1980—2011年阿勒泰市光熱資源變化對春小麥發(fā)育期的影響

李海花，候彥芹，李新建，劉大鋒

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰 836500；2.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺，新疆烏魯木齊 830002）

1980—2011年阿勒泰市光熱資源變化對春小麥發(fā)育期的影響

李?；?，候彥芹1，李新建2，劉大鋒1

（1.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰 836500；2.新疆維吾爾自治區(qū)農(nóng)業(yè)氣象臺，新疆烏魯木齊 830002）

利用阿勒泰基準站1980—2011年觀測資料，進行了阿勒泰市春小麥發(fā)育期和光熱資源變化，及各發(fā)育期日期與≥0℃積溫、日照時數(shù)的相關(guān)性研究。結(jié)果表明：全發(fā)育期天數(shù)的變化呈減少趨勢，分蘗、乳熟期、全發(fā)育期天數(shù)均通過了（P＜0.01）顯著性檢驗；全發(fā)育期≥0℃積溫和日照時數(shù)呈線性減少趨勢，拔節(jié)、乳熟、成熟期≥0℃積溫與年份的相關(guān)系數(shù)通過了信度0.01的顯著性檢驗；出苗、拔節(jié)、乳熟、成熟期和全發(fā)育期的日照時數(shù)與年份的相關(guān)系數(shù)通過了（P<0.01）的顯著性檢驗。成熟期日期受成熟期間的日照時數(shù)的正相關(guān)影響（P＜0.05），分蘗、乳熟期的日期受發(fā)育期間的≥0℃積溫和日照時數(shù)的正相關(guān)影響（P＜0.01）。造成這些差異的主要原因可能是各年的氣候條件不同，其次是各年份的栽培條件、田間管理（如灌溉、施肥、病蟲害防治）等非氣象因子的不同所致。作物的生長及發(fā)育都是氣象因子和非氣象因子共同作用的結(jié)果。

春小麥；發(fā)育期；積溫；日照時數(shù)

阿勒泰市地處新疆最北部，是春小麥生長熱量資源適中的地區(qū)之一，氣候較為干燥，加之溫度日較差大等氣候因素，比較適宜種植春小麥。春小麥也是阿勒泰市的主要作物之一，2011年全市種植面積為2 300多hm2。

全球氣候變暖已成為一個不爭的事實。氣候變暖將對各地農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)布局、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生重要影響，因此近年來有關(guān)氣候變暖及其對農(nóng)業(yè)影響的研究受到越來越廣泛的關(guān)注。許多研究表明，氣候變暖將導致中國北方大部分地區(qū)小麥遭受高溫、干旱危害的幾率和強度增加，小麥發(fā)育期縮短，對小麥生產(chǎn)將造成不利影響。但同時也指出，各地氣候變化及其影響具有較明顯的區(qū)域性差異[1-10]。在全球變暖的大背景下，阿勒泰市生長關(guān)鍵期（4—10月）的氣候有明顯的變暖變濕趨勢[11-12]，目前對阿勒泰市的氣候變化對春小麥產(chǎn)量和生長發(fā)育影響方面的研究較少。筆者以1980—2011年為研究時段，探討春小麥發(fā)育期年代變化和發(fā)育期間的光熱資源變化，以期為適應和應對氣候變化，采取趨利避害的生產(chǎn)管理和技術(shù)措施，促進阿勒泰市春小麥生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

選取1980—2011年阿勒泰國家基準氣候站的農(nóng)業(yè)氣象觀測資料和逐日氣象要素資料。農(nóng)業(yè)氣象觀測方法按照中國氣象局下發(fā)的《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》中的規(guī)定進行觀測。

1.2 數(shù)據(jù)處理

文中的發(fā)育期日期指的是各發(fā)育期的普遍期的日期，全發(fā)育期定義為從播種至成熟期。計算阿勒泰市春小麥各發(fā)育期期間的≥0℃積溫和日照時數(shù)。

分析阿勒泰市春小麥的各發(fā)育期變化，采用了最小二乘法線性趨勢傾向分析，并對相關(guān)系數(shù)進行了P信度檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)育期的光熱資源變化

2.1.1 各發(fā)育期積溫的變化

阿勒泰市春小麥全發(fā)育期≥0℃積溫平均為1 905.2℃（圖1）。從1980—2011年呈線性減少趨勢，減少率為-1.290℃/a。最多的是1991年，為2 089.4℃，偏多了184.2℃；最少的2008年，僅為1 787.8℃，偏少了117.4℃。

