李 強 ，褚 超 ，張 婷

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

隨著全球氣候變暖，我國西北地區(qū)的氣候也呈現出持續(xù)增暖的趨勢[1]，氣候變化直接影響著農作物的生長發(fā)育、產量和品質[2]。張掖市位于我國甘肅西北部，河西走廊的中段，有“桑麻之地，魚米之鄉(xiāng)”的美稱，盛產小麥、水稻、瓜果、油料、蔬菜等，其中小麥種植以一年一熟的中晚熟春小麥為主。張掖市為典型的溫帶大陸性干旱氣候，光熱資源充足且干燥少雨，屬于我國氣候變化敏感區(qū)和生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，氣候變化勢必對春小麥等農作物的物候期、產量、品質等造成影響。課題組對張掖市1993—2020年的春小麥物候、產量及同期氣溫、降水量、日照時數等氣象觀測資料進行統(tǒng)計分析，探討春小麥生長發(fā)育及產量對氣候變化的響應，為合理利用春小麥生育期氣候資源、促進其穩(wěn)產高產提供參考。

1 研究數據和方法

文中涉及的春小麥播種面積、產量資料來源于張掖市氣象局提供的1993—2020年的整理數據，并選取張掖市氣象局同期氣溫、降水量、日照時數等氣候觀測數據，采用線性擬合、一元二次回歸方程、相關性等數理統(tǒng)計學分析方法分析張掖市氣候變化趨勢及其與春小麥產量之間的相關性以及氣候變化對春小麥生產造成的影響。

采用Excel軟件對氣候指標數據進行統(tǒng)計，并做出時間分布特征圖，利用氣候傾向率法研究分析出張掖市1993—2020年氣溫、降水量、日照時數等氣候因素的年際間變化趨勢，用Xi表示樣本量n的第i年日照時數，ti表示Xi對應的時間，構建Xi和ti之間的一元線性回歸方程：

式中，a表示常數，b為回歸系數?；貧w系數b表示變量X的變化趨勢傾向，當b＞0時，說明隨著時間t的增加，X趨于上升；當b＜0時，表示隨著時間t的增加，X趨于下降；b值的大小表示上升或下降的速率。

2 結果分析

2.1 春小麥產量變化及氣象影響因子

張掖市春小麥通常在3月中旬開始播種，根據張掖市農業(yè)試驗站1993—2020年春小麥物候期觀測資料可知，張掖市春小麥生育期為116 d～126 d，平均為124 d，為中晚熟品種，要求≥0 ℃的積溫為1 800℃·d～2 000 ℃·d。4月上旬出苗率達到78.6%，4月下旬至5月上旬全部進入分蘗期，5月下旬到6月為抽穗—開花期，7月上旬為乳熟期，7月中旬春小麥成熟收獲。春小麥生長前期可耐低溫，因此當日平均氣溫≥0 ℃時即可播種，春季氣溫回升快的年份播種較早；幼穗分化期要求有一定的低溫，才能延長幼穗分化時長，促進幼穗的充分發(fā)育，易形成大穗，以氣溫在9 ℃～12 ℃為宜，有利于增多結實小穗數量；灌漿期要求氣溫為16 ℃～19 ℃，可促進春小麥灌漿，使灌漿期延長，達到籽粒飽滿的目標，獲得千粒重。春小麥全生育期要求降水量為300 mm～350 mm，其中拔節(jié)至孕穗期間對水分的需求最大，以降水量達到100 mm～150 mm為宜，是春小麥生長發(fā)育期間的需水臨界期，生長后期則不宜有過多的降水，否則易導致春小麥貪青晚熟和徒長倒伏。春小麥為長日照農作物，充足的光照有利于植株生長和開花授粉，加快灌漿進程，促進光合作用和干物質積累以及生長后期的籽粒脫水和成熟。

