江漢地區油菜物候期氣候變化趨勢影響分析

摘 要： 基于1991—2021 年江漢地區湖北省宜城市、洪湖市和武漢市江夏區3 個農業氣象試驗站冬油菜物候觀測數據，采用回歸分析、顯著性檢驗等方法，對江漢地區油菜物候歷史變化趨勢、氣候因子與物候相關關系與響應程度進行統計分析，并展望了氣候變暖背景下未來冬油菜生育期變化。結果表明，江漢地區冬油菜播種時間集中在9 月下旬—10 月中旬，成熟時間在5 月上旬—中旬；生育期總天數平均219 d，生育期總天數每10 年顯著減少5.2 d；現蕾?開花、開花?成熟的生育期天數與氣溫相關因子均呈顯著負相關，與降水量無顯著相關性，最高氣溫每上升1 °C 生育期天數減少4.2 d；油菜全生育期內江漢地區氣溫呈現顯著上升趨勢，最低氣溫上升速度高于平均氣溫和最高氣溫，每10 年上升0.2～0.5 °C。根據歷史氣候變化率和各生育區間與氣象要素相關性推斷2050 年江漢地區油菜開花期和成熟期較2021 年平均提前3.3 和2.8 d。

關鍵詞：油菜；江漢地區；物候；氣候變化；生育期

中圖分類號：S26：S565.4 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）08-0082-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.08.014

0 引言

我國油菜生產中冬油菜種植比例最大，湖北省是我國冬油菜生產大省，油菜籽產量居全國第2 位，其中江漢地區是湖北省的主要產區[1]。溫度、降水和日照等氣象條件是影響作物物候期最重要的因素之一，物候期的變化將影響冬油菜的產量及質量。冬油菜作為越冬作物，物候期變化差異更為特殊。

研究人員在農作物物候期間的氣候條件和農業氣候資源時空分布等方面做了大量研究。楊永龍等[2] 分析高海拔山區油菜不同物候期對積溫的響應，對油菜種植區進行了合理的區劃。劉熔熔等[3] 研究了浙江省油菜花期降水與產量的關系，發現油菜減產與花期降水量過多顯著相關。黃淑娥等[4] 對鄱陽湖地區油菜生產期間氣象條件進行分析，并建立該地區的油菜氣候區劃指標。閔程程等[5] 分析了湖北省油菜各發育期間的氣象條件與產量間的相關性，建立了苗期降水量和蕾苔期平均氣溫為指標的湖北省油菜種植區劃方法。黃穩清等[6] 探索了我國冬油菜物候期的時空演變及對氣候因子響應程度，其中溫度對冬油菜物候期的影響最大。鄧環等[7] 對年度油菜生長發育氣象條件進行分析。張佩等[8] 研究表明，在氣候變化背景下江蘇省油菜始花期呈逐年提前趨勢，氣溫為其主要影響因子，日照和降水對油菜開花早晚影響較小。李文靜等[9] 分析了長江流域油菜花期的特征，并利用不同下限溫度分別計算的積溫指標建立花期預報模型。可見氣候變化對油菜的生長發育、光合作用、安全越冬、產量和品質等有著一定的影響。

本研究針對湖北省油菜主產區之一的江漢地區冬油菜進行物候期氣候變化趨勢影響分析，對開展油菜精細化氣象服務、提高油菜產量和防御氣象災害提供決策依據。

1 數據與方法

在江漢地區選擇油菜觀測記錄較長的湖北省宜城市、洪湖市和武漢市江夏區3 個農業氣象試驗站，3 站油菜物候記錄連續完整，包含1991—2021 年共31 年的數據。氣象條件數據采用農業氣象試驗站與其對應的國家氣象觀測站數據，包含氣溫和降水量。在分析氣候因子對冬油菜物候期的影響時，氣溫和降水量為兩個物候期之間的日平均值。在物候期時間序列趨勢分析中，采用線性回歸的方法，對冬油菜的物候期及其氣候因子進行線性擬合，其斜率作為趨勢變化率，正值表示正趨勢，負值表示負趨勢，當考慮線性擬合效果的顯著性時采用t 檢驗方法，Plt;0.05 時為顯著，Plt;0.01時為極顯著。

