張掖市氣候變化對灌溉春小麥生長發(fā)育的影響

李 強，褚 超，張 婷

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

農(nóng)作物的生長發(fā)育對氣候變化極為敏感，這種變化造成的影響有利有弊。政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次評估報告指出，氣候變化對農(nóng)作物產(chǎn)量的不利影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有利影響，其中以溫度、降水等氣候因素的變化對農(nóng)作物的生長發(fā)育影響最大。針對我國氣候變化對春小麥的影響，前人已進(jìn)行了大量研究[1]。如楊華等研究了河西走廊氣候變化帶給春小麥的影響，認(rèn)為氣溫在春小麥生長的氣候因素中影響最大，氣候變化導(dǎo)致春小麥播種至三葉期延長，縮短了拔節(jié)至成熟期生長階段，整個生育期日數(shù)減少[2]。河西走廊灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)歷史悠久，是甘肅省重要的農(nóng)業(yè)區(qū)之一，也是西北地區(qū)最主要的商品糧基地和經(jīng)濟(jì)作物集中產(chǎn)區(qū)。春小麥?zhǔn)瞧降鼐G洲區(qū)主要農(nóng)作物之一，其生長發(fā)育和產(chǎn)量同樣受到氣候變化的影響[3-4]。筆者以張掖市氣象局1994—2021 年氣象要素數(shù)據(jù)及同期農(nóng)業(yè)氣象試驗站觀測的試驗田里的春小麥各生育期資料為例，分析了各氣象要素變化趨勢及其對當(dāng)?shù)卮盒←溕L發(fā)育的影響，以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供氣象服務(wù)保障，達(dá)到趨利避害的目的。

1 研究區(qū)概況及資料

1.1 研究區(qū)自然概況

張掖市位于甘肅省西北部，河西走廊中段，南依青藏高原，北鄰巴丹吉林沙漠，境內(nèi)地勢平坦，天氣主要受中高緯度地區(qū)西風(fēng)帶環(huán)流控制和極低冷氣團(tuán)影響，干燥少雨且冬長夏短，屬典型的大陸性草原荒漠氣候區(qū)。張掖市年平均氣溫8.4 ℃，年平均降水量130.8 mm，降水集中在6—8月，雨熱同季，年平均日照時間3 094.0 h，光照豐富。張掖市素有“桑麻之地”“魚米之鄉(xiāng)”的美稱，盛產(chǎn)小麥、玉米、水稻、瓜果、蔬菜和胡麻等農(nóng)作物，是全國重點建設(shè)的12 個商品糧基地之一[5]。

1.2 研究資料及處理

筆者通過查找張掖市氣象局、農(nóng)業(yè)氣象站觀測資料，選取1994—2021 年的氣溫、降水量、日照時間及春小麥各生育期觀測資料，利用數(shù)理統(tǒng)計及線性回歸方法，分析張掖市1994—2021 年氣候變化特征與春小麥生長發(fā)育的關(guān)系，研究該地區(qū)氣候變化趨勢及其對春小麥的影響。

2 張掖市氣候變化特征

2.1 氣溫

由圖1 可看出，1994—2021 年張掖市年平均氣溫呈波動升高趨勢，氣候傾向率為0.382 ℃/10 a，其中線性擬合化后的相關(guān)系數(shù)R=0.600 5，通過α=0.05檢驗。1994—2021年，張掖市年平均氣溫在1994—2000 年為負(fù)距平，在21 世紀(jì)的00 年代和10 年代均為正距平，距平值分別為-0.5 ℃、0.1 ℃和0.2 ℃，說明張掖市1994—2021 年平均氣溫的年代際變化趨于逐年上升。1994—2021 年共有15 個年份為正距平，其中1994—2000 年間僅有2 個年份為正距平，21 世紀(jì)00 年代和10年代均有6 個年份為正距平，特別是2009 年平均氣溫高達(dá)9.2 ℃，為1994—2021 年中最高年份，距平值為0.8 ℃，其次是2010 年和2021 年的9.1 ℃。

