中国夏玉米和冬小麦近年生育期变化及其与气候的关系*

崔耀平, 肖登攀, 刘素洁, 李 楠, 蒋 琳, 石欣瑜, 刘小萌, 李江苏, 路婧琦, 秦耀辰**



中国夏玉米和冬小麦近年生育期变化及其与气候的关系*

崔耀平1, 肖登攀2, 刘素洁1, 李 楠1, 蒋 琳3, 石欣瑜1, 刘小萌1, 李江苏1, 路婧琦1, 秦耀辰1**

(1. 中原经济区“三化”协调发展河南省协同创新中心/河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室 开封 475004; 2. 河北省科学院地理科学研究所 石家庄 050011; 3. 中原经济区智慧旅游河南省协同创新中心/洛阳师范学院国土与旅游学院 洛阳 471934)

作物物候期受气候条件和人为耕作的共同影响, 而水热气候条件又直接影响着人为耕作时间。全球变暖背景下温度增加的趋势在近年来出现了停滞现象, 针对这一新的气候变化特征, 本研究选取作物物候观测和气象观测的站点数据, 利用经典的统计学方法分析2000—2013年中国夏玉米和冬小麦主要物候期的变化趋势和空间分布, 及作物生育期与对应水热条件的相关关系。研究发现: 夏玉米和冬小麦各主要物候期均呈现一定程度的延后, 其中64%的站点显示夏玉米成熟期延后, 冬小麦成熟期延后的站点数比例达78%。研究期间, 夏玉米和冬小麦的生育期历时对温度和降水变化均比较敏感, 88%和64%的站点分别显示出夏玉米和冬小麦的生育期历时与平均温度之间呈负相关关系, 而71%和77%的站点显示夏玉米和冬小麦生育期历时与年均降水量呈正相关关系。本研究时段内的气温变化也不同于一般性认为的单调升温, 夏玉米生育期对应的平均温度呈增加和降低趋势的站点数基本相同, 但显示降水量增加的站点较多, 达到总站点数的68%; 而冬小麦整个生育期显示冷干化趋势的站点居多, 显示温度降低和降水量下降的站点数均占总站点数的60%以上。此外, 本研究还用轮作站点探讨说明了可以利用年值气候数据替代生育期气候数据分析夏玉米和冬小麦轮作的物候和生育期特征。本研究通过站点数据证实了作物生长发育过程对气候变化的敏感性, 新的气候条件下我国夏玉米和冬小麦的物候也对应产生了新的特征。

物候; 夏玉米; 冬小麦; 轮作; 生长期; 气温; 降雨; 增温停滞

以升温为主要特征的全球气候变化对农业生产和作物生长发育过程均有直接的影响。夏玉米()和冬小麦()是我国重要的农作物, 其物候和生育期变化, 作为指示气候和环境因子变异的有效指标, 已引起越来越多的关注[1-3]。因此, 分析夏玉米和冬小麦物候和生长过程, 及其与水热条件的关系, 对探讨农业的气候适应性、制定与气候变化相关的农田管理策略均具有重要意义。

作物的物候受到气候、环境等多种因素的共同作用。有研究表明, 植被的物候与气候变化之间均存在着密切关系[4], 气候变化是导致植被物种及生产力时空变化的主要驱动因素[5-7]。虽然我们无法排除或量化农作物耕作安排和耕作时间受到何种程度的人为干扰和影响, 但是所有农业耕作活动均是在一定的气候条件下进行的, 其不能完全独立于当时气候条件的制约[5,8-10]。

