張婷,李強,褚超,許海芳,王煜迪,閆一丹
(1.甘肅省風云氣象設備有限責任公司,甘肅 蘭州 730000;2.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術大學,甘肅 蘭州 730021;3.張掖市氣象局,甘肅 張掖 734000)
春小麥是甘肅河西地區(qū)主要糧食作物之一,其種植面積和產量均位于糧食作物之首。河西地區(qū)的春小麥通常為中熟和中晚熟品種,平原區(qū)一般會在每年的3月上、中旬開始播種,7月中下旬成熟收獲,全生育期在110~130 d。氣溫、降水量等氣象因子是春小麥生長發(fā)育必需的因素,氣象因子的波動將會對春小麥的生長發(fā)育及產量造成嚴重影響。隨著全球氣候變暖,河西地區(qū)的氣候也發(fā)生了較大變化,進而對春小麥產量和品質帶來不穩(wěn)定性,因此,認識春小麥生長期間氣象因子的變化趨勢,以及氣候變化對春小麥產量的影響,在發(fā)展現(xiàn)代化農業(yè)生產方面具有重要意義。張掖市是河西地區(qū)春小麥最適宜種植區(qū),近幾年大力推進高標準農田建設,穩(wěn)步擴大春小麥種植面積,不斷提高口糧供給保障水平。為此,筆者以張掖市農業(yè)氣象試驗站內試驗田為例,結合近29年的春小麥產量觀測數(shù)據(jù),對近29年的氣溫、降水量等氣候要素變化趨勢及其對春小麥產量的影響進行分析,為開展農業(yè)精準氣象服務提供參考依據(jù)。
選取張掖市國家基本氣象站1993—2021年氣溫、降水量等地面氣象觀測資料,以及同期張掖市統(tǒng)計局的春小麥產量資料。其中季節(jié)劃分為春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月,冬季12月至翌年2月。采用一次線性方程求出氣溫、降水量以及春小麥產量的變化趨勢,并通過對春小麥生長期氣溫、降水量與產量標準化處理及相關分析得出其相關性。
2.1.1 氣溫變化。1993—2021年張掖市年平均氣溫為8.4℃,由圖1 可看出,近29年來張掖市年平均氣溫呈現(xiàn)出波動上升趨勢,平均上升速率為0.441℃/10年,春小麥生長期間3—7月平均氣溫也出現(xiàn)顯著的升高趨勢,氣候傾向率為0.669℃/10年。按照世界氣象組織規(guī)定,正距平≥1 個標準差的為暖年,正距平≥2 個標準差的為異常暖年;負距平≤1 個標準差的為冷年,負距平≤2 個標準差的為異常冷年。根據(jù)該標準,張掖市近29年期間異常冷年為1993年、1995—1996年,冷年為2012年,暖年為2009—2010年、2016—2017年和2021年;其中異常冷年主要出現(xiàn)在20世紀90年代,而暖年均出現(xiàn)在21 世紀00年代后期之后。
圖1 1993—2021年張掖市春小麥生長期3—7月平均氣溫、降水量變化趨勢
2.1.2 降水量變化。張掖市1993—2021年的年降水量表現(xiàn)為略增多趨勢,氣候傾向率為0.195 mm/10年,春小麥生長期3—7月的降水量則呈現(xiàn)出減少現(xiàn)象,氣候傾向率為-3.752 mm/10年(圖1)。近29年中張掖市年降水量距平百分率存在著較大的年際變化,最高年份達62.6%,最低年份為-42.4%,將3—7月降水量的距平百分率定義為5 類標準:R*≥60%為特多、20%≤R*<60%為偏多、-20%<R*<20%為正常、-60%<R*≤-20%為偏少、R*≤-60%為特少,那么張掖市近29年中3—7月降水量特多的年份為1993年、2007年和2017年,降水量偏多的有1998年、2002年、2012年和2013年,降水量偏少的年份是1995年、1997年、1999年、2003—2004年、2008—2009年、2011年、2016年、2018年和2020—2021年,降水量特少的是2001年,其余9年的降水量距平百分率均處于正常年份的變化范圍內,屬于正常年??傮w上看,進入21 世紀00年代之后降水量偏少。
春小麥成熟后進行取樣分析,根據(jù)《農業(yè)氣象觀測規(guī)范》要求,分別對春小麥的千粒重及理論產量進行測量。由張掖市近29年的春小麥千粒重和理論產量變化曲線(圖2)可以看出,春小麥千粒重呈下降趨勢,傾向率為-1.909 g/10年,理論產量則處于增多趨勢,傾向率為8.041(g/m2)/10年。
圖2 張掖市1993—2021年春小麥千粒重及理論產量變化
