濉溪縣小麥生長期氣溫變化及應對策略

張懷念，周景春，張存嶺，陳若禮

(1.安徽省濉溪縣氣象局，安徽濉溪235100;2.安徽省濉溪縣科協，安徽濉溪235100)

全球氣候正呈現以變暖為主要特征的顯著變化。農業是對氣候變化反映最為敏感的行業之一，圍繞氣候變化對農業尤其是對糧食生產的影響，國內外已做了大量的研究［1－4］，氣候變暖對小麥生產的影響已成為當前研究的熱點問題之一。但結合生產實際，揭示臨界溫度變化對小麥生育階段和產量的影響研究較少。同時，各地氣候變化規律和變化幅度不同，對農業生產及作物生育期的影響也有所不同，對氣候變化的響應也會不同。筆者分析了濉溪縣近50年10月1日～次年6月10日平均氣溫和最高氣溫、最低氣溫變化趨勢及其對小麥生長發育的影響，并提出應對策略。

1 材料與方法

1.1 研究區概況 安徽省濉溪縣位于黃淮平原南緣(33°17'～33°59'N、116°23'～116°59'E)，南北長 90 km，東西寬45 km。轄11個鎮和省級濉溪經濟開發區、濉溪蕪湖現代產業園。國土面積1 987 km2，人口107萬。土地面積19.87×104hm2，耕地11.25 ×104hm2。皆為平原，地勢平坦，地面高程23.5～32.4 m，自西北向東南緩傾，坡降萬分之一。土壤類型為砂姜黑土和潮土。耕作制度以冬小麥－夏大豆、冬小麥－夏玉米一年兩熟為主，復種指數184.0%。1961～2010年平均太陽輻射總量521.6 kJ/cm2，年平均氣溫14.9℃，≥0℃積溫5 497℃·d，≥10℃積溫4 975℃·d，日照時數2 284.1 h，降水量837.9 mm，蒸發量1 883.8 mm，無霜期213 d。

1.2 數據來源 1961年10月1日～2011年6月10日逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫來自濉溪縣氣象局(33°55'33″N、116°45'28″E)，屬國家基本農業氣象站。小麥生產數據來自楊柳點和柳豐種業。

1.3 數據處理與方法 冬小麥為跨年度生長作物，文中以收獲年表示生產年度。生育階段設定為冬前10月1日～12月20日、越冬期12月21日～次年2月20日、返青—抽穗期2月21日～4月20日、抽穗—成熟期4月21日～6月10日。平均氣溫3℃終日、始日和≥0℃冬前積溫統計采用5日滑動平均法，小麥越冬期取3℃終日、始日之間的天數。氣溫變化趨勢采用線性傾向估計法，突變特征采用Mann-Kendall檢驗方法。數據處理和圖表繪制利用Excel 2003軟件進行，采用DPSv7.05軟件進行相關分析、突變分析。

2 濉溪縣小麥生長期氣溫變化特征

2.1 小麥生長期氣溫年際變化 分析表明，隨著生產周期的延續，濉溪縣小麥生長期內平均氣溫呈升高趨勢，其中冬前、越冬期和返青—抽穗的 r值(0.356 0 ～0.560 1)通過0.05 ～0.01水平顯著性檢驗，升溫趨勢明顯，分別提高0.23、0.38和0.44℃/10a;平均最高氣溫除抽穗—成熟期呈降低趨勢外，其他階段均呈升高趨勢，其中，返青—抽穗期r=0.318 1，升溫趨勢明顯，提高幅度為0.33℃/10a。不同生育階段平均最低氣溫均呈上升趨勢，r=0.421 3 ～0.691 0，升溫趨勢明顯，分別提高0.33、0.50、0.57 和0.24 ℃ /10a(表1)。升溫速率返青—抽穗期 ＞越冬期＞冬前，平均最低氣溫＞平均氣溫＞平均最高氣溫［1］。全生育期平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫0.28、0.14、0.39 ℃ /10a，氣溫變化不對稱［2］。

表1 不同時段氣溫變化回歸系數

以平均氣溫距平≥0.25個標準差作為當地的暖冬標準，≤－0.25個標準差為寒冬標準。以此標準劃分，1962～1986年25個小麥生產周期內，出現15個寒冬年份、6個暖冬年份;1987～2011年出現4個寒冬年份、17個暖冬年份。中國氣候學家將出現機率約為10年一遇的距平絕對值≥1.3個標準差的事件定義為嚴重氣候異常。據此計算出濉溪縣1962～2011年氣溫前25個周期偏寒，后25個周期偏暖(表2)。周期平均溫度突變分析得出，UBk和UFk曲線交點出現在1988年，且交點在臨界線之間，說明1988年是冷暖突變開始的時間(圖1)。