圖1 阿勒泰市春小麥發(fā)育期≥0℃積溫的年變化

阿勒泰市春小麥≥0℃積溫的年變化在各發(fā)育期的變化趨勢（表1）是不同。在出苗、拔節(jié)、抽穗、成熟期，≥0℃積溫是呈線性減少趨勢的，減少率分別為-0.620、-5.021、-1.789、-14.043℃/a；而在分蘗、孕穗、開花和乳熟期≥0℃積溫呈線性增加趨勢，增加率分別為3.343、1.869、0.955、12.388℃/a。

表1 阿勒泰市春小麥各發(fā)育期≥0℃積溫的傾向率（℃/a）和趨勢系數(shù)

分蘗、拔節(jié)、孕穗、開花、乳熟期的≥0℃積溫與年份呈正相關(guān)性，出苗、抽穗、成熟期≥0℃積溫與年份呈負相關(guān)性。分蘗和抽穗期的≥0℃積溫與年份的相關(guān)系數(shù)還通了信度0.05顯著性檢驗，拔節(jié)、乳熟、成熟期的≥0℃積溫與年份的相關(guān)系數(shù)通過了信度0.01的顯著性檢驗。

從年代際分布上（表2）來看，全發(fā)育期積溫最高的是20世紀90年代，為1 964.6℃，比歷年平均高59.4℃；其次是80年代，為1 887.6℃，比歷年平均低17.6℃；最少的是2000—2011年，僅為1 864.9℃，比歷年平均低了40.3℃。90年代除開花和成熟期的積溫低于歷年平均外，其余各發(fā)育期均高于歷年平均值，而在80年代和2000—2011年，則均有一半的發(fā)育期的積溫距平要低于歷年平均。這很可能是因為阿勒泰市90年代的平均氣溫明顯高于80年代[9]，80年代和90年代的發(fā)育期天數(shù)和各發(fā)育期的日期又比較接近造成的；而90年代要高于2000—2011年，很大原因是兩個時段的平均氣溫相差不大，但是90年代的發(fā)育期天數(shù)明顯要多于2000—2011年，造成了90年代的各發(fā)育期積溫普遍偏高。

表2 阿勒泰市春小麥各發(fā)育期≥0℃積溫（℃）的年代際變化

2.1.2 各發(fā)育期日照時數(shù)的變化

阿勒泰市春小麥發(fā)育期的日照時數(shù)平均為1 129.8 h（圖2）。1980—2011年呈線性減少趨勢，減少率為-3.253 h/a。最長的1991年，為1 280.9 h，偏長151.1 h；最短的2008年，為1 013.9 h，偏短了115.9 h。

圖2 阿勒泰市春小麥發(fā)育期日照時數(shù)的年變化

阿勒泰市春小麥在各發(fā)育期的日照時數(shù)變化趨勢（表3）是不同的。出苗、拔節(jié)、抽穗、成熟期和全發(fā)育期的日照時數(shù)呈線性減少趨勢，減少率分別為-1.423、-3.229、-1.138、-7.270和-3.253 h/a；而在分蘗、孕穗、開花和乳熟期是呈線性增加趨勢，增加率分別為2.057、0.480、0.537和6.017 h/a。

表3 阿勒泰市春小麥各發(fā)育期的日照時數(shù)的傾向率（h/a）和相關(guān)系數(shù)

出苗、拔節(jié)、抽穗、成熟期和整個發(fā)育期的日照時數(shù)與年份呈負相關(guān)，而分蘗、孕穗、開花和乳熟期與年份是呈正相關(guān)。分蘗、抽穗期的日照時數(shù)與年份的相關(guān)系數(shù)通過了信度0.05的顯著性檢驗，而出苗、拔節(jié)、乳熟、成熟期和全發(fā)育期的日照時數(shù)與年份的相關(guān)系數(shù)通過了信度0.01的顯著性檢驗。

