商丘市氣候變化對(duì)小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響

孟自力,閆向泉,朱倩,倪雪峰,陳昆,朱偉

摘要 利用商丘市1964—2010年氣象資料和1985—2010年商丘市農(nóng)林科學(xué)院區(qū)試記錄，確定各年型適宜播種期、氣象學(xué)越冬期、生產(chǎn)越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期，依據(jù)1985—2010年的小麥產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果，利用多元回歸分析方法，分析了小麥氣候產(chǎn)量和光、溫、水與小麥產(chǎn)量的相關(guān)性。結(jié)果表明，隨著氣溫的升高，日照時(shí)數(shù)的減少，該區(qū)小麥播種期、越冬期、成熟期呈推遲趨勢，返青期、拔節(jié)期和抽穗期呈提前趨勢，致使小麥全生育期和越冬期縮短、灌漿期延長，產(chǎn)量受氣候的影響逐漸加重。小麥實(shí)際產(chǎn)量與生育期活動(dòng)積溫呈極顯著正相關(guān)，與日照時(shí)數(shù)、降水量呈負(fù)相關(guān)，其中與日照時(shí)數(shù)相關(guān)性顯著；高溫和干旱脅迫均抑制了籽粒灌漿速率，使最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間提前，灌漿持續(xù)期縮短，導(dǎo)致籽粒干物質(zhì)積累量下降，粒重降低；其中積溫是影響小麥產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。

關(guān)鍵詞 氣候變化；小麥；生長發(fā)育；產(chǎn)量；影響；商丘市

中圖分類號(hào) S162.5+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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

世界糧食安全形勢極為嚴(yán)峻。目前糧食安全面臨人口增長、土地和淡水限制、氣候變化三大挑戰(zhàn)，供需矛盾正在加劇。據(jù)國家糧食局調(diào)控司司長盧景波預(yù)測，2020年國家的糧食缺口300億kg/a[1]。糧食生產(chǎn)與氣候變化密切相關(guān)。近百年來，由于全球工業(yè)化迅速發(fā)展，溫室效應(yīng)加劇，氣候變暖趨勢已變得不可逆轉(zhuǎn)[2]。有專家預(yù)測，到2030年，如果不采取任何措施，中國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力在總體上會(huì)下降 5%～10%，到 21 世紀(jì)后半期，中國主要糧食作物的產(chǎn)量將下降 37%，這將增加我國糧食產(chǎn)業(yè)可持續(xù)增長的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅我國的糧食安全。大量研究表明，溫度、降水等氣象因子的微小變化，也可能導(dǎo)致災(zāi)害性天氣的發(fā)生頻率顯著增加，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)遭受重大損失[3]。因此，深入研究氣候變化規(guī)律對(duì)糧食生產(chǎn)的影響，及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施，克服氣候變化異常等不利因素，是保障國家糧食安全的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

小麥?zhǔn)俏覈鴥H次于水稻、玉米的第三糧食作物，常年種植面積約占糧食總面積的22%，總產(chǎn)約占糧食總產(chǎn)的21%，對(duì)于維護(hù)國家糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定意義重大[4]。由于小麥生產(chǎn)是在開放的生態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，研究生態(tài)環(huán)境對(duì)小麥生長的影響以及探討氣象災(zāi)害的發(fā)生規(guī)律，一直是農(nóng)業(yè)應(yīng)用氣象、小麥栽培和生產(chǎn)上的研究熱點(diǎn)。研究區(qū)域多集中在河北、山西、山東、湖北等華北、華中地區(qū)，研究內(nèi)容多為光溫水對(duì)產(chǎn)量影響和預(yù)測方面[5-6]，而對(duì)我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一的黃淮南片中部麥區(qū)，尤其是商丘地區(qū)氣候演變、氣候變化對(duì)小麥生育期和產(chǎn)量影響鮮見系統(tǒng)的報(bào)道。

