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      張掖市氣候變化對(duì)灌溉春小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響

      2023-07-14 06:36:56強(qiáng),褚超,張
      南方農(nóng)業(yè) 2023年8期
      關(guān)鍵詞:日照時(shí)間春小麥張掖市

      李 強(qiáng),褚 超,張 婷

      (1.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)大學(xué),甘肅蘭州 730021;2.張掖市氣象局,甘肅張掖 734000;3.甘肅省氣象設(shè)備公司,甘肅蘭州 730030)

      農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣候變化極為敏感,這種變化造成的影響有利有弊。政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)第五次評(píng)估報(bào)告指出,氣候變化對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的不利影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有利影響,其中以溫度、降水等氣候因素的變化對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育影響最大。針對(duì)我國(guó)氣候變化對(duì)春小麥的影響,前人已進(jìn)行了大量研究[1]。如楊華等研究了河西走廊氣候變化帶給春小麥的影響,認(rèn)為氣溫在春小麥生長(zhǎng)的氣候因素中影響最大,氣候變化導(dǎo)致春小麥播種至三葉期延長(zhǎng),縮短了拔節(jié)至成熟期生長(zhǎng)階段,整個(gè)生育期日數(shù)減少[2]。河西走廊灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)歷史悠久,是甘肅省重要的農(nóng)業(yè)區(qū)之一,也是西北地區(qū)最主要的商品糧基地和經(jīng)濟(jì)作物集中產(chǎn)區(qū)。春小麥?zhǔn)瞧降鼐G洲區(qū)主要農(nóng)作物之一,其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量同樣受到氣候變化的影響[3-4]。筆者以張掖市氣象局1994—2021 年氣象要素?cái)?shù)據(jù)及同期農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站觀測(cè)的試驗(yàn)田里的春小麥各生育期資料為例,分析了各氣象要素變化趨勢(shì)及其對(duì)當(dāng)?shù)卮盒←溕L(zhǎng)發(fā)育的影響,以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供氣象服務(wù)保障,達(dá)到趨利避害的目的。

      1 研究區(qū)概況及資料

      1.1 研究區(qū)自然概況

      張掖市位于甘肅省西北部,河西走廊中段,南依青藏高原,北鄰巴丹吉林沙漠,境內(nèi)地勢(shì)平坦,天氣主要受中高緯度地區(qū)西風(fēng)帶環(huán)流控制和極低冷氣團(tuán)影響,干燥少雨且冬長(zhǎng)夏短,屬典型的大陸性草原荒漠氣候區(qū)。張掖市年平均氣溫8.4 ℃,年平均降水量130.8 mm,降水集中在6—8月,雨熱同季,年平均日照時(shí)間3 094.0 h,光照豐富。張掖市素有“桑麻之地”“魚(yú)米之鄉(xiāng)”的美稱(chēng),盛產(chǎn)小麥、玉米、水稻、瓜果、蔬菜和胡麻等農(nóng)作物,是全國(guó)重點(diǎn)建設(shè)的12 個(gè)商品糧基地之一[5]。

      1.2 研究資料及處理

      筆者通過(guò)查找張掖市氣象局、農(nóng)業(yè)氣象站觀測(cè)資料,選取1994—2021 年的氣溫、降水量、日照時(shí)間及春小麥各生育期觀測(cè)資料,利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)及線性回歸方法,分析張掖市1994—2021 年氣候變化特征與春小麥生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)系,研究該地區(qū)氣候變化趨勢(shì)及其對(duì)春小麥的影響。

      2 張掖市氣候變化特征

      2.1 氣溫

      由圖1 可看出,1994—2021 年張掖市年平均氣溫呈波動(dòng)升高趨勢(shì),氣候傾向率為0.382 ℃/10 a,其中線性擬合化后的相關(guān)系數(shù)R=0.600 5,通過(guò)α=0.05檢驗(yàn)。1994—2021年,張掖市年平均氣溫在1994—2000 年為負(fù)距平,在21 世紀(jì)的00 年代和10 年代均為正距平,距平值分別為-0.5 ℃、0.1 ℃和0.2 ℃,說(shuō)明張掖市1994—2021 年平均氣溫的年代際變化趨于逐年上升。1994—2021 年共有15 個(gè)年份為正距平,其中1994—2000 年間僅有2 個(gè)年份為正距平,21 世紀(jì)00 年代和10年代均有6 個(gè)年份為正距平,特別是2009 年平均氣溫高達(dá)9.2 ℃,為1994—2021 年中最高年份,距平值為0.8 ℃,其次是2010 年和2021 年的9.1 ℃。