從年代分布上（表4）是和≥0℃積溫的年代分布相同，在20世紀90年代最長為1 181.5 h，偏長51.7 h；其次長的是80年代，為1 144.0 h,偏長14.2 h；日照時數(shù)最短的是2000—2011年，僅為1 074.5 h,偏短了55.3 h。在90年代的大多數(shù)發(fā)育期（除分蘗、開花、成熟期外）的日照時數(shù)均長于歷年平均值；80年代和90年代的各發(fā)育期（除乳熟期外）日照時數(shù)相差不大，而2000—2011年就有62.5%的發(fā)育期的日照時數(shù)要短于歷年平均值。根據(jù)李海花等的研究[13]，從80年代以來，阿勒泰市的日照時數(shù)呈減少趨勢，80年代和90年代的日照時數(shù)相差不大，但80年代的乳熟期明顯比歷年平均提前了7d，比90年代提前了9d，使得80年代的乳熟期的日照時數(shù)明顯偏少。90年代的日照時數(shù)要明顯長于2000—2011年，造成了阿勒泰市春小麥在90年代各發(fā)育期日照時數(shù)要明顯高于2000—2011年。

表4 阿勒泰市春小麥各發(fā)育期日照時數(shù)（h）的年代際變化

2.2 春小麥發(fā)育期的變化

2.2.1 發(fā)育期的年際變化

阿勒泰市春小麥的發(fā)育期平均在4月18日播種，在7月31日成熟，發(fā)育期天數(shù)為105 d。播種期最早的年份是1983年，為3月31日，提前了18 d；最晚的年份是2010年，5月17日，推遲了29 d。成熟期最早的年份是1997年，7月17日，提前了14 d；最晚的年份是2010年，8月18日，推遲了18 d。全發(fā)育期天數(shù)最多的是1983年，達到了125d，偏多了20 d；全發(fā)育期天數(shù)最少是2008年，為87d，偏少了18 d。

從阿勒泰市春小麥發(fā)育期的年際變化（圖3）和變化趨勢（表5）中可以看出，分蘗、乳熟、全發(fā)育期與年份的相關(guān)系數(shù)通過了信度為0.01檢驗，呈顯著的相關(guān)，其中：分蘗和乳熟期是正相關(guān)，全發(fā)育期呈負相關(guān)。

圖3 阿勒泰市春小麥各發(fā)育期的年際變化

表5 阿勒泰市春小麥各發(fā)育期變化傾向率（d/a）和相關(guān)系數(shù)

全發(fā)育期的傾向率的負值代表了全發(fā)育期天數(shù)的減少趨勢，各發(fā)育期的傾向率表示的是發(fā)育期的日期的提前。結(jié)果（表5）表明：全發(fā)育期天數(shù)的變化是呈減少趨勢的，減少率為-0.397 d/a。其中發(fā)育期中的播種、出苗、分蘗、孕穗、乳熟期的變化趨勢是不同程度推遲的，推遲率分別為0.295、0.162、0.379、0.537 d/a，而拔節(jié)、抽穗、開花、成熟期的變化趨勢是不同程度提前的，提前率分別為-0.021、-0.038、-0.018、-0.103 d/a。

2.2.2 發(fā)育期的年代際變化

從阿勒泰市春小麥發(fā)育期和發(fā)育期天數(shù)的年代變化（表6）可以看出，發(fā)育期天數(shù)從20世紀80年代以來，逐漸減少的。80年代和90年代分別為109、108d，分別偏長了4、3 d；發(fā)育期天數(shù)最少的是2000年以后至今，只有100d，偏短了5 d。

表6中的發(fā)育期距平負值表示發(fā)育期日期的提前。春小麥的大多數(shù)發(fā)育期在20世紀80年代明顯早于或接近歷年平均日期，而在2000—2011年都是推遲或接近歷年平均日期（除抽穗和成熟期提前外）。這很可能與80年代的氣溫偏低、無霜期較短以及當時的栽培技術(shù)和田間管理水平較低有關(guān)。農(nóng)戶在種植春小麥時為了能滿足積溫需要，盡早播種，使得各發(fā)育期提前，以滿足生長需要。

表6 阿勒泰市春小麥發(fā)育期（月-日）及發(fā)育期天數(shù)（d）的年際變化

播種時間從20世紀80年代開始，是逐漸推遲的。80、90年代是在4月中旬的中期播種，分別提前了3和2 d；2000—2011年則推遲到了4月下旬初播種，推遲了3 d。分蘗期在80、90年代均提前3d，在2000—2011年則推遲了4 d。出苗、拔節(jié)、孕穗、抽穗、開花、成熟期這幾個發(fā)育期在3個年代的變化很小，提前或推遲均在1～2 d之間。乳熟期在80年代平均為7月7日，提前了7 d；在90年代和2000—2011年分別為7月16日、7月18日，比平均日期分別推遲了2、4 d。

