氣溫和降水變化對甘肅河西春小麥產(chǎn)量的影響及應對

張婷，李強，褚超，許海芳，王煜迪，閆一丹

（1.甘肅省風云氣象設(shè)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量和品質(zhì)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(chǎn)量的影響，在發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(nóng)田建設(shè)，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(nóng)業(yè)氣象試驗站內(nèi)試驗田為例，結(jié)合近29年的春小麥產(chǎn)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(chǎn)量的影響進行分析，為開展農(nóng)業(yè)精準氣象服務(wù)提供參考依據(jù)。

1 資料與方法

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(chǎn)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(chǎn)量的變化趨勢，并通過對春小麥生長期氣溫、降水量與產(chǎn)量標準化處理及相關(guān)分析得出其相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 張掖市氣溫及降水量氣候變化特征

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(nèi)，屬于正常年。總體上看，進入21 世紀00年代之后降水量偏少。

2.2 張掖市春小麥產(chǎn)量的變化特征分析

春小麥成熟后進行取樣分析，根據(jù)《農(nóng)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(chǎn)量進行測量。由張掖市近29年的春小麥千粒重和理論產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量變化

由張掖市近29年春小麥產(chǎn)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(chǎn)，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(chǎn)年；春小麥的理論產(chǎn)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(chǎn)年，但1993年、2012—2013年、2018年負距平明顯，可認定為低產(chǎn)年份。

2.3 氣候變化對春小麥產(chǎn)量的影響

根據(jù)張掖市近29年3—7月平均氣溫、降水量與春小麥產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)分析，千粒重和理論產(chǎn)量均與5月下旬至6月上旬氣溫呈負相關(guān)；全生育期3—7月平均氣溫與理論產(chǎn)量為正相關(guān)，相關(guān)性不明顯；3—7月降水量與千粒重和理論產(chǎn)量為負相關(guān)；5月降水量對春小麥產(chǎn)量的影響，表現(xiàn)為與千粒重呈負相關(guān)，與理論產(chǎn)量呈正相關(guān)，且與理論產(chǎn)量的正相關(guān)系數(shù)較大。說明氣候條件的變化對春小麥產(chǎn)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(chǎn)量的形成。其中5月是春小麥需水臨界期，該時期內(nèi)的降水量是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因子，夏季高溫對增產(chǎn)有很大的限制。

相關(guān)研究表明，春小麥孕穗期產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量的形成存在著正相關(guān)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量為29年中最低；1996年氣溫為次低值，該年份的春小麥產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)。

表1 張掖市近29年中3—7月平均氣溫與春小麥產(chǎn)量的關(guān)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(chǎn)量的關(guān)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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月降水量正常或略偏少是其理論產(chǎn)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(chǎn)量的關(guān)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(chǎn)量的關(guān)系 （降水偏少年）

3 結(jié)論和討論

（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(chǎn)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(chǎn)量為正相關(guān)，相關(guān)性不明顯；3—7月降水量與千粒重和理論產(chǎn)量為負相關(guān)。3—7月，氣溫特高或特低時春小麥均不能獲得高產(chǎn)，氣溫穩(wěn)定、降水量正常或略偏少是其理論產(chǎn)量達到豐收的必要條件。

（3）氣候暖干化已經(jīng)是當前不爭的事實，針對春小麥生產(chǎn)，要結(jié)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(diào)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(chǎn)穩(wěn)定高產(chǎn)。