很多研究涉及气候因子与作物物候的关系[3,6], 但当前研究多在单一作物上, 且多在某一区域开展[11-12], 较少涉及全国的轮作作物。有些研究分析的是几十年历时的气候和物候变化[1,13], 较少涉及近十几年来的气候及物候变化。进入1999年以来, 气候变化特征已不同于之前几十年的情况, 出现了一些特殊的变化趋势, 即近年来全球表面年均温上升趋势放缓、甚至出现停滞的情况。2009年, Knight等[14]率先报道了1999年至2008年全球气候出现的变暖趋缓和停滞现象; 2013年, 英国气象局(Met Office)连续在线发布了多个报告介绍全球变暖停滞的事实、原因和影响[15-17]。在我国, 中国气象科学研究院、中国科学院、北京大学、清华大学等机构的学者也密切关注着该现象[18-19]。当前公认的一个事实是: 全球气候变化在2000s前后已经进入了一个变暖放缓的时期[20-21], 且这种气候变化趋缓甚至降温的情况已经在我国出现并得到了研究证实[22-23]。几十年的长时间序列变化会掩盖近期的气候变化趋势, 也无法判定这种特殊气候变化下的物候变化特征。尽管当前这种气候变化趋势在随后是继续发展下去还是会进一步升温仍需要基于实测数据不断追踪, 但是十余年的时间已经是一个气候小周期, 该气候条件已不可避免地对作物的生长发育过程产生了影响[1,3], 而当前还缺乏针对这方面的报道。

本研究利用2000—2013年全国农业物候观测站点数据和气象观测站点数据, 分析夏玉米和冬小麦的关键物候和生育期特征, 及其与水热气候条件的对应关系, 以了解作物近年来的物候变化过程及其与气候的关系, 进而为农业适应性研究提供参考。

1 研究数据与方法

研究数据包括农业观测站点2000—2013年的数据。该数据来自中国气象科学数据共享网(http:// www.cma.gov.cn/)提供的中国农作物生长发育数据集。为研究作物生育期的变化, 本研究选取有连续观测物候值的站点; 分作物按站点和年份筛选出各物候期的积日(day of year, DOY), 并分析播种期到成熟期的总生育期(growth period, GP)、播种期到抽雄/抽穗期的营养生长期(vegetative growth period, VGP)、抽雄/抽穗期到成熟期的生殖生长期(reprodu- ctive growth period, RGP)的变化趋势。

气象观测数据来自中国气象科学数据共享网提供的中国地面气候资料日值数据集。本研究采用的指标为日平均气温和降水。首先, 选取与农业站点对应或者最临近的气象站点; 之后, 结合播种、抽穗、成熟3个关键物候期的DOY值, 分别求出总生育期、营养生长期、生殖生长期 3个生育期的平均气温和降水量; 最后, 分析各物候期与平均气温和降水量之间的关系。本研究利用空间分析方法根据各站点的经纬度位置计算了农业站点和气象站点的距离, 用经典统计学的相关分析分析气候因子和作物生育期历时的相关性, 用线性趋势分析气候和物候变量的增加/减少、延后/提前, 利用多元线性回归方法量化气候因子与作物生育期历时的关系。

我国不同地区农业生产存在明显的地域分异, 综合农业区划评价了农业自然条件和自然资源, 特别是水、热、土等条件[24-25]。全国《中国综合农业区划》划分中国为东北区、黄淮海区、黄土高原区、长江中下游区、华南区等九大农业区。本研究夏玉米物候观测站主要分布在黄淮海、西南等6区, 冬小麦物候观测站主要分布在黄淮海、西南等7区(表1)。

表1 中国夏玉米和冬小麦物候观测站点所属农业区

2 研究结果

2.1 夏玉米的物候特征及其与气象因子的关系

2.1.1 夏玉米物候期时空变化特征及趋势

夏玉米播种期有74个连续观测站点, 其播种期分布在3月底至7月上旬。其中31%的站点播种期集中出现在5月到6月上旬, 57%的站点播种期出现在6月中旬至7月上旬。对于夏玉米, 70%以上的站点显示其播种期延后, 且这部分站点集中在黄淮海区和新疆南部地区。夏玉米物候期在大部分站点均呈推迟趋势。其中, 播种期延后站点数最多, 虽然抽雄期和成熟期延后的站点数仍多于提前的站点数, 但与播种期延后的站点数比已有所减少。其中, 夏玉米抽雄期有70个连续观测站点, 抽雄期出现在6月下旬至8月。其中, 近90%的站点出现在7月中下旬至8月份。研究时间段内夏玉米抽雄期延后的站点数稍多, 占总站点数的54%。夏玉米成熟期也选出70个连续观测站点, 平均成熟期分布在8月中旬至10月中旬, 主要集中在9月下半月。64%的站点显示夏玉米成熟期也呈延后趋势(表2)。

