濉溪县小麦生长期气温变化及应对策略

张怀念，周景春，张存岭，陈若礼

(1.安徽省濉溪县气象局，安徽濉溪235100;2.安徽省濉溪县科协，安徽濉溪235100)

全球气候正呈现以变暖为主要特征的显著变化。农业是对气候变化反映最为敏感的行业之一，围绕气候变化对农业尤其是对粮食生产的影响，国内外已做了大量的研究［1－4］，气候变暖对小麦生产的影响已成为当前研究的热点问题之一。但结合生产实际，揭示临界温度变化对小麦生育阶段和产量的影响研究较少。同时，各地气候变化规律和变化幅度不同，对农业生产及作物生育期的影响也有所不同，对气候变化的响应也会不同。笔者分析了濉溪县近50年10月1日～次年6月10日平均气温和最高气温、最低气温变化趋势及其对小麦生长发育的影响，并提出应对策略。

1 材料与方法

1.1 研究区概况 安徽省濉溪县位于黄淮平原南缘(33°17'～33°59'N、116°23'～116°59'E)，南北长 90 km，东西宽45 km。辖11个镇和省级濉溪经济开发区、濉溪芜湖现代产业园。国土面积1 987 km2，人口107万。土地面积19.87×104hm2，耕地11.25 ×104hm2。皆为平原，地势平坦，地面高程23.5～32.4 m，自西北向东南缓倾，坡降万分之一。土壤类型为砂姜黑土和潮土。耕作制度以冬小麦－夏大豆、冬小麦－夏玉米一年两熟为主，复种指数184.0%。1961～2010年平均太阳辐射总量521.6 kJ/cm2，年平均气温14.9℃，≥0℃积温5 497℃·d，≥10℃积温4 975℃·d，日照时数2 284.1 h，降水量837.9 mm，蒸发量1 883.8 mm，无霜期213 d。

1.2 数据来源 1961年10月1日～2011年6月10日逐日平均气温、最高气温、最低气温来自濉溪县气象局(33°55'33″N、116°45'28″E)，属国家基本农业气象站。小麦生产数据来自杨柳点和柳丰种业。

1.3 数据处理与方法 冬小麦为跨年度生长作物，文中以收获年表示生产年度。生育阶段设定为冬前10月1日～12月20日、越冬期12月21日～次年2月20日、返青—抽穗期2月21日～4月20日、抽穗—成熟期4月21日～6月10日。平均气温3℃终日、始日和≥0℃冬前积温统计采用5日滑动平均法，小麦越冬期取3℃终日、始日之间的天数。气温变化趋势采用线性倾向估计法，突变特征采用Mann-Kendall检验方法。数据处理和图表绘制利用Excel 2003软件进行，采用DPSv7.05软件进行相关分析、突变分析。

2 濉溪县小麦生长期气温变化特征

2.1 小麦生长期气温年际变化 分析表明，随着生产周期的延续，濉溪县小麦生长期内平均气温呈升高趋势，其中冬前、越冬期和返青—抽穗的 r值(0.356 0 ～0.560 1)通过0.05 ～0.01水平显著性检验，升温趋势明显，分别提高0.23、0.38和0.44℃/10a;平均最高气温除抽穗—成熟期呈降低趋势外，其他阶段均呈升高趋势，其中，返青—抽穗期r=0.318 1，升温趋势明显，提高幅度为0.33℃/10a。不同生育阶段平均最低气温均呈上升趋势，r=0.421 3 ～0.691 0，升温趋势明显，分别提高0.33、0.50、0.57 和0.24 ℃ /10a(表1)。升温速率返青—抽穗期 ＞越冬期＞冬前，平均最低气温＞平均气温＞平均最高气温［1］。全生育期平均气温、平均最高气温、平均最低气温0.28、0.14、0.39 ℃ /10a，气温变化不对称［2］。

表1 不同时段气温变化回归系数

以平均气温距平≥0.25个标准差作为当地的暖冬标准，≤－0.25个标准差为寒冬标准。以此标准划分，1962～1986年25个小麦生产周期内，出现15个寒冬年份、6个暖冬年份;1987～2011年出现4个寒冬年份、17个暖冬年份。中国气候学家将出现机率约为10年一遇的距平绝对值≥1.3个标准差的事件定义为严重气候异常。据此计算出濉溪县1962～2011年气温前25个周期偏寒，后25个周期偏暖(表2)。周期平均温度突变分析得出，UBk和UFk曲线交点出现在1988年，且交点在临界线之间，说明1988年是冷暖突变开始的时间(图1)。

