5月份氣候變化對(duì)寶雞地區(qū)冬小麥產(chǎn)量的影響分析

毛 楠，萬(wàn)紅蓮,2，石雯潔，石 巖，王寶琪

（1寶雞文理學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院，陜西寶雞721013；2寶雞文理學(xué)院/災(zāi)害監(jiān)測(cè)與機(jī)理模擬陜西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西寶雞721013）

0 引言

IPCC第五次評(píng)估報(bào)告中指出，氣候變化對(duì)全球主要糧食作物均呈現(xiàn)出不同程度的負(fù)向影響[1]。從氣候變化的影響上看，氣候變化對(duì)作物的影響最終會(huì)體現(xiàn)在產(chǎn)量上。目前，氣候極端變化的頻繁出現(xiàn)加劇了各地農(nóng)作物生產(chǎn)的不穩(wěn)定，成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況的關(guān)鍵因素。小麥?zhǔn)鞘澜缟戏N植面積最廣的三大糧食之一，中國(guó)也是最早種植小麥的國(guó)家之一。按照小麥播種季節(jié)不同，可劃分為春小麥和冬小麥，冬小麥主要生長(zhǎng)在中國(guó)河南、河北、陜西等半濕潤(rùn)半干旱氣候區(qū)，該區(qū)季風(fēng)氣候較為顯著、氣象因子常有波動(dòng)，極易引起短時(shí)間、大范圍的氣候異常，氣候異常導(dǎo)致其產(chǎn)量出現(xiàn)波動(dòng)的頻次非常高[2-6]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者近幾十年來(lái)對(duì)全球氣候變化與小麥產(chǎn)量的關(guān)系做了研究。Lobell等[7]指出氣候變化會(huì)嚴(yán)重影響未來(lái)各地區(qū)小麥的種植狀況與供應(yīng)能力；楊絢等[8]利用模擬集合，指出氣候變化對(duì)中國(guó)小麥產(chǎn)量影響的不穩(wěn)定性，分析出全球氣溫升高對(duì)中國(guó)小麥生育期內(nèi)的影響巨大；田展等[9]基于50年來(lái)氣候變化的數(shù)據(jù)分析，闡明了農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)模型中中國(guó)小麥生產(chǎn)與氣候的關(guān)系，結(jié)果表明熱量與水分條件的差異導(dǎo)致各地區(qū)小麥產(chǎn)量的不同；胡瑋等[10]整理了1981—2010年間華北地區(qū)冬小麥生育數(shù)據(jù)和氣象資料，闡述氣候變化大背景下平原地區(qū)冬小麥各階段適宜生育的條件；葛徽衍等[11]對(duì)關(guān)中氣候變化特征進(jìn)行分析研究，為冬小麥的科學(xué)生產(chǎn)提供決策的理論支持；何可杰等[12]通過(guò)對(duì)寶雞市糧食作物各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的氣象要素與產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析，得出各氣象要素對(duì)冬小麥整個(gè)生育過(guò)程都至關(guān)重要的結(jié)論；宋佃星等[13]對(duì)寶雞市主要?dú)夂蛞蜃优c冬小麥產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析，分別解析冬小麥的氣候產(chǎn)量與技術(shù)產(chǎn)量，得出近54年來(lái)寶雞市的氣溫升高促進(jìn)了冬小麥生產(chǎn)的結(jié)論。

綜上，當(dāng)前已有的研究大多是對(duì)小麥生育全過(guò)程的氣象要素進(jìn)行分析，但冬小麥的生育，尤其是其生育后期階段5月的氣候變化會(huì)直接影響其產(chǎn)量[6]，這一階段作為影響冬小麥最終產(chǎn)量的關(guān)鍵期沒(méi)有太多的單獨(dú)研究。同時(shí)冬小麥?zhǔn)菍氹u地區(qū)最主要的農(nóng)作物，無(wú)論是播種面積還是總產(chǎn)量，都在陜西省占據(jù)重要地位[13]。故分析寶雞地區(qū)冬小麥單產(chǎn)與2000—2015年每年5月氣候變化的關(guān)系，探討其規(guī)律，以期為當(dāng)?shù)匦←溈茖W(xué)種植提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