商丘地區(qū)地處黃淮南片中部麥區(qū)腹部（33°43′～34°52′ N、114°49′～116°39′ E），其氣象資料基本上可以代替黃淮中部麥區(qū)的平均氣候情況。商丘是國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)核心示范區(qū)，常年糧食產(chǎn)量60億kg左右，約占全國的1/90、河南省的1/9，其中麥播面積近60萬hm2，總產(chǎn)約40億kg，商品糧調(diào)出量約30億kg，對(duì)河南省乃至全國的糧食安全十分重要[7]。但由于位于氣候帶界線（淮河）附近，氣候多變，引起小麥產(chǎn)量的年際間顯著波動(dòng)，雖然前人對(duì)商丘氣象因子與小麥關(guān)系開展過研究，但研究資料較少、試驗(yàn)方法單一，時(shí)間多在20世紀(jì)80—90年代，內(nèi)容多是氣候變化對(duì)小麥生長發(fā)育的影響和小麥凍害的研究結(jié)果，或是對(duì)全年氣溫時(shí)空變化特征、汛期降水量進(jìn)行分析[8]，未涉及氣候變暖，以致氣候變化對(duì)生育期和產(chǎn)量影響及其預(yù)測鮮見報(bào)道。因此，筆者依據(jù)該區(qū)1964—2010年氣象資料和多年區(qū)試試驗(yàn)資料，從確保糧食安全、趨利避害的角度入手，分析全球氣候變暖背景下商丘區(qū)域小麥自然條件、氣候特點(diǎn)及主要?dú)庀笠蜃拥难葑冓厔荩馕鰵夂蜃兓瘜?duì)小麥生育期、產(chǎn)量的影響，對(duì)增強(qiáng)該區(qū)生產(chǎn)抗災(zāi)能力、穩(wěn)定提高單產(chǎn)、增加農(nóng)民收入、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)和戰(zhàn)略意義。

1 氣候變化對(duì)小麥生長發(fā)育的影響

1.1 對(duì)適宜播種期的影響 由表1可知，在20世紀(jì)60、70和80年代半冬性品種和弱春性品種適宜播種期隨年代推進(jìn)呈逐漸提前趨勢，平均提前1～2 d/10 a；20世紀(jì)90年代以來，適宜播種期則呈逐漸推遲趨勢，平均推遲2～3 d/10 a。由此可知，20世紀(jì)90年代以前，半冬性品種和弱春性品種適宜播種期則隨年代推進(jìn)呈逐漸提前趨勢；20世紀(jì)90年代以后，半冬性、弱春性品種適播期均呈逐漸推遲趨勢。

1.2 對(duì)主要生育時(shí)期的影響 由表2可知，氣象學(xué)越冬期、生產(chǎn)越冬期、成熟期分別以4.41、0.73和0.76 d/10 a的速度推遲，返青期、拔節(jié)期和抽穗期則分別以2.86、0.65和2.06 d/10 a的速度提前。由以上結(jié)果可看出，小麥越冬期、成熟期呈逐漸推遲，返青期、拔節(jié)期和抽穗期呈提前趨勢，使小麥越冬期和全生育期縮短，灌漿期延長，有利于千粒重高的品種增產(chǎn)。

2 氣候變化對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

2.1 對(duì)氣候產(chǎn)量的影響 從圖1可看出，日照、溫度和降水量對(duì)小麥氣候產(chǎn)量變化不明顯。由此可知，氣候產(chǎn)量與小麥實(shí)際產(chǎn)量相對(duì)穩(wěn)定。

2.2 光溫水與實(shí)際產(chǎn)量的相關(guān)性分析 分析1985—2010年光、溫、水與實(shí)際產(chǎn)量的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，小麥實(shí)際產(chǎn)量與日照時(shí)數(shù)、活動(dòng)積溫和降水量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.488 4、0.674 3、-0.132 8，且與活動(dòng)積溫的相關(guān)性極顯著，與日照時(shí)數(shù)相關(guān)性顯著。由此可知，小麥實(shí)際產(chǎn)量與生育期活動(dòng)積溫呈極顯著正相關(guān)，與日照時(shí)數(shù)、降水量呈負(fù)相關(guān)，其中與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性顯著。

從1985—2010年小麥生育期光、溫、水對(duì)產(chǎn)量的通徑系數(shù)（表3）可看出，在主要?dú)庀笠蜃又校行Щ顒?dòng)積溫對(duì)小麥產(chǎn)量直接作用系數(shù)為0.491 7，通過日照時(shí)數(shù)間接作用系數(shù)為0.179 6，通過降水量間接作用系數(shù)為0.003 0。日照時(shí)數(shù)對(duì)小麥產(chǎn)量直接作用系數(shù)為-0.399 2，通過有效活動(dòng)積溫間接作用系數(shù)為-0.221 2，通過降水量間接作用系數(shù)為0.132 3。降水量對(duì)小麥產(chǎn)量直接作用系數(shù)為-0.306 2，通過有效活動(dòng)積溫間接作用系數(shù)為-0.004 9，通過日照時(shí)數(shù)間接作用系數(shù)為0.174 6。由此可知，主要?dú)庀笠蜃又?，活?dòng)積溫對(duì)產(chǎn)量的直接作用為正效應(yīng)，作用最大，通過日照時(shí)數(shù)和降水量間接作用亦為正效應(yīng)，作用相對(duì)較??；日照時(shí)數(shù)和降水量對(duì)產(chǎn)量的直接作用均為負(fù)效應(yīng)，通過活動(dòng)積溫間接作用亦為負(fù)效應(yīng)，表明活動(dòng)積溫是影響單位面積產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，而日照時(shí)數(shù)和降水量是次要因子，即日照時(shí)數(shù)多，則氣溫較高，降水量少，田間易產(chǎn)生干旱；日照時(shí)數(shù)少，則降水量多，氣溫低，田間易產(chǎn)生漬害，進(jìn)而影響小麥的根系吸收能力和植株生長發(fā)育。