2.3 發(fā)育期普遍期與≥0℃積溫、日照時數(shù)的相關(guān)性

通過計算歷年各發(fā)育期的普遍期日期與發(fā)育期間的≥0℃積溫和日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)（表7），除了出苗期日期與日照時數(shù)呈負相關(guān)外，其余發(fā)育期日期與≥0℃積溫和日照時數(shù)均是呈正相關(guān)性。其中成熟期日期與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)還通過了信度0.05的顯著性檢驗，分蘗、乳熟期日期與≥0℃積溫、日照時數(shù)均通過了信度0.01的顯著性檢驗，從播種至成熟的全發(fā)育期天數(shù)與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)也通過了信度0.01的顯著性檢驗。說明阿勒泰市春小麥成熟期日期受成熟期間的日照時數(shù)的正相關(guān)影響，分蘗、乳熟期的日期受發(fā)育期間的≥0℃積溫和日照時數(shù)的正相關(guān)影響，而全發(fā)育期天數(shù)受全發(fā)育期日照時數(shù)的影響要高于受≥0℃積溫的影響。

與光熱資源（≥0℃積溫、日照時數(shù)）均呈線性減少趨勢相對應的是全發(fā)育期天數(shù)也呈正相關(guān)性減少。究其原因，氣候變暖對春小麥生長發(fā)育有一定的影響，但發(fā)育期的縮短還與耕作時間和耕作方式的改變有關(guān)，很大程度上可能與春小麥的種植品種改變相關(guān)。

表7 阿勒泰市春小麥各發(fā)育期的日期與≥0℃積溫、日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)

阿勒泰市春小麥在生長發(fā)育過程中，其各階段生長對氣候變化的響應不完全一致，氣候變暖使該地區(qū)春小麥各發(fā)育期的出現(xiàn)時間以推遲為主，其中分蘗期和乳熟期推遲最多，而抽穗期和成熟期則是提前的。這些變化導致整個發(fā)育期天數(shù)的縮短。各發(fā)育期對氣候變化的響應與趙鴻等在高寒陰濕區(qū)的研究[14]的結(jié)論不完全一致。

3 結(jié)論

阿勒泰市春小麥的發(fā)育期平均在4月18日播種，7月31日成熟，發(fā)育期天數(shù)為105 d。全發(fā)育期天數(shù)呈減少趨勢，減少率為-0.397 d/a。其中播種、出苗、分蘗、孕穗、乳熟期不同程度推遲，而拔節(jié)、抽穗、開花、成熟期不同程度提前。

阿勒泰市春小麥的全發(fā)育期≥0℃積溫平均為1 905.2℃。1980—2011年呈線性減少趨勢，減少率為-1.290℃/a。出苗、拔節(jié)、抽穗、成熟期，≥0℃積溫是呈線性減少趨勢，而分蘗、孕穗、開花和乳熟期≥0℃積溫是呈線性增加趨勢。分蘗、拔節(jié)、孕穗、開花、乳熟期≥0℃積溫與年份呈正相關(guān)性，出苗、抽穗、成熟期≥0℃積溫與年份呈負相關(guān)性。

阿勒泰市春小麥發(fā)育期的日照時數(shù)平均為1 129.8 h。1980—2011年呈線性減少趨勢，減少率為-3.253 h/a。出苗、拔節(jié)、抽穗、成熟期和全發(fā)育期日照時數(shù)呈線性減少趨勢，而在分蘗、孕穗、開花和乳熟期呈線性增加趨勢。分蘗、抽穗期的日照時數(shù)與年份的相關(guān)系數(shù)通過了信度0.05的顯著性檢驗，而出苗、拔節(jié)、乳熟、成熟期和全發(fā)育期的日照時數(shù)與年份的相關(guān)系數(shù)通過了信度0.01的顯著性檢驗。

≥0℃積溫和日照時數(shù)均是在20世紀90年代最多，80年代次之，2000—2011年最少，各發(fā)育期也基本上遵循這一規(guī)律，這與阿勒泰市的氣溫、日照時數(shù)及發(fā)育期的年代變化是密切相關(guān)的。