表2 2000—2013年夏玉米播种、抽雄和成熟期(积日, DOY)变化趋势的站点数统计

2.1.2 夏玉米生育期及其对应水热条件的变化

夏玉米营养生长期有68个连续观测的站点, 营养生长期历时呈缩短和延长趋势的站点均为34个。夏玉米营养生长期阶段对应的气候在某些区域出现了暖湿化。具体而言, 夏玉米营养生长期阶段对应的平均温度以增加趋势为主, 站点数占比为59%, 且这些站点主要分布在黄淮海区。降水量在这些区域也出现了明显的增加趋势, 68%的站点降水增加; 而在西南地区及黄淮海平原南部地区的站点则较为集中地呈现出降水量减少的趋势。相关性分析显示: 营养生长期历时与平均气温以负相关性为主, 其中呈负相关的站点有41个; 而营养生长期历时与降水量之间呈正相关, 呈正相关的站点数也为41个。

夏玉米生殖生长期共筛选出69个站点, 生殖生长期历时延长的站点数稍多。生殖生长期阶段平均气温增加和减少的站点数之比为0.97, 站点数基本一样, 在大部分站点夏玉米生殖生长期生长阶段温度变化均不显著, 但黄淮海平原出现下降趋势的站点较多。夏玉米生殖生长期阶段对应的降水量呈增加趋势的站点稍多, 占比为52%。生殖生长期历时与平均气温呈负相关的站点占84%, 81%的站点显示生殖生长期历时与降水量之间呈正相关关系。

夏玉米总生育期共有68个连续观测的站点。整体上, 57%的站点呈延长趋势。总生育期期间的平均气温增加和下降的站点均有34个。总生育期对应的总降水量呈增加趋势的站点占总站点数的68%。夏玉米总生育期历时和平均气温之间普遍表现出负相关, 88%的站点均呈负相关关系, 其中达到显著水平(<0.1)的站点占43%。有71%的站点显示总生育期历时与降水量呈正相关关系, 16%的站点达到显著水平(表3)。

表3 2000—2013年夏玉米整个生育期水热条件变化趋势及其相互关系的站点个数统计

1) GP长度、温度和降雨的变化趋势的单位分别为积日(DOY)、℃和mm。1) Units of the variation trends of GP length, temperature and precipitation are DOY, ℃ and mm, respectively.

2.1.3 夏玉米生育期与水热因子的多元回归分析

分别对夏玉米3个不同生育阶段(营养生长期、生殖生长期及总生育期)历时与对应时段的平均气温、降水量进行多元回归分析, 并将结果按农业区分类(表4)。结果显示: 总体上, 升温会使营养生长期历时缩短。其中, 西南区营养生长期历时对温度最为敏感, 气温每升高1 ℃, 营养生长期历时缩短1.84 d。全国范围内, 夏玉米营养生长期历时平均缩短幅度为0.67 d×℃-1。对生殖生长期历时而言, 全国缩短幅度为0.75 d×℃-1。其中, 除西南区生殖生长期历时随升温而延长外, 其余农业区生殖生长期历时均随升温而缩短。夏玉米整个总生育期历时与平均气温、降水量关系较为一致。各农业区的总生育期历时均随升温而大幅缩短, 平均缩短幅度为2.74 d×℃-1。其中, 西南区的夏玉米总生育期历时缩短幅度最大, 达5.04 d×℃-1。研究时间段内总生育期历时受降水的影响较小。

表4 2000—2013年夏玉米生育期历时与水热因子的多元回归分析

1和2分别表示平均气温(℃)和降水量(mm),为积日(DOY)。站点数≤3的华南区和长江中下游区不做回归分析。1and2represent annual temperature (℃) and precipitation (mm) respectively;is DOY (d). Middle and Lower Reaches of Yangtze zone, and Southwest zone have not been analyzed by regression method since the number of stations in the two zones is less than three.

