我国西北冬小麦生长发育对气候变化响应分析

杜 莉，李 燕，王志伟

（1.重庆市气象局气象服务中心，重庆401147；2.山西省气候中心，山西太原030006）

近年来，随着全球气候变化对人类生产生活和社会经济发展的影响日益加重，研究者对气候变化影响方面的研究不断深入[1-3]。在全球气候变化研究方面，许多学者通过观测试验及模拟模型的方法进行了大量深入的研究，结果表明，全球气候变暖趋势明显，降水变化存在明显的区域差异，对自然生态环境和人类生存环境产生严重影响，尤其对气候条件反应敏感的农业生产领域影响较大[4-7]。在全球气候变化的背景下，我国西北地区的气候变化趋势更加明显。西北地区属干旱半干旱区，地形复杂，以高原、盆地和山地为主，属典型的生态环境脆弱及气候变化敏感区，最典型的气候特点是干旱。大量研究结果表明，我国西北地区气温显著升高，以最低气温增幅最大；降水有明显的地域及季节变化特点，呈现出西部增多、东部减少趋势，各季以冬季降水减少趋势最为明显[8-9]。在对农作物影响方面[10]，气候暖干化对冬小麦的生长发育影响最大，越干旱的地区冬小麦需水量越多，且全生育期有明显缩短趋势。屈振江[11]通过对陕西农作物生育期热量进行分析指出，冬小麦以关中分布最广，并分时段对主要农作物生育期热量条件变化进行了系统分析。胡利平等[12]对小麦产区甘肃天水冬小麦生产潜力开发程度的研究，结果与西北地区冬小麦的研究[13]结论一致，其全生育期与温度和冬季日照负效应显著，与降水正效应显著。贾宏涛等[14]分析了新疆气候变化对农牧业生产的影响，结果显示，新疆总体气候向暖湿转化，在冬小麦整个生长发育期气候条件较为适宜。但较为系统地分析生育期变化的研究鲜见报道。本文拟系统分析在西北地区气候变化背景下，西北地区主要麦区的冬小麦整个生长发育期的趋势变化，以期为指导农业生产、作物种植区划提供参考。

1 资料来源及分析方法

冬小麦发育期资料全部来自西部各省区的农业气象观测资料。要求资料年代必须大于20 a，个别发育期的缺测要小于等于3 a。因此，本研究筛选出西北麦区各省区的12个农业气象站的作物发育期资料，对于缺测资料采用平均值替代的方法。分析方法主要运用线性倾向率的方法。

2 结果与分析

2.1 冬小麦播种期变化趋势分析

分析西北地区12个农业气象观测站的冬小麦资料，结果如图1所示。

由图1可知，自20世纪80年代以来，西北地区大部分区域冬小麦的播种日期普遍推迟，新疆阿克苏播期推迟的速度最快，为6.5 d/10 a，观测24 a里，其播期平均推迟约16 d；陕西咸阳次之，约14 d；甘肃庆阳市推迟约9 d；陕西凤翔和武功都推迟了约7 d；新疆乌兰乌苏、昌吉和莎车推迟2～9 d。但是陕西的延安、永寿、大荔和新疆和田冬小麦的播期在提前，提前的天数为2～15 d，其中，延安站提前的最多，大荔站提前的最少。播期提前可能与受局地小气侯影响有关。

在我国西北地区气候变暖背景下，冬小麦播期大部分呈推迟趋势。冬小麦播期推迟是对气候变暖、无霜期延长的响应，因小麦适宜播期以越冬前达到壮苗为基本要求。播种过早，积温过多，则容易使小麦形成冬前旺长，对安全越冬不利；播种过晚，冬前积温小于400℃，则会形成弱苗越冬的情况，抗旱能力下降，容易发生越冬死苗的现象。小麦播种期与气温、降水、蒸散、日照等综合因素有关，其中，以积温变化影响最大，而其播期应在适宜范围内以推迟播种为宜。

2.2 冬小麦返青期变化趋势分析

冬小麦返青是以气温稳定通过0℃的日期作为指标。对各冬小麦的返青期观测资料进行分析，结果如图2所示。

由图2可知，冬小麦的返青期呈现出普遍推迟趋势，12个观测站中有9个站的冬小麦返青期推迟，3个站的冬小麦返青期提前。甘肃庆阳、陕西延安和新疆阿克苏的冬小麦返青期呈提前趋势，分别提前 6.2，5.7，3.1 d/10 a。陕西咸阳冬小麦返青期推迟的速度最快，为7.7 d/10 a，此外，陕西武功和新疆和田冬小麦返青期推迟的速度也相对较快，分别为5.4，4.7 d/10 a，其余研究区域冬小麦返青期推迟的速度为0.6～2.7 d/10 a。

研究显示，西北地区冬季和早春气温变化呈变暖趋势，并且具有明显的地域特点。有研究表明，温度与土壤含水量是影响小麦返青的主要影响因子，而西北地区冬季气温呈提前趋势，部分区域返青期推迟，可能与受到当地干旱气候影响有关，除温度影响外，土壤含水量的影响也较为显著，还有待进一步研究。一般而言，返青期提前的速度越快，说明当地冬季和早春气温升高的速度也越快。因此，在气候变暖的背景下，进行西北地区乃至全国其他地区农作物对气候变化的响应研究，还需要结合不同地区的局地小气候变化特征。