表2 1962～2011年濉溪縣不同時段氣溫異常

圖1 1962～2011年濉溪縣小麥生產周期平均氣溫突變檢驗

2.2 小麥生長期氣溫季節變化 50個小麥生產周期平均，10月上旬～6月上旬平均氣溫、旬平均最高氣溫、旬平均最低氣溫隨旬次(m)推移呈拋物線變化趨勢(圖2)，F值通過0.01水平顯著性檢驗(表3)，最小值出現在1月中下旬。這里設定10月上旬旬次編碼值m=1，10月中旬m=2，以此類推。從圖3可以看出，1987～2011年平均與1962～1986年相比，11月中旬、5月下旬和6月上旬平均氣溫分別降低0.1、0.3 和0.7 ℃，5 月中旬持平，10 月上旬 ～11 月上旬、11月下旬～次年5月上旬升高0.3～2.4℃，11月下旬～次年3月中旬升高0.8 ℃以上［3］。

圖2 1962～2011年濉溪縣小麥生長期氣溫季節變化

表3 1962～2011年濉溪縣氣溫季節變化

2.3 生長起始溫度(3℃)變化 日平均氣溫3℃是小麥開始或停止生長的界線溫度。濉溪縣50個小麥生產周期內，平均氣溫＜3℃的天數(t)為59.2 d，隨著生產周期(n)的延續趨于明顯減少，其線性關系為 t=69.2－0.394 n(r=－0.470 2)，即縮短速率為3.9 d/10a(圖4)。

圖3 1962～2011年濉溪縣不同時段氣溫季節變化

圖4 1962～2011年濉溪縣＜3℃和越冬期≥3℃天數

小麥越冬期內，有些時段氣溫會回升到3℃以上。分析表明，濉溪縣50個小麥生產周期內，12月21日～次年2月20日平均氣溫≥3℃的天數(t)為21.0±9.9 d，隨著生產周期(n)的延續呈增長趨勢，其線性關系為t=14.6+0.251 n(r=0.368 9)，即延長速率為 2.5 d/10a。

2.4 低溫和負積溫變化

2.4.1 低溫分布。從圖5和表4可以看出，1962～2011年濉溪縣最低氣溫＜0℃出現在10月下旬～4月中旬，≤－5℃在11月上旬～次年3月下旬，≤－8℃在12月上旬～次年2月下旬;平均氣溫＜0℃出現在11月上旬～次年3月中旬，≤－5℃在12月上旬～次年2月中旬。頻率(f)隨時間推移呈拋物線變化趨勢，低溫主要集中在1月。

表4 1962～2011年濉溪縣低溫季節分布

2.4.2 極端低溫。濉溪縣 50 個小麥生產周期內，11、12、1、2月極端最低氣溫分別為 －0.6、－5.7、－7.7、－5.4 ℃。隨著生產周期的延續，極端最低氣溫趨于升高，其中11月下旬～12月中旬、1月中旬和2月各旬趨勢明顯(r=0.291～0.548)，各旬升高幅度分別為 0.78、0.62、0.55、0.54 和 0.99、0.80、1.26 ℃ /10a。

圖5 1962～2011年濉溪縣最低氣溫＜0℃(a)和平均氣溫＜0℃(b)分布

2.4.3 低溫天數。濉溪縣50個小麥生產周期內，最低溫度＜0℃、≤－5℃、≤－8℃、≤－10℃的天數分別為74.6、21.8、6.6、2.4 d(圖 6a)，隨著生產周期的延續，低溫天數趨于明顯減少，減少幅度分別為 4.8、3.9、2.3 和 1.0 d/10a(表5)。突變分析表明，最低氣溫≤－5℃天數減少的突變點為1978年(圖6b)。

表5 1962～2011年濉溪縣最低溫度天數變化

圖6 1962～2011年濉溪縣最低氣溫天數變化(a)和最低氣溫≤－5℃日數突變檢驗(b)

2.4.4 負積溫。濉溪縣50個小麥生產周期內，平均氣溫＜0 ℃、≤ －5 ℃的天數分別為26.0、2.2 d，負積溫為 59.2℃·d(圖7)。隨著生產周期的延續，低溫天數(t)、負積溫(T)明顯減少，平均氣溫＜0℃、≤－5℃天數減少幅度分別為 3.3、0.8 d/10a，負積溫減少幅度為 12.6(℃·d)/10a(表6)。

