聊城市秋冬氣溫變遷及其對冬小麥適宜播期的影響

張素芳 高 爽 劉 芳 寧瑞斌 劉華君 張長慶

（1.聊城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 山東聊城252000；2.聊城市氣象局 山東聊城252000；3.聊城市農(nóng)作物新品種推廣中心 山東聊城252000；4.聊城市自然資源和規(guī)劃局 山東聊城252000）

聊城市地處魯西黃泛平原， 是山東省冬小麥主產(chǎn)市之一，常年種植冬小麥面積超過40 萬hm2，居山東省第3 位。 “冬小麥—夏玉米”一年兩熟種植是聊城市的主要栽培方式。 小麥播期是否適宜及越冬期氣象變化， 直接影響小麥能否形成冬前壯苗和能否安全越冬，影響有效分蘗及分蘗成穗率的提高。 隨著全球氣候變暖趨勢明顯[1]，未來全球性氣候變暖對我國的種植制度將產(chǎn)生明顯的影響， 預計我國各地的熱量資源將有不同程度的增加[2]，聊城市熱量資源同樣呈上升趨勢，特別是近十幾年以來，年平均氣溫較常年持續(xù)偏高，氣候變暖現(xiàn)象尤為突出。 目前，許多學者針對氣候變化對小麥播種期的影響做了大量研究[3-6]，但對氣象變化對聊城市小麥適播期及越冬期生長的影響還未見報道。 為此，筆者從不同農(nóng)業(yè)氣象指標的角度進行分析， 探討小麥適宜播期、 最佳播期，以便為形成冬前壯苗、保障小麥安全越冬提供參考依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料來源

分析資料為1980-2020 年每年的9 月至次年3 月，40 年間的逐日平均氣溫資料（來源于山東省氣象信息中心）（由于10 月至次年3 月數(shù)據(jù)為跨年度數(shù)據(jù)，為簡便敘述，下文及圖表中所涉跨年度年份均由元旦前年份代表）。 2004-2019 年小麥種植品種來源于聊城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站歷年資料。

1.2 冬小麥播種的適宜農(nóng)業(yè)氣象指標

冬性小麥播種要求日平均氣溫穩(wěn)定下降到 18～16℃，半冬性小麥品種適播期為日平均氣溫16～14℃[3]，一般冬小麥從播種至出苗約需0℃以上的積溫120℃，以后每長出 1 個葉片需要積溫 70～80℃。 冬前五日滑動平均氣溫穩(wěn)定達到0℃時小麥進入越冬期，這時冬性和半冬性品種的冬前壯苗標準為主莖葉齡6 葉至 6 葉 1 心，達到 7 葉以上為旺苗。 余振文[4]指出，在山東省冬前0℃以上小麥積溫以650℃為宜，考慮到近10 年麥苗綠體越冬，越冬期間仍緩慢生長現(xiàn)象出現(xiàn)概率增加，結(jié)合當?shù)厣a(chǎn)實際，確定聊城市小麥冬前壯苗所需合適積溫為 540～650℃。

1.3 適宜播期的測算

采用Excel 軟件進行分析處理2010-2019 年逐日平均氣溫的平均值與1980-2009 年逐日平均氣溫的平均值，用五日滑動平均法[7]確定穩(wěn)定通過18℃、16℃、14℃、0℃各界限溫度的日期；利用積溫指標法[8]從近10 年日平均氣溫穩(wěn)定降至0℃的日期向前推算，將逐日平均氣溫高于0℃的溫度累加到小麥形成壯苗所需的0℃以上積溫之日， 將近10 年冬前高于0℃達到形成壯苗所需的積溫最早和最晚出現(xiàn)日期作為適宜播期[9]，結(jié)合界限溫度法，確定適宜播期和最佳播期。

氣象學判定小麥進入越冬期標準為初（終）日，從春（秋）季日平均氣溫第1 次出現(xiàn)高（低）于某界限溫度之日起， 按日序依次計算出連續(xù)5 d 的平均氣溫，并從中選出第1 個大于或等于（小于）該界限溫度， 且在其后不再出現(xiàn)平均氣溫低（高）于該界限溫度的連續(xù)5 d（由此可以理解為五日滑動平均氣溫數(shù)據(jù)出現(xiàn)最多的一段），此5 d 中第1 個（最后一個）日平均氣溫大于或等于該界限溫度的日期[10]。

需要說明的是，隨著氣候變暖，秋季天氣多變，氣溫時高時低， 往往日平均氣溫降低到某一界限溫度以下，又會升高到這一界限溫度以上，經(jīng)常起伏多次，且各次變化的幅度、相距的時間不一致，給客觀確定界限溫度的起止日期帶來困難。

