国胡麻消费需求不断增加，国内产需缺口不断扩大，国内有效供给明显不足，对国际市场依赖程度逐年攀升，我国也从传统特色油料出口国家转变为净进口国[2]。

胡麻是宁夏南部山区传统优质油料作物，且抗旱、抗寒、耐瘠薄，有着明显的区域优势，是全国6个胡麻主产区之一。近年来，受气候、市场、政策、产品等多重因素影响，胡麻种植面积逐年下降，总面积从最高峰的10万hm2缩减至2020年的 3.3万hm2，总产量也缩减到3.5万t，胡麻种植形势不容乐观[3]。近百年（1909—2011年）来，我国陆地区域平均增温0.9℃～1.5℃，尚处在近百年来气温最高阶段，区域极端天气气候事件发生频率增加，气候变化加大了油料作物生产的不稳定性。

根据Engledow 提出的作物产量构成的数量分析方法，作物产量可分解为3个构成要素（即：群体产量=小穗数×每穗粒数×千粒重）。胡麻小穗数还可分解为密度×株小穗数，因此，胡麻产量=密度×蒴果个数×果粒数×千粒重。围绕胡麻产量构成问题，李玥等[4-6]研究认为，在产量构成三因素之中，单位面积蒴果个数是胡麻生产中对产量影响最大的因素。周亚东[7]研究表明，产量构成因素对油用亚麻产量贡献的顺序为：收获株数＞每果粒数＞蒴果个数＞千粒重。焦振飞等[8]研究表明，对胡麻产量起正向作用的依次是单株生产力＞单株结果数＞株高＞分茎数。姚玉璧等[9-10]研究表明，降水量不变时，胡麻产量与气温呈负相关；气温不变时，胡麻产量与降水量呈正相关。

作物产量及构成要素的变化，受品种的特性、环境条件和栽培措施的影响，本研究基于1990—2020年胡麻定点观测产量资料，以及密度、蒴果数、千粒重等产量构成因素观测资料，引入同期气象观测资料,建立多元回归函数模型，定量分析气温、降水量等因子对我区干旱地区胡麻产量影响，为制定适应措施应对气候变化、保障食用油供给安全提供参考。

1 数据来源和分析方法

胡麻产量及产量构成要素观测资料来源于宁夏固原国家农业气象一级观测站胡麻生育状况观测记录人工观测资料，资料时间序列为1990—2020年，（其中，1992、2000年因观测地段胡麻发生严重干旱而翻种荞麦等其他作物而无观测数据，2013年因观测业务调整中断1年，2020年因胡麻土壤水分观测设备故障造成部分观测数据不可用），完整观测记录年份共28年。该站属典型的黄土高原半干旱气候，海拔高度1 753.0 m，年平均气温7.5℃，年降水量为423.0 mm，年均日照时数2 545.5 h。观测取样地段为旱地，未灌溉，品种以宁亚系列为主，耕作管理措施与大田相同，土壤水分观测资料，为逢8取土，取土深度为0～50 cm，产量及土壤水分观测方法参见《农业气象观测规范》。地面气象观测资料来源于宁夏气象档案馆，资料序列为1971—2020年，资料时长50年。使用Excel对原始数据进行初步处理，应用DPS统计分析软件采用多元回归等方法，建立气象环境因子与胡麻产量及密度、蒴果数、千粒重等构成要素之间的关系。

2 结果与分析

2.1 旱地胡麻生长季近50年平均气温和降水量的变化趋势

固原观测地段旱地胡麻播种到成熟主要经历的时段为4月上旬—8月上旬，以4月1日—8月10日为观测地段旱地胡麻生长季时段，统计分析1971—2020年生长季时段平均气温和降水量及变化情况（图1）。

1971—2020年固原旱地胡麻生长季时段平均气温15.3℃，呈现为上升趋势，倾向率为0.47℃/10年（图1-A）。生长季时段平均气温最低值为13.6℃，出现在1976年；生长季时段平均气温最高值为17.1℃，出现在2006年。1996年为气温突变年[11]，突变之前(1971—1995年)，其生长季的平均气温为14.6℃，突变之后（1996—2020年），其生长季的平均气温为16.1℃。从变化趋势来看，突变前后增温明显，突变后气温上升趋势减缓，但仍然处在高位震荡阶段，这与《第三次气候变化国家评估报告》相关评估结果相吻合[12]。

1971—2020年固原观测地段旱地胡麻生长季时段降雨量平均值为241.6 mm，占全年降水量的57.1%，生长季时段降雨量整体的变化表现为微弱的上升趋势，倾向率为5.3 mm/10年，降水量最大值为467.2 mm，出现在2013年，降水量最小值为118.3 mm，出现在2008年。从突变分析来看，多雨时段出现在1991—2000年和2011—2020年，少雨时段出现在1971—1979年和2001—2010年，突变不明显，更多体现为周期性变化。近15年来，胡麻生长季降水量变化体现为降水增多的趋势，特别是春季增多趋势显著，同时降水的最大值和最小值均在此时段，这也体现了降水量变幅在加大、极端天气气候事件增多这一气候事实。