2.4.5 孕穗期低溫。濉溪縣小麥孕穗階段正處于4月上中旬。50個小麥生產周期內，4月上中旬最低氣溫＜6℃的天數為4.7 d(圖6a)。隨著生產周期的延續，低溫天數趨于明顯減少(表5)，縮短速率為0.7 d/10a。

表6 1962～2011年濉溪縣平均氣溫＜0℃天數和負積溫變化

圖7 1962～2011年濉溪縣平均氣溫＜0℃天數和負積溫變化

2.5 灌漿期氣溫變化

2.5.1 平均溫度＜17℃。日平均溫度17℃是小麥灌漿的起始溫度［4］。濉溪縣50個小麥生產周期內，5月1～31日平均氣溫＜17℃的天數為4.0 d。隨著生產周期的延續，低溫天數趨于減少，但趨勢不明顯。1987～2011年25個生產周期平均為3.6 d，比 1962 ～1986 年平均減少0.8 d。

2.5.2 最高溫度≥30℃。最高氣溫≥30℃對小麥灌漿不利。濉溪縣50個小麥生產周期內，5月1～31日最高氣溫≥30℃的天數為7.2 d。隨著生產周期的延續，高溫天數趨于減少，但趨勢不明顯。1987～2011年平均為6.4 d，比1962～1986年減少1.7 d。

3 氣溫變化對小麥生長發育的影響

3.1 越冬期縮短，生長期延長 據資料統計分析可知，濉溪縣50個小麥生產周期內，平均氣溫穩定降至3.0℃的始日為12月11日，穩定回升至3℃的終日為2月18日，越冬期68.6 d。隨著生產周期的延續，始日明顯推遲(r=0.347 8)，終日明顯提前(r= －0.531 6)，越冬期明顯縮短(r= －0.637 8)［5］，始日提前幅度為2.1 d/10a，終日推遲幅度為4.0 d/10a，越冬期縮短幅度為6.4 d/10a。1987 ～2011年平均越冬始期12月14日，終期2月13日，越冬期60.8 d;與1962～1986年平均相比，始日推遲5.8 d，終日提前10.0 d，越冬期縮短15.6 d。1987～2011年平均氣溫 ＜3 ℃天數為52.7 d，比1962 ～1986 年平均減少12.9 d，說明小麥生長期趨于延長。

3.2 氣象災害頻率降低 凍害是農業氣象災害的一種，即作物在0℃以下的低溫使作物體內結冰，對作物造成的傷害。濉溪縣小麥凍害發生7年1遇。凍害致災以極端溫度低、低溫持續時間長、土壤墑情差等為主因，日最低氣溫≤－10℃的天數是衡量凍害程度的重要指標之一。由于氣候變暖，最低氣溫升高，低溫天數趨于減少，小麥遭遇凍害的頻率有所降低。

小麥幼穗分化至四分體形成期前后，要求日均溫10～15℃，若最低溫度＜5～6℃就會受害［6］。濉溪縣4月1～20日歷年平均日均溫12.3 ～16.1 ℃，最低氣溫6.9 ～10.6 ℃，一般不會發生低溫冷害。有些年份生育期提前或終霜期推遲，可能發生低溫冷害。由于氣候變暖，4月上中旬最低氣溫＜6℃天數趨于減少，小麥遭遇低溫冷害的頻率降低。

干熱風是一種高溫、低濕并伴有一定風力的農業災害性天氣。干熱風災害主要氣象指標為日最高氣溫30℃以上，14:00相對濕度30%以下，14:00 10 m高度處的風速2 m/s以上。濉溪縣是安徽省重干熱風日較多的地區之一，年均干熱風日數3.9 d［7］。單就溫度而言，干熱風危害有減少趨勢。

3.3 有害生物危害偏重發生 低溫往往限制某些有害生物的分布范圍，氣候變暖使這些有害生物的分布區可能擴大;同時還使一些病蟲害的生長季節延長，繁殖代數增加，危害時間延長;也使農田雜草出苗提前，生長期延長;另外，越冬期溫度升高，使越冬病蟲原體存活基數加大。近年來，濉溪縣的小麥病蟲害呈加重趨勢。蚜蟲、黏蟲、紅蜘蛛、吸漿蟲、蠐螬、螻蛄等危害逐漸加重;白粉病、銹病大面積發生，成為危害小麥的重要病害;紋枯病、根腐病開始大面積流行，迅速擴展為危害較重的病害;赤霉病過去只是零星發生，但2010、2012年相繼大面積發生。