圖1 1994—2021 年張掖市年平均氣溫變化趨勢

2.2 降水量

由圖2 可看出，張掖市1994—2021 年的年降水量呈略增多趨勢，氣候傾向率為5.175 mm/10 a，線性相關(guān)系數(shù)R=0.139 6，通過α=0.05 檢驗。1994—2021年，張掖市年平均降水量為130.8 mm，降水量正距平年份共有12個，降水量負(fù)距平年份則有16個，距平百分率在-41.4%～65.4%。1994—2004 年為少雨期，2007—2021 年以降水量偏多為主，其中2007 年、2008 年、2010 年、2017 年和2019 年明顯偏多，偏少的是2011 年、2016 年、2018 年、2020 年和2021年，其他年份基本在正常范圍內(nèi)波動。

圖2 1994—2021 年張掖市年降水量變化趨勢

2.3 日照時間

由圖3 可看出，張掖市1994—2021 年的年日照時間呈縮短趨勢，氣候傾向率為-39.039 h/10 a，線性相關(guān)系數(shù)R=0.289 3，通過α=0.05 檢驗。1994—2021年，張掖市年平均日照時間為3 094.0 h，其中1997 年日照時間最長，為3 335.2 h，最少年份僅2 823.9 h，出現(xiàn)在2010 年。分析張掖市1994—2021 年的年日照時間距平值可知，年日照時間正距平年份共有15個，負(fù)距平年份則有13個，其中1995年、1997年、1999—2001年、2004—2005 年、2013 年和2015 年的日照時間明顯偏長，偏短的是2003 年、2006—2007 年、2009—2011 年和2021年，其他年份基本在正常范圍內(nèi)波動。

圖3 1994—2021 年張掖市年日照時間變化趨勢

2.4 春小麥生長季氣候變化

對張掖市1994—2021 年春小麥生長季3—7 月的氣溫、降水量及日照時間變化進(jìn)行分析，可得出以下結(jié)論。1）在春小麥生長季3—7月，張掖市氣溫趨于升高，氣候傾向率為0.605 ℃/10 a，較年平均氣溫升高趨勢明顯。其中，升溫變化最明顯的是21 世紀(jì)00年代，其次是21 世紀(jì)10 年代。2）3—7 月降水量的年變化趨勢為略增多，氣候傾向率為3.737 mm/10 a，年代際變化中，1994—2000 年和21 世紀(jì)00 年代為增加趨勢，21 世紀(jì)10 年代出現(xiàn)了略減少現(xiàn)象。3）3—7月日照時間在1994—2021 年中整體呈現(xiàn)減少趨勢，氣候傾向率為-7.898 h/10 a，1994—2000 年中，張掖市春小麥生長季日照時間為增多趨勢，進(jìn)入21 世紀(jì)后的20 年間，各年代均表現(xiàn)為減少趨勢，但21 世紀(jì)10 年代較21 世紀(jì)00 年代為增多。總體上看，1994—2021年中張掖市春小麥生長季3—7 月的氣溫、降水量及日照時間變化趨勢與年平均氣溫、降水量及日照時間的變化趨勢一致，氣候呈現(xiàn)出暖干化特征。

3 張掖市灌溉春小麥生長發(fā)育與氣候變化的關(guān)系

張掖市春小麥在每年3 月上旬末至中旬播種，4月上中旬出苗，4 月下旬進(jìn)入3 葉期，5 月中旬至下旬為拔節(jié)孕穗期，6 月上旬抽穗，6 月中旬開花，7 月上旬進(jìn)入乳熟期，7 月中旬成熟收獲，從播種到成熟為116～132 d。春小麥前期生長較緩慢，隨著時間推移、氣溫升高、降水量增多，春小麥進(jìn)入快速生長階段，當(dāng)達(dá)到某一時期后，生長速度又趨于減緩，直至成熟停止生長。

圖4 為張掖市1994—2021 年灌溉春小麥播種—成熟（全生育期）、播種—孕穗、乳熟—成熟不同生長發(fā)育期間隔日數(shù)的變化曲線。由圖4 可以看出，春小麥全生育期、播種—孕穗期的間隔日數(shù)均呈波動縮短的趨勢，線性擬合傾向率分別為-2.296 d/10 a、-3.073 d/10 a，線性相關(guān)系數(shù)R分別為0.503 4、0.526 4，通過α=0.05 檢驗；而乳熟—成熟期間隔日數(shù)則呈略增多趨勢，線性擬合傾向率為0.394 d/10 a，線性相關(guān)系數(shù)R=0.163 7，通過α=0.05 檢驗。

