氣候變化對寧南山區旱地胡麻產量及構成要素的影響

武萬里，張瑞蘭，王淑麗

1.中國氣象局 旱區特色農業氣象災害監測預警與風險管理重點實驗室，寧夏銀川 750002； 2.寧夏氣象服務中心，寧夏銀川 750002；3.吳忠市氣象局，寧夏吳忠 7511002

胡麻又稱亞麻籽，是我國特色油料作物之一，含有豐富的脂肪、膳食纖維、蛋白質等，其有效成分，如α-亞麻酸、亞麻籽膠、亞麻籽蛋白和木脂素等活性物質，對人體有著良好的調節功效，具有預防和治療癌癥、心血管疾病、糖尿病等潛力[1]。隨著經濟的穩步增長和居民收入水平的不斷提高，胡麻作為功能性、休閑性特色油籽食品和油脂日益受到消費者喜愛，使得中國胡麻消費需求不斷增加，國內產需缺口不斷擴大，國內有效供給明顯不足，對國際市場依賴程度逐年攀升，我國也從傳統特色油料出口國家轉變為凈進口國[2]。

胡麻是寧夏南部山區傳統優質油料作物，且抗旱、抗寒、耐瘠薄，有著明顯的區域優勢，是全國6個胡麻主產區之一。近年來，受氣候、市場、政策、產品等多重因素影響，胡麻種植面積逐年下降，總面積從最高峰的10萬hm2縮減至2020年的 3.3萬hm2，總產量也縮減到3.5萬t，胡麻種植形勢不容樂觀[3]。近百年（1909—2011年）來，我國陸地區域平均增溫0.9℃～1.5℃，尚處在近百年來氣溫最高階段，區域極端天氣氣候事件發生頻率增加，氣候變化加大了油料作物生產的不穩定性。

根據Engledow 提出的作物產量構成的數量分析方法，作物產量可分解為3個構成要素（即：群體產量=小穗數×每穗粒數×千粒重）。胡麻小穗數還可分解為密度×株小穗數，因此，胡麻產量=密度×蒴果個數×果粒數×千粒重。圍繞胡麻產量構成問題，李玥等[4-6]研究認為，在產量構成三因素之中，單位面積蒴果個數是胡麻生產中對產量影響最大的因素。周亞東[7]研究表明，產量構成因素對油用亞麻產量貢獻的順序為：收獲株數＞每果粒數＞蒴果個數＞千粒重。焦振飛等[8]研究表明，對胡麻產量起正向作用的依次是單株生產力＞單株結果數＞株高＞分莖數。姚玉璧等[9-10]研究表明，降水量不變時，胡麻產量與氣溫呈負相關；氣溫不變時，胡麻產量與降水量呈正相關。

作物產量及構成要素的變化，受品種的特性、環境條件和栽培措施的影響，本研究基于1990—2020年胡麻定點觀測產量資料，以及密度、蒴果數、千粒重等產量構成因素觀測資料，引入同期氣象觀測資料,建立多元回歸函數模型，定量分析氣溫、降水量等因子對我區干旱地區胡麻產量影響，為制定適應措施應對氣候變化、保障食用油供給安全提供參考。

1 數據來源和分析方法

胡麻產量及產量構成要素觀測資料來源于寧夏固原國家農業氣象一級觀測站胡麻生育狀況觀測記錄人工觀測資料，資料時間序列為1990—2020年，（其中，1992、2000年因觀測地段胡麻發生嚴重干旱而翻種蕎麥等其他作物而無觀測數據，2013年因觀測業務調整中斷1年，2020年因胡麻土壤水分觀測設備故障造成部分觀測數據不可用），完整觀測記錄年份共28年。該站屬典型的黃土高原半干旱氣候，海拔高度1 753.0 m，年平均氣溫7.5℃，年降水量為423.0 mm，年均日照時數2 545.5 h。觀測取樣地段為旱地，未灌溉，品種以寧亞系列為主，耕作管理措施與大田相同，土壤水分觀測資料，為逢8取土，取土深度為0～50 cm，產量及土壤水分觀測方法參見《農業氣象觀測規范》。地面氣象觀測資料來源于寧夏氣象檔案館，資料序列為1971—2020年，資料時長50年。使用Excel對原始數據進行初步處理，應用DPS統計分析軟件采用多元回歸等方法，建立氣象環境因子與胡麻產量及密度、蒴果數、千粒重等構成要素之間的關系。

