氣象條件對(duì)共和春小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響分析

劉鑫 李文輝

摘要 青海共和地區(qū)1998—2008年春小麥生育期觀測(cè)資料及地面平行觀測(cè)氣象資料，采用線性趨勢(shì)、相關(guān)系數(shù)、滑動(dòng)平均、多元線性回歸分析等方法，分析了春小麥生育期內(nèi)各氣象要素變化趨勢(shì)以及與氣象產(chǎn)量關(guān)系。

關(guān)鍵詞 春小麥;產(chǎn)量;多元線性回歸分析;共和

中圖分類號(hào)：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2020）04-0-04

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.04.040

小麥?zhǔn)侵袊?guó)三大糧食作物之一，同時(shí)是最重要的口糧之一，常年種植面積在2 667萬(wàn) hm2左右。小麥產(chǎn)量直接關(guān)系到國(guó)家糧食安全與社會(huì)穩(wěn)定，其年際間產(chǎn)量波動(dòng)受諸多因素共同影響，如品種、生長(zhǎng)環(huán)境、種植技術(shù)、氣象條件等[1-2]。在以變暖為主要特征的全球氣候變化背景下，氣象因子波動(dòng)將會(huì)嚴(yán)重影響小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量。氣溫、降水量和輻射是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要?dú)庀笠蛩?，是作物生長(zhǎng)發(fā)育必要?dú)庀笠蜃?，決定種植區(qū)域的種植技術(shù)與產(chǎn)量[3-5]。杜汛雨對(duì)河北省欒城縣1980—2012年氣溫和降水變化特征及其對(duì)冬小麥氣候產(chǎn)量影響進(jìn)行分析，結(jié)果表明溫度低時(shí)，氣候產(chǎn)量也隨之較低，當(dāng)冬季均溫在1～2.5℃且春季均溫較高時(shí)，氣候產(chǎn)量相對(duì)較高;當(dāng)冬季均溫在1℃～2℃且春季均溫在13.85℃～14.85℃之間時(shí)則對(duì)冬小麥生長(zhǎng)更為有利[6]。李月英[7]等對(duì)衡水市1976～2006年冬小麥平均產(chǎn)量與氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，研究表明降水、溫度及蒸發(fā)量與冬小麥產(chǎn)量呈極顯著相關(guān)。白巖等[8]分析了濉溪縣小麥生產(chǎn)周期增產(chǎn)氣候條件，調(diào)查發(fā)現(xiàn)返青后氣溫持續(xù)偏高，灌漿期延長(zhǎng)，日照充足是小麥產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)新突破的主要原因。因此，氣象因子波動(dòng)對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量有密切關(guān)系。在全球氣候變暖大趨勢(shì)下，青海共和地區(qū)氣候變化也較顯著，勢(shì)必對(duì)春小麥生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量造成一定影響，因此了解作物生育期內(nèi)氣象因子變化趨勢(shì)及對(duì)作物影響，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義[9-12]?；?998—2018年逐日觀測(cè)的氣溫、降水、日照資料和春小麥各生育期及產(chǎn)量資料，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法初步分析氣象因子與春小麥氣象產(chǎn)量關(guān)系，確定影響春小麥產(chǎn)量主要?dú)庀笠蜃雍完P(guān)鍵生育期。

1 資料來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

共和縣隸屬青海省海南藏族自治州，地處青藏高原東北角，北靠青海湖，南臨黃河，東以日月山與東部農(nóng)業(yè)區(qū)為界，西與柴達(dá)木毗連，東西長(zhǎng)221.5 km，南北寬155.4 km，總面積1.73×104 km2。地形由西北向東南傾斜，平均海拔3 200 m，總?cè)丝?3.6萬(wàn)余人。全縣有可利用草場(chǎng)125.08萬(wàn) hm2，擁有耕地資源3.13萬(wàn)hm2，農(nóng)作物總播種面積達(dá)2.96萬(wàn)hm2，其中糧食作物播種面積1.70萬(wàn)hm2，油料作物播種面積0.91萬(wàn) hm2。

1.2 資料來(lái)源

1998—2018年共和縣氣象數(shù)據(jù)（日最高氣溫、日最低氣溫、活動(dòng)積溫、降水量、日照時(shí)數(shù)）及春小麥生育期數(shù)據(jù)來(lái)源于共和縣國(guó)家基本氣象站逐日觀測(cè)資料，小麥單產(chǎn)數(shù)據(jù)來(lái)源于共和縣統(tǒng)計(jì)局。