圖4 1994—2021 年張掖市灌溉春小麥不同生長發(fā)育期間隔日數(shù)的變化曲線

分析張掖市灌溉春小麥不同生育期間隔日數(shù)與氣溫之間的相關(guān)性（見表1），其中播種—成熟期的全生育期日數(shù)與3—7 月平均氣溫、降水量及日照時間相關(guān)，播種—孕穗期間隔日數(shù)與3—5 月平均氣溫、降水量及日照時間相關(guān)，乳熟—成熟期間隔日數(shù)與6—7 月平均氣溫、降水量及日照時間相關(guān)。

表1 1994—2021 年張掖市春小麥不同生長發(fā)育期間隔日數(shù)與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

1）張掖市1994—2021 年中灌溉春小麥播種—成熟期全生育期日數(shù)與3—7 月平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=-0.241 6，通過α=0.01 檢驗，說明3—7 月平均氣溫升高，春小麥全生育期日數(shù)縮短；與3—7 月降水量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=0.123 5，通過α=0.01 檢驗，即全生育期日數(shù)隨著降水量增多而延長；與3—7 月日照時間也呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=0.209 5，通過α=0.01 檢驗，日照時間增多，生育期日數(shù)也相應(yīng)增加。2）春小麥播種—孕穗期間隔日數(shù)與3—5 月平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=-0.244 1，通過α=0.01 檢驗，說明3—5 月平均氣溫升高，春小麥進(jìn)入孕穗期的速度加快；與3—5 月降水量呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=0.204 8，通過α=0.01 檢驗，即隨著降水量增多，播種—孕穗期間隔日數(shù)延長；與3—5 月日照時間呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=-0.096 1，通過α=0.01 檢驗，日照時間增多，春小麥生長加快，孕穗期提前。3）春小麥乳熟—成熟期間隔日數(shù)與6—7 月平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=-0.106 0，通過α=0.01 檢驗，可見6—7 月平均氣溫升高，加快春小麥成熟速度；與6—7 月降水量呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=-0.069 3，通過α=0.01 檢驗，該時期降水量增多，也會縮短成熟時間；與6—7 月日照時間也呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R=-0.017 6，通過α=0.01 檢驗，日照時間增長，加快春小麥成熟，收獲期提前。

4 結(jié)論

1）張掖市1994—2021 年中，年平均氣溫整體呈升高趨勢，每10 年上升0.382 ℃；年降水量為略增多趨勢，每10 年增多5.175 mm；而年日照時間則趨于減少，每10 年減少39.039 h；上述氣候要素變化均通過α=0.05 檢驗。春小麥主要生長季3—7 月表現(xiàn)為平均氣溫升高、降水量略增多、日照時間減少，與年變化趨勢一致。

2）通過分析張掖市春小麥全生育期日數(shù)、播種—孕穗期及乳熟—成熟期的間隔日數(shù)與同期氣溫、降水量及日照時間的關(guān)系可知，氣溫升高，全生育期日數(shù)、播種—孕穗期及乳熟—成熟期的間隔日數(shù)均縮短；降水量增多，全生育期日數(shù)、播種—孕穗期間隔日數(shù)延長，但乳熟—成熟期間隔日數(shù)縮短；日照時間增多，全生育期日數(shù)隨之增多，但播種—孕穗期間隔日數(shù)和乳熟—成熟期間隔日數(shù)均縮短。

3）張掖市年降水偏少，多為灌溉農(nóng)業(yè)，春小麥生育期所需水分大多來自水利灌溉，因此在應(yīng)對氣候變化方面重點考慮的是氣溫變化對春小麥的影響，通過選育優(yōu)良品種、適時開展播種、加強麥田管理和及時進(jìn)行澆灌等措施，實現(xiàn)春小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。