20世紀90年代以來，張掖市春小麥種植面積明顯減少，其中1993年種植面積最多，達到30.97萬畝，之后的種植面積呈現波動減少趨勢，2010年以后每年種植面積均在10.0萬畝以下，2020年種植面積最少，僅為3.35萬畝。但張掖市春小麥單產量變化較大，1993—2020年間春小麥單產量整體呈現升高趨勢，傾向率為27.892 kg/（畝·10 a），2014年單產量最高，達到590.6 kg/畝。

在不考慮種植地、種植技術、品種等因素的前提下，氣象條件是導致張掖市春小麥產量出現波動變化的主要因素。通過對春小麥生育期的光、溫、水等氣象因子與產量的相關性進行分析得出，影響春小麥生長發(fā)育及產量的主要氣象因子為3月中旬至4月上旬及5月下旬至6月的日平均氣溫、5月中旬至下旬的降水量、5月下旬至6月的日照時數，如表1所示。

表1 張掖市1993—2020年春小麥各生育期氣象因子與產量的相關系數

2.2 春小麥對氣溫變化的響應

張掖市近28年春小麥播種期主要在3月中旬，最早在3月6日（1998年），最晚是在3月22日（2011年），對應的單產量分別為496.4 kg/畝、570.3 kg/畝。單產量最高為590.6 kg/畝（2014年），播種期為3月18日，最低則是1994年的436.2 kg/畝，說明過早或過晚播種均不利于春小麥產量增加，通常氣溫穩(wěn)定在3 ℃～5 ℃時為春小麥最適宜的播種時期[3]。

根據張掖市1993—2020年年平均氣溫、春季平均氣溫及春小麥生育期變化分析，如圖1所示，20世紀90年代年平均氣溫為7.8 ℃，進入21世紀后氣溫出現明顯的升高，前10年的年平均氣溫達到8.5 ℃，2020年的年平均氣溫升至8.6 ℃，總體上氣溫趨于變暖的傾向率為0.454 ℃/10 a。四季氣溫變化中，以冬、春季氣溫升高最為明顯，其中春季氣候傾向率為0.688 ℃/10 a。春季氣溫升高使得春小麥播種提前，生育期縮短，物候期顯著提前。春小麥在1993—2000年平均生育期為127 d，2001—2010年縮短了1 d，平均126 d，2011—2020年僅為122 d，較前10年減少4 d，與90年代相比縮短了5 d。近28年間張掖市春小麥從播種到成熟需要116 d～136 d，生育期最長、最短年份相差20 d，分別出現在1993年和2011年。在不考慮品種的情況下，春小麥的生育期長短與期間的平均氣溫有直接的關系，兩者之間存在著負相關，1993年氣溫較常年偏低1.7 ℃，而2011年氣溫較常年偏高0.1 ℃。

圖1 張掖市1993—2020年年平均氣溫、春季平均氣溫及春小麥生育期變化

2.3 春小麥對降水量變化的響應

1993—2020年間張掖市年平均降水量為133.6 mm，氣候干燥，該地區(qū)農業(yè)多為灌溉農業(yè)。相關研究表明，春小麥生長期的長短基本上不受降水量變化的影響[4]，尤其是在以灌溉為主的干旱地區(qū)，降水量不是影響春小麥物候期變化的主要因子。但如果出現長期干旱，會導致庫塘蓄水量不足，再加上冬季降雪偏少，就會使春小麥種植區(qū)出現嚴重的缺水現象。根據上述相關性分析得出的春小麥產量與5月中旬至下旬的降水量呈負相關，說明5月中旬至下旬過多的降水會影響春小麥的正常抽穗、開花。如圖2所示，分析張掖市近28年來春小麥主要生長期（3—7月）降水量及5月中旬至下旬降水量變化可知，3—7月降水量出現略減少趨勢，氣候傾向率為-0.787 mm/10 a，而5月中旬至下旬的降水量趨于增多，氣候傾向率為2.668 mm/10 a。春小麥抽穗—開花期需要晴朗的天氣，陰雨天氣過多會影響其開花和花粉散發(fā)過程。

