巴楚縣冬小麥生長期氣候變化特征及其對冬小麥發(fā)育期的影響

謝 芳，黃新琳，劉 楊，郝宏飛，吉春容

（1.新疆維吾爾自治區(qū)氣象局，新疆 烏魯木齊830002；2.塔城地區(qū)氣象局，新疆 塔城834741；

3.巴州氣象局，新疆 庫爾勒841000；4.巴楚縣氣象局，新疆 巴楚843800；5.新疆農(nóng)業(yè)氣象臺，新疆 烏魯木齊830002）

近百年來，全球氣候與環(huán)境發(fā)生了重大變化，IPCC第五次評估報告指出：1880—2012年全球地表平均溫度已升高了0.85℃，變暖幅度自20世紀90年代以來明顯加速，全球氣溫呈上升的趨勢[1]。中國近百年氣溫變暖趨勢達到0.5～0.8℃，略低于全球平均值[2]。氣候變暖對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在明顯影響，通過改變農(nóng)作物生長發(fā)育過程中光照、溫度、降水等的變化而影響生產(chǎn)力[3]，進而增加了生產(chǎn)活動的不穩(wěn)定性，對作物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局、作物種植結(jié)構(gòu)和主要耕作制度等產(chǎn)生了較大的影響[4-5]。隨著氣候變暖，國外多種作物的發(fā)育期呈提前趨勢[6]。我國的一些學(xué)者對近幾十年氣候變化對作物生長的影響做了大量研究，在我國北方由于秋冬季變暖，冬小麥播種期普遍推遲4～8 d，全生育期提前4～7 d，總生育期縮短4～9 d[7-10]。河南省冬小麥營養(yǎng)生長期縮短，生殖生長期延長，其縮短和延長的天數(shù)從北向南遞增[11]。寧夏氣溫升溫使得冬小麥種植北界明顯向北、海拔上界明顯向高處擴展[12]。近年來，一些學(xué)者曾就新疆部分區(qū)域冬小麥生育期變化進行了研究，阿布都克日木等[13]分析了喀什市冬小麥發(fā)育期和光熱資源變化，結(jié)果表明，近34 a喀什市冬小麥各發(fā)育期均表現(xiàn)出不同程度的提前趨勢，尤其以起身期和拔節(jié)期的提前趨勢最為顯著。李海花[14]的研究表明，阿勒泰市春小麥全發(fā)育期天數(shù)的變化呈減少趨勢。鄭玉萍等[15]認為，由于氣溫升高使得烏魯木齊冬小麥冬前生長期延長，越冬期間負積溫減少，冬小麥的適宜播種期應(yīng)在傳統(tǒng)播種期的基礎(chǔ)上向后推遲一候左右。熱量是植物生長發(fā)育過程中最為重要的因素之一，有研究指出，石家莊和河北冬小麥春季各生育期提前的主要原因是由于平均氣溫的升高[16-17]；冬小麥發(fā)育期內(nèi)平均溫度每升高1℃，返青-開花、開花-成熟期分別縮短3.8 d、1.2 d[18-19]。也有研究表明，相比于平均溫度，最高和最低溫度的變化對農(nóng)業(yè)的影響更大[20]；影響河南省冬小麥抽穗—成熟期影響產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子是日最高氣溫，而返青-抽穗期是日最低氣溫，并指出返青前氣候變化對后續(xù)生育進程有持續(xù)影響[21]。李樹軍等[22]認為小麥拔節(jié)前日照時數(shù)對生育長度作用最大，拔節(jié)后積溫對生育長度影響最大。

冬小麥是喜涼作物，過高溫度對穗花發(fā)育、籽粒形成和灌漿，尤其是花后高溫顯著降低冬小麥產(chǎn)量[23]，也有研究認為小麥抽穗開花期溫度升高有利于小花的分化，但溫度過高會使營養(yǎng)生長過于旺盛，不利于穗粒數(shù)的形成[24]。過去幾十年新疆氣候也發(fā)生了較大變化，氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型[25-26]，表現(xiàn)為氣溫升高、降水量增多[27-28]。位于中亞腹部暖溫帶大陸性干旱氣候帶的巴楚縣熱量資源充足，縣境內(nèi)葉爾羌河冰川積雪融水為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了較穩(wěn)定的灌溉水資源，冬小麥是其主要糧食作物，種植面積和產(chǎn)量在喀什地區(qū)占有主導(dǎo)地位。那么在全球氣候變暖背景下，巴楚縣氣候如何變化，其對冬小麥生育期以及生產(chǎn)種植有何影響均需深入研究。本文擬在統(tǒng)計分析巴楚縣1983—2012年氣候資料的基礎(chǔ)上，闡明冬小麥生育期內(nèi)的氣候變化特征及主要生育期的關(guān)鍵影響因子，以期為當?shù)囟←溒贩N選擇、種植結(jié)構(gòu)調(diào)整及實現(xiàn)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供決策依據(jù)。