2.3 冬小麦成熟期变化趋势分析

通过分析各区域成熟期的资料（图3）发现，所选区域一致性地表现为成熟期提前。

由图3可知，新疆阿克苏冬小麦成熟期提前的速度最快，为7.7 d/10 a；其次是陕西凤翔，成熟期提前的速度是5.6 d/10 a；陕西延安和大荔冬小麦成熟期提前的速度分别为5.5，5.0 d/10 a，研究区域的其他观测站冬小麦成熟期提前的速度在1.4～4.8 d/10 a之间。冬小麦成熟期提前反映了冬小麦返青到成熟期间气候变暖的事实。

2.4 冬小麦返青—成熟期变化趋势分析

通过对西北地区12个观测站近20多a的冬小麦返青—成熟期间的天数统计发现，12个站中有1个站的冬小麦这个期间的发育天数在延长，其他11个观测站的冬小麦这段发育期间的天数在缩短。甘肃庆阳的延长速度为0.9d/10a，其返青—成熟期间的天数延长不明显。综合分析返青—成熟期间发育期的延长，可能与甘肃庆阳返青期提前趋势显著有关，这说明在气候变暖的背景下，综合小气候变化特点，气候变暖有利于这些地方冬小麦的生长发育和产量形成。

陕西、新疆其余区域在返青—成熟期间的天数呈缩短趋势，缩短的天数在3～16 d之间，以陕西武功24 a冬小麦生育期缩短的天数最多，约为22 d，新疆和田约为19 d。

从地域看，新疆和陕西的大部分冬小麦返青—成熟期间的天数在缩短，甘肃冬小麦返青—成熟期间的天数在延长。也就是说，西北地区的新疆、陕西一带近20多a来春、夏气温升高，导致冬小麦返青以后发育进程加快、生育期缩短、成熟期普遍提前。冬小麦返青—成熟期间的天数缩短，说明这期间该地区的气温在变暖，此间生育天数缩短得越多，该地温度升得也越高，气候条件越不利于冬小麦的生产。

3 结论

（1）在我国西北地区气候变暖背景下，冬小麦播种期大部分呈推迟趋势，仅陕西个别站点提前，这可能与当地独特的小气候条件或者缺乏科学的指导及当地的农作习惯有关。

（2）西北地区近20多a来冬季和早春气温变化没有明显的一致性规律，而是有明显的地域性，加之，西北地区干旱及各区域土壤水分条件等的影响，西北地区大部分地区返青期呈现出推迟趋势。因此，在大气候变暖的背景下，研究西北地区乃至全国其他地区农作物对气候变化的响应及对策，还需要研究不同地区的气候变化特征甚至局地小气候的变化特征。

（3）冬小麦成熟期均一致表现为提前趋势，成熟期的提前验证了冬小麦返青到成熟期间西北地区气候呈变暖趋势。

（4）从冬小麦的各发育期综合分析看，返青—成熟期间发育期延长主要是与返青期提前较多有关，这说明在大气候变暖的背景下，甘肃部分地区的小气候变化有利于这些地方冬小麦的生长发育和产量形成。从地域看，新疆和陕西的大部分冬小麦返青—成熟期间的天数在缩短，也就是说西北地区的新疆、陕西一带近20多a来春、夏气温升高导致冬小麦返青以后发育进程加快、生育期缩短、成熟期普遍提前，气候条件不利于当地冬小麦的生产。

［1］IPCC.Summary for Policymakers of Climate Change 2007:The Physical Science Basis[M]//Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge：Cambridge UniversityPress，2007.

［2］李克让，陈育峰.中国全球气候变化影响研究方法的进展[J].地理研究，1999，18（2）：214-219.

［3］水利部应对气候变化研究中心.气候变化权威报告——IPCC报告[J].气候变化影响评估，2008，2（2）：38-40.

［4］赵俊芳，郭建平，张艳红，等.气候变化对农业影响研究综述[J].中国农业气象，2010，31（2）：200-205.

［5］任国玉，初子莹，周雅清，等.中国气候变化研究最新进展[J].气候与环境研究，2005，10（4）：701-704.

［6］邓振镛，张强，宁慧芳，等.西北地区气候暖干化对作物气候生态适应性的影响[J].中国沙漠，2010，30（3）：633-670.

［7］王馥堂.CO2浓度增加对植物生长和农业生产的影响及对策[J].气象，1993，19（7）：8-13.

［8］刘德祥，董安祥，邓振镛.中国西北地区气候变暖对农业的影响[J].自然资源学报，2005，20（1）：119-125.

［9］邓振镛，张强.全球气候增暖对甘肃农作物生长影响的研究进展[J].地球科学进展，2008，23（10）：1070-1078.

［10］周晋红，李丽平，王宏.气候条件及其对农业影响的评价模式研究[J].山西农业科学，2009，37（7）：58-60.

［11］屈振江.陕西农作物生育期热量资源对气候变化的响应研究[J].干旱区资源与环境，2010，24（1）：75-79.

［12］胡利平，张华兰.气候变化对天水冬小麦生产潜力开发程度的影响[J].安徽农业科学，2010，38（12）：6394-6397.

［13］刘德祥，董安祥，路登荣.中国西北地区近43年气候变化及其对农业生产的影响 [J].干旱地区农业研究，2005，23（2）：195-201.

［14］贾宏涛.新疆气候变化影响的观测事实及其对农牧业生产的影响[J].干旱区资源与环境，2009，23（11）：72-77.