气象因素对开封地区冬小麦产量影响的通径分析

2015-12-11赵孟伟

华北水利水电大学学报(自然科学版) 2015年4期

关键词：通径积温日照时数

赵孟伟

(华北水利水电大学，河南郑州 450045)

本研究采用通径分析法对冬小麦各生育时段不同气象因素进行分析，探讨不同生育期影响冬小麦产量的主要气象因素．

1 研究对象与分析方法

1．1 研究区概况

开封市地处河南省中东部，位于黄河中下游平原．气温四季分明，属于温带大陆性季风气候．受过渡带的影响，气象灾害多发，降水量、积温、日照和风速都对冬小麦产量有影响．

开封市1981—2010 年冬小麦单位产量见表1，气象数据(降雨，日照时数，气温，风速)来源于开封站气象资料．采用文献［7］的分类方法把开封地区冬小麦冬小麦生长阶段分为底墒期和全生育期．底墒期为每年的9 月中下旬;全生育期为每年的10 月上旬到次年6 月上旬，共230 天左右．全生育期包括以下4 个阶段:①播种—分蘖期，10 月上旬—12 月上旬，该期包括播种、出苗、三叶和分蘖期;②越冬—起身期，12 中下旬—3 月中旬，该期包括越冬、返青、起身3 个生长期;③拔节—抽穗期，3 月下旬—5 月上旬，该期包括拔节、孕穗和抽穗期;④开花—成熟期，5 月中下旬—6 月上旬，该期包括开花、乳熟和成熟期．

表1 开封市1981—2010 年冬小麦单位产量

1．2 通径分析法

通径分析法是一种多元统计分析方法，将自变量xi(i=1，2，…，n)与因变量y 的简单相关系数riy分为xi对y 的直接效应(直接通径系数)和xi通过其它自变量对y 的间接效应(间接通径系数)，从而直接比较各因素的相对重要性［8］，这使分析结果更加符合实际情况．

设因变量y 受到多个因素(x1，x2，…，xn)的影响，则可建立多元回归方程:

根据通径分析原理，利用相关系数求解通径系数的方程组为［8－9］:式中:rij为xi与xj的相关系数;riy为xi与y 的简单相关系数;bi为直接通径系数，反映了自变量xi对因变量y 的直接影响效应;rijbj为间接通径系数，反映了自变量xi通过自变量xj对因变量y 的间接影响效应．

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任一变量xi与y 的相关系数riy等于直接通径系数bi和通过与其相关的各因素对y 的所有间接通径系数之和．在通径分析中称)为xi对y 的直接决定系数，Rij为xi通过xj对y 的间接决定系数，

通径分析的决定系数大小可以表示为自变量对因变量的解释程度的大小［9］，但难以确定自变量xi通过x1，x2，…，xn的相关通路对y 的综合决定作用．本文用决策系数表示各自变量对因变量的综合决定作用，计算公式为:

式中R(i)为自变量xi对因变量y 的决策系数，R(i)可以为正数也可以为负数．若R(i)＞0，说明xi对y 起增强作用;若R(i)＜0，说明xi对y 起限制作用．利用R(i)值可以把各自变量对因变量y 的综合作用由大到小排序，排序最大的变量为主要决策变量［10］，通过决策系数的大小找到主要决策变量和限制决策变量．误差项对因变量y 的通径系数为剩余通径系数，计算公式为:

2 结果分析

2．1 气象因素对产量的影响分析

影响冬小麦的气象因素主要有降水、日照、积温、风速等，通径系数是无量纲的，消除了各产量构成因素变异幅度大小不一给评价造成的影响［11］．表2 给出了各气象因素与产量的通径系数．

表2 各气象因素与产量的通径系数

从表2 可以看出全生育期日照时数、降水量、积温与产量的直接通径系数分别为0． 377、0． 275、0．387，说明降水量、日照时数、积温对产量的直接决定作用大．风速总量与产量的直接通径系数为0．021，其对产量的影响不明显，但风速总量通过其它气象因素对产量的间接通径系数为0．267，其对产量的间接决定作用大．

表3 给出了各气象因素与产量的决定系数．由表3 可知，在全生育期中积温对产量的决定系数最大，为0．150，说明积温对小麦产量的解释程度高，积温变化引起小麦产量变化占总变化的百分比高．降水量对产量的决定系数为0．076，日照时数对产量的决定系数为0．142，风速总量对产量的决定系数比较小．由式(5)计算出误差项的剩余通径系数为0．433，说明在全生育期中考虑的气象因素对产量构成的影响为主导因子．为了更好地发现各生育期气象因素对产量的影响，选择冬小麦各个生育期的气象因素分别对冬小麦产量的影响进行分析，这样能够更好地找到冬小麦生育期中哪个气象因素对冬小麦产量的影响比较大．

表3 各气象因素与产量的决定系数

由表2 可计算出全生育期各变量的决策系数分别为:

按决策系数进行排序:R(3)＞R(2)＞R(1)＞R(4)，可知积温决定作用最大．

2．2 不同生育阶段气象因素对产量的影响

各生育阶段气象因素变化情况见表4．

表4 各生育阶段气象因素变化情况

续表

2．2．1 底墒期

土壤墒情与播种前的降水量有直接的关系，对出苗影响很大，进而间接影响冬小麦的产量．开封地区冬小麦底墒期为9 月中下旬，平均降水量为64．41 mm，1986 年降水量最大，为196．9 mm，1998 年降水量最少，为0．2 mm，标准差为54．30，变异系数为84．29%，可以看出开封市的底墒期降水量变化较大、离散程度大．土壤墒情差，导致冬小麦出苗不齐，分蘖少，进而影响小麦粒重，造成冬小麦的减产［12］．

2．2．2 播种—分蘖期

从表2 可以看出，播种—分蘖期的气象因素对冬小麦产量的影响比较大．降水量、日照时数与产量的直接通径系数分别为－0．292、－0．426，为负效应;积温与产量的直接通径系数为0． 275，为正效应，通过其它因素作用于产量的总效应不大;风速总量对产量的影响不明显．由式(5)计算出这个时期误差项的剩余通径系数为0．435，这个时期中考虑的气象因素为主要因素．由表4 可知，这个时期日照时数的变异系数为18．22%，变化不大;2003 年的降水量最大，为146． 6 mm，1998 年降水量最小，为7．2 mm，远远低于平均降水量59．23 mm，变异系数为54．22%，降水量离散程度为这个时期所有气象因素中最大的;2006 年积温最大，为850．5 ℃，1981年积温，最小，为410．4 ℃，变异系数为17．55%，这个时期积温变异程度较小．

通过表3 可以看出，这个时期对产量起决定性因素的是日照时数，日照时数与产量的决定系数为0．181，由表2 计算出这时期各变量的决策系数分别为:R(1)= 0．002，R(2)=0．282，R(3)=0．143，R(4)=0．010．按决策系数进行排序:R(2)＞ R(3)＞ R(1)＞R(4)，可知日照时数和积温为主要决策变量．但日照时数与产量为负效应，直接决定作用最大的是积温．以上4 个气象因素决策系数都大于0，都不是限制决策变量．这个时期降水量变化大．这个时期是冬小麦营养器官成长期，是保苗、齐苗、促进根多与根深形成壮苗的关键时期．

2．2．3 越冬—起身期

这个时期日照时数的变异系数为18． 65%;1989 年的降水量最大，为119．9 mm，2004 年的降水量最小，为10．7 mm，变异系数为54．22%;2008 年积温最大，为235．3 ℃，1985 年积温最小，为0 ℃，低于平均值86．27 ℃，变异系数为68．64%;风速总量的变异系数为9．49%．从表4 可以看出，降水量和积温的变异程度较大，远远大于其它两个气象因素，通过降水量的标准差可以看出这个时期的降水量偏离平均值的程度是整个生产阶段中最小的．从表2 可以看出，越冬—起身期中气象因素对冬小麦产量影响最大的是积温，与产量的直接通径系数为0．431，为正效应，通过其它气象因素作用于产量的间接效应不大;降水量对产量的影响为正效应．由式(5)计算出这个时期误差项的剩余通径系数为0．431，说明这个时期中考虑的气象因素为主要因素．由表2 计算出这个时期各变量的决策系数分别为:R(1)=0． 202，R(2)= 0． 025，R(3)= 0． 235，R(4)=0．105．按决策系数进行排序，R(3)＞R(1)＞ R(4)＞R(2)，可知积温为主要决策变量，其直接决定作用最大，对产量影响为正效应．

从12 月中下旬起，这时如果出现－15 ℃左右的低温，对小麦造成严重的冻害［13］．从2 月下旬开始，冬小麦开始陆续生长，早春天气气候多变，会造成冬小麦冻害频繁发生，影响小麦生长［13］．

2．2．4 拔节—抽穗期

这个时期2000 年日照时数最大，为437．4 h，1996年日照时数最少，为249．6 h，日照时数变异程度小;1998 年的降雨量最大，为153．4 mm，1982 年的降水量最小，为9．8 mm，变异系数为66．89 %，降水量的变异程度最大;2007 年积温最大，为883．9 ℃，1991 年积温最小，为554．9 ℃，变异系数为10．70 %．

由表2 中可以看出这个时期对产量影响最大的是积温，然后依次是日照时数、降水量、风速总量．降水量对产量的影响为正效应，风速总量对产量的影响为负效应．由式(5)计算出这个时期误差项的剩余通径系数为0．450，说明这个时期中考虑的气象因素为主要因素．从表3 中可以看出这个时期对产量起决定性作用的是积温和日照时数，决定系数分别为0．465 和0．199，远远大于其它气象因素．由表2计算出这时期各变量的决策系数分别为:R(1)=－0．003，R(2)=0．187，R(3)=0．274，R(4)= －0．028．按决策系数进行排序:R(3)＞R(2)＞R(1)＞R(4)，可知这个时期积温和日照时数为主要决策变量，降水量和风速总量为限制变量．这个时期要注意降水量和风速的大小，以避免它们造成冬小麦的减产．