      圖1 1994—2021 年張掖市年平均氣溫變化趨勢(shì)

      2.2 降水量

      由圖2 可看出,張掖市1994—2021 年的年降水量呈略增多趨勢(shì),氣候傾向率為5.175 mm/10 a,線性相關(guān)系數(shù)R=0.139 6,通過(guò)α=0.05 檢驗(yàn)。1994—2021年,張掖市年平均降水量為130.8 mm,降水量正距平年份共有12個(gè),降水量負(fù)距平年份則有16個(gè),距平百分率在-41.4%~65.4%。1994—2004 年為少雨期,2007—2021 年以降水量偏多為主,其中2007 年、2008 年、2010 年、2017 年和2019 年明顯偏多,偏少的是2011 年、2016 年、2018 年、2020 年和2021年,其他年份基本在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。

      圖2 1994—2021 年張掖市年降水量變化趨勢(shì)

      2.3 日照時(shí)間

      由圖3 可看出,張掖市1994—2021 年的年日照時(shí)間呈縮短趨勢(shì),氣候傾向率為-39.039 h/10 a,線性相關(guān)系數(shù)R=0.289 3,通過(guò)α=0.05 檢驗(yàn)。1994—2021年,張掖市年平均日照時(shí)間為3 094.0 h,其中1997 年日照時(shí)間最長(zhǎng),為3 335.2 h,最少年份僅2 823.9 h,出現(xiàn)在2010 年。分析張掖市1994—2021 年的年日照時(shí)間距平值可知,年日照時(shí)間正距平年份共有15個(gè),負(fù)距平年份則有13個(gè),其中1995年、1997年、1999—2001年、2004—2005 年、2013 年和2015 年的日照時(shí)間明顯偏長(zhǎng),偏短的是2003 年、2006—2007 年、2009—2011 年和2021年,其他年份基本在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。

      圖3 1994—2021 年張掖市年日照時(shí)間變化趨勢(shì)

      2.4 春小麥生長(zhǎng)季氣候變化

      對(duì)張掖市1994—2021 年春小麥生長(zhǎng)季3—7 月的氣溫、降水量及日照時(shí)間變化進(jìn)行分析,可得出以下結(jié)論。1)在春小麥生長(zhǎng)季3—7月,張掖市氣溫趨于升高,氣候傾向率為0.605 ℃/10 a,較年平均氣溫升高趨勢(shì)明顯。其中,升溫變化最明顯的是21 世紀(jì)00年代,其次是21 世紀(jì)10 年代。2)3—7 月降水量的年變化趨勢(shì)為略增多,氣候傾向率為3.737 mm/10 a,年代際變化中,1994—2000 年和21 世紀(jì)00 年代為增加趨勢(shì),21 世紀(jì)10 年代出現(xiàn)了略減少現(xiàn)象。3)3—7月日照時(shí)間在1994—2021 年中整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì),氣候傾向率為-7.898 h/10 a,1994—2000 年中,張掖市春小麥生長(zhǎng)季日照時(shí)間為增多趨勢(shì),進(jìn)入21 世紀(jì)后的20 年間,各年代均表現(xiàn)為減少趨勢(shì),但21 世紀(jì)10 年代較21 世紀(jì)00 年代為增多。總體上看,1994—2021年中張掖市春小麥生長(zhǎng)季3—7 月的氣溫、降水量及日照時(shí)間變化趨勢(shì)與年平均氣溫、降水量及日照時(shí)間的變化趨勢(shì)一致,氣候呈現(xiàn)出暖干化特征。

      3 張掖市灌溉春小麥生長(zhǎng)發(fā)育與氣候變化的關(guān)系

      張掖市春小麥在每年3 月上旬末至中旬播種,4月上中旬出苗,4 月下旬進(jìn)入3 葉期,5 月中旬至下旬為拔節(jié)孕穗期,6 月上旬抽穗,6 月中旬開(kāi)花,7 月上旬進(jìn)入乳熟期,7 月中旬成熟收獲,從播種到成熟為116~132 d。春小麥前期生長(zhǎng)較緩慢,隨著時(shí)間推移、氣溫升高、降水量增多,春小麥進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段,當(dāng)達(dá)到某一時(shí)期后,生長(zhǎng)速度又趨于減緩,直至成熟停止生長(zhǎng)。

