济宁地区1970～2012年热量资源变化特征及其对作物生长的影响

李春光　郭红艳　马登超等

摘要：利用济宁地区11个县站1970～2012年逐日气象观测资料，运用最小二乘法进行线性倾向估计，分析济宁地区主要热量资源的时间、空间变化趋势及其对作物生长的影响。结果表明：济宁近43 年作物生长季年平均气温整体呈阶段性上升趋势，增温速率为0.30℃/10a；≥0℃活动积温为5 222.1℃·d，增加速率为86.7℃·d/10a；≥10℃的积温为4 777.2℃·d，增温速率为77.4℃·d/10a；<0℃负积温绝对值为99.1℃·d，增温速率为14.1℃·d/10a。≥0℃、≥10℃持续的日数增加4.5天和3.2天，稳定通过≥0℃、≥10℃初日提前了3天和2天，≥0℃、≥10℃的终日分别晚2天和1天。作物生长季内有效积温的增加，使冬小麦—夏玉米的生产系统受到显著影响，其中冬前生长积温增加导致传统播期的冬小麦冬前旺长，因此冬小麦须推迟播期以适应气候变暖带来的不利影响；对于夏玉米来说，由于热量的增加和冬小麦播期的推后，改变了原有套种模式，可以推迟至小麦收获后进行夏直播。

关键词：济宁地区；热量资源；气候变化；作物生长

中图分类号：S162.5 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2015）01-0100-05

Abstract According to the daily meteorological data from 1970 to 2012 of 11 county stations in Jining area， the time and space variation tendency of heat resources and its impacts on crop growth were studied using least square method to calculate linear tendency estimation. The results indicated that the annual average temperature during crop growth season showed the trend of gradual rise on the whole in recent 43 years in Jining area， and the average rate of calescence was 0.30℃/10a. The annual active accumulated temperature of ≥0℃ and ≥10℃ were 5 222.1℃·d and 4 777.2℃·d with the warming rate of 86.7℃·d/10a and 77.4℃·d/10a. The absolute value of negative accumulated temperature of <0℃ was 99.1℃·d with the warming rate of 14.1℃·d/10a. The consecutive days of ≥0℃ and ≥10℃ increased by 4.5 and 3.2 days， the initial date which stably through ≥0℃ and ≥10℃ was 3 and 2 days earlier， and the date terminating ≥0℃ and ≥10℃ was 2 and 1 days later respectively. The increase of effective accumulated temperature in crop growth season significantly affected the production system of winter wheat and summer corn. Among which， the increase of accumulated temperature before winter could result in vigorous growth before winter of winter wheat sowing on traditional date， thus the sowing date should be delayed to adapt to the adverse effects of climate warming. Due to the increase of heat and delay of winter wheat sowing date， which changed the traditional interplanting mode， the summer corn could be delayed to seed after wheat harvest.

Key words Jining area； Heat resources； Climate change； Crop growth

热量资源是指一个地区可供农作物生产利用的热量，是一种主要的农业气候资源。随着全球气候变暖的趋势不断加剧，各地热量资源也随之发生改变。IPCC第三次气候变化评估报告提出，20世纪以来，全球平均地表气温升高了（0.6±0.2℃）[1]。谭方颖等[2]对华北平原45年农业气候资源变化特征的分析表明，华北平原1961～2005年平均气温整体呈阶段上升趋势，增温速率为0.25℃/10a，变暖趋势十分明显。韩玮等[3]对1961～2011年山东气候资源及气候生产力时空变化特征进行分析表明，近51年来山东省普遍增温，倾向率为0.359℃/10a。在这种全球变暖的大背景下，位于鲁西南的济宁地区的热量变化对作物影响尚不清楚。本研究基于济宁地区11个县站1970～2012年逐日平均气温资料进行统计分析，比较分析该地近43年作物生长期热量变化特征，为当地农业生产者和管理者提供进一步有效利用热量资源的科学依据，以便选择适宜的作物品种类型及种植方式，为充分发挥该区域热量资源的生产潜力提供有益借鉴。endprint

1 资料与方法

所用逐日平均气温数据来自济宁地区11个县气象站1970～2012年的资料，各界线持续日数、初日、终日数据分别来自1971～2000年及1981～2010年新旧30年整编资料。采用最小二乘法拟合一元线性方程y=at+b（a、b为回归系数，y为气象要素，t为时间），其斜率（a）表示气象要素变化倾向率，a值的符号正或负反映趋势上升或下降[2～6]。