2.2 气候变化对观测地段旱地胡麻产量构成要素的影响

2.2.1 旱地胡麻密度变化与气象条件的关系合理的密度是产量的基础，胡麻植株较小，株型紧凑，单株生产力有限，适宜密植，但密度太大也不好，影响通风透光，易倒伏减产。胡麻生长期间的种植密度会受气候因素的影响，从而使胡麻产量构成要素存在差异性。以1990—2020年固原观测地段旱地胡麻成熟期胡麻密度资料统计，固原旱地胡麻多年平均值为340株/m2，最多年份为781株/m2，最少年份为135株/m2，从近30年的变化趋势来看，密度有增加的趋势。

以1990—2020年胡麻密度资料与同期气象资料进行相关分析，并建立多元回归方程，见公式（1），拟合结果见图2。

图2 旱地胡麻密度多元回归拟合结果与观测值对比图

式（1）中，x1：4—5月上旬平均气温；x2：4—5月上旬日照时数；x3：4—5月上旬蒸发量；x4：5月中旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）最小值。

影响胡麻密度的气象因素主要有：播种—出苗期间（4—5月上旬）的气温、日照时数、蒸发量，均与胡麻密度成正相关，晴好天气有利于胡麻顺利出苗。影响胡麻密度的另一气象因素为5月中旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）最小值，与密度呈正相关，相关系数为0.5680。反映的是干旱对旱地胡麻的影响，干旱严重的年份，土壤水分条件差，死苗严重，胡麻密度就低，土壤水分条件好，生长条件好，胡麻密度就高。

根据当地的生产水平，旱地播种量在45.0～52.5 kg/hm2，密度保持在225～300株/m2。阴湿半阴湿地区播种量在52.5～60 kg/hm2，密度保持在300～525株/m2。水浇地播种量在67.5～75.0 kg/hm2，密度保持在525～685株/m2较好[13]。数据分析发现，2009—2012年前后几年间，胡麻密度明显偏高，分析其田间工作记载，发现播种量达75 kg/hm2，播种量偏大，是造成密度拟合差异偏大的原因之一。

2.2.2 旱地胡麻株蒴果个数变化与气象条件的关系胡麻的果实为蒴果，圆形，上部稍尖，形如桃状，成熟时蒴果黄褐色，直径一般为0.5～1.0 cm，一般每蒴果有种子8～10粒。每株胡麻蒴果个数的多少因品种类型、栽培条件、天气条件不同而发生变化，水肥条件好，蒴果个数就多，干旱贫瘠的土地，蒴果个数就少。以1990—2020年固原观测地段旱地胡麻成熟期株蒴果个数资料统计，固原旱地胡麻株蒴果数多年平均值为11.3个，最多年份为29.9个，最少年份为4.6个，差异极大。

以1990—2020年胡麻成熟期株蒴果个数资料与同期气象资料进行相关分析，并建立多元回归方程，见公式（2），拟合结果见图3。

图3 旱地胡麻株蒴果个数多元回归拟合结果与观测值对比

式（2)中，x1：7月份平均气 温；x2：5月中旬—6月上旬降水量；x3：5月上旬—6月下旬蒸发量；x4：5月中旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）最小值。

与胡麻株蒴果个数关系密切的气象因素的因子中，5月中旬—6月上旬降水量、5月中旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）最小值、7月份平均气温呈正相关，5月上旬—6月下旬蒸发量呈负相关，说明在营养生长期阶段，降水量多、田间土壤水分状况好、蒸发量小，长势好，花序分枝延长，蒴果个数就多，降水量少、田间土壤水分状况差、蒸发量大，干旱严重，蒴果个数就少。7月份平均气温反映的是成熟期天气的影响，气温高有利于胡麻蒴果正常发育成熟。在选取的4个因子中，5月中旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）最小值相关系数最高，为0.569 3，说明干旱是最显著因子。从近30年的变化趋势来看，旱地胡麻株蒴果个数有增加的趋势，这与近15年来，胡麻生长季降水量变化体现为降水增加的趋势相一致。

2.2.3 旱地胡麻千粒重变化与气象条件的关系发育完全的蒴果一般有8～10粒种子，胡麻种子扁平卵形，种子的千粒重一般为6～10 g，胡麻千粒重的高低随品种类型、栽培条件、天气条件不同而发生变化。以1990—2020年固原观测地段旱地胡麻成熟期千粒重资料统计，固原旱地千粒重多年平均值为7.3 g，最高年份为9.6 g，最低年份为4.6 g，差异显著。