      圖4 為張掖市1994—2021 年灌溉春小麥播種—成熟(全生育期)、播種—孕穗、乳熟—成熟不同生長(zhǎng)發(fā)育期間隔日數(shù)的變化曲線。由圖4 可以看出,春小麥全生育期、播種—孕穗期的間隔日數(shù)均呈波動(dòng)縮短的趨勢(shì),線性擬合傾向率分別為-2.296 d/10 a、-3.073 d/10 a,線性相關(guān)系數(shù)R分別為0.503 4、0.526 4,通過(guò)α=0.05 檢驗(yàn);而乳熟—成熟期間隔日數(shù)則呈略增多趨勢(shì),線性擬合傾向率為0.394 d/10 a,線性相關(guān)系數(shù)R=0.163 7,通過(guò)α=0.05 檢驗(yàn)。

      圖4 1994—2021 年張掖市灌溉春小麥不同生長(zhǎng)發(fā)育期間隔日數(shù)的變化曲線

      分析張掖市灌溉春小麥不同生育期間隔日數(shù)與氣溫之間的相關(guān)性(見(jiàn)表1),其中播種—成熟期的全生育期日數(shù)與3—7 月平均氣溫、降水量及日照時(shí)間相關(guān),播種—孕穗期間隔日數(shù)與3—5 月平均氣溫、降水量及日照時(shí)間相關(guān),乳熟—成熟期間隔日數(shù)與6—7 月平均氣溫、降水量及日照時(shí)間相關(guān)。

      表1 1994—2021 年張掖市春小麥不同生長(zhǎng)發(fā)育期間隔日數(shù)與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

      1)張掖市1994—2021 年中灌溉春小麥播種—成熟期全生育期日數(shù)與3—7 月平均氣溫呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=-0.241 6,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),說(shuō)明3—7 月平均氣溫升高,春小麥全生育期日數(shù)縮短;與3—7 月降水量呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=0.123 5,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),即全生育期日數(shù)隨著降水量增多而延長(zhǎng);與3—7 月日照時(shí)間也呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=0.209 5,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),日照時(shí)間增多,生育期日數(shù)也相應(yīng)增加。2)春小麥播種—孕穗期間隔日數(shù)與3—5 月平均氣溫呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=-0.244 1,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),說(shuō)明3—5 月平均氣溫升高,春小麥進(jìn)入孕穗期的速度加快;與3—5 月降水量呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=0.204 8,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),即隨著降水量增多,播種—孕穗期間隔日數(shù)延長(zhǎng);與3—5 月日照時(shí)間呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=-0.096 1,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),日照時(shí)間增多,春小麥生長(zhǎng)加快,孕穗期提前。3)春小麥乳熟—成熟期間隔日數(shù)與6—7 月平均氣溫呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=-0.106 0,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),可見(jiàn)6—7 月平均氣溫升高,加快春小麥成熟速度;與6—7 月降水量呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=-0.069 3,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),該時(shí)期降水量增多,也會(huì)縮短成熟時(shí)間;與6—7 月日照時(shí)間也呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)R=-0.017 6,通過(guò)α=0.01 檢驗(yàn),日照時(shí)間增長(zhǎng),加快春小麥成熟,收獲期提前。

      4 結(jié)論

      1)張掖市1994—2021 年中,年平均氣溫整體呈升高趨勢(shì),每10 年上升0.382 ℃;年降水量為略增多趨勢(shì),每10 年增多5.175 mm;而年日照時(shí)間則趨于減少,每10 年減少39.039 h;上述氣候要素變化均通過(guò)α=0.05 檢驗(yàn)。春小麥主要生長(zhǎng)季3—7 月表現(xiàn)為平均氣溫升高、降水量略增多、日照時(shí)間減少,與年變化趨勢(shì)一致。

      2)通過(guò)分析張掖市春小麥全生育期日數(shù)、播種—孕穗期及乳熟—成熟期的間隔日數(shù)與同期氣溫、降水量及日照時(shí)間的關(guān)系可知,氣溫升高,全生育期日數(shù)、播種—孕穗期及乳熟—成熟期的間隔日數(shù)均縮短;降水量增多,全生育期日數(shù)、播種—孕穗期間隔日數(shù)延長(zhǎng),但乳熟—成熟期間隔日數(shù)縮短;日照時(shí)間增多,全生育期日數(shù)隨之增多,但播種—孕穗期間隔日數(shù)和乳熟—成熟期間隔日數(shù)均縮短。

      3)張掖市年降水偏少,多為灌溉農(nóng)業(yè),春小麥生育期所需水分大多來(lái)自水利灌溉,因此在應(yīng)對(duì)氣候變化方面重點(diǎn)考慮的是氣溫變化對(duì)春小麥的影響,通過(guò)選育優(yōu)良品種、適時(shí)開(kāi)展播種、加強(qiáng)麥田管理和及時(shí)進(jìn)行澆灌等措施,實(shí)現(xiàn)春小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

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