寶雞地處關(guān)中西部，黃土高原西南部，東經(jīng)106°18′—108°03′，北緯 33°35′—35°06′之間，三面環(huán)山，中部是渭河平原，地形差異顯著，尤以山地和丘陵為主（圖1）。寶雞下轄3區(qū)9縣和1個(gè)國(guó)家級(jí)高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)、1個(gè)省級(jí)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)[14]。寶雞屬于暖溫帶半濕潤(rùn)氣候，年平均降水量在590～900 mm之間，全年受到東亞季風(fēng)、青藏高壓及西太平洋副高壓等共同控制，再加上地形影響，氣象災(zāi)害頻發(fā)，暴雨洪澇、干旱、冰雹等時(shí)常發(fā)生[15-16]。

圖1 寶雞市行政區(qū)劃圖

2 材料與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于陜西省2000—2015年統(tǒng)計(jì)年鑒[17]、中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)[18]。寶雞地區(qū)是中國(guó)西部極為重要的商品糧基地之一，其種植的糧食作物主要是冬小麥。此研究主要以寶雞地區(qū)2000—2015年冬小麥的單產(chǎn)數(shù)據(jù)與其生育關(guān)鍵期5月的氣象數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行分析。

2.2 研究方法

利用Excel和ArcGIS對(duì)冬小麥有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分別描述氣溫、降水、日照的動(dòng)態(tài)變化特征，結(jié)合冬小麥單位面積產(chǎn)量和各氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討氣候變化對(duì)冬小麥生產(chǎn)產(chǎn)量的影響。由小麥生長(zhǎng)影響因子的變化特點(diǎn)來(lái)看，小麥的單位面積產(chǎn)量可分解成趨勢(shì)產(chǎn)量和波動(dòng)產(chǎn)量，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子可改變趨勢(shì)產(chǎn)量，氣候因子則影響波動(dòng)產(chǎn)量[19]。

3 分析與討論

寶雞地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)屬于典型的“氣候農(nóng)業(yè)”，故農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的豐欠在很大程度上受制于氣候條件的優(yōu)劣程度。近年來(lái)寶雞地區(qū)冬小麥的實(shí)際單產(chǎn)都高于歷年平均值，這與灌溉面積增大、農(nóng)業(yè)種植技術(shù)的提升有一定關(guān)系，但這些作為生產(chǎn)力提升所帶來(lái)的影響因素，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有太大改變。在科技不斷發(fā)展、生產(chǎn)力飛速提升的背景下，各地的小麥單產(chǎn)量均有明顯上升。2007年5月寶雞地區(qū)在政府有關(guān)部門指導(dǎo)下引入“一噴三防”技術(shù)，此技術(shù)主要用于冬小麥生長(zhǎng)中后期，該時(shí)段是產(chǎn)量形成關(guān)鍵期，也是發(fā)生各種病蟲(chóng)害的高峰期，做好這一關(guān)鍵時(shí)期的管理工作對(duì)冬小麥最終產(chǎn)量的多少至關(guān)重要。由于“一噴三防”技術(shù)的引入，后期整個(gè)關(guān)中地區(qū)的冬小麥單產(chǎn)有顯著提高。近年來(lái)冬小麥單產(chǎn)雖然均高于平均值，但波動(dòng)性明顯，單產(chǎn)高于平均值的8年以來(lái)，有3年產(chǎn)量仍然較上年有所下降，而每年的氣候條件不同，氣象因子對(duì)農(nóng)業(yè)，尤其是種植業(yè)往往也有著極大的影響。小麥產(chǎn)量形成是由光、熱、水等5個(gè)基本的生存條件所決定，而氣象條件占到4/5，其中冬小麥生育后期（即每年5月份）的氣象條件與產(chǎn)量的關(guān)系更為密切[20]。分析可見(jiàn)，寶雞地區(qū)近年來(lái)5月份的氣象因子變化對(duì)冬小麥的單位面積產(chǎn)量影響較大。