2.2 冬小麦的物候特征及其与气象因子的关系

2.2.1 冬小麦物候期时空变化特征及趋势

全国冬小麦的物候期普遍出现了延后的情况。具体来看, 冬小麦播种期选取出202个连续观测站点, 其播种期由北至南逐渐推后。其中, 黄土高原区以及新疆北部的30个站点的播种期出现在9月, 分布在秦岭—淮河以北和黄土高原区等的96个站点的播种期出现在10月中上旬, 分布在长江中下游和西南区的72个站点的播种期出现在10月下旬至11月。冬小麦播种期整体上呈提前和延后的站点数相差不大, 比例为0.91, 延后的站点稍多。自南向北, 抽穗期出现时间跨度很大, 依次从2月到6月上旬, 其中以4月和5月抽穗的站点居多。据统计, 在选取的200个抽穗期连续观测站点中, 抽穗期延后的站点数占站点总数的79%, 主要分布在黄淮海平原和黄土高原。自3月底的云南开始, 一直到8月上旬的甘肃、新疆北部和西藏等地, 冬小麦从南至北依次成熟。成熟期共选出199个连续观测站点, 78%的站点显示冬小麦的成熟期推迟(表5)。

表5 2000—2013年冬小麦播种、抽雄和成熟期(积日, DOY)变化趋势的站点个数统计

2.2.2 冬小麦生育期及其对应水热条件的变化

冬小麦营养生长期有196个连续观测站点, 冬小麦营养生长期历时以延长为主, 有延长趋势的站点占总站点的70%以上。研究时间段内, 60%的站点显示营养生长期阶段对应的平均气温普遍降低, 主要分布在黄淮海平原。65%的站点显示该阶段的降水量下降。在196个站点中, 营养生长期历时与平均气温呈负相关的站点仅占40%, 其余大部分站点显示出营养生长期历时与平均气温呈正相关, 且显著正相关的站点比例为16%。冬小麦营养生长期历时与降水量普遍为正相关关系, 76%的站点支持这一现象, 且40个站点通过了显著性检验。即, 良好的降水条件往往会增加营养生长期历时。

冬小麦生殖生长期选出198个连续观测站点, 研究期内, 冬小麦的生殖生长期历时以缩短为主, 缩短的站点数占总站点数的67%。生殖生长期对应的平均气温除甘新区外, 其余各区均升高, 呈升温趋势的站点数占比达71%。该时期63%的站点表现为降水量降低趋势。93%的站点显示出冬小麦生殖生长期历时与平均气温存在负相关性, 而92%的站点显示出生殖生长期历时与该阶段降水量表现出明显的正相关性。

冬小麦总生育期有193个连续观测站点, 其中64%的站点总生育期历时在研究期呈延长趋势。61%的站点显示冬小麦总生育期时期对应的平均气温降低了, 而冬小麦总生育期时期对应的降水量普遍下降, 60%的站点呈下降趋势。相关性分析表明: 总生育期历时与平均气温呈正相关的站点居多, 占比为66%, 且达到显著性的站点有34个。相对应, 降水量统计结果表明, 77%的站点显示冬小麦总生育期历时与降水量存在正相关关系, 且47个站点通过显著性检验(表6)。

表6 2000—2013年冬小麦整个生育期水热条件变化趋势及其相互关系的站点个数统计

1) GP长度、温度和降雨的变化趋势的单位分别为积日(DOY)、℃和mm。1) Units of the variation trends of GP length, temperature and precipitation are DOY, ℃ and mm, respectively.

2.2.3 冬小麦生育期与水热因子的多元回归分析

分别对冬小麦营养生长期、生殖生长期及总生育期历时与对应时段的平均气温、降水量进行多元回归分析, 并将结果按农业区归并(表7)。结果显示: 不同于夏玉米, 总体上, 升温导致冬小麦的营养生长期历时延长。其中, 除长江中下游区冬小麦营养生长期历时略有缩短外, 其余各农业区营养生长期历时均呈现延长趋势, 且黄土高原区的营养生长期历时对温度最为敏感, 延长幅度达2.68 d×℃-1。全国范围内, 冬小麦营养生长期历时平均延长幅度为1.28 d×℃-1。不同于营养生长期, 全国各农业区冬小麦种植区生殖生长期历时均随升温而缩短, 平均缩短幅度为1.93 d×℃-1。就冬小麦的总生育期历时而言, 除西南区外, 其他农业区总生育期历时均随升温而延长, 平均延长幅度为1.11 d×℃-1。冬小麦营养生长期、生殖生长期和总生育期历时均随降水量增加而延长, 其中, 降水每增加10 mm, 营养生长期延长0.50 d, 生殖生长期历时最为敏感, 延长1.0 d, 总生育期历时延长0.31 d。