2 結果與分析

2.1 油菜物候歷史趨勢

宜城市、江夏區和洪湖市3 站油菜播種時間大多集中在9 月下旬—10 月中旬，其中最早播種日期出現在洪湖市2011 年9 月11 日，最晚播種日期出現在江夏區2009 年11 月2 日，宜城市、江夏區和洪湖市3 站油菜生育期年際變化趨勢如圖1 所示。宜城市和江夏區兩站播種時間均有顯著性推遲趨勢，宜城市每10 年推遲3.8 d，江夏區每10 年推遲6.3 d，適當推遲油菜播種期，能在一定程度上緩解秋收作物收獲與油菜播種之間的爭地矛盾。宜城市和江夏區現蕾日期在1 月中旬—2 月中旬，年際變化較大，趨勢不顯著，但洪湖市現蕾日期出現顯著性提前，每10 年提前8.8 d；3 站開花日期一般在3 月，年際變化較大，趨勢不顯著，最早開花日期為洪湖市2021 年2 月22 日，最晚開花日期出現在江夏區2005 年4 月2 日。3 站成熟日期主要在5 月上旬—中旬，宜城市和江夏區年際變化較小，成熟日期較為穩定，最早成熟日期在江夏區2020 年4月28 日。但洪湖市成熟日期出現較為顯著的提前，每10 年提前3 d。江漢地區油菜整個物候期從上年9 月—本年5 月，生育期總天數平均219 d，其中洪湖市因播種較早導致生育期較長，達到230 d。同時可以發現，3 站平均生育期總天數呈現顯著減少趨勢，每10 年減少5.2 d，因為油菜成熟期較為穩定，造成該現象的主要原因在于油菜播種日期的推遲。氣候變化是影響油菜物候期的重要因素，因此有必要進一步研究氣候因子與油菜物候期的關系及響應程度。

2.2 氣候因子對油菜物候的影響

統計分析宜城市、江夏區和洪湖市油菜各物候區間與氣象要素相關關系，用平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和平均降水4 個要素分別與播種?現蕾、現蕾?開花、開花?成熟和現蕾?成熟4 個生育期天數作相關分析。如圖2 所示，各生育區間天數與平均降水量雖然均有一定的正相關或者負相關，但均未通過顯著性檢驗，江漢地區降水量較為豐沛，一般均能滿足油菜的生長發育所需，降水量的多寡不顯著影響其物候期，但根據相關研究表明，降水量能顯著影響油菜的品質和產量[10-11]。

由圖2a 可知，播種?現蕾總天數與各氣象要素均沒有顯著相關性，原因可能是播種日期受人為決策，以及播種期一段時間的天氣情況，如連陰雨、干旱等影響都會導致油菜播種日期大幅度提前或者推遲導致。由圖2b、圖2c 和圖2 d 可知，現蕾?開花、開花?成熟和現蕾?成熟的生育期天數與平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈現明顯負相關，并且相關系數全部通過0.01 顯著性檢驗，表明受氣溫影響較大。同時發現3個生育區間對氣溫的敏感性基本一致，與氣溫的相關性依次都為最低氣溫、平均氣溫和最高氣溫，最高氣溫相關系數最高，因為江漢地區發生低溫凍害的時段相關較少，主要還是白天最高氣溫能促進其盡快的生長發育，所以最低氣溫對生育期天數影響略弱。

現蕾?開花期，最高氣溫每上升1 °C 發育天數減少4.2 d。開花?成熟期，最高氣溫每上升1 °C 發育天數減少2.24 d。可見各生育期，現蕾?開花期對氣溫最為敏感，發育階段到達開花期后，溫度條件逐漸改善，溫度對物候期的作用有所降低。生育期累加后現蕾?成熟期，最高氣溫每上升1 °C 發育天數減少5.88 d。介于最高氣溫因子表現出與生育期良好的相關性，在農業氣象服務中有比較好的應用場景，可以在獲取到上一個物候期觀測日期的基礎上，通過氣象的觀測數據和天氣預報數據來預測油菜開花期和成熟期，目前天氣預報可用性可達到10 d，即可以至少提前10 d 做出較為準確的油菜花最佳觀賞期和油菜成熟度預報，為做好各地油菜花旅游節與農機精準調度收割安排等氣象服務提供技術支撐。