表2 1962～2011年濉溪县不同时段气温异常

图1 1962～2011年濉溪县小麦生产周期平均气温突变检验

2.2 小麦生长期气温季节变化 50个小麦生产周期平均，10月上旬～6月上旬平均气温、旬平均最高气温、旬平均最低气温随旬次(m)推移呈抛物线变化趋势(图2)，F值通过0.01水平显著性检验(表3)，最小值出现在1月中下旬。这里设定10月上旬旬次编码值m=1，10月中旬m=2，以此类推。从图3可以看出，1987～2011年平均与1962～1986年相比，11月中旬、5月下旬和6月上旬平均气温分别降低0.1、0.3 和0.7 ℃，5 月中旬持平，10 月上旬 ～11 月上旬、11月下旬～次年5月上旬升高0.3～2.4℃，11月下旬～次年3月中旬升高0.8 ℃以上［3］。

图2 1962～2011年濉溪县小麦生长期气温季节变化

表3 1962～2011年濉溪县气温季节变化

2.3 生长起始温度(3℃)变化 日平均气温3℃是小麦开始或停止生长的界线温度。濉溪县50个小麦生产周期内，平均气温＜3℃的天数(t)为59.2 d，随着生产周期(n)的延续趋于明显减少，其线性关系为 t=69.2－0.394 n(r=－0.470 2)，即缩短速率为3.9 d/10a(图4)。

图3 1962～2011年濉溪县不同时段气温季节变化

图4 1962～2011年濉溪县＜3℃和越冬期≥3℃天数

小麦越冬期内，有些时段气温会回升到3℃以上。分析表明，濉溪县50个小麦生产周期内，12月21日～次年2月20日平均气温≥3℃的天数(t)为21.0±9.9 d，随着生产周期(n)的延续呈增长趋势，其线性关系为t=14.6+0.251 n(r=0.368 9)，即延长速率为 2.5 d/10a。

2.4 低温和负积温变化

2.4.1 低温分布。从图5和表4可以看出，1962～2011年濉溪县最低气温＜0℃出现在10月下旬～4月中旬，≤－5℃在11月上旬～次年3月下旬，≤－8℃在12月上旬～次年2月下旬;平均气温＜0℃出现在11月上旬～次年3月中旬，≤－5℃在12月上旬～次年2月中旬。频率(f)随时间推移呈抛物线变化趋势，低温主要集中在1月。

表4 1962～2011年濉溪县低温季节分布

2.4.2 极端低温。濉溪县 50 个小麦生产周期内，11、12、1、2月极端最低气温分别为 －0.6、－5.7、－7.7、－5.4 ℃。随着生产周期的延续，极端最低气温趋于升高，其中11月下旬～12月中旬、1月中旬和2月各旬趋势明显(r=0.291～0.548)，各旬升高幅度分别为 0.78、0.62、0.55、0.54 和 0.99、0.80、1.26 ℃ /10a。

图5 1962～2011年濉溪县最低气温＜0℃(a)和平均气温＜0℃(b)分布

2.4.3 低温天数。濉溪县50个小麦生产周期内，最低温度＜0℃、≤－5℃、≤－8℃、≤－10℃的天数分别为74.6、21.8、6.6、2.4 d(图 6a)，随着生产周期的延续，低温天数趋于明显减少，减少幅度分别为 4.8、3.9、2.3 和 1.0 d/10a(表5)。突变分析表明，最低气温≤－5℃天数减少的突变点为1978年(图6b)。

表5 1962～2011年濉溪县最低温度天数变化

图6 1962～2011年濉溪县最低气温天数变化(a)和最低气温≤－5℃日数突变检验(b)

2.4.4 负积温。濉溪县50个小麦生产周期内，平均气温＜0 ℃、≤ －5 ℃的天数分别为26.0、2.2 d，负积温为 59.2℃·d(图7)。随着生产周期的延续，低温天数(t)、负积温(T)明显减少，平均气温＜0℃、≤－5℃天数减少幅度分别为 3.3、0.8 d/10a，负积温减少幅度为 12.6(℃·d)/10a(表6)。