1.3 研究方法

1.3.1 線性趨勢(shì) 用線性趨勢(shì)法分析春小麥生育期間各氣候要素變化趨勢(shì)：

式中，w為要素值，c為常數(shù)項(xiàng)，d為回歸系數(shù)（傾向率），i為時(shí)間序列的年份。c和d可用最小二乘法估算。氣候傾向率d值符號(hào)反映上升或下降的變化趨勢(shì)。并對(duì)結(jié)果分別進(jìn)行置信度為95%和99%的顯著性檢驗(yàn)，給定顯著性水平，若，表明隨時(shí)間變化趨勢(shì)是顯著，否則表明變化趨勢(shì)是不顯著[13]。

1.3.2 相關(guān)分析法 用相關(guān)分析法分析氣候因子與春小麥各生育期間之間的相關(guān)性。由于樣本量小于30，因此用計(jì)算無(wú)偏相關(guān)系數(shù)加以校正[14]。

1.3.3 滑動(dòng)平均法 根據(jù)春小麥產(chǎn)量影響因子變化特點(diǎn)，可把春小麥產(chǎn)量分解為趨勢(shì)產(chǎn)量和波動(dòng)產(chǎn)量，前者變化主要是由社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子造成，后者則主要取決于氣候因子[15-17]。趨勢(shì)產(chǎn)量反映社會(huì)因素即社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平、政策、技術(shù)等引起春小麥產(chǎn)量在時(shí)間尺度上某種較平穩(wěn)增長(zhǎng)趨勢(shì);氣候產(chǎn)量反映由溫度、降水、日照等氣象因子引起春小麥產(chǎn)量波動(dòng)。產(chǎn)量分離方法很多，此次研究采用時(shí)間序列為5年的直線滑動(dòng)平均分析法。

式中，春小麥實(shí)際產(chǎn)量Y分離為趨勢(shì)產(chǎn)量Y（t）、氣候產(chǎn)量Y（w）、隨機(jī)誤差e三部分，隨機(jī)誤差e一般忽略不計(jì)。任一年實(shí)際產(chǎn)量減去趨勢(shì)產(chǎn)量就是氣候產(chǎn)量。

1.3.4 多元線性回歸分析法分析春小麥產(chǎn)量對(duì)各氣象因子的響應(yīng)[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 春小麥生育期內(nèi)各氣候因子的變化特征

根據(jù)共和縣氣象局對(duì)春小麥生育期的觀測(cè)記錄將春小麥生長(zhǎng)過(guò)程分為4個(gè)階段： 3月下旬—4月上旬為播種期;4月下旬—5月上旬為出苗期;5月下旬—6月中旬為拔節(jié)期;7月下旬—8月上旬為乳熟期。

2.1.1 生育期氣溫的變化趨勢(shì) 氣溫是影響小麥生長(zhǎng)重要?dú)庀笠蛩刂?，它不僅影響小麥播種時(shí)間及生長(zhǎng)發(fā)育速度，還對(duì)小麥產(chǎn)量有影響，因此，氣溫波動(dòng)對(duì)春小麥整個(gè)生育期有直接影響。1998—2018年近20年春小麥播種期、出苗期、拔節(jié)期、乳熟期以及全生育期平均氣溫氣傾向率分別為0.55℃/10年、-0.76℃/10年、-0.30℃/10年、0.20℃/10年、-0.08℃/10年，年份與平均氣溫相關(guān)系數(shù)分別為0.339、0.330、0.237、0.103、0.100，均未通過(guò)置信度為0.10的顯著性檢驗(yàn)。其中，播種期和乳熟期平均氣溫呈不顯著升溫趨勢(shì)，尤以播種期升溫幅度最大。出苗期、拔節(jié)期和全生育期平均氣溫呈不顯著降溫趨勢(shì)，其中以出苗期降溫幅度最大，全生育期平均氣溫表現(xiàn)平穩(wěn)。春小麥播種期、出苗期、拔節(jié)期、乳熟期以及全生育期平均氣溫年極差分別為4.1℃、6.6℃、3.3℃、5.8℃和2.0℃，出苗期極差最大，全生育期極差最小，極差大小依次是出苗期>乳熟期>播種期>拔節(jié)期>全生育期（圖1）。

