太原市冬小麥播期農業熱量資源突變分析

張立生，溫輝芹，裴自友，王宏兵，程天靈，李 雪，朱 玫

（山西省農業科學院作物科學研究所，山西太原030031）

太原市位于太原盆地北端，西、北、東三面環山，中、南為汾河河谷平原，屬北溫帶大陸性氣候。冬小麥為太原市平原區的主要糧食作物之一。充分合理利用當地農業氣候資源進行冬小麥適期播種，是促進形成冬前壯苗的關鍵技術之一［1－2］。長期以來，當地農業生產中，習慣將農歷“秋分”前后作為冬小麥的播種期。但隨著全球氣候變暖，我國冬小麥種植北界北移［3－5］，全生育期縮短［6－7］，播種期推遲［8－13］。筆者利用太原地面氣象觀測站1951—2010年逐日日平均氣溫資料，對該市冬小麥播種至越冬前有關氣候要素進行數理統計分析，確定氣候變暖背景下冬小麥的適宜播種期，對指導該市冬小麥生產具有十分重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料來源

本研究所分析的數據來源于中國氣象科學數據共享服務網（http：／／cdc.cma.gov.cn／home.do）山西省太原地面氣象觀測站1951—2010年逐日日平均氣溫資料。

1.2 冬小麥播期農業熱量指標

1.2.1 冬小麥播種的最適溫度 冬小麥種子發芽的最適溫度為15～18℃［14］。

1.2.2 越冬前形成壯苗所需≥0℃積溫 一般來說，小麥播種深度3～5 cm，從播種到出苗需≥0℃積溫100～120℃·d，主莖每長1張葉需≥0℃積溫70～80℃·d，則形成主莖5葉1心至7葉的壯苗需要≥0℃積溫485～680℃·d。

1.3 研究方法

1.3.1 資料統計 采用五日滑動平均法［15］確定≥15～18℃、≥0℃終日期、≥15～18℃終日期及各播期到≥0℃終日的積溫。

1.3.2 變化趨勢和突變分析 引入氣候傾向率［16］分析農業熱量資源的變化趨勢；突變特征分析采取 Mann－kendall（M－K）即曼 －肯德爾法［17－18］。

1.4 數據處理

用WPS完成資料統計計算并作圖。

2 結果與分析

2.1 冬小麥播種的適宜溫度變化及突變特征

余松烈認為冬小麥從播種到出苗的日數，隨播期的延遲而遞增，最適宜的出苗日數為6～7 d，出苗率最高，這時的日平均氣溫為15～18℃［14］。本研究分析了1951—2010年太原市日平均氣溫穩定通過15～18℃終日以及0℃終日，結果表明，太原市日平均氣溫穩定通過18℃終日為9月4日、15℃終日為9月18日、0℃終日為11月20日。

隨著氣候變暖，日均氣溫穩定通過15～18℃終日期有明顯的變化。通過分析1951—2010年太原市平原區日均氣溫穩定通過15～18℃日期變化趨勢，從圖1可以看出，≥18℃終日最早出現在2004年8月14日，最晚出現在2005年9月19日，60年平均值出現在9月4日，最早和最晚的時間跨度長達34 d；≥15℃終日最早出現在1957年8月31日，最晚出現在2005年10月1日，60年平均值出現在9月18日，最早和最晚的時間跨度長達31 d。從5年移動平均曲線上看，各個年代間呈現波峰波谷交錯的震蕩趨勢。20世紀50年代，≥18℃終日推遲的速度為9.8 d／10年，≥15℃終日推遲的速度為7.7 d／10年；20世紀60年代，≥18℃終日提前的速度為 6.0 d／10年，≥15℃終日推遲的速度為 2.0 d／10年；20世紀 70年代，≥18℃終日提前的速度為6.2 d／10年，≥15℃終日推遲的速度為2.3 d／10年；20世紀80年代，≥18℃終日推遲的速度為1.9 d／10年，≥15℃終日推遲的速度為0.9 d／10年；20世紀90年代，≥18℃終日推遲的速度為2.1 d／10年，≥15℃終日提前的速度為 8.4 d／10年；而21世紀初，≥18℃終日提前的速度為5.0 d／10年，≥15℃終日推遲的速度為 4.7 d／10年。從分析結果看，60年中≥18℃ 終日推遲了4～5 d，≥15℃終日推遲了2～3 d，因此引起冬小麥適宜播種時期向后推遲。

圖2－a、圖2－b分別為≥18℃終日和≥15℃終日時間序列突變曲線，從圖2－a可以看出≥18℃終日1952年、1953年呈提前趨勢，1954—1973年呈推遲趨勢，1974—1985年除1975年外其他年份呈提前趨勢，1986年以后，除1989年外其他年份呈推遲趨勢，但趨勢均不明顯，沒有通過0.05水平顯著性檢驗。根據UFK和UBK曲線交點位置，≥18℃終日在1954—1955年、1955—1956年、1957—1958年、1961—1962年、1982—1983年、1983—1984年、1985—1986年、1987—1988年、1988—1989年、2002—2003年、2004—2005年、2007—2008年、2008—2009年、2009—2010年均存在突變。從圖2－b可以看出≥15℃終日1977年之前，除1972年和1974年外其他年份呈推遲趨勢，1978—1981年呈提前趨勢，1982年以后，除2002年外其他年份呈推遲趨勢。在1955年和1956年變化趨勢明顯，通過了0.05水平顯著性檢驗，其他年份變化趨勢均不明顯，沒有通過0.05水平顯著性檢驗。根據UFK和UBK曲線交點位置，≥15℃終日在1951—1952年、1952—1953年、1953—1954年、1966—1967年、1967—1968年、1969—1970年、1972—1973年、1973—1974年、1974—1975年、1975—1976年、1978—1979年、1980—1981年、2000—2001年、2008—2009年、2009—2010年均存在突變。

