（湖北省十堰市氣象局，十堰 442000）

十堰市氣溫變化對(duì)中稻生長期及產(chǎn)量的影響

朱明 廖小華 夏金

（湖北省十堰市氣象局，十堰 442000）

利用1961—2010年十堰市7個(gè)氣象站的氣溫資料和1991—2010年所轄3個(gè)農(nóng)氣站中稻生長期觀測(cè)資料，分析了氣溫變化與中稻生長期年代際和年際相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：十堰市平均氣溫自20世紀(jì)80年代中期以來呈上升趨勢(shì)，進(jìn)入90年代以后，這種趨勢(shì)進(jìn)一步加快；中稻生長季內(nèi)4—5月變暖趨勢(shì)最為顯著，平均溫度、最高溫度和最低溫度均顯著上升，4—9月最低溫度的上升趨勢(shì)也較顯著，其他時(shí)段變暖趨勢(shì)不明顯。4—5月溫度的顯著升高使移栽日期顯著提前，播種—移栽期長度呈顯著縮短的趨勢(shì)，移栽—抽穗期則為延長的趨勢(shì)，有利于大穗的形成和產(chǎn)量的提高。中稻單位產(chǎn)量與8—9月的平均溫度和最高溫度都呈顯著正相關(guān)關(guān)系，平均溫度和最高溫度愈高，中稻單位產(chǎn)量就愈高。

氣溫變化，中稻，生長期，產(chǎn)量

0 引言

氣候變暖對(duì)環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響日益被社會(huì)廣泛關(guān)注[1-4]。IPCC指出近百年來，全球平均氣溫升高0.74℃，且近50年升溫率是過云100年的2倍[5]。杜學(xué)椿等[6]指出中國年平均氣溫以0.04℃/10a的傾向率上升，冬季為正的傾向率，夏季為負(fù)的傾向率。朱明等[7]發(fā)現(xiàn)十堰氣候變化也遵循這一規(guī)律。氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響是顯著的[8-9]，有研究[10-13]指出受這種變化影響，我國水稻將面臨減產(chǎn)趨勢(shì)。中稻是十堰地區(qū)主要糧食作物之一，研究當(dāng)?shù)貧夂蜃兓瘜?duì)中稻不同生長期的影響，對(duì)于最大限度地利用氣候資源具有十分重要的意義，也可以為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學(xué)論據(jù)。

1 資料和方法

所使用資料包括十堰市7個(gè)氣象站5 0年（1961—2010年）逐日的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫和所轄房縣、鄖西、竹溪3個(gè)農(nóng)氣站中稻20年（1991—2010年）的觀測(cè)資料。農(nóng)氣觀測(cè)資料主要是中稻播種、移栽、抽穗、揚(yáng)花和成熟日期；中稻產(chǎn)量（1980—2010年）來源于十堰市農(nóng)業(yè)局。

十堰地區(qū)中稻主要生長期集中于4—9月，為分析不同時(shí)期氣溫變化對(duì)中稻生長期的影響，將中稻生長期劃分為4—5月、6—7月和8—9月三個(gè)時(shí)段。

利用回歸分析方法首先分析中稻各生長時(shí)段氣溫的變化趨勢(shì)，以及中稻各生長期和生長期天數(shù)的變化趨勢(shì)；再利用相關(guān)分析等方法分析中稻生長期變化與生長季不同時(shí)段氣溫變化的相關(guān)關(guān)系，揭示氣溫變化對(duì)中稻生長期的影響。

2 結(jié)果與分析

從1961—2010年十堰市年平均氣溫變化曲線圖（圖1）可以看出，20世紀(jì)60—80年代中期，年平均氣溫呈逐漸下降的趨勢(shì)，在1984年達(dá)到最低點(diǎn)；之后逐漸呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，特別是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，氣溫上升的速度有所加快。1984年以后有3次波動(dòng)，分別在1988年、1990年、1998年達(dá)到波峰，在1989年、1993年、1996年出現(xiàn)波谷，1998年創(chuàng)下了50年來的最高值。因此，20世紀(jì)80年代中期是十堰市年平均氣溫由下降趨勢(shì)轉(zhuǎn)為上升趨勢(shì)的一個(gè)拐點(diǎn)，與全國大部地區(qū)氣溫變化趨勢(shì)基本一致[14]。

2.1 中稻生長期氣溫變化分析

根據(jù)圖1所示的1961—2010年十堰地區(qū)氣溫變化明顯的階段性特征，以1981年為界，分析1981年前、后兩個(gè)時(shí)期中稻生長季溫度的變化趨勢(shì)（表1）。由表1可知，近50年各時(shí)段的日最低溫度均為升高趨勢(shì)，其中4—5月的變化最顯著，氣候傾向率為0.19℃/10a，并由此引起中稻整個(gè)生長季（4—9月）的日最低氣溫上升，氣候傾向率為0.13℃/10a；4—5月日平均氣溫上升趨勢(shì)顯著，氣候傾向率達(dá)到0.22℃/10a；同時(shí)，4—5月的日最高氣溫也表現(xiàn)出顯著的升高趨勢(shì)，其他時(shí)段最高溫度和平均溫度的變化趨勢(shì)不顯著。