2.1.2 生育期降水的變化趨勢(shì) 降水量與春小麥的生長(zhǎng)密切相關(guān)，同時(shí)制約著春小麥產(chǎn)量。1998—2018年春小麥播種期、出苗期、拔節(jié)期、乳熟期和全生育期降水量分別以0.79、6.50、15.96、15.36、38.6 mm/10年的氣候傾向率呈增多趨勢(shì)，年份與降水量相關(guān)系數(shù)分別為0.057、0.277、0.485（P<0.05）、0.468（P<0.05）、0.686（P<0.01），其中拔節(jié)期和乳熟期降水呈顯著增多趨勢(shì)，全生育期降水量呈極顯著增多趨勢(shì)。春小麥播種期、出苗期、拔節(jié)期、乳熟期和全生育期降水量年極差分別為34.3、59.9、77.1、74.6、125.9 mm，降水量年極差大小依次為全生育期>拔節(jié)期>乳熟期>出苗期>播種期。全生育期平均降水量為121.0 mm，最多年為201.1 mm（2018年），最少年為75.2 mm（2003年），最多年降水量是最少年降水量的1.67倍，表明降水量年際間變化差異大（圖2）。

2.1.3 生育期日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì) 日照是農(nóng)作物進(jìn)行光合作用的必要條件，其強(qiáng)弱直接關(guān)系春小麥光合作用能力，進(jìn)而影響春小麥生長(zhǎng)發(fā)育。1998—2018年近20年春小麥播種期、出苗期、拔節(jié)期、乳熟期日照時(shí)數(shù)均隨年際的延長(zhǎng)呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率分別為-0.27、-01.86、-20.59、-40.53、-26.77 h/10年，年份與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.014、0.065、0.406（P<0.10）、0.111、0.435（P<0.05），可見(jiàn)，春小麥拔節(jié)期和全生育期日照時(shí)數(shù)的減少趨勢(shì)為顯著。春小麥播種期、出苗期、拔節(jié)期、乳熟期和全生育期日照時(shí)數(shù)年極差分別為53.9、63.2、115.4、73.6、134.1 h，日照時(shí)數(shù)年極差大小與降水量一致，依次為全生育期>拔節(jié)期>乳熟期>出苗期>播種期。全生育期平均日照時(shí)數(shù)為784.4 h，最多年為848.7 h（2000年），最少年為714.6 h（2017年），最多年較最少年偏多18.8%（圖3）。

2.2 氣象因子與春小麥氣候產(chǎn)量相關(guān)性分析

2.2.1 氣溫的影響 （表1）春小麥氣候產(chǎn)量與各氣象因子之間的相關(guān)性，可見(jiàn)，共和縣春小麥氣象產(chǎn)量與6月中旬、7月下旬最高氣溫以及7月下旬平均氣溫相關(guān)系數(shù)通過(guò)了P=0.05的顯著性檢驗(yàn)，與4月上旬最高氣溫、7月中旬最高氣溫相關(guān)系數(shù)通過(guò)了P=0.10的顯著性檢驗(yàn)，且與4月上旬和6月中旬的最高氣溫呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明共和地區(qū)春小麥產(chǎn)量受播種期、拔節(jié)期最高氣溫影響較大，此階段高溫利于作物增產(chǎn)。但與7月中、下旬最高氣溫及7月下旬平均氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明共和地區(qū)春小麥在拔節(jié)至乳熟階段溫度過(guò)高，易引起莖稈節(jié)間升伸長(zhǎng)速度加快，不利于培育壯稈，縮短小花分化時(shí)間，不利于增加穗粒數(shù)、節(jié)間徒長(zhǎng)，使得機(jī)械組織發(fā)育不良，缺乏韌性易倒伏，故而對(duì)作物產(chǎn)量造成不利影響。

2.2.2 降水量的影響 共和地區(qū)春小麥氣象產(chǎn)量與整個(gè)生育期降水量通過(guò)了P=0.10的正相關(guān)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明對(duì)整個(gè)生育期而言，偏多降水量利于小麥產(chǎn)量增加。除7月中旬降水量與春小麥氣象產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)外（R=0.511，P<0.05），其余各旬降水量與氣象產(chǎn)量相關(guān)性均不顯著（表1）。由此可見(jiàn)，拔節(jié)期至乳熟期降水量多少直接制約共和地區(qū)春小麥氣象產(chǎn)量，該時(shí)段是春小麥提高穗粒數(shù)、?；ㄔ鲎训年P(guān)鍵時(shí)期，此時(shí)春小麥新陳代謝旺盛，小麥植株生長(zhǎng)迅速，需大量水分，若水分不足不僅減少每畝穗數(shù)，且對(duì)穗粒數(shù)影響也較為嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)水分反映較敏感，抗旱能力弱。缺水受旱則穗粒數(shù)減少，產(chǎn)量顯著下降，故而要保證充足水分供應(yīng)。