3.1 溫度對(duì)冬小麥單產(chǎn)的影響

溫度條件極大影響著小麥后期的生長(zhǎng)發(fā)育狀況，當(dāng)溫度高于其所需時(shí)，生育進(jìn)程適當(dāng)提前，溫度低則會(huì)相應(yīng)有所推遲[21]。溫度是小麥生長(zhǎng)過(guò)程中重要的影響因子，它不僅控制小麥的正常生長(zhǎng)發(fā)育，還影響農(nóng)作物光合、呼吸作用的良好進(jìn)行[22-24]。在氣溫方面，2000—2015年5月的月平均氣溫整體有所波動(dòng)，2002年出現(xiàn)最低月均溫，最高月均溫出現(xiàn)在2008年，但這2個(gè)年份的冬小麥單產(chǎn)均有所增加。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的16年中，除2008年，其余年份的小麥單產(chǎn)均穩(wěn)定在歷年平均值以上，對(duì)比這幾年的月平均氣溫可以發(fā)現(xiàn)氣溫值穩(wěn)定在19.2～20.5℃之間?！耙粐娙馈奔夹g(shù)引入前的年份里，月均溫穩(wěn)定在此范圍內(nèi)的2003、2004、2005年，其冬小麥的單位面積產(chǎn)量也基本穩(wěn)定在平均值附近，沒(méi)有明顯的減產(chǎn)。故可得知，月平均氣溫穩(wěn)定在20℃左右時(shí)，該年冬小麥的單產(chǎn)也較為穩(wěn)定（圖2）。

3.2 降水對(duì)冬小麥單產(chǎn)的影響

降水因子的作用在小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中不可替代，特別是關(guān)鍵期中降水的多少直接決定著小麥的產(chǎn)量[22]。2000—2015年間5月的月降水量波動(dòng)較大。2002、2011、2013年的降水量明顯增多，其中2年都達(dá)到100 mm以上，而這2年冬小麥的單產(chǎn)較上年都下降超過(guò)10%。2002年，降水量為80.2 mm，而冬小麥的單產(chǎn)卻遠(yuǎn)低于歷年平均值；2008年的5月降水量極少，僅為23.6 mm，而冬小麥產(chǎn)量卻明顯增多，創(chuàng)下多年之最，單產(chǎn)量達(dá)到了4502 kg/hm2。說(shuō)明冬小麥的單產(chǎn)量與5月份降水量基本呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。小麥雖然是抗旱性較強(qiáng)的作物，尤其是生長(zhǎng)發(fā)育的后期，主要依靠根系汲取深層土壤中的水分[18]，但降水量減少所帶來(lái)的增產(chǎn)并不是無(wú)限的，極端的干旱缺水同樣會(huì)導(dǎo)致小麥單產(chǎn)的降低（圖3）。

3.3日照對(duì)冬小麥單產(chǎn)的影響

小麥生育后期要求有充足的光照，尤其是其灌漿期階段對(duì)光照反應(yīng)極為敏感，小麥生育后期子粒干物質(zhì)得到積累的來(lái)源之一就是綠葉制造的光合產(chǎn)物。若光照不足，會(huì)造成粒重下降從而降低產(chǎn)量[21,23,25]。在日照方面，寶雞地區(qū)2000—2007年5月日照時(shí)長(zhǎng)的平均值為201 h，2007-2015年間5月日照時(shí)長(zhǎng)的平均值為175.2 h。2004、2008年日照累計(jì)時(shí)間超過(guò)240 h，同年的冬小麥單產(chǎn)較之前都有明顯增加，其中2008年在極端干旱少雨的氣候背景下漲幅更是達(dá)到31.3%。2005年月累計(jì)日照時(shí)長(zhǎng)低于相近年份的平均值，其單產(chǎn)下降3%，2013年月累計(jì)日照時(shí)長(zhǎng)近年平均值，其單產(chǎn)下降15.6%?？梢?jiàn)，冬小麥單產(chǎn)和生育后期日照時(shí)長(zhǎng)沒(méi)有明顯的線性相關(guān)，但產(chǎn)量會(huì)隨光照時(shí)長(zhǎng)逐漸增多，充足的光照對(duì)于冬小麥生育后期和最終產(chǎn)量有重要意義（圖4）。