為了綜合反映光、溫、水對(duì)小麥產(chǎn)量的影響，采用多元線性回歸得出以下方程y=0.355 5 x1-0.396 1x2-0.459 4x3+129.057 5（y代表小麥產(chǎn)量；x1代表活動(dòng)積溫；x2代表日照時(shí)數(shù)；x3代表降水量），采用多元逐步回歸法將三因素與產(chǎn)量進(jìn)行擬合，結(jié)果只有活動(dòng)積溫入選，擬合方程為y=0.738 45+0.674 3x1（y 代表小麥產(chǎn)量；x1代表活動(dòng)積溫）。從以上分析結(jié)果可以看出，與小麥產(chǎn)量關(guān)系最為密切的是活動(dòng)積溫，活動(dòng)積溫多，單位面積上的穗數(shù)多，產(chǎn)量高；反之，單位面積上的穗數(shù)少，產(chǎn)量則低。表明活動(dòng)積溫是影響小麥產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。

3 結(jié)論與討論

氣候變暖對(duì)小麥生育期和產(chǎn)量產(chǎn)生了較大的影響。光照、氣溫和降水是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要?dú)庀笠蜃?，其通過各種直接和間接過程與小麥相互作用、相互影響。該研究發(fā)現(xiàn)，氣象因子變化使小麥的播種期、越冬期、成熟期呈推遲趨勢，分別推遲1.0～3.0、0.7～4.4、0.7 d；而返青期、拔節(jié)期和抽穗期呈提前趨勢，分別提前2.9、0.6、2.1 d，從而使小麥全生育期和越冬期縮短、灌漿期延長；氣候?qū)π←湲a(chǎn)量的影響呈加重趨勢，產(chǎn)量與活動(dòng)積溫呈正相關(guān)，與降水量和日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)，活動(dòng)積溫是形成小麥產(chǎn)量的主導(dǎo)因子。

有關(guān)小麥生育期氣象因子的變化趨勢很多專家已經(jīng)做了相關(guān)研究，并且觀點(diǎn)與該研究結(jié)果一致，曹倩等[9]研究指出，冬小麥主產(chǎn)區(qū)近50年冬小麥生育期內(nèi)積溫呈明顯的增加趨勢，黃淮麥區(qū)降水總的變化趨勢不顯著，但不同區(qū)域與不同時(shí)段降水分布不均，仍然是影響小麥生產(chǎn)的一大問題；武建華等[10]研究發(fā)現(xiàn)，商丘、駐馬店、周口不同時(shí)段的降水偏少或偏多均對(duì)小麥有一定的不利影響。在氣象因子對(duì)小麥物候期的影響方面，路欣等[11]研究發(fā)現(xiàn)，商丘市受冬季積溫增加的影響，小麥的適播期也比以前推遲了10～15 d；成林等[12]分析發(fā)現(xiàn)，河南省冬小麥全生育期長度呈縮短趨勢，與該研究的結(jié)論一致。在氣象因子變化對(duì)小麥產(chǎn)量的影響方面，在黃淮海地區(qū)，田展[13]分析發(fā)現(xiàn)在不考慮CO2直接肥效的情況下，黃淮海農(nóng)業(yè)區(qū)雨養(yǎng)小麥全面減產(chǎn)，但是沒有按照氣象因子分開來評(píng)測。周林等[14]分析得出，黃淮中部由于降水遠(yuǎn)小于小麥生育期的需水量，氣溫升高加快了冬小麥的生長發(fā)育速率，縮短了生育歷程；土壤水分適宜狀態(tài)下，適度升溫有利于冬小麥生長及產(chǎn)量的提高；但在土壤水分虧缺時(shí)，溫度升高使其葉面積指數(shù)增高，CO2同化能力增強(qiáng)，但加大了土壤蒸發(fā)，使小麥生長中、后期水分虧缺加重，小麥綠葉同化能力降低，最終使產(chǎn)量下降，說明光溫水協(xié)調(diào)性對(duì)小麥產(chǎn)量影響的重要性。

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