2 气温、积温变化与分析

2.1 年平均气温

如图1所示，济宁1970～2012年43年平均气温为14.1℃，整体呈阶段性上升趋势，增温速率为0.30℃/10a，此增幅大于全国平均增幅0.22℃/10a和华北平原增幅0.25℃/10a[2]，低于山东增幅0.359℃/10a[3]，变暖趋势十分明显。近43年来大体可以分为两个阶段，1970～1993年为偏冷阶段，这个阶段年平均气温为13.6℃，比多年平均值低0.5℃/a；1994～2012年为偏暖阶段，此阶段年平均值为14.5℃/a，高于多年平均值0.4℃，除1996年、2003年和2011年低于多年平均值以外，其它各年均高于多年平均值。济宁地区气温在地域上的分布为南部、中部高于北部，各台站近43年年平均气温变化线性倾向率均为正值，其中72.7%的台站通过了0.05水平的显著性检验。可见济宁地区近43年升温明显。

2.2 ≥0℃ 活动积温

2.2.1 全年≥0℃ 活动积温 ≥0℃活动积温的持续期代表一个地方广义的可能生长期或生长季。日平均气温稳定通过0℃ 的初日，表示冬季已过，土壤解冻，草木萌发；田间作业开始，冬小麦返青扎根。秋季0℃ 终期标志着草木休眠，土壤冻结，冬小麦停止生长，田间作业停止。济宁地区全年≥0℃ 活动积温为5 222.1℃·d，增温速率为86.7℃·d/10a，上升趋势十分明显（P<0.05）。1970～1996年是热量资源较贫乏阶段，平均值为5 126.1℃·d，比多年平均值少96.0℃·d，1997～2012年为热量资源丰富阶段，虽然2011年≥0℃的活动积温值仅为4 723.3℃·d，较常年值少了498.8℃·d，但此阶段仍比多年平均值多137.9℃·d，热量资源十分丰富（图2）。≥0℃的活动积温各台站线性倾向率显示，虽然济宁地区全部台站≥0℃的活动积温线性倾向率均为正值，但仅南部和中部其中4个县通过了0.05和0.01水平的显著性检验，占到36.4%，而大多数台站未通过0.05水平的显著性检验，表明近几十年来济宁地区≥0℃的活动积温虽然呈上升趋势，但热量贡献值主要集中在微山、济宁、曲阜、金乡4个县市（表1）。

2.2.2 越冬前≥0℃ 活动积温 济宁冬小麦种植时间一般为10月上旬，越冬期一般为12月13日。统计此段资料分析显示，1970～2012年冬前积温呈明显偏高趋势，冬前积温最高值出现在2010年，达到886.2℃，积温最低值为591.2℃，出现在1981年。冬前超过800℃和700℃的年份也在逐渐增多，超过800℃冬前积温异常年份，1970～1989年未出现，1990～2009年出现了4次，2010～2012年3年间出现了2次；积温超过700℃的年份也从1970～1989年的60%增加1990～2009年的90%，2010～2012年3年均超过700℃，说明冬前气候变暖趋势越来越明显。

2.3 ≥10℃的活动积温

10℃以上积温可评价热量资源对喜温作物的满足程度。日平均气温稳定通过10℃的初日通常作为喜温作物开始播种和生长的临界温度。秋季10℃终日为喜温作物停止生长期。图3显示，济宁地区日平均气温≥10℃的活动积温为4 777.2℃·d，增温速率为77.4℃·d/10a，上升趋势明显（P<0.05），大致可分为两个阶段。1970～1996年为≥10℃的活动积温热量偏少阶段，平均积温为4 694.0℃·d，比多年平均值偏少83.2℃·d；1997～2012年为≥10℃的活动积温热量偏多阶段，平均积温为4 897.4℃·d，较多年平均值偏多120.2℃·d。≥10℃的活动积温各地线性倾向率的变化规律，与年≥0℃的活动积温线性倾向率随地域的变化规律一致。全部台站≥10℃的活动积温线性倾向率均为正值，但仅微山、济宁、曲阜3地通过0.05和0.01水平的显著性检验，占27.3%，表明近几十年来济宁地区热量贡献值主要集中在微山、济宁、曲阜3地（表1）。

2.4 <0℃负积温

日平均气温<0℃负积温是评价作物越冬条件的综合温度指标。济宁地区1970～2012年<0℃负积温绝对值为99.9℃·d，增温速率为14.1℃·d/10a。但1970～2003年<0℃负积温绝对值呈增加趋势，增温速率为2.8℃·d/a，增温效果明显，通过0.05水平的显著性检验；2004～2012年<0℃负积温绝对值又呈下降趋势，下降速率约为2.9℃·d/a，未通过0.05水平的显著性检验（图4）。各地倾斜率均呈正值，上升最明显的地区为微山和泗水，分别达22℃·d/10a和20℃·d/10a，增温趋势较小地区为金乡、嘉祥、梁山，分别为7.0、7.6、9.8℃·d/10a，其它各地均在11.7～19.9℃·d/10a（表1）。