表1 1961—2010年十堰市不同時(shí)段中稻生長期溫度變化的氣候傾向率（℃/10a）

不過，1961—1980年間，6—7月、8—9月的平均溫度、最高溫度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)（4—5月相反），其中6—7月平均溫度、最高溫度下降趨勢(shì)最為顯著，氣候傾向率分別為－0.70℃/10a和－0.94℃/10a，也因此導(dǎo)致4—9月中稻生長季平均溫度和最高溫度的下降。與1961—1980年間的變化趨勢(shì)相反，1981—2010年間各時(shí)段平均溫度、最高溫度和最低溫度均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且以6—7月溫度上升趨勢(shì)最為顯著。

2.2 中稻生長期年際變化特征

圖2顯示了 1991—2010年十堰地區(qū)中稻各生長期的變化趨勢(shì)。從圖2b可以看出，水稻移栽日期顯著提前，氣候傾向率達(dá)到了10d/10a。20年平均移栽日期為6月5日，前十年的平均移栽日期為6月13日，后十年平均移栽日期為5月28日，最早移栽日期為2006年的5月15日，最遲為1996年的6月24日。相比，播種日期、抽穗日期和成熟日期的變化不顯著。

圖3為中稻播種—移栽、移栽—抽穗和抽穗—成熟期長度的變化趨勢(shì)。從圖3a看出，十堰地區(qū)中稻播種—移栽期長度呈現(xiàn)顯著縮短的趨勢(shì)，傾向率達(dá)11d/10a；從圖3b可以發(fā)現(xiàn)移栽—抽穗期則為延長的趨勢(shì)，傾向率達(dá)8.9d/10a；圖3c顯示抽穗—成熟期的變化不顯著，其中1998—2010抽穗—成熟期呈延長的趨勢(shì)，這與近10多年來8—9月連陰雨天氣增多導(dǎo)致日照時(shí)數(shù)減少關(guān)系密切[15-16]。

2.3 氣溫變化對(duì)十堰地區(qū)中稻各生長期的影響

表2為十堰中稻播種、移栽、抽穗和成熟日期與不同階段溫度的相關(guān)分析結(jié)果。可以看出，中稻播種日期與各時(shí)段的平均溫度、最高溫度、最低溫度無明顯的相關(guān)關(guān)系。移栽日期與4—5月整個(gè)時(shí)段的平均溫度、最高溫度、最低溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，其中與最低溫度相關(guān)系數(shù)達(dá)－0.53。4—5月平均溫度、最高溫度、最低溫度每升高1℃，可造成移栽日期分別提前3.1d、2.0d和3.2d，可見最低溫度對(duì)移栽日期的影響相對(duì)大一些，說明最低溫度越高，中稻生長越快，導(dǎo)致移栽日期提前。抽穗日期與4—5月最高溫度、最低溫度相關(guān)不顯著，但與平均溫度呈負(fù)相關(guān)，與6—7月溫度要素具有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與8—9月溫度要素相關(guān)性不顯著，可見，6—7月的溫度變化對(duì)抽穗日期影響較大。成熟日期與4—5月以及4—9月的最高溫度相關(guān)性顯著，與最低溫度和平均溫度均無顯著的相關(guān)關(guān)系。

表2 十堰地區(qū)中稻生育日期與不同階段溫度的相關(guān)系數(shù)

然而，播種、移栽、抽穗和成熟日期與不同階段溫度間的負(fù)相關(guān)關(guān)系并不一定能夠說明它們之間的年際變化關(guān)系，因?yàn)樵谟?jì)算相關(guān)系數(shù)時(shí)包含了年代際趨勢(shì)。

為此，在計(jì)算相關(guān)系數(shù)時(shí)采用年際變率的方法云除趨勢(shì)項(xiàng)[17]，即將原序列求年際變率，得到年際變率的時(shí)間序列，再求年際變率序列的相關(guān)系數(shù)（表3），計(jì)算內(nèi)容和表2相同。表3只列出相關(guān)系數(shù)通過置信水平為90%和95%檢驗(yàn)的時(shí)段。可以看到，年際變化的相關(guān)系數(shù)大部分比較小，只有較少數(shù)通過了顯著性檢驗(yàn)，其中移栽日期年際變率與4—5月的最低溫度年際變率呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)－0.46。因此，移栽日期與4—5月的最低溫度在年代際和年際變化趨勢(shì)上都有密切關(guān)系。