2 結果與分析

2.1 旱地胡麻生長季近50年平均氣溫和降水量的變化趨勢

固原觀測地段旱地胡麻播種到成熟主要經歷的時段為4月上旬—8月上旬，以4月1日—8月10日為觀測地段旱地胡麻生長季時段，統計分析1971—2020年生長季時段平均氣溫和降水量及變化情況（圖1）。

1971—2020年固原旱地胡麻生長季時段平均氣溫15.3℃，呈現為上升趨勢，傾向率為0.47℃/10年（圖1-A）。生長季時段平均氣溫最低值為13.6℃，出現在1976年；生長季時段平均氣溫最高值為17.1℃，出現在2006年。1996年為氣溫突變年[11]，突變之前(1971—1995年)，其生長季的平均氣溫為14.6℃，突變之后（1996—2020年），其生長季的平均氣溫為16.1℃。從變化趨勢來看，突變前后增溫明顯，突變后氣溫上升趨勢減緩，但仍然處在高位震蕩階段，這與《第三次氣候變化國家評估報告》相關評估結果相吻合[12]。

1971—2020年固原觀測地段旱地胡麻生長季時段降雨量平均值為241.6 mm，占全年降水量的57.1%，生長季時段降雨量整體的變化表現為微弱的上升趨勢，傾向率為5.3 mm/10年，降水量最大值為467.2 mm，出現在2013年，降水量最小值為118.3 mm，出現在2008年。從突變分析來看，多雨時段出現在1991—2000年和2011—2020年，少雨時段出現在1971—1979年和2001—2010年，突變不明顯，更多體現為周期性變化。近15年來，胡麻生長季降水量變化體現為降水增多的趨勢，特別是春季增多趨勢顯著，同時降水的最大值和最小值均在此時段，這也體現了降水量變幅在加大、極端天氣氣候事件增多這一氣候事實。

2.2 氣候變化對觀測地段旱地胡麻產量構成要素的影響

2.2.1 旱地胡麻密度變化與氣象條件的關系合理的密度是產量的基礎，胡麻植株較小，株型緊湊，單株生產力有限，適宜密植，但密度太大也不好，影響通風透光，易倒伏減產。胡麻生長期間的種植密度會受氣候因素的影響，從而使胡麻產量構成要素存在差異性。以1990—2020年固原觀測地段旱地胡麻成熟期胡麻密度資料統計，固原旱地胡麻多年平均值為340株/m2，最多年份為781株/m2，最少年份為135株/m2，從近30年的變化趨勢來看，密度有增加的趨勢。

以1990—2020年胡麻密度資料與同期氣象資料進行相關分析，并建立多元回歸方程，見公式（1），擬合結果見圖2。

圖2 旱地胡麻密度多元回歸擬合結果與觀測值對比圖

式（1）中，x1：4—5月上旬平均氣溫；x2：4—5月上旬日照時數；x3：4—5月上旬蒸發量；x4：5月中旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）最小值。

影響胡麻密度的氣象因素主要有：播種—出苗期間（4—5月上旬）的氣溫、日照時數、蒸發量，均與胡麻密度成正相關，晴好天氣有利于胡麻順利出苗。影響胡麻密度的另一氣象因素為5月中旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）最小值，與密度呈正相關，相關系數為0.5680。反映的是干旱對旱地胡麻的影響，干旱嚴重的年份，土壤水分條件差，死苗嚴重，胡麻密度就低，土壤水分條件好，生長條件好，胡麻密度就高。