表7 2000—2013年冬小麦生育期历时与水热条件的拟合方程

1和2分别表示平均气温(℃)和降水量(mm),为积日(DOY)。站点数≤ 3的华南区和青藏区不做回归分析。1and2represent annual temperature (℃) and precipitation (mm) respectively;is DOY (d). Qinghai-Tibet and Southwest zones have not been analyzed by regression method since the number of station in the two zones are less than three.

3 讨论

在全球升温的大背景下, 温度变化存在着时间和空间的差异。就中国而言, 进入2000年以来, 部分区域出现升温变缓甚至停滞的情况[26]。我们之前的研究也证实在中国某些区域甚至出现了降温[22], 该结果是对应于年值气候数据而言的。而本研究结果也显示: 虽然夏玉米总生育期内的温度均呈现出一定程度的升高现象, 但冬小麦总生育期内的气温却呈现出下降的站点居多。这些结果都对应的是生育期内的温度变化情况, 本研究进一步分析了年值气温和生育期内气温的对应关系。

夏玉米和冬小麦轮作站点有56个, 主要分布在黄淮海和黄土高原两个区, 此外在新疆和四川也分布有若干站点。本研究比较了轮作站点当年气温和降水年值数据与两种作物整个总生育期阶段对应的气温和降水数据。结果显示: 56个站点的总生育期平均气温与年均气温之间均呈正相关, 且89%的站点通过了0.1水平显著性检验(表8)。总生育期降水量与年降水量的相关性分析表明: 89%的站点显示两者为正相关关系, 且通过0.1水平显著性检验的站点达到40个。该结果一方面说明年值气温数据与生育期气温一致性较好而降水则稍差, 在以后的大样本分析中, 可采用年值气温数据来替代生育期的气温数据; 另一方面也再次证实了气温变化的区域及时间差异, 2000年以来降温现象在中国站点尺度是客观存在的。

表8 冬小麦夏玉米轮作站点年值气候与生育期气候的相关性统计表

水热条件对作物物候及生育期影响很大, 而人为因素、作物品种特性、生产方式和农业耕种技术等的影响也不可忽视[27-28]。特别是在分析物候起始时间时, 人为播种时间的选择其实不仅仅只受到当时温度和土壤墒情的影响。本研究无法排除农业耕作方式和意愿等因素的影响, 而播种时间又会影响到随后的物候时间。比如: 本研究涉及的冬小麦, 播种期延后的站点数比仅为52%, 而到抽穗和成熟期, 延后的站点比接近80%, 说明在此期间的气候和其他因素共同作用下, 冬小麦生育期延长。而不同于一般的理解, 本研究显示, 温度和降水均起到延长生育期的作用。

为了突出研究时段的特殊性, 我们可以对比他人的更长时间序列的研究。胡洵等[29]用1961—2008年的数据分析表明, 华北平原冬小麦生育期阶段的气温明显增加, 而降水量则变化较小; 但就整个中国而言, 1980—2009年很多冬小麦站点呈现出气温在生殖生长期阶段下降现象[1]。肖登攀等[30]利用4个华北平原的站点研究, 结果显示1980—2009年温度均显著升高, 相应地, 冬小麦的抽穗期和成熟期提前, 营养生长期历时缩短而生殖生长期历时延长。其在新疆地区的研究也显示温度增加, 降水变化不明显,对应的夏玉米总生育期历时延长, 而冬小麦营养生长期历时缩短, 生殖生长期历时延长[31]。Li等[32]的研究结果显示, 1990—2012年, 较多的站点显示出东北玉米的播种期和出穗期均提前, 而成熟期延后。这些研究结果与本研究有所不同, 这其实也证实了我们之前对近期气候和物候特征变化的基本判断。并且, 用长时间序列的数据, 很难分析出气候停滞这一近年来的基本气候特征。因此, 与长时间序列的研究相比, 本研究结论更能对应气候增温停滞期的作物物候和生育期变化。同时也提示我们, 在新的气候环境下, 需要进一步研究如辐射等对作物生长发育产生较大影响的其他气候因素[30]。