圖2 張掖市1993—2020年3—7月、5月中旬至下旬降水量變化

2.4 春小麥對日照變化的響應

光照是春小麥進行光合作用的主要能量來源，也是影響春小麥進行光合作用的重要氣候因素，日照時數的減少對春小麥三葉—分蘗期、拔節(jié)—孕穗期和乳熟期長度及時期的提前有著正向作用[5]。抽穗—開花期是春小麥產量形成的關鍵時期，溫光條件較好時有利于春小麥孕穗和抽穗、開花。如圖3所示，通過對張掖市1993—2020年春小麥生長期（3—7月）的日照時數及各生育期日照時數變化特征進行分析可知，張掖市近28年中3—7月的日照時數及春小麥三葉—分蘗期、拔節(jié)—孕穗期和乳熟期的日照時數均呈現略減少趨勢，其中拔節(jié)—孕穗期的日照時數減少幅度最大，氣候傾向率為-11.062 h/10 a，其次是乳熟期，減少趨勢為-3.702 h/10 a，3—7月及三葉—分蘗期的日照時數氣候變化傾向率分別為-1.953 h/10 a、-1.554 h/10 a。這說明張掖市在近28年春小麥生長期間，4月中旬至5月下旬、7月上旬陰雨天氣增多，5月底至6月抽穗—開花期間日照時數充足，其變化趨勢符合春小麥生長發(fā)育對光照條件的要求，有利于獲取優(yōu)質高產作物。

圖3 張掖市1993—2020年3—7月日照時數及春小麥三葉—分蘗期、拔節(jié)—孕穗期、抽穗—開花期和乳熟期日照時數

3 結論和討論

在全球氣候變暖的大背景下，張掖市氣候也隨之發(fā)生了變化，氣溫升高、降水量減少，氣候呈現暖干化趨勢。張掖市為中晚熟春小麥種植區(qū)，春小麥前期生長可耐一定的低溫，后期生長要求較高溫度，拔節(jié)至孕穗期間對水分的需求量最大，抽穗至開花期間需要晴朗、光照充足的天氣，“光熱水”合理匹配可獲得優(yōu)質高產作物[6-10]。

1）1993—2020年張掖市春小麥種植面積顯著減少，但單產量呈現較大的增長趨勢，在不考慮品種、種植技術等方面的影響下，3月中旬至4月上旬的日平均氣溫、5月下旬至6月的日平均氣溫、5月中旬至下旬的降水量、5月下旬至6月的日照時數等是影響春小麥生長發(fā)育和產量的主要氣象因子。

2）1993—2020年張掖市年平均氣溫緩慢上升，氣候趨于變暖，氣候傾向率為0.454 ℃/10 a。四季氣溫變化中，春季氣候傾向率為0.688 ℃/10 a，增溫明顯，春季氣溫升高使得春小麥播種提前，生育期縮短，物候期顯著提前。由于張掖市氣候干燥少雨，農業(yè)生產基本依靠灌溉，近28年張掖市3—7月降水量出現略減少趨勢，氣候傾向率為-0.787 mm/10 a，5月中旬至下旬的降水量趨于增多，如果出現集中強降水則不利于春小麥開花和花粉散發(fā)。張掖市近28年春小麥生長期間，4月中旬至5月下旬及7月上旬陰雨天氣增多，5月底至6月抽穗—開花期間日照時數充足，基本符合春小麥對光照條件的需求。

3）影響春小麥產量的因素比較復雜，尤其是現代科技的發(fā)展使得農業(yè)生產不再“靠天吃飯”。因此要在遵循地方農業(yè)氣候資源特征的基礎上，加強氣候變化論證，建立農業(yè)氣象災害防御機制，選育優(yōu)良春小麥品種，改善耕作制度，推廣滴灌、低產田改良等農業(yè)技術，做好肥水管理及病蟲害防治等工作，提高春小麥單產量、總產量。