2.4.5 孕穗期低温。濉溪县小麦孕穗阶段正处于4月上中旬。50个小麦生产周期内，4月上中旬最低气温＜6℃的天数为4.7 d(图6a)。随着生产周期的延续，低温天数趋于明显减少(表5)，缩短速率为0.7 d/10a。

表6 1962～2011年濉溪县平均气温＜0℃天数和负积温变化

图7 1962～2011年濉溪县平均气温＜0℃天数和负积温变化

2.5 灌浆期气温变化

2.5.1 平均温度＜17℃。日平均温度17℃是小麦灌浆的起始温度［4］。濉溪县50个小麦生产周期内，5月1～31日平均气温＜17℃的天数为4.0 d。随着生产周期的延续，低温天数趋于减少，但趋势不明显。1987～2011年25个生产周期平均为3.6 d，比 1962 ～1986 年平均减少0.8 d。

2.5.2 最高温度≥30℃。最高气温≥30℃对小麦灌浆不利。濉溪县50个小麦生产周期内，5月1～31日最高气温≥30℃的天数为7.2 d。随着生产周期的延续，高温天数趋于减少，但趋势不明显。1987～2011年平均为6.4 d，比1962～1986年减少1.7 d。

3 气温变化对小麦生长发育的影响

3.1 越冬期缩短，生长期延长 据资料统计分析可知，濉溪县50个小麦生产周期内，平均气温稳定降至3.0℃的始日为12月11日，稳定回升至3℃的终日为2月18日，越冬期68.6 d。随着生产周期的延续，始日明显推迟(r=0.347 8)，终日明显提前(r= －0.531 6)，越冬期明显缩短(r= －0.637 8)［5］，始日提前幅度为2.1 d/10a，终日推迟幅度为4.0 d/10a，越冬期缩短幅度为6.4 d/10a。1987 ～2011年平均越冬始期12月14日，终期2月13日，越冬期60.8 d;与1962～1986年平均相比，始日推迟5.8 d，终日提前10.0 d，越冬期缩短15.6 d。1987～2011年平均气温 ＜3 ℃天数为52.7 d，比1962 ～1986 年平均减少12.9 d，说明小麦生长期趋于延长。

3.2 气象灾害频率降低 冻害是农业气象灾害的一种，即作物在0℃以下的低温使作物体内结冰，对作物造成的伤害。濉溪县小麦冻害发生7年1遇。冻害致灾以极端温度低、低温持续时间长、土壤墒情差等为主因，日最低气温≤－10℃的天数是衡量冻害程度的重要指标之一。由于气候变暖，最低气温升高，低温天数趋于减少，小麦遭遇冻害的频率有所降低。

小麦幼穗分化至四分体形成期前后，要求日均温10～15℃，若最低温度＜5～6℃就会受害［6］。濉溪县4月1～20日历年平均日均温12.3 ～16.1 ℃，最低气温6.9 ～10.6 ℃，一般不会发生低温冷害。有些年份生育期提前或终霜期推迟，可能发生低温冷害。由于气候变暖，4月上中旬最低气温＜6℃天数趋于减少，小麦遭遇低温冷害的频率降低。

干热风是一种高温、低湿并伴有一定风力的农业灾害性天气。干热风灾害主要气象指标为日最高气温30℃以上，14:00相对湿度30%以下，14:00 10 m高度处的风速2 m/s以上。濉溪县是安徽省重干热风日较多的地区之一，年均干热风日数3.9 d［7］。单就温度而言，干热风危害有减少趋势。

3.3 有害生物危害偏重发生 低温往往限制某些有害生物的分布范围，气候变暖使这些有害生物的分布区可能扩大;同时还使一些病虫害的生长季节延长，繁殖代数增加，危害时间延长;也使农田杂草出苗提前，生长期延长;另外，越冬期温度升高，使越冬病虫原体存活基数加大。近年来，濉溪县的小麦病虫害呈加重趋势。蚜虫、黏虫、红蜘蛛、吸浆虫、蛴螬、蝼蛄等危害逐渐加重;白粉病、锈病大面积发生，成为危害小麦的重要病害;纹枯病、根腐病开始大面积流行，迅速扩展为危害较重的病害;赤霉病过去只是零星发生，但2010、2012年相继大面积发生。