尽管温度对物候和生育期的关系已经相对明了[1], 但我们和前人的研究均显示出温度在不同生长阶段对冬小麦的影响不一[30], 比如, 虽然整体上温度和生育期历时以负相关为主, 但生育期历时与温度在某些站点还是存在着正相关性[32-33], 其具体原因还有待进一步研究。而针对气候因素, 可能是由于本研究时段对应的升温趋势并不明显造成的。此外, 各个区的站点数不一, 有些区的站点数有限且分布不均。从这个角度看, 该回归方程具有一定的时间局限性。还有一个需要引起注意的是原有农业区的气候资源禀赋问题, 甘新区在冬小麦总生育期历时内的降水资源相对不足, 因此冬小麦总生育期历时对降水的敏感性均较大, 且总生育期历时均随其增加而延长。此外, 本研究考虑站点的空间代表性, 所有结果都是在没有考虑具体值的情况下, 根据站点数量的比对得到的。不同于前人直接比对作物统计特征值的做法[5,34], 该方法无法得到统计学意义上的物候和生育期变化特征量。同时, 本研究主要考虑到站点位置都有一定的空间代表性, 从而能对物候和生长期变化的结果开展空间上的判读。因此, 这里仅对站点数本身进行了比较, 侧重分析站点数量对应得到的趋势的正负值, 而非特征统计值的具体大小和显著性, 以避免统计分析各站点近十多年变化趋势时出现的极大或极小值的干扰。尽管如此, 后续研究仍应进一步结合具体变化数值加以分析。

4 结论

近十余年来气候增温停滞, 夏玉米和冬小麦的物候及其生长发育过程变化也出现了一些新的特征。相比之前对作物物候和生育期的研究多在单一作物、或在小范围内开展, 本研究扩展到全国范围的作物观测站点, 从站点数量入手开展分析, 站点显示的气候和物候特征可以展现一定空间特征。基于观测数据得到的基本结论有:

1)夏玉米各主要物候期均显示出延后的趋势。其中, 呈延后趋势的站点在夏玉米播种期所占比重最大, 至抽雄期, 延后的站点数有所下降, 随后的成熟期延后的站点又有增加, 延后站点数比例为64%。总体上, 升温将导致总生育期历时缩短, 全国平均缩短幅度为2.74 d×℃-1; 夏玉米总生育期历时与降水之间呈正相关但其受降水的影响相对稍小, 但是其生育期历时对温度和降水变化均比较敏感。

2)冬小麦播种期没有表现出普遍的延后或提前趋势, 但抽穗至成熟期主要呈推迟趋势, 其中成熟期延后的站点数比例达78%。冬小麦生育期中营养生长期阶段和生殖生长期阶段平均气温差异很大, 营养生长期阶段对应的平均气温普遍下降, 营养生长期历时与平均气温呈正相关; 而生殖生长期阶段平均气温上升的站点较多且生殖生长期历时与平均气温呈负相关。从总生育期来看, 64%的站点分别显示冬小麦的生育期历时与平均温度之间呈负相关, 而77%的站点显示冬小麦生育期历时与年均降水呈正相关。

3)夏玉米总生育期对应的平均气温呈增加和降低趋势的站点数相同, 而总生育期阶段大部分站点降水量增加; 其中, 营养生长期阶段出现了一定程度的暖湿化。冬小麦总生育期中营养生长期阶段站点普遍降温, 而生殖生长期阶段站点普遍升温, 整个生育期阶段以呈现冷干化趋势的站点居多。

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Growth periods variation of summer maize and winter wheat and their correlations with hydrothermal conditions in recent years in China*

CUI Yaoping1, XIAO Dengpan2, LIU Sujie1, LI Nan1, JIANG Lin3, SHI Xinyu1, LIU Xiaomeng1, LI Jiangsu1, LU Jingqi1, QIN Yaochen1**