1 資料來源及分析方法

1.1 資料來源

氣象和冬小麥發(fā)育期資料均來源于巴楚國家基本氣象站，時間為1983—2012年。氣象因子包括最高溫度、最低溫度、平均溫度、日照時數(shù)和降水量的逐日數(shù)據(jù)。冬小麥關(guān)鍵發(fā)育期包括播種、越冬開始、返青、抽穗和成熟等5個時段，對應(yīng)劃分為4個生長階段，分別為播種—越冬開始，越冬開始—返青，返青—抽穗，抽穗—成熟。由于冬小麥是跨年度越冬作物，將冬小麥收獲年度作為冬小麥生育年度，即上一年秋播種起至翌年收獲止（上年10月—翌年6月）。

1.2 研究方法

采用一元線性回歸方法，統(tǒng)計分析巴楚縣冬小麥生育期內(nèi)的日平均氣溫、平均日最高氣溫、平均日最低氣溫、降水量、日照時數(shù)等氣候因子以及冬小麥生育期的變化特征。使用Pearson相關(guān)系數(shù)法對冬小麥關(guān)鍵生育期與不同時段的氣候因素進行相關(guān)分析，根據(jù)系數(shù)大小，判斷影響冬小麥生育期的關(guān)鍵氣候因子及關(guān)鍵時段。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥關(guān)鍵生育期的變化特征

冬小麥關(guān)鍵生育期的差異變化見表1。播種、抽穗和成熟期均呈提前趨勢，以抽穗期提前顯著，成熟期次之，播種期變化不明顯；30 a來播種、抽穗和成熟期已分別提前了2.0 d、12.4 d、6.2 d。越冬開始和返青呈不顯著延后趨勢，30 a來越冬開始和返青已分別延后了7.5 d和3.3 d。

表1 巴楚縣冬小麥關(guān)鍵生育期變化速率

由表2可以看出，巴楚縣冬小麥平均生育期為237 d，不同發(fā)育階段日數(shù)相差較大，越冬開始-返青最長達87 d，返青—抽穗次之，抽穗—成熟期最短僅39 d。從變化趨勢來看，近30 a冬小麥全生育期呈縮短趨勢，30 a來縮短了7.4 d。冬前冬小麥生育天數(shù)逐年增加，30 a來增加了9.4 d。越冬開始—返青和返青—抽穗的長度均呈縮短趨勢，30 a來分別縮短了4.2 d、15.6 d，趨勢非常顯著。抽穗-成熟期顯著延長，30 a來已延長6.4 d。

表2 巴楚縣冬小麥各發(fā)育階段生長長度變化速率

2.2 冬小麥生育期內(nèi)的氣候變化特征

從整體上看（表3），巴楚縣冬小麥生育期內(nèi)的氣候變化呈暖濕趨勢，表現(xiàn)出氣溫升高，降水增多。平均氣溫、平均最高氣溫和最低氣溫整體呈上升趨勢，特別是最低氣溫升幅顯著（P<0.01），氣候變暖趨勢明顯。

表3 冬小麥各生育時期氣象因素的平均氣候傾向率

各生育期內(nèi)，越冬期間（12月—翌年2月）氣候變化不顯著，其他時段均存在顯著變化（P<0.05）。除最高氣溫12月—翌年2月、平均氣溫和最低氣溫1月呈不顯著下降外，其他生育期各因子均呈整體上升趨勢，氣溫升高最多的為11月，10月和4月次之。各生育時段平均溫度、最高溫度和最低溫度變化趨勢基本一致，主要表現(xiàn)為兩高一低，即越冬期間（12月—翌年2月）氣溫呈下降趨勢，而冬前氣溫（9—11月）和年后氣溫（3—6月）均顯著上升（P<0.05）。冬小麥生育期內(nèi)日照時數(shù)整體減少，但變化不顯著；降水量呈不顯著增多趨勢。

2.3 氣候要素與冬小麥關(guān)鍵生育期相關(guān)分析

對冬小麥生長季（10月—次年6月）氣候要素與關(guān)鍵生育期進行相關(guān)分析，結(jié)果見表4。可以看出，各發(fā)育期與越冬前（前一年10—12月）氣溫相關(guān)性均不顯著。平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫對生育期的影響，播種期均呈負相關(guān)，氣溫越低，播種越早；越冬開始除10月最低氣溫外均呈正相關(guān)，說明氣溫越高，冬小麥越推遲進入越冬期；但播種期、越冬開始與不同氣溫因子的相關(guān)性均不顯著。冬小麥返青期與1—2月、抽穗期與3—4月、成熟期與4—6月的平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫均呈顯著或極顯著負相關(guān)（P<0.05），氣溫升高，生育期提前，反之亦然。同一生育期內(nèi)不同氣溫因子對冬小麥生育期的影響，返青期、抽穗期與平均氣溫的負相關(guān)性均高于最高氣溫、最低氣溫，成熟期與3月和5月最高氣溫、4月平均氣溫、6月最低氣溫負相關(guān)性高于同一月份其他氣溫因子。