2．2．5 开花—成熟期

这个时期1992 年日照时数最大，为289．2 h，1999 年的日照时数最少，为166． 6 h，变异系数为14．65%;1987 年的降水量最大，为110．4 mm，2001年的降水量最小，为0．0 mm，变异系数为54．10%，降水量的变异程度为同时期各因素中最大;2001 年积温最大，为783．6 ℃，1998 年积温最小，为651．0 ℃，变异系数为4． 45%;2001 年的风速总量最大，为108．7 m/s，1996 年的风速总量最小，为70．6 m/s，变异系数为10．14%，这个时期的风速总量变异程度为各生育期中最大，需要注意风速的变化．

通过表2 可以看出开花—成熟期，降水量与产量的直接通径系数为－0．349，为负效应;日照时数与产量的直接通径系数为－0．666，为负效应;大于10 ℃积温与产量的直接通径系数为0．454，为正效应，积温通过其它气象因素对产量的总体效益值为负效应，积温是这个时期最重要的气象因素;风速总量与产量的直接通径系数为－0．155，为负效应．这个时期，少雨，积温高，对冬小麦的干物质积累起到积极的作用，有利于产量的提高．由式(5)计算出这个时期误差项的剩余通径系数为0．442．日照时数和积温在这个时期对产量起决定性作用．由表2 计算出这时期各变量的决策系数分别为:R(1)=0．060，R(2)=0．234，R(3)=0．140，R(4)= －0．05．按决策系数进行排序:R(2)＞R(3)＞R(1)＞R(4)，可知日照时数为主要决策变量．日照时数的直接作用为负效应，风速总量为这个时期的限制变量，这个时期应该注意风速的大小，以避免它们造成小麦的减产．在这个时期出现大风天气，会造成花粉流失，小麦授粉程度减弱，影响小麦产量．如果冬小麦在收获前或收获中遇到大范围降雨天气，冬小麦则容易生芽．

3 结语

1)冬小麦全生育期．积温对产量的影响显著．降水量、日照时数、积温总体效应值为正，风速总量对产量的影响不明显．开封地区小麦生育期气象因素变化最大的是降水量，然后依次是日照时数、积温和风速总量．底墒期降水量变化幅度最大，变异系数高达84．29%，然后依次是越冬—起身期、拔节—抽穗期，降水变异系数均在60%以上．就降水来说，起身前比起身后变化大，容易造成冬小麦生长前期受干旱影响，生长后期受湿涝影响，对小麦产量有一定威胁;对于积温来说，前期积温偏高容易造成小麦旺苗易受冻害影响，后期积温较低，限制了产量的增加，中期光照不足不利于冬小麦生长，后期光照不足则不利于冬小麦灌浆充实．应结合开封地区冬小麦种植特点，种植抗旱、抗寒等优质冬小麦品种，采用合理方法，使用科学的耕作方法，结合政府指导，提高冬小麦的产量．

2)播种—分蘖期．降水量和日照时数对产量的影响主要是负效应．积温对产量的影响为正效应．播种—分蘖期是冬小麦营养器官成长期，是保苗、促进根多、根深形成的关键时期．在这个时期起决定性因素的是降水量．这说明在播种—分蘖期要注意土壤中的水分含量，注意土壤保墒．

3)越冬—起身期．积温对产量的影响最大，通径系数为0．431，为正效应，降水量对产量的通径系数为0．323，为正效应．越冬时期，降雪可以有效补充土壤水分，也可以对农田起到增加墒情、保温的作用．

4)拔节—抽穗期．积温和降水量对产量的影响为正效应，日照时数和风速对产量的影响为负效应．这个时期对产量影响最大的是积温，然后依次是日照时数、降水量、风速总量．降水量对产量的影响为正效应，日照时数和风速对产量的影响为负效应．这个时期的小麦如果遇风速过大，会造成小麦的倒伏，影响产量．小麦生育期遭受灾害性天气也对冬小麦产量有很大的影响［14－15］．冬小麦如遇“倒春寒”，可能会造成冻害死苗，应加强提防．小麦正常抽穗每天需要有较长的日照时数，其次要有比较高的温度．5月份，冬小麦生长进入需水最关键时期，如果这段时期缺少降水，土壤中缺少水分，则影响穗器官的发育，使穗粒数锐减，同时也会导致粒重下降，对产量影响最大．拨节期水分的及时供应，对增加穗粒数极为重要［16］．

5)开花—成熟期．降水少、积温高对冬小麦的干物质积累起到积极的作用，有利于产量的提高．日照时数和积温在这个时期对产量起决定性作用．

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