(1. Collaborative Innovation Center for the “Three Modernization” and Harmonious Development of Central Plains Economic Region / Key Laboratory of Geospatial Technology for the Middle and Lower Yellow River Regions, Henan University, Kaifeng 475004, China; 2. Institute of Geographical Sciences, Hebei Academy of Sciences, Shijiazhuang 050011, China; 3. Smart Tourism Cooperative Innovation Center of Central Plains Economic Zone, Henan Province / Land and Tourism College, Luoyang Normal University, Luoyang 471934, China)

Crop phenology is influenced by both climatic and agronomic conditions, especially temperature and precipitation, which directly affect tillage schedule. A climatic phenomenon of warming hiatus has been noted since 2000. This phenomenon differs with the popular views of global warming. From the perspective of crop phenology, numerous studies have been conducted to assess the changes in growth periods of summer maize and winter wheat in the past decades. A relatively clear linkage of phenology and climatic conditions has been confirmed. As necessary climatic variables for crop growth, both temperature and precipitation influence the processes of crop growth, including the time of occurrence of the main phenology and length of the growth period. However, the relationship between phenology and climatic condition in recent years has been hindered by the lack of specific analysis that corresponds this relationship with the warming hiatus. For this specific period therefore, analyzing inter-annual changes of main phenological events and exploring the relationship between phenology and temperature as well as precipitation have become necessary for assessing current and future impacts of climatic conditions on crop growth and food security. Using observed phenological and meteorological data for 2000–2013, this study focused on analyzing of phenological characteristics and variations in growth periods of summer maize and winter wheat. Corresponding matches were built among hydrothermal conditions during the growth periods of the two crops and then the relationships between the length of growth period and hydrothermal conditions were analyzed. Spatial analysis method was used to find the proximal meteorological stations to phenological stations. Also, classical statistic was used to analyze the trends in phenology of the two crops and the relationships between phenology and hydrothermal conditions. The results showed delays in the main phenological events of summer maize and winter wheat. About 64% of the observed data stations showed that maturity of summer maize had delayed and the proportion of station with delayed trends in winter wheat was 78%. For the period covered in the study, the growth periods of summer maize and winter wheat were more sensitive to temperature and precipitation changes. About 88% of the stations used for summer maize and 64% of the stations used for winter wheat showed negative correlation between growth period length and temperature. While 71% of the stations used for summer maize and 77% of the stations used for winter wheat showed positive correlation between growth period length and precipitation. The reason for these tends was attributed to climate change. Different from the general understanding of global warming, average temperature during the growth period of summer maize did not show an obvious increase or decrease in trend, but precipitation obviously increased in most of the stations. The proportion of the stations with increasing trends in precipitation was more than 68%, while both cold and dry trends were observed during the whole growth period of winter wheat. The proportion of the stations with decreasing trend in temperature or precipitation all was more than 60%. In addition, analysis of the crop rotation stations revealed that annual climate data could be used in place of climate data for the growth periods to analyze for phenology and growth of rotational crops.

Phenology; Summer maize; Winter wheat; Rotational crop; Growth period; Temperature; Precipitation; Warming hiatus

, E-mail: qinyc@henu.edu.cn

Jul. 29, 2017; accepted Sep. 8, 2017

10.13930/j.cnki.cjea.170693

S512.1+1; S513

A

1671-3990(2018)03-0388-09

秦耀辰, 主要研究方向为可持续发展和低碳城市模拟。E-mail: qinyc@henu.edu.cn崔耀平, 主要研究方向为土地利用和气候变化。E-mail:cuiyp@lreis.ac.cn

2017-07-29

2017-09-08

* The study was supported by the National Natural Science Foundation of China (41401504, 41671425, 41401129), the Key Science and Technology Breakthrough Plan of Henan Province (152102310296), and the Science and Technology Innovation Team Support Project of Henan Province (16IRTSTHN012).

* 国家自然科学基金项目(41401504, 41671425, 41401129)、河南省重点科技攻关计划(152102310296)和河南省高校科技创新团队支持计 划(16IRTSTHN012)资助

崔耀平, 肖登攀, 刘素洁, 李楠, 蒋琳, 石欣瑜, 刘小萌, 李江苏, 路婧琦, 秦耀辰. 中国夏玉米和冬小麦近年生育期变化及其与气候的关系[J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(3): 388-396

CUI Y P, XIAO D P, LIU S J, LI N, JIANG L, SHI X