4 結(jié)論與建議

圖2 2000—2015年冬小麥單位面積產(chǎn)量與氣溫關(guān)系圖

（1）寶雞地區(qū)冬小麥的生長(zhǎng)發(fā)育僅就后期階段來(lái)看，對(duì)于氣溫的要求是5月平均氣溫穩(wěn)定在20℃左右，當(dāng)月平均溫度達(dá)到此值時(shí)，該年冬小麥單產(chǎn)基本正常，部分年份甚至可以達(dá)到增產(chǎn)；而在降水方面，冬小麥單產(chǎn)與5月降水量之間存在負(fù)相關(guān)的關(guān)系，但降水量減少所帶來(lái)的增產(chǎn)并不是無(wú)限的，極端的干旱缺水同樣會(huì)導(dǎo)致冬小麥單產(chǎn)的降低；在日照方面，充足的光照對(duì)于冬小麥生長(zhǎng)后期有重要的意義。

圖3 2000—2015年冬小麥單位面積產(chǎn)量與降水關(guān)系圖

圖4 2000—2015年冬小麥單位面積產(chǎn)量與日照關(guān)系圖

（2）2000—2015年寶雞地區(qū)冬小麥的單產(chǎn)量總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但上升的幅度受到了氣候變化、科學(xué)技術(shù)、相關(guān)政策等因素的影響。針對(duì)上述結(jié)果，提出幾點(diǎn)建議以促進(jìn)寶雞地區(qū)小麥產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展：一是寶雞地區(qū)農(nóng)業(yè)及氣象等有關(guān)部門在監(jiān)測(cè)各種氣候變化的基礎(chǔ)上，還要不斷加強(qiáng)各項(xiàng)災(zāi)害防御的建設(shè)，科學(xué)應(yīng)對(duì)寶雞地區(qū)冬小麥生長(zhǎng)期可能面臨的極端氣候變化，如寒潮侵襲時(shí)需提前御寒，可在農(nóng)作物上覆膜以保溫；而強(qiáng)降水天氣來(lái)臨時(shí)，需盡早排水以避免植株浸泡等發(fā)生；二是明確“民以食為天”，保證冬小麥種植面積在寶雞地區(qū)總耕作面積中的合理比例，農(nóng)業(yè)部門準(zhǔn)確把握農(nóng)產(chǎn)業(yè)的導(dǎo)向，農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者嚴(yán)格執(zhí)行政府下達(dá)的產(chǎn)業(yè)目標(biāo)，將農(nóng)業(yè)產(chǎn)品合理布局，以確保農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)更好更快的發(fā)展；三是要因地制宜，合理對(duì)冬小麥種植技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，持久使用“一噴三防”技術(shù)，并結(jié)合寶雞地區(qū)冬小麥生長(zhǎng)狀況、氣候變化等特點(diǎn)，從種植技術(shù)以及病蟲(chóng)害防治方面入手，科學(xué)種植，選擇合適的耕作方式，做好病蟲(chóng)害防治工作，最終實(shí)現(xiàn)冬小麥的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益最大化的實(shí)現(xiàn)[26]。

（3）冬小麥生長(zhǎng)并不完全由氣候這一因素決定，所以并未考慮冬小麥品種的多樣性及寶雞地區(qū)常見(jiàn)自然災(zāi)害對(duì)其產(chǎn)量的影響，后期將進(jìn)行田間試驗(yàn)，以更準(zhǔn)確全面地分析氣候變化對(duì)冬小麥單產(chǎn)的影響。