冬季五日滑動氣溫數(shù)列中出現(xiàn)>0℃數(shù)據(jù)概率增多,且有的年份會連續(xù)出現(xiàn)。 按照傳統(tǒng)方法判斷進入越冬期時間， 并不能準確反映小麥越冬期氣溫變化狀況。以2017 年為例（表1），五日滑動氣溫數(shù)列連續(xù)出現(xiàn)<0℃數(shù)段 3 次，分別為Ⅰ段 12 月 12～20 日、Ⅱ段1 月 4～16 日、Ⅲ段 1 月 23 日至 2 月 12 日，持續(xù)時間分別為9 d、13 d、21 d， 如果按照傳統(tǒng)判定方法則應推出1 月21 日為穩(wěn)定通過0℃日期， 根據(jù)田間觀測及考慮到Ⅱ段持續(xù)時間較長，以及Ⅱ段、Ⅲ段間隔數(shù)據(jù)6 個， 筆者從Ⅱ段數(shù)據(jù)推算平穩(wěn)通過0℃日期為1月1 日。

2 資料分析

2.1 聊城市秋冬氣溫變化

2.1.1 正負積溫變化趨勢 通過對近40 年聊城市每年10 月至次年3 月逐日平均氣溫數(shù)據(jù)資料的整理顯示（圖1），隨著時間推移，期間正積溫可用方程y=5.499 6x-9 964.2（R2=0.377 4，n=40）進行擬合。 可見每年10 月至次年3 月正積溫年均增加5.499 6℃。負積溫可用方程y=1.697 5x-3 525.4（R2=0.150 3，n=40）進行擬合，可見負積溫年均減少1.697 5℃。 由此可知， 聊城市近40 年每年10 月至次年3 月正積溫增加、負積溫減少趨勢明顯。

圖1 1980-2019 年秋冬正負積溫變化趨勢

圖2 1980-2009 年秋冬正負積溫變化趨勢

圖3 2010-2019 年秋冬正負積溫變化趨勢

將 1980-2009 年（圖 2）和 2010-2019 年（圖 3）數(shù)據(jù)，分別進行線性方程擬合，可得，1980-2009 年作為常年對比數(shù)據(jù)， 正積溫擬合方程y=7.175 6x-13 300（R2=0.336 8，n=30），負積溫擬合方程y=2.263 2x-4 649.9 （R2=0.140 8，n=30）；1999-2018 年正積溫擬合方程y=20.763x-40 736（R2=0.548 3，n=10），負積溫擬合方程y=9.617x-19 489（R2=0.325 1，n=10）。 可見近10 年較常年年均秋冬正積溫增加、負積溫減少幅度加大，趨勢更為明顯。

聊城市冬小麥適宜播期可用近10 年平均氣溫與常年平均氣溫進行對比分析， 其結(jié)果將更切合氣候變化趨勢，有利于指導今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

2.1.2 負積溫出現(xiàn)天數(shù)變化 整理秋冬逐日平均氣溫數(shù)據(jù)整理（圖4）發(fā)現(xiàn)，聊城市日平均氣溫出現(xiàn)<0℃溫度天數(shù)逐漸減少， 可用方程y=-0.316 8x+681.15（R2=0.133 1，n=40）進行擬合，可見 40 年間年均日平均氣溫＜0℃天數(shù)減少 0.316 8 d。 每年＜-5℃溫度天數(shù)，可用方程 y=-0.165 1x+336.92（R2=0.133,n=40）進行擬合，可見40 年間年均日平均氣溫＜-5℃天數(shù)減少0.165 1 d。 期間在 1994 年、2006 年、2014 年、2016 年冬季，日平均氣溫＜-5℃天數(shù)為0，可見出現(xiàn)冬季逐日平均氣溫全部≥-5℃年份逐漸增多，從側(cè)面證明冬季變暖趨勢明顯。

圖4 <0℃及<-5℃溫度天數(shù)變化趨勢

2.1.3 極端低溫出現(xiàn)概率 根據(jù)1979-2019 年10 月至次年3 月日平均氣溫數(shù)據(jù)，我們將聊城市日平均氣溫＜-10℃定義為該地區(qū)的極端低溫。 當出現(xiàn)日平均氣溫＜-10℃天氣時，日最低氣溫將會更低（如2016 年1 月 23 日全市平均氣溫-12.1℃， 最低氣溫則達-19.5℃），對小麥安全越冬是一種重大考驗，對出現(xiàn)極端低溫概率進行分析研判是非常必要的。 由表2可知， 出現(xiàn)＜-10℃低溫間隔年份顯著拉長。 最低溫出現(xiàn)時間，以1 月下旬出現(xiàn)頻率最高（僅有1985 年出現(xiàn)在12 月上旬，2001 年出現(xiàn)在1 月中旬），最低溫度略有升高， 并且不排除年度間連續(xù)出現(xiàn)極端低溫的情況。