3.4 抽穗開花提前，灌漿期延長，千粒質量提高 隨著氣候的變暖，農作物的生育期也發生了明顯變化。返青—抽穗期氣溫升高導致小麥各生育期提前［8］，灌漿期延長。同時濉溪縣5月平均氣溫＜17℃的天數趨于減少，最高氣溫≥30℃的天數趨于減少，高溫和干熱風危害趨于減少，對小麥灌漿有利，千粒質量提高［9］。濉溪縣1990年前后多年平均小麥千粒質量為37.8 g，近年來已突破40.0 g。楊柳點1987～1992年63塊6 000 kg/hm2以上的高產田千粒質量為38.2 g;2010～2013年濉溪縣農科所區試點皖麥50平均千粒質量41.4 g。楊柳點1985年10月24日播種的博愛74－22等8個半冬性品種，4月24～28日抽穗，4月30日～5月4日開花，6月3～7日成熟，灌漿期(開花—成熟)33～35 d，千粒質量30.5 ～37.2 g，平均33.9 g;柳豐種業淮麥20 等4 個品種，2011年4月26日開花，6月5日成熟，灌漿期40 d，千粒質量平均44.4 g;2013年10月11日播種的青農2號，4月5日開始抽穗，4月10日始花，4月24日開始灌漿，6月1日成熟，實際灌漿期38 d，千粒質量50.0 g。

4 應對策略

4.1 適期播種，擴種偏冬性品種 濉溪縣50個小麥生產周期內，10月1日～12月20日0℃以上積溫為842.8℃·d。隨著生產周期的延續，趨于明顯升高，升高幅度為18.3(℃·d)/10a。濉溪縣以種植弱冬性小麥品種為主，播種適宜溫度14～16℃，冬前積溫550～650℃·d。據歷史資料推算，小麥播種始期為10月10日。隨著生產周期的延續，播種始期趨于明顯推遲(r=0.369 7)，推遲幅度為0.9 d。1987～2011 年播種始期平均為10月12日，比1962～1986年平均推遲3 d。但9月下旬以后，降水量直線減少。推遲播種，會增加抗旱造墑的幾率和成本。在氣溫升高的背景下，仍應寒露前開耬。為此，要加快耐寒品種的選育和推廣。

4.2 加強有害生物防治 小麥生育中后期(拔節—灌漿)是多種病蟲傳播、流行，并造成危害的關鍵時期，應在搞好監測的基礎上，科學確定防治指標，嚴格掌握施藥時期、濃度，并盡可能使用低毒藥劑，減少農藥污染。

4.3 平衡施肥 氣候變暖后，土壤有機質的微生物分解加快。同時肥效對環境溫度的變化十分敏感，溫度增高1℃，速效氮釋放量增加約4%，釋放期縮短3.6 d。平衡施肥是提高植株抗寒、抗旱、抗病能力和保障穩產高產的重要措施，應堅持秸稈還田，穩氮、穩磷、增鉀補微，推行平衡配方施肥。

5 結論

(1)濉溪縣小麥生長期氣候變化與全球氣候變暖大背景既有一致性，又有當地的特點。研究表明，1962～2011年50個小麥生產周期內，抽穗前平均氣溫、返青—抽穗平均最高氣溫和全生育期平均最低氣溫明顯升高，升溫速率返青—抽穗期＞越冬期＞冬前，平均最低氣溫＞平均氣溫＞平均最高氣溫，氣候趨向偏暖，越冬期平均氣溫≥3℃天數明顯增多;11月～次年2月極端低溫升高，最低氣溫＜0℃、≤－5℃、≤－8℃和≤－10℃，平均氣溫＜3℃、＜0℃和≤－5℃的天數明顯減少，負積溫升高;灌漿期平均氣溫＜17℃、最高氣溫≥30℃的天數趨于減少。

(2)氣候變暖背景下，低溫、干熱風氣象災害頻率降低，有害生物危害偏重發生;小麥越冬期縮短，生長期延長，抽穗開花提前，灌漿期延長，千粒質量提高。

(3)濉溪縣小麥生產已進入高產階段，防災減災尤為重要。在氣候變暖背景下，應堅持適期播種，擴種偏冬性品種，加強有害生物防治，平衡施肥。

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