2.3 生育期氣候特征與未來變化

過去的幾十年里，自然及人為因素導致氣候發生變化，不同區域氣候變化的幅度因地理等因素有所差異，冬油菜的物候期也受到氣候變化的影響。利用農業氣象試驗站同期氣象站資料統計油菜生育期內（上年9 月—本年5 月）氣象要素，由圖3a、圖3b 和圖3c可知，宜城市、江夏區和洪湖市降水年際變化較大，氣候變化趨勢不明顯，但平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫呈現顯著上升趨勢， 其中宜城市每10 年上升0.4～0.5 °C，江夏區和洪湖市略低于宜城市，每10 年上升0.3～0.4 和0.2～0.4 °C，并且3 站最低氣溫的上升速度都高于平均氣溫和最高氣溫。在氣候變暖背景下，氣溫的上升有利于油菜潛在種植范圍擴大，特別是江漢地區周邊有比較多的山區，山區原來積溫和熱量條件不適宜種植油菜，未來可能成為冬油菜種植適宜區。

由圖3d、圖3e 和圖3f 可知，3 個生育期降水年際變化較大，趨勢不明顯，平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈現上升趨勢，但只有最低氣溫通過0.05 顯著性檢驗，現蕾?開花期、開花?成熟期最低氣溫每10 年分別上升0.4、0.5 °C。在全球氣候變暖的背景下，據1991—2021 年最低氣溫的氣候變化率，并結合上述各生育期與氣象要素相關關系可以推斷，到2050 年江漢地區開花期和成熟期較2021 年平均可提前3.3 d 和2.8 d。冬油菜物候期提前可能導致產量和品質的降低，應培育生育期更長的品種以提高對氣候的適應性，以保證冬油菜的生產。

3 結論與討論

本研究對1991—2021 年江漢地區冬油菜物候歷史變化趨勢進行統計分析；研究了氣候因子對江漢地區冬油菜物候期變化的影響，分析了物候期對氣候變化的響應程度；總結了江漢地區油菜生育期內氣候特征，并對氣候變暖背景下未來冬油菜生育期變化進行展望。

（1）江漢地區冬油菜播種日期大多集中在9 月下旬—10 月中旬，成熟日期主要在5 月上旬—中旬；宜城市和江夏區兩站播種日期均有顯著性推遲趨勢，每10 年分別推遲3.8 和6.3 d；洪湖市現蕾日期每10 年顯著提前8.8 d，成熟日期每10 年顯著提前3 d；3 站平均生育期總天數219 d，因油菜播種日期的推遲，而成熟相對較穩定，生育期總天數呈現出顯著減少趨勢，每10 年減少5.2 d。

（2）各生育期天數均與平均降水量無顯著相關性；播種?現蕾期總天數與各氣象要素均無顯著相關性；現蕾?開花期、開花?成熟期的生育期天數與平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈現顯著負相關，其中最高氣溫相關系數最高，氣溫是影響冬油菜物候期的主要因素；現蕾?開花期時對氣溫最為敏感，最高氣溫每上升1 °C 生育期天數減少4.2 d。

（3）油菜全生育期內江漢地區降水量年際變化較大，氣候變化趨勢不明顯；平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫呈現顯著上升趨勢，最低氣溫的上升速度高于平均氣溫和最高氣溫，每10 年上升0.2～0.5 °C。根據歷史氣候變化率和各生育期與氣象要素相關關系推斷2050 年江漢地區開花期和成熟期較2021 年平均提前3.3 和2.8 d。

影響農作物物候的主要因素是氣候因子，但是農作物物候也受到人為決策管理、選用品種、農藝技術和土壤水肥等影響。本研究僅探討了部分氣象要素對油菜物候期的影響，可能會忽略了其他影響因素，后續研究中，可納入更多其他相關因子，更加準確揭示油菜物候變化的原因；另外，全球氣候變暖已成不爭的事實，極端高溫與低溫事件都可能更頻繁發生。氣溫升高會促進油菜種植適宜區面積擴大，但冬油菜物候期提前可能導致產量和品質的降低。冬季升溫還會使油菜出現早薹、早花現象，易遭受低溫凍害而降低產量，同時冬季升溫還提高了菌核病越冬存活率，易造成春季菌核病的發生[12-15]。未來在穩步推進油菜種植面積擴大的同時，要注重油菜新品種研發，提高油菜對氣候變化的適應性，實現面積、單產雙增加。

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