由張掖市近29年春小麥產量的距平百分率演變看,21 世紀00年代的春小麥千粒重正距平多于20 世紀90年代后8年和21 世紀10年代,其中1995年、2004年、2007年、2008年和2009年呈較為明顯的正距平,說明這些年份春小麥高產,而2005年、2013年、2015年和2020年均呈顯著的負距平,說明這些年份為低產年;春小麥的理論產量距平百分率,其中2001年、2006年、2010—2011年、2019年和2021年正距平顯著,為高產年,但1993年、2012—2013年、2018年負距平明顯,可認定為低產年份。
根據(jù)張掖市近29年3—7月平均氣溫、降水量與春小麥產量的相關系數(shù)分析,千粒重和理論產量均與5月下旬至6月上旬氣溫呈負相關;全生育期3—7月平均氣溫與理論產量為正相關,相關性不明顯;3—7月降水量與千粒重和理論產量為負相關;5月降水量對春小麥產量的影響,表現(xiàn)為與千粒重呈負相關,與理論產量呈正相關,且與理論產量的正相關系數(shù)較大。說明氣候條件的變化對春小麥產量的波動有一定影響,氣候變暖,氣溫上升,降水量減少,蒸發(fā)量加大,不利于春小麥產量的形成。其中5月是春小麥需水臨界期,該時期內的降水量是影響產量的關鍵因子,夏季高溫對增產有很大的限制。
相關研究表明,春小麥孕穗期產量形成對氣溫的變化極為敏感,且敏感期在40~50 d,期間旬平均氣溫每上升1℃,春小麥的產量就會減少15~18 g/m2。同時,除苗期和成熟期外,其他時期的降水量對其產量的形成存在著正相關效應,5月孕穗期穗粒數(shù)的增加對降水量的變化十分敏感,隨著旬降水量的增多而增加。
由春小麥生育期3—7月平均氣溫和產量的變化(表1~2)可以看出,在氣溫偏高的2018—2019年、2013年、2016年、2018年、2020—2021年,春小麥為歉收年有5個年份,千粒重除2008年、2009年和2016年外,其他4個年份均為負距平;氣溫最高的2018年,千粒重、理論產量均顯示該年份春小麥為歉收年。氣溫偏低的1993年、1994年,均為春小麥歉收年,其中1993年氣溫最低年,春小麥理論產量為29年中最低;1996年氣溫為次低值,該年份的春小麥產量為平年;氣溫偏低的2003年和2006年,春小麥卻為豐收年。理論產量較高的2001年、2006年、2010—2011年、2019年和2021年,對應的3—7月平均氣溫,除2019年和2021年為偏高外,其他年份氣溫穩(wěn)定或相對略有偏低,說明氣溫特高或特低時春小麥均不能獲得高產。
表1 張掖市近29年中3—7月平均氣溫與春小麥產量的關系 (氣溫偏高年)
表2 張掖市近29年中3—7月平均氣溫與春小麥產量的關系 (氣溫偏低年)
分析近29年張掖市春小麥生育期3—7月降水量與理論產量的變化(表3~4)可以看出,在特澇的年份1993年、2007年和2017年,除2007年外,春小麥均為歉收年,其中1993年降水量為最多,春小麥的產量也是29年中最少;在降水偏多的1998年、2002年、2012—2013年中,1998年和2002年為春小麥產量較多年份,但2012年和2013年為春小麥歉收年。而降水量最少的2001年,春小麥產量卻是近29年中的次多值,屬于豐收年;降水量明顯偏少的1999年和2009年,春小麥也為豐收年;其他的10 個降水偏少年份中,只有1995年、2008年、2016年和2018年的春小麥為歉收年。同時,對比春小麥豐產年2001年、2006年、2010—2011年、2019年和2021年3—7月降水量,降水量處于正常變化范圍或略偏少年份。因此可以認為,張掖市3—7月降水量正?;蚵云偈瞧淅碚摦a量達到豐收的必要條件。
表3 張掖市近29年中3—7月降水量與春小麥產量的關系 (降水偏多年)
表4 張掖市近29年中3—7月降水量與春小麥產量的關系 (降水偏少年)
(1)張掖市近29年中年平均氣溫、春小麥生長期間3—7月平均氣溫均出現(xiàn)顯著升高趨勢,年降水量趨于略增多,但春小麥生長期間3—7月降水量呈增多趨勢;同期春小麥千粒重呈下降趨勢,理論產量則處于增多趨勢。
(2)春小麥生育期3—7月平均氣溫與理論產量為正相關,相關性不明顯;3—7月降水量與千粒重和理論產量為負相關。3—7月,氣溫特高或特低時春小麥均不能獲得高產,氣溫穩(wěn)定、降水量正常或略偏少是其理論產量達到豐收的必要條件。
(3)氣候暖干化已經是當前不爭的事實,針對春小麥生產,要結合春小麥生長特性,選取優(yōu)良品種適時播種,做好麥田肥水管理,同時加強氣候論證,科學調整作物種植制度,趨利避害發(fā)展春小麥種植,確保糧食生產穩(wěn)定高產。