2.5 各界线温度持续的日数及初、终日

通过对1971～2000年及1981～2010年新旧30年资料对比统计，≥0℃、≥10℃持续的日数在1971～2000年平均分别为302.4天及215.2天，稳定通过≥0℃、≥10℃的日期为2月14日、4月3日，终止≥0℃、≥10℃的日期为12月12日和11月3日；而1981～2010年持续的日数分别达到了306.9天及218.4天，较1971～2000年分别增加4.5天和3.2天，稳定通过≥0℃、≥10℃的日期为2月 11日、4月1日，较1971～2000年分别提前了3天和2天，终止≥0℃、≥10℃的日期为12月14日和11月4日，较1971～2000年偏晚2天和1天。各站≥0℃、≥10℃持续日数的增加主要是稳定通过各界线的初日的提前，其中邹城和曲阜高于平均值1～2天，为各界线初日提前最明显的地方。endprint

3 气候变暖对小麦—玉米作物系统的影响

济宁最典型的种植模式为冬小麦—夏玉米一年两熟制，以半冬性小麦品种和中早熟玉米品种配置组合为主。传统的播种期和收获时间，一般为小麦10月1日～次年6月7日，夏玉米套种为5月21日～9月6日。并据此计算作物生育期积温，分析气候变暖对作物生产的影响。

按照传统的播种、收获期计算，基准时段的冬小麦和夏玉米的积温分别为2 401.6℃（≥0℃）和2 799.7℃（≥10℃），受气候变暖影响近期（2000～2012年）的生长季积温分别增加到2 525.5℃和2 819.4℃。

3.1 气候变暖对冬小麦播期的影响

冬前≥0℃积温的偏高和异常偏高年份几率的增加，加之耕作水平和优质高产品种广泛的应用，使得冬前旺长年份增加、旺长程度呈加重趋势。据1970～2008年济宁市冬小麦发育期观测资料显示，1970～1979年发生过1年冬前旺长，1980～1989年先后有6 年发生过不同程度旺长，1990～1999年先后有6年发生过不同程度旺长，2000～2008年先后有4年发生过不同程度旺长。按传统的播种期，小麦冬前（10月1日至12月12日）≥0℃积温可达744℃，一般冬小麦冬前适宜积温为（550±50）℃，小麦植株可达5～6叶龄的壮苗标准，显然传统播期已明显超过适宜积温范围，易造成冬前旺长和冬春冻害死苗。从表2各界线积温出现的日期可以看出，即使推迟至10月8日前后，各年份冬小麦生长季的积温仍能得到满足。

3.2 气候变暖对夏玉米种植方式和播期的影响

为了充分利用积温，麦收前套种玉米在当地很长时间为主要的种植模式，套种时间一般为5月21日至6月10日，收获期为9月6日前后。但随着≥10℃积温的增多和生产力水平的不断提高，此种种植模式已无法满足生产水平提高和机械化作业的要求，另外因其很难保证玉米的密度和整齐度而成为玉米产量水平进一步提高的主要障碍之一，同时夏玉米过早成熟收获，亦造成农闲期积温浪费愈来愈多。徐成忠等[8]曾对夏玉米不同收获期进行过试验，结果显示从9月6日开始收获，至9月27日完全成熟收获，随着收获时间的推迟千粒重持续在增加。由表2看出夏玉米推迟至6月10日～15日直播均能满足所需热量资源。因此由套种改为直播，是获得高产的有效途径之一。

4 结论

通过以上分析发现济宁近43年作物生长季年平均气温整体呈阶段性上升趋势，增温速率为0.30℃/10a，≥0℃活动积温为5 222.1℃·d，增加速率为86.7℃·d/10a，≥10℃的积温为4 777.2℃·d，增温速率为77.4℃·d/10a，<0℃负积温绝对值为99.1℃·d，增温速率为14.1℃·d/10a。1981～2010年≥0℃、≥10℃持续的日数分别较1971～2000年增加4.5天和3.2天，稳定通过≥0℃、≥10℃初日提前了3天和2天，≥0℃、≥10℃的终日分别晚2天和1天。济宁适于作物生长的有效积温增加，农作物的有效生长期延长，农业热量资源条件改善。同时由于有效积温的增加，冬小麦—夏玉米作物系统受到显著影响，其中冬前生长积温增加导致传统播期的冬小麦冬前旺长，影响小麦的正常生长发育，因此冬小麦播种期必须推迟以适应气候变暖带来的不利影响。对于夏玉米来说，由于热量的增加和冬小麦播期的推后，改变了原有套种种植模式，播种期亦可以推迟至小麦收获后直播。

农业是受气候变化影响最直接的产业，在气候变暖的大背景下，极端气候事件频发，灾害性事件频度和强度的增加，都对农业产生了巨大影响。本研究只是初步探讨了区域内热量资源常态的变化规律对农业播种及收获期的影响，还应加强在农业生产中不断根据气候变化特征和作物响应机理适时调整生产方式的研究，以保证作物的安全生长，达到高产稳产的目的。

参 考 文 献：

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