3.4 抽穗开花提前，灌浆期延长，千粒质量提高 随着气候的变暖，农作物的生育期也发生了明显变化。返青—抽穗期气温升高导致小麦各生育期提前［8］，灌浆期延长。同时濉溪县5月平均气温＜17℃的天数趋于减少，最高气温≥30℃的天数趋于减少，高温和干热风危害趋于减少，对小麦灌浆有利，千粒质量提高［9］。濉溪县1990年前后多年平均小麦千粒质量为37.8 g，近年来已突破40.0 g。杨柳点1987～1992年63块6 000 kg/hm2以上的高产田千粒质量为38.2 g;2010～2013年濉溪县农科所区试点皖麦50平均千粒质量41.4 g。杨柳点1985年10月24日播种的博爱74－22等8个半冬性品种，4月24～28日抽穗，4月30日～5月4日开花，6月3～7日成熟，灌浆期(开花—成熟)33～35 d，千粒质量30.5 ～37.2 g，平均33.9 g;柳丰种业淮麦20 等4 个品种，2011年4月26日开花，6月5日成熟，灌浆期40 d，千粒质量平均44.4 g;2013年10月11日播种的青农2号，4月5日开始抽穗，4月10日始花，4月24日开始灌浆，6月1日成熟，实际灌浆期38 d，千粒质量50.0 g。

4 应对策略

4.1 适期播种，扩种偏冬性品种 濉溪县50个小麦生产周期内，10月1日～12月20日0℃以上积温为842.8℃·d。随着生产周期的延续，趋于明显升高，升高幅度为18.3(℃·d)/10a。濉溪县以种植弱冬性小麦品种为主，播种适宜温度14～16℃，冬前积温550～650℃·d。据历史资料推算，小麦播种始期为10月10日。随着生产周期的延续，播种始期趋于明显推迟(r=0.369 7)，推迟幅度为0.9 d。1987～2011 年播种始期平均为10月12日，比1962～1986年平均推迟3 d。但9月下旬以后，降水量直线减少。推迟播种，会增加抗旱造墒的几率和成本。在气温升高的背景下，仍应寒露前开耧。为此，要加快耐寒品种的选育和推广。

4.2 加强有害生物防治 小麦生育中后期(拔节—灌浆)是多种病虫传播、流行，并造成危害的关键时期，应在搞好监测的基础上，科学确定防治指标，严格掌握施药时期、浓度，并尽可能使用低毒药剂，减少农药污染。

4.3 平衡施肥 气候变暖后，土壤有机质的微生物分解加快。同时肥效对环境温度的变化十分敏感，温度增高1℃，速效氮释放量增加约4%，释放期缩短3.6 d。平衡施肥是提高植株抗寒、抗旱、抗病能力和保障稳产高产的重要措施，应坚持秸秆还田，稳氮、稳磷、增钾补微，推行平衡配方施肥。

5 结论

(1)濉溪县小麦生长期气候变化与全球气候变暖大背景既有一致性，又有当地的特点。研究表明，1962～2011年50个小麦生产周期内，抽穗前平均气温、返青—抽穗平均最高气温和全生育期平均最低气温明显升高，升温速率返青—抽穗期＞越冬期＞冬前，平均最低气温＞平均气温＞平均最高气温，气候趋向偏暖，越冬期平均气温≥3℃天数明显增多;11月～次年2月极端低温升高，最低气温＜0℃、≤－5℃、≤－8℃和≤－10℃，平均气温＜3℃、＜0℃和≤－5℃的天数明显减少，负积温升高;灌浆期平均气温＜17℃、最高气温≥30℃的天数趋于减少。

(2)气候变暖背景下，低温、干热风气象灾害频率降低，有害生物危害偏重发生;小麦越冬期缩短，生长期延长，抽穗开花提前，灌浆期延长，千粒质量提高。

(3)濉溪县小麦生产已进入高产阶段，防灾减灾尤为重要。在气候变暖背景下，应坚持适期播种，扩种偏冬性品种，加强有害生物防治，平衡施肥。

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