以1990—2020年胡麻成熟期千粒重资料与同期气象资料进行相关分析，并建立多元回归方程，见公式（3），拟合结果见图4。

图4 旱地胡麻千粒重多元回归拟合结果与观测值对比

式（3）中，x1：5—6月份平均气温；x2：6月下旬—8月上旬平均气温；x3：5月中旬—6月上旬降水量；x4：7月份的降水量。x5：5—6月的日照时数；x6：5月下旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）状况。

从相关普查来看，影响胡麻千粒重的气象因素贯穿于胡麻全生育期，气温条件表现为负效应，其中，5—6月高温会加快胡麻生长发育，6月下旬—8月上旬高温会抑制灌浆，使千粒重降低。水分条件表现为正相关，5月中旬—6月上旬降水量、5月下旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）状况好有利于形成壮苗，7月份的降水量有利于补充作物发育所需水分，有利于灌浆，提高种子千粒重。胡麻是长日照作物，5—6月的日照条件好，有利于种子发育成熟，表现为正相关。

2.3 气候变化对观测地段旱地胡麻实测产量的影响

以1990—2020年固原观测地段旱地胡麻成熟期田间测产资料统计，固原旱地胡麻田间测产产量多年平均值为123.6 g/m2，最高年份为217.5 g/m2，最低年份为41.3 g/m2（这里不包括1992、2000年因干旱而绝产的年份）。

以1990—2020年胡麻成熟期田间测产资料与同期气象资料进行相关分析，并建立多元回归方程，见公式（4），拟合结果见图5。

图5 旱地胡麻田间产量多元回归拟合结果与观测值对比

式（4）中，x1：4—5月上旬降水量；x2：5月上旬—6月下旬的蒸发量；x3：6月下旬—8月上旬的蒸发量；x4：4月下旬—5月上旬土壤水分平均值；x5：5月中旬—6月中旬土壤水分平均值；x6：6月下旬—8月上旬土壤水分平均值。

从相关普查来看，影响胡麻产量的气象因素贯穿于胡麻全生育期，与胡麻产量关系密切的气象因素首先表现为：4—5月上旬降水量，相关系数0.537 8，主要影响出苗率，进而影响田间密度；蒸发量与产量呈负相关，时段为5月上旬—6月下旬的蒸发量和6月下旬—8月上旬的蒸发量，相关系数分别为-0.511 9和-0.384 3，蒸发量大，综合表现为气温高，降水少，发育进程快，不利于产量形成。土壤水分状况是旱地胡麻产量的决定因素，全生育期的土壤水分状况均影响最终的产量，表现为正相关，影响因子时段分为4月下旬—5月上旬、5月中旬—6月中旬、6月下旬—8月上旬，相关系数分别为0.702 7、0.554 2、0.253 9。多元回归方程拟合结果相关系数0.789 0，通过0.05显著性检验。从近30年的变化趋势来看，降水偏多对旱地胡麻产量形成有利，气温升高，在不同发育阶段表现不一。近年来旱地胡麻田间测产产量有增加的趋势，这与胡麻生长季降水量增加的趋势相一致。

3 结论

1971—2020年固原观测地段旱地胡麻生长季时段平均气温呈现逐步上升趋势。1996年为气温突变年，突变后平均气温上升趋势减弱，但仍然处在气温高位震荡阶段。降雨量表现为微弱的上升趋势，突变不明显，更多地体现为周期性变化，特别是近15年来，胡麻生长季降水量变化体现为降水增加的趋势，同时变幅在加大。

胡麻产量构成要素与气象要素相关分析表明，旱地胡麻密度与4—5月上旬平均气温、日照时数、蒸发量、5月中旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）最小值表现为正相关；株蒴果个数与5月中旬—6月上旬降水量、5月中旬—6月中旬田间土壤水分（0～50 cm）最小值、7月份平均气温呈正相关，与5月上旬—6月下旬蒸发量呈负相关；千粒重与5—6月气温、6月下旬—8月上旬气温呈负相关，与5月中旬—6月上旬降水量、5月下旬—6月中旬田间土壤水分、7月份的降水量、5—6月的日照时数呈正相关。

影响胡麻产量的气象因素贯穿于胡麻全生育期，4—5月上旬降水量，表现为正相关，主要影响出苗率，进而影响田间密度。胡麻产量与5月上旬—6月下旬、6月下旬—8月上旬的蒸发量呈负相关，蒸发量大，综合表现为气温高，降水少，发育进程快，不利于产量形成。全生育期的土壤水分状况均影响最终的产量，表现为正相关，影响因子时段分为4月下旬—5月上旬、5月中旬—6月中旬、6月下旬—8月上旬，影响旱地胡麻的密度、蒴果数和潜力重最终影响产量。多元回归方程拟合结果相关系数0.789 0，通过了α=0.05显著性检验。从近30年的变化趋势来看，降水增多对旱地胡麻产量形成有利，气温升高，在不同发育阶段表现不一。近年来旱地胡麻田间测产产量有增加的趋势，这与生长季降水量变化体现为降水增加的趋势相一致。