除了出苗期日期與日照時數(shù)呈負相關(guān)外，其余發(fā)育期日期與≥0℃積溫和日照時數(shù)均是呈正相關(guān)性。阿勒泰市春小麥成熟期日期受成熟期間的日照時數(shù)的正相關(guān)影響，分蘗、乳熟期的日期受發(fā)育期間的≥0℃積溫和日照時數(shù)的正相關(guān)影響，而全發(fā)育期天數(shù)受全發(fā)育期的日照時數(shù)的影響要高于受≥0℃積溫的影響。

4 討論

阿勒泰市春小麥各發(fā)育期對氣候變化的響應是不完全相同的，但全球氣候變暖導致的全發(fā)育期天數(shù)明顯減少是不爭的事實。而發(fā)育期的≥0℃積溫和日照時數(shù)也是呈減少趨勢的。除出苗期外的其余發(fā)育期日期與≥0℃積溫和日照時數(shù)均是呈正相關(guān)性，因此在選擇播種期和田間作業(yè)時要充分考慮氣候因素的影響，趨利避害。

同一氣象要素的變化對不同年份的春小麥生長發(fā)育有不同的影響，其影響的方向、程度和強度都存在很大的差異，造成這些差異的主要原因可能是各年的氣候條件不同，其次是各年代的栽培條件、田間管理（如灌溉、施肥、病蟲害防治）等非氣象因子的不同所致。作物的生長及產(chǎn)量形成都是氣象因子和非氣象因子共同作用的結(jié)果。要完全搞清楚阿勒泰市近30多年來天氣變化、栽培技術(shù)、田間管理、病蟲害等對春小麥的影響是一件非常困難的事情。而且在某種程度上，這些影響能夠干擾對春小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量等變化趨勢的分析。

預計全球平均表面溫度在1990—2100年間升高1.4～5.8℃，變暖的速率約為0.1～0.5℃/10a[15]，但是人們對溫度的緩慢升高和全球變暖二者結(jié)合起來的協(xié)同影響卻了解很少。據(jù)推測，引起大田作物產(chǎn)量減少的生理機制可能與這兩者都有關(guān)系。因此，進一步深入研究氣候變化對作物生理過程的影響對于提高作物產(chǎn)量和進行生產(chǎn)預測是非常有必要的。

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Influence of Lightand Heat Resources Change on Development Stage of Spring Wheat inaltay During 1980-2011

LI Haihua1，HOU Yanqin1，LI Xinjian2，LIU Dafeng1
（1.Altaymeteorological Bureau，Altay 836500，China；2.Xinjiangagriculture observatory，Urumqi 830002，China）

Based on themeteorological observation data inaltay station during 1981-2011,it wasanalyzed that the change of lightand heat resources for spring wheat in its full growth period,and correlation study of each of growth dateand≥0℃effectiveaccumulated temperature solar radiation hours.The results showed that the full growth period wasa significant decreasing trend（P<0.01）,and the test of significance showed that the effect is remarkable in tilleringandmilkymaturity period.Resultsalso suggested that effectiveaccumulated temperature（≥0℃）during full growth period had shown obviouslyan linear decreasing tendency,and significant correlation between effectiveaccumulated temperature（≥0℃）in jointingandmature periodand year（P< 0.01）;there wasa decreasing trend of solar radiation hours in full growth period,and it showed that correlation between yearand solar radiation hours in emergence,jointingandmilkymaturity period. Finally,there wasa positive correlation between solar radiation hoursand date inmilkymaturity period（P<0.05）,similar to≥0℃effectiveaccumulated temperature in tilleringandmilkymaturity（P＜0.01）.These differences could bemainlyattributed to the different yearly climate conditions, secondly to the dissimilar non-climatic factors suchascultivate，management（irrigation, fertilization,diseaseand pest controlling）etc.The growthand yields in different year were formed by the joint influence both climaticand non-climatic factors.

Spring wheat；development stage；accumulated temperature；sunshine duration

S162.5

B

1002-0799（2014）06-0060-06

10.3969/j.issn.1002-0799.2014.06.011

2013-08-09；

2014-09-20

國家重大科學研究計劃項目（2012CB956204）和新疆氣象局項目“阿勒泰地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)”共同資助。

李?；ǎ?976-），女，工程師，主要從事短期天氣預報和農(nóng)業(yè)氣象研究。E-mail：lhhaltqxj@163.Com

李?；ǎ顝┣?，李新建，等.1980-2011年阿勒泰市光熱資源變化對春小麥發(fā)育期的影響，2014，8（6）：60-65.