2.2.3 日照時(shí)數(shù)的影響 共和地區(qū)日照時(shí)數(shù)與春小麥的氣象產(chǎn)量相關(guān)性均呈不顯著，故日照時(shí)數(shù)對(duì)春小麥產(chǎn)量影響小于氣溫和降水量影響（表1）。小麥被稱為長(zhǎng)日照作物，但共和地區(qū)春小麥產(chǎn)量與日照時(shí)數(shù)僅在6月下旬呈較小正相關(guān)，其余各旬皆為負(fù)相關(guān)。這與高原地區(qū)日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)、土壤水分蒸散量加大、不利于土壤保墑、易造成干旱、不利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成有關(guān)，故而引起春小麥減產(chǎn)。整個(gè)生育期，春小麥產(chǎn)量與日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)。

2.3 氣候條件與春小麥氣象產(chǎn)量的關(guān)系

2.3.1 全生育期氣候條件對(duì)春小麥氣象產(chǎn)量的影響 由表2可以建立春小麥氣象產(chǎn)量（Y）與整個(gè)生育期內(nèi)氣象要素的回歸方程Y=-5.568a+0.166b-2.053c+0.202d+0.021z（R=0.495，F(xiàn)=0.973，P=0.465）式中a、b、c、d、e分別代表平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量以及日照時(shí)數(shù)。其中降水量偏回歸系數(shù)通過(guò)了P=0.10信度檢驗(yàn)。由此看出整個(gè)生育期，共和縣各個(gè)氣象要素中降水量多少對(duì)春小麥氣象產(chǎn)量起決定作用，降水量每增加一個(gè)單位，氣象產(chǎn)量增加0.202個(gè)單位。降水量是春小麥生育期內(nèi)水分主要來(lái)源之一，水分對(duì)于春小麥至關(guān)重要，水分變化直接關(guān)系糧食生產(chǎn)。在日常種植過(guò)程中，需進(jìn)行定期補(bǔ)充水分以此來(lái)保證糧食作物正常生長(zhǎng)。當(dāng)平均氣溫與最低氣溫每上升1個(gè)單位，氣象產(chǎn)量分別減少-5.568及-2.053個(gè)單位，故而整個(gè)生育期內(nèi)平均氣溫與最低氣溫不易過(guò)高。當(dāng)最高氣溫與日照時(shí)數(shù)每提高一個(gè)單位，氣象產(chǎn)量分別增加0.166及0.021個(gè)單位，因此，光、溫?zé)崃織l件的增加對(duì)春小麥氣候產(chǎn)量有利。

2.3.2 播種期氣候條件對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響 由表2可以建立春小麥氣象產(chǎn)量（Y）與播種期內(nèi)氣象要素的回歸方程Y=16.301a-5.033b-4.682c-0.273d-0.74z+125.51（R=0.516，F(xiàn)=1.018，P=0.444），其中平均氣溫與日照時(shí)數(shù)均通過(guò)P=0.10信度的檢驗(yàn)，說(shuō)明播種期內(nèi)平均氣溫與日照時(shí)數(shù)對(duì)共和地區(qū)春小麥氣象產(chǎn)量起決定作用。平均氣溫每上升一個(gè)單位，氣象產(chǎn)量增加16.301個(gè)單位，日照時(shí)數(shù)每增加一個(gè)單位，氣象產(chǎn)量減少-0.74個(gè)單位，播種期內(nèi)平均氣溫升高有利于小麥生長(zhǎng)發(fā)育，而適當(dāng)日照利于土壤保墑，對(duì)后期春小麥生長(zhǎng)發(fā)育起奠基作用。播種期內(nèi)最高氣溫、最低氣溫以及降水量每增加一個(gè)單位，春小麥氣象產(chǎn)量分別減少-5.033、-4.685、-0.273個(gè)單位，故而播種期內(nèi)需注意防范高溫?zé)岷?、低溫冷害與過(guò)多降水引發(fā)土壤透氣性差造成的危害。