2.2 穩(wěn)定通過界限溫度的日期

日平均氣溫穩(wěn)定通過界限溫度的日期是確定小麥適宜播期的重要因素。 2010-2019 年10 月至次年3 月日平均氣溫資料分析表明（表3），平均氣溫穩(wěn)定通過 18℃、16℃、14℃、0℃日期均較常年推遲。 聊城市穩(wěn)定通過小麥播種上限溫度18℃的平均日期為10 月6 日，較常年推遲3 d；穩(wěn)定通過適宜溫度16℃的平均日期為10 月16 日，較常年推遲5 d；穩(wěn)定通過下限溫度14℃的平均日期為10 月23 日， 較常年推遲2 d；穩(wěn)定通過0℃（進入越冬期）的平均日期為12 月29 日，較常年推遲6 d。從小麥播種適宜溫度考慮，冬性品種小麥適播期為10 月6～16 日；半冬性小麥為 10 月 16～23 日。

表2 極端低溫情況

2.3 積溫指標法分析

由表4 可知， 聊城市2010-2019 年氣溫穩(wěn)定降至0℃的平均日期為12 月29 日，從此日期向前推算，積溫達到 540～650℃的平均日期為 10 月 5～10 日，按照上下限播期為10 月3～13 日。

2.4 界限溫度法與積溫指標法的比較

由表5 可知， 若從穩(wěn)定通過18℃的日期開始播種， 到穩(wěn)定通過0℃的≥0℃積溫統(tǒng)計來看，2010-2019 年平均積溫為613.8℃，比常年低45.3℃，比小麥冬前壯苗所需適宜積溫上限650℃低了36.2℃。 若從穩(wěn)定通過16℃的終日開始播種，到停止生長0℃日的≥0℃積溫統(tǒng)計來看，2010-2019 年平均積溫為453.2℃，比常年值524.4℃低71.2℃，已經(jīng)低于小麥冬前壯苗所需540～650℃的積溫區(qū)間要求。 從穩(wěn)定通過14℃的終日到穩(wěn)定通過停止生長0℃日期間的≥0℃積溫統(tǒng)計來看，2010-2019 年， 積溫均在540℃以下，平均積溫為359.6℃， 比常年值376.5℃低16.9℃，比小麥冬前壯苗所需下限積溫540℃少180.4℃， 積溫顯著偏少。 從越冬前形成壯苗所需積溫考慮，小麥播種期為平均氣溫穩(wěn)定在18℃時即10 月6 日前后3 d（10 月 3~9 日）為宜。

表4 2010-2019 年播種至穩(wěn)定通過0℃推算達到540～650℃積溫日期

表5 穩(wěn)定通過18℃、16℃、14℃的終日至穩(wěn)定通過0℃的≥0℃積溫

通過界限溫度法推算出的穩(wěn)定通過18℃、16℃、14℃終日至穩(wěn)定通過0℃日的平均積溫均較常年顯著偏少，這和氣候變暖趨勢明顯相悖。 這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與秋季氣溫時高時低， 日平均氣溫降低到某一界限溫度以下，又會升高到這一界限溫度以上，有的年份會起伏多次，且各次變化幅度、相距時間拉長有很大關(guān)系[11-12]。 運用五日滑動平均法確定秋季穩(wěn)定通過界限溫度的終日，導致界限溫度終日至穩(wěn)定通過0℃的≥0℃積溫偏少。 今后這種方法在指導作物生產(chǎn)中應謹慎使用， 或通過科學測算適時對穩(wěn)定通過界限溫度的推定方法做出調(diào)整修改再加以應用。 綜合以上兩種方法的對比結(jié)果， 運用積溫指標法進行小麥播種適期的推算更科學。

3 聊城市小麥品種情況

由于氣候變暖， 根據(jù)聊城市積溫條件和近年來小麥越冬期田間表現(xiàn)， 半冬性品種更適合在當?shù)胤N植。 據(jù)聊城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站歷年生產(chǎn)資料統(tǒng)計，2014-2019 年主要品種有濟麥 22、魯原 502、良星 77、鑫麥296、泰農(nóng)18 等，多為半冬性品種，冬性品種占比很小，其中以濟麥 22、魯原 502 占主導地位。 在這種情況下， 今后進一步加大對半冬性品種適宜播期的研究非常必要。

4 結(jié)論與討論

綜合聊城市冬小麥播種適宜溫度、 形成冬前壯苗所需積溫、氣候變暖趨勢、小麥品種特性和生產(chǎn)實踐等因素研究分析，在目前氣候條件下，聊城市小麥適宜播種期可以確定為10 月3～16 日， 最佳適宜播期為10 月6～9 日。 冬小麥播期還受前茬作物收獲期早晚、土壤含水量、土壤質(zhì)地、播種期間降水及天氣變化等多種因素制約， 所以在播種時還要在適宜播期的指導下，綜合考慮多方因素，結(jié)合調(diào)整播量進行播種，爭取形成冬前壯苗，保障小麥安全越冬。