表3 十堰地區(qū)中稻生育日期年際變率與不同階段溫度年際變率的相關(guān)系數(shù)

從表4可見，播種—移栽期日數(shù)與4—5月的平均溫度、最高溫度和最低溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，平均溫度、最高溫度、最低溫度每升高1℃分別導(dǎo)致中稻苗期日數(shù)縮短2.2d、2.1d、2.0d，其中平均溫度對(duì)播種—移栽日期天數(shù)影響最大。移栽—抽穗期長度與4—5月最低溫度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.46，由此可見，4—5月溫度升高使移栽期提前的程度要大于抽穗期提前的程度。抽穗—成熟期長度主要受8—9月的最高溫度影響，8—9月最高溫度每升高1℃，抽穗—成熟期縮短1.7d。

表4 十堰地區(qū)中稻生育期長度與不同時(shí)段溫度變化的相關(guān)系數(shù)

同理，針對(duì)表4各變量，計(jì)算年際變率序列之間的相關(guān)系數(shù)（見表5，只列出相關(guān)系數(shù)通過置信水平為90%和95%檢驗(yàn)的時(shí)段），可以發(fā)現(xiàn)，年際變率的相關(guān)系數(shù)沒有通過置信水平為95%的檢驗(yàn)，只有較少數(shù)通過了置信水平為90%的檢驗(yàn)，其中播種—移栽期長度年際變率與平均溫度、最高溫度和最低溫度年際變率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，移栽—抽穗期長度年際變率與4—5月最低溫度年際變率呈正相關(guān)，抽穗—成熟期長度主要受8—9月的最高溫度影響。因此，播種—移栽期長度、移栽—抽穗期長度與4—5月的最低溫度在年代際和年際變化趨勢(shì)上都有密切關(guān)系，抽穗—成熟期長度與8—9月的最高溫度在年代際和年際變化趨勢(shì)上都有密切關(guān)系。

表5 十堰地區(qū)中稻生育期長度年際變率與不同時(shí)段溫度年際變率的相關(guān)系數(shù)

移栽日期提前，有利于中稻早生快發(fā)，為后期生長發(fā)育提供時(shí)間上的主動(dòng)，移栽—抽穗期延長可相應(yīng)延長中稻抽穗分化時(shí)間，充分利用光、熱、水資源，有利于大穗的形成和產(chǎn)量的提高。

2.4 不同時(shí)期溫度對(duì)中稻單產(chǎn)量的影響

1980—1990年間中稻單位產(chǎn)量與4—5月的最高溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與8—9月的平均溫度和最高溫度都呈顯著正相關(guān)關(guān)系。8—9月為中稻的成熟期，因此，溫度的升高會(huì)增加單位產(chǎn)量，即8—9月平均溫度和最高溫度愈高，中稻單位產(chǎn)量就愈高，平均溫度和最高溫度每升高1℃，單位產(chǎn)量會(huì)分別增加0.045kg/m2、0.043kg/m2。

在年際變率方面，相關(guān)系數(shù)沒有通過置信水平為95%的檢驗(yàn)，只有較少數(shù)通過了置信水平為90%的檢驗(yàn)。1980—1990年間中稻單位產(chǎn)量年際變率與4—5月的最高溫度年際變率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；與8—9月的平均溫度和最高溫度年際變率都呈正相關(guān)關(guān)系。因此，中稻單位產(chǎn)量與4—5月的最高溫度以及8—9月的平均溫度和最高溫度在年代際和年際變化趨勢(shì)上都有密切關(guān)系。

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Effect of Temperature Changes on Semilate Rice Growing Period and Yield in Shiyan

Zhu Ming, Liao Xiaohua, Xia Jin

(Meteorological Bureau of Shiyan City of Hubei Province, Shiyan 442000)

Based on temperature data from 1961 to 2010 of 7 meteorological stations and semilate rice phonological data from 1991 to 2010 of 3 agrometeorological experimental stations in Shiyan, the interannual and interdecadal correlations were investigated between temperature changes and rice growth stage in Shiyan area. The results show that the annual average temperature increased from the mid-1980s, and this trend was accelerated after the 1990s. Temperature increased significantly from April to May during the rice growing season, resulting in rice transplanting date advancing. From April to September, the upward trend of minimum temperature is also significant, but in other months warming trend was not obvious. Sowing to transplanting period length showed a significant shortening, while transplanting to heading showed an extension of the trend, which benefited the formation for large spike and yield improvement. Rice yield per unit area with the average and maximum August-September temperatures showed significant positive correlation.

temperature changes, semilate rice, growth period, yield

10.3969/j.issn.2095-1973.2015.04.008

2015年1月4日；

2015年5月4日

朱明（1959—），Email: syzhuming01@163.com

資助信息：湖北省氣象局科技發(fā)展基金（2014Y03）