2.3.3 出苗期、拔節(jié)期、乳熟期對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響 由表2可以建立春小麥（Y）與出苗期、拔節(jié)期、乳熟期內(nèi)氣象要素的回歸方程，分別為Y=2.84a+0.581b-0.508c-0.279d-0.443z+36.64（R=0.321，F(xiàn)=0.322，P=0.892）;Y=-7.948a+5.13b-0.377c+0.025d-0.045z+6.767（R=0.367，F(xiàn)=0.436，P=0.816）;Y=-1.36a+1.553b-1.118c-0.033d-0.19z+24.038（R=0.224，F(xiàn)=0.148，P=0.977）。其中出苗期平均氣溫與最高氣溫每上升一個(gè)單位，春小麥氣象產(chǎn)量分別增加2.84、0.581個(gè)單位，最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)每增加一個(gè)單位，氣象產(chǎn)量將下降-0.508、-0.279、-0.443個(gè)單位，且平均氣溫對(duì)氣象產(chǎn)量影響最大，故出苗期應(yīng)著重做好春小麥保暖工作;拔節(jié)期最高氣溫與降水量每增加一個(gè)單位，春小麥氣象產(chǎn)量分別增加5.13、0.025個(gè)單位，平均氣溫、最低氣溫日照時(shí)數(shù)每增加一個(gè)單位，春小麥氣象產(chǎn)量將分別減少-7.948、-3.777、-0.045個(gè)單位，且平均氣溫對(duì)春小麥產(chǎn)量影響較大。然后是最高氣溫及最低氣溫，故春小麥拔節(jié)期最高氣溫不能滿足春小麥的需求，且應(yīng)注重防止長(zhǎng)時(shí)間高溫引發(fā)莖稈節(jié)間伸長(zhǎng)加快，節(jié)間徒長(zhǎng)，機(jī)械組織發(fā)育不良，缺乏韌性易倒伏，且不利于培育壯稈，縮短小花分化時(shí)間，導(dǎo)致穗粒數(shù)減少?？赏ㄟ^(guò)適當(dāng)增加水分以保證春小麥正常發(fā)育;乳熟期最高氣溫每上升一個(gè)單位，春小麥氣象產(chǎn)量增加1.553個(gè)單位，平均氣溫、最低氣溫、降水量及日照時(shí)數(shù)每增加1個(gè)單位，春小麥氣象產(chǎn)量分別減少-1.36、-1.118、-0.033、-0.19個(gè)單位，且乳熟期最高氣溫對(duì)春小麥產(chǎn)量影響最大，其次是平均氣溫與最低氣溫，說(shuō)明乳熟期內(nèi)最高氣溫未能達(dá)到春小麥的需求，此階段是粒重增長(zhǎng)主要時(shí)期，高溫利于籽粒含水率緩慢下降，胚乳迅速積累淀粉，干物重急劇增加，而平均氣溫過(guò)高易導(dǎo)致高溫逼熟，麥株受害后使得籽?；z瘦、粒重低，產(chǎn)量和品質(zhì)下降。

3 結(jié)論

（1）1998—2018年共和地區(qū)春小麥全生育期平均氣溫以每10年-0.08℃的氣候傾向率呈不顯著降溫趨勢(shì)，降水量以每10年38.6 mm的氣候傾向率呈極顯著增多趨勢(shì)，日照時(shí)數(shù)以每10年-26.77 h的氣候傾向率呈顯著減少趨勢(shì)。在春小麥播種、出苗、拔節(jié)、乳熟生育中，播種期和乳熟期平均氣溫呈不顯著升溫趨勢(shì)，尤以播種期升溫幅度最大。出苗期、拔節(jié)期和全生育期平均氣溫呈不顯著降溫趨勢(shì)，其中以出苗期降溫幅度最大。降水量在播種、出苗、拔節(jié)、乳熟各生育期中均呈增多趨勢(shì)，其中在拔節(jié)和乳熟期呈顯著增多趨勢(shì)，氣候傾向率均在15.0 mm/10年以上，可見(jiàn)全生育期降水量增多主要是由拔節(jié)和乳熟期降水增多貢獻(xiàn)最多;日照時(shí)數(shù)在播種、出苗、乳熟各生育期中均呈不顯著減少趨勢(shì)，其中拔節(jié)期減少趨勢(shì)顯著，氣候傾向率分別為-20.6 h/10年，乳熟期日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)雖不顯著，但氣候傾向率高達(dá)-40.5 h/10年，可見(jiàn)全生育期日照時(shí)數(shù)減少也主要是由拔節(jié)和乳熟期日照時(shí)數(shù)的減少貢獻(xiàn)最多。

（2）共和地區(qū)春小麥氣象產(chǎn)量與4月上旬播種期和6月中旬拔節(jié)期高氣溫正相關(guān)顯著，與7月下旬乳熟期最高氣溫、平均氣溫及7月中旬拔節(jié)至乳熟期最高氣溫負(fù)相關(guān)顯著。氣象產(chǎn)量與全生育期降水量、7月中旬拔節(jié)至乳熟期降水量正相關(guān)顯著。

（3）春小麥氣象產(chǎn)量與全生育期氣象要素的多元線性回歸分析表明，降水量對(duì)氣象產(chǎn)量增加起正向決定作用;氣象產(chǎn)量與播種期氣象要素的多元線性回歸分析表明，平均氣溫對(duì)氣象產(chǎn)量增加起正向作用，日照時(shí)數(shù)則為負(fù)向作用，但平均氣溫貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)大于日照時(shí)數(shù)。

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