根據當地的生產水平，旱地播種量在45.0～52.5 kg/hm2，密度保持在225～300株/m2。陰濕半陰濕地區播種量在52.5～60 kg/hm2，密度保持在300～525株/m2。水澆地播種量在67.5～75.0 kg/hm2，密度保持在525～685株/m2較好[13]。數據分析發現，2009—2012年前后幾年間，胡麻密度明顯偏高，分析其田間工作記載，發現播種量達75 kg/hm2，播種量偏大，是造成密度擬合差異偏大的原因之一。

2.2.2 旱地胡麻株蒴果個數變化與氣象條件的關系胡麻的果實為蒴果，圓形，上部稍尖，形如桃狀，成熟時蒴果黃褐色，直徑一般為0.5～1.0 cm，一般每蒴果有種子8～10粒。每株胡麻蒴果個數的多少因品種類型、栽培條件、天氣條件不同而發生變化，水肥條件好，蒴果個數就多，干旱貧瘠的土地，蒴果個數就少。以1990—2020年固原觀測地段旱地胡麻成熟期株蒴果個數資料統計，固原旱地胡麻株蒴果數多年平均值為11.3個，最多年份為29.9個，最少年份為4.6個，差異極大。

以1990—2020年胡麻成熟期株蒴果個數資料與同期氣象資料進行相關分析，并建立多元回歸方程，見公式（2），擬合結果見圖3。

圖3 旱地胡麻株蒴果個數多元回歸擬合結果與觀測值對比

式（2)中，x1：7月份平均氣 溫；x2：5月中旬—6月上旬降水量；x3：5月上旬—6月下旬蒸發量；x4：5月中旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）最小值。

與胡麻株蒴果個數關系密切的氣象因素的因子中，5月中旬—6月上旬降水量、5月中旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）最小值、7月份平均氣溫呈正相關，5月上旬—6月下旬蒸發量呈負相關，說明在營養生長期階段，降水量多、田間土壤水分狀況好、蒸發量小，長勢好，花序分枝延長，蒴果個數就多，降水量少、田間土壤水分狀況差、蒸發量大，干旱嚴重，蒴果個數就少。7月份平均氣溫反映的是成熟期天氣的影響，氣溫高有利于胡麻蒴果正常發育成熟。在選取的4個因子中，5月中旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）最小值相關系數最高，為0.569 3，說明干旱是最顯著因子。從近30年的變化趨勢來看，旱地胡麻株蒴果個數有增加的趨勢，這與近15年來，胡麻生長季降水量變化體現為降水增加的趨勢相一致。

2.2.3 旱地胡麻千粒重變化與氣象條件的關系發育完全的蒴果一般有8～10粒種子，胡麻種子扁平卵形，種子的千粒重一般為6～10 g，胡麻千粒重的高低隨品種類型、栽培條件、天氣條件不同而發生變化。以1990—2020年固原觀測地段旱地胡麻成熟期千粒重資料統計，固原旱地千粒重多年平均值為7.3 g，最高年份為9.6 g，最低年份為4.6 g，差異顯著。

以1990—2020年胡麻成熟期千粒重資料與同期氣象資料進行相關分析，并建立多元回歸方程，見公式（3），擬合結果見圖4。

圖4 旱地胡麻千粒重多元回歸擬合結果與觀測值對比

式（3）中，x1：5—6月份平均氣溫；x2：6月下旬—8月上旬平均氣溫；x3：5月中旬—6月上旬降水量；x4：7月份的降水量。x5：5—6月的日照時數；x6：5月下旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）狀況。

從相關普查來看，影響胡麻千粒重的氣象因素貫穿于胡麻全生育期，氣溫條件表現為負效應，其中，5—6月高溫會加快胡麻生長發育，6月下旬—8月上旬高溫會抑制灌漿，使千粒重降低。水分條件表現為正相關，5月中旬—6月上旬降水量、5月下旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）狀況好有利于形成壯苗，7月份的降水量有利于補充作物發育所需水分，有利于灌漿，提高種子千粒重。胡麻是長日照作物，5—6月的日照條件好，有利于種子發育成熟，表現為正相關。