越冬開始與10月的日照呈顯著正相關(guān)（P<0.05），而返青期與11月、抽穗和成熟期與3月的日照呈顯著負相關(guān)（P<0.05），即日照時數(shù)增加生育期提前；其它時段均未通過顯著性檢驗。各生育期與降水的相關(guān)性均未通過顯著性檢驗，降水對冬小麥生育期變化的影響不明顯。從整體上看，1—2月氣溫降低是巴楚冬小麥返青期延后的主要原因，而抽穗和成熟期提前則主要是由于3—4月、4—6月的氣溫升高所致。

2.4 近30 a氣候變化對冬小麥生育期的影響

近30 a巴楚縣冬小麥生育期內(nèi)氣候變暖趨勢明顯，尤其是11月增溫顯著，熱量的增加對冬小麥生育前期生長是極為有利的。同時，小麥冬前的溫度變化與溫度、對應(yīng)生育期相關(guān)關(guān)系具有較好的適應(yīng)性，即氣溫和生育期的相關(guān)關(guān)系為正相關(guān)時段氣溫恰好也呈上升趨勢，對小麥的生長發(fā)育較為有利，利于在冬前形成壯苗。越冬開始—返青階段（12月—翌年2月）平均溫度、最高溫度、最低溫度整體為負的下降趨勢，這對冬小麥的越冬不利，冬小麥受凍害的機率提高。冬小麥生育中后期（返青—成熟）的溫度變化與溫度、生育期相關(guān)關(guān)系大多不適應(yīng)，呈完全反相變化，具體表現(xiàn)為返青、抽穗和成熟期與開春后各月的氣溫相關(guān)關(guān)系均為負相關(guān)，但近30 a此時期的平均溫度、最高溫度、最低溫度均是升高的，這對冬小麥生產(chǎn)存在負效應(yīng)，可能會導(dǎo)致冬小麥結(jié)實率下降、千粒重降低，發(fā)生干熱風(fēng)的頻次和強度增加，對產(chǎn)量造成不利影響。

表4 冬小麥關(guān)鍵生育期與不同時段氣象因素的相關(guān)性分析

受氣候變化影響，巴楚縣冬小麥播種期提前、冬前麥苗生長期延長、越冬期和孕穗期縮短，灌漿成熟期延長，這一系列現(xiàn)象對冬小麥生長整體利多于弊。有利的方面表現(xiàn)在播種期提前、冬前生長期延長，冬小麥可充分利用秋季熱量條件，早發(fā)快長，促進分蘗，形成壯苗，增強麥苗抗逆性；抽穗-成熟期延長，使冬小麥灌漿時間相應(yīng)延長，有利于提高冬小麥千粒重，提高產(chǎn)量；成熟期提前有利于早夏播，提高秋糧產(chǎn)量。不利的方面表現(xiàn)在生育期的提前容易導(dǎo)致病蟲害早發(fā)生，同時氣候變暖也使病蟲害加重成為可能；返青期延后對晚播麥田和冬前弱苗的升級轉(zhuǎn)化不利，也相應(yīng)縮短了小麥后期生長發(fā)育時間，對增產(chǎn)不利；返青—抽穗期縮短，一方面縮短了穗分化時間，對形成大穗不利，另一方面抽穗期為冬小麥需水關(guān)鍵期，生育期提前田間水肥管理也應(yīng)相對提前，要適早適量灌溉。

3 結(jié)論

（1）近30 a巴楚縣冬小麥播種、抽穗和成熟期均呈提前趨勢，以抽穗期提前顯著，成熟期次之，播種期日期變化不明顯；越冬開始和返青呈不顯著延后趨勢，該結(jié)論與同類研究結(jié)果基本一致[29-30]，但也有研究顯示返青期同樣呈提前趨勢[31]，這可能和所選站點有關(guān)。巴楚冬小麥全生育期呈縮短趨勢，冬前生育天數(shù)逐年增加，越冬開始-返青、返青-抽穗的長度均縮短，以返青—抽穗期縮短趨勢顯著，而抽穗-成熟期呈顯著延長。

（2）巴楚縣冬小麥生育期內(nèi)氣候變暖趨勢明顯，這與鄭紅蓮等[32-34]關(guān)于南疆地區(qū)的氣候變化研究結(jié)果基本一致。近30 a平均氣溫、平均最高氣溫和最低氣溫整體上升，氣溫升高最多的為11月，10月和4月次之。各生育期內(nèi)，越冬期間（12月—翌年2月）氣候因素變化不顯著，其他時段均存在顯著變化（P<0.05），且表現(xiàn)為兩高一低的相同變化趨勢。日照時數(shù)整體減少、降水量增多，但變化不顯著。

（3）1—2月氣溫降低是巴楚冬小麥返青期延后的主要原因，而抽穗和成熟期提前則分別是3—4月、4—6月的氣溫升高所致。

本文主要對小麥生育期內(nèi)的氣候變化特征及對生育期的關(guān)鍵影響因子進行了分析，關(guān)于小麥自身生物學(xué)特性、栽培管理等綜合因子的交互影響有待于進一步深入研究。