2.2 不同播期冬前積溫變化及突變特征

冬前積溫是指冬小麥從播種至進入越冬期間≥0℃的積溫，是冬小麥能否形成冬前壯苗的一項重要指標，也是確定最佳播種期的重要指標。本研究分析了1951—2010年太原市各播期至越冬期間積溫的變化趨勢及突變特征。

2.2.1 冬前積溫變化趨勢及突變特征 表1列出1951—2010年60年太原市各播期至越冬期間平均積溫，以及達到3類苗所需積溫出現概率。從表1可知，在60年中，9月12日及其之前播種的冬小麥冬前積溫處于旺苗標準范圍之內，9月13—24日播種的小麥越冬前積溫處于壯苗標準范圍內，9月17日至20日播種，形成壯苗的概率＞80%，為最佳播期；9月25日及其之后播種的其冬前積溫處于弱苗的標準范圍內，而10月6日及其以后播種的其冬前積溫幾乎不可能形成壯苗。

圖3－a、圖3－b、圖3－c、圖3－d、圖3－e分別為9月13日、9月17日、9月20日、9月24日和10月6日5個播期冬前積溫變化特征曲線，從圖3可以看出各積溫均呈現較快的增加趨勢，各播期冬前積溫60年分別增加了106.0、97.0、91.0、90.9、67.7℃·d。

表1 不同播期的積溫值在不同范圍內出現的概率統計

圖4－a、圖4－b、圖4－c、圖4－d、圖4－e分別為9月13日、9月17日、9月20日、9月24日和10月6日5個播期冬前積溫時間序列突變曲線，從圖4可以看出，9月13日播期冬前積溫從1997—1998年開始突變，2004—2005年達到明顯水平；9月17日播期冬前積溫從1997—1998年開始突變，2005—2006年達到明顯水平；9月20日播期冬前積溫從1995—1996年開始突變，2005—2006年達到明顯水平；9月24日播期冬前積溫從1995—1996年開始突變，2005年達到明顯水平；10月6日播期冬前積溫從1995—1996年開始突變，2006年達到明顯水平。

2.2.2 越冬前積溫年代際變化特征 表2的統計結果顯示，各播種期的冬前積溫在20世紀50年代、60年代和80年代與60年平均值相比，距平均值均為負值，20世紀70年代和90年代比60年平均值略偏多，偏多大都低于10℃·d，而21世紀初10年（2001—2010年）明顯偏多，比平均值偏多37.3～64.5℃·d。

2.2.3 冬小麥冬前停止生長日期的變化特征 冬小麥冬前停止生長日期為日平均氣溫穩定通過0℃的終日。分析日均氣溫穩定通過0℃日期變化特征，可知冬小麥冬前停止生長日期的變化特征。隨著氣候變暖，日均氣溫穩定通過0℃日期有明顯的變化。通過分析1951—2010年太原市日均氣溫穩定通過0℃日期變化趨勢，從圖5可以看出，日平均氣溫穩定通過0℃的終日最早出現在1987年10月30日，最晚出現在2010年12月12日，60年平均值出現在11月20日，最早和最晚的時間跨度長達43 d；從5年移動平均曲線上看，各個年代間呈現波峰波谷交錯的震蕩趨勢，20世紀50年代提前的速度為2.0 d／10年，20世紀60年代推遲的速度為0.5 d／10年，20世紀70年代推遲的速度為8.7 d／10年，20世紀80年代推遲的速度為0.06 d／10年，20世紀90年代推遲的速度為6.0 d／10年，而21世紀初推遲速度為9.09 d／10年。從分析結果看，60年冬小麥冬前停止生長期推遲了4～5 d，由此引起冬小麥冬前生長時間延長，有利于小麥冬前營養生長，但因延長時段是秋末冬初，氣溫低，積溫貢獻少，因此需注意播期不能過晚。

2.2.4 最佳播期的確定 太原市平原區冬小麥最佳播期的確定應同時考慮以下2個指標：日平均氣溫降到15～18℃；以播期到冬前停止生長期間的積溫達485～680.0℃作為壯苗標準。結果（表1、表2）表明，在60年中，9月13—24日，日平均氣溫處于15～18℃，冬前積溫處于485～680℃壯苗標準范圍之內的概率為58.33%～90%，而9月17—20日播種壯苗出現率超過80%，且旺苗出現概率不超過13.33%，弱苗出現概率不超過10%，因此應確定為最佳播期；9月25日至10月5日播種，56.67%以上屬于弱苗，而10月6日以后播種100%為弱苗，很難形成冬前壯苗，因此生產上不宜提倡。

表2 越冬前積溫年代際距平值統計

3 討論與結論

通過分析60年影響太原市平原區冬小麥播期的關鍵氣候因子，得出如下結論：從培育壯苗所需冬前積溫狀況來看，太原市平原區冬小麥的適宜播期應為9月13—24日，而以9月17—20日為最佳播期；9月25日至10月5日屬晚播小麥對冬前積溫的要求，尤其是10月6日以后播種，幾乎不能形成冬前壯苗。

太原市平原區是山西省由一年一熟向一年二熟的過渡區。在實際生產中，常因前作收獲較晚，冬小麥大部分播種在9月底10月初，冬前有效積溫低于壯苗標準下限485℃·d，只有加大播量，通過提高群體密度依靠主莖成穗獲得高產。因此，山西省冬小麥品種試驗方案要求山西中部晚熟冬麥區水地組基本苗為375萬～450萬／hm2；而麥農的基本苗則更高，一般為450萬～540萬／hm2。

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