2.3 氣候變化對觀測地段旱地胡麻實測產量的影響

以1990—2020年固原觀測地段旱地胡麻成熟期田間測產資料統計，固原旱地胡麻田間測產產量多年平均值為123.6 g/m2，最高年份為217.5 g/m2，最低年份為41.3 g/m2（這里不包括1992、2000年因干旱而絕產的年份）。

以1990—2020年胡麻成熟期田間測產資料與同期氣象資料進行相關分析，并建立多元回歸方程，見公式（4），擬合結果見圖5。

圖5 旱地胡麻田間產量多元回歸擬合結果與觀測值對比

式（4）中，x1：4—5月上旬降水量；x2：5月上旬—6月下旬的蒸發量；x3：6月下旬—8月上旬的蒸發量；x4：4月下旬—5月上旬土壤水分平均值；x5：5月中旬—6月中旬土壤水分平均值；x6：6月下旬—8月上旬土壤水分平均值。

從相關普查來看，影響胡麻產量的氣象因素貫穿于胡麻全生育期，與胡麻產量關系密切的氣象因素首先表現為：4—5月上旬降水量，相關系數0.537 8，主要影響出苗率，進而影響田間密度；蒸發量與產量呈負相關，時段為5月上旬—6月下旬的蒸發量和6月下旬—8月上旬的蒸發量，相關系數分別為-0.511 9和-0.384 3，蒸發量大，綜合表現為氣溫高，降水少，發育進程快，不利于產量形成。土壤水分狀況是旱地胡麻產量的決定因素，全生育期的土壤水分狀況均影響最終的產量，表現為正相關，影響因子時段分為4月下旬—5月上旬、5月中旬—6月中旬、6月下旬—8月上旬，相關系數分別為0.702 7、0.554 2、0.253 9。多元回歸方程擬合結果相關系數0.789 0，通過0.05顯著性檢驗。從近30年的變化趨勢來看，降水偏多對旱地胡麻產量形成有利，氣溫升高，在不同發育階段表現不一。近年來旱地胡麻田間測產產量有增加的趨勢，這與胡麻生長季降水量增加的趨勢相一致。

3 結論

1971—2020年固原觀測地段旱地胡麻生長季時段平均氣溫呈現逐步上升趨勢。1996年為氣溫突變年，突變后平均氣溫上升趨勢減弱，但仍然處在氣溫高位震蕩階段。降雨量表現為微弱的上升趨勢，突變不明顯，更多地體現為周期性變化，特別是近15年來，胡麻生長季降水量變化體現為降水增加的趨勢，同時變幅在加大。

胡麻產量構成要素與氣象要素相關分析表明，旱地胡麻密度與4—5月上旬平均氣溫、日照時數、蒸發量、5月中旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）最小值表現為正相關；株蒴果個數與5月中旬—6月上旬降水量、5月中旬—6月中旬田間土壤水分（0～50 cm）最小值、7月份平均氣溫呈正相關，與5月上旬—6月下旬蒸發量呈負相關；千粒重與5—6月氣溫、6月下旬—8月上旬氣溫呈負相關，與5月中旬—6月上旬降水量、5月下旬—6月中旬田間土壤水分、7月份的降水量、5—6月的日照時數呈正相關。

影響胡麻產量的氣象因素貫穿于胡麻全生育期，4—5月上旬降水量，表現為正相關，主要影響出苗率，進而影響田間密度。胡麻產量與5月上旬—6月下旬、6月下旬—8月上旬的蒸發量呈負相關，蒸發量大，綜合表現為氣溫高，降水少，發育進程快，不利于產量形成。全生育期的土壤水分狀況均影響最終的產量，表現為正相關，影響因子時段分為4月下旬—5月上旬、5月中旬—6月中旬、6月下旬—8月上旬，影響旱地胡麻的密度、蒴果數和潛力重最終影響產量。多元回歸方程擬合結果相關系數0.789 0，通過了α=0.05顯著性檢驗。從近30年的變化趨勢來看，降水增多對旱地胡麻產量形成有利，氣溫升高，在不同發育階段表現不一。近年來旱地胡麻田間測產產量有增加的趨勢，這與生長季降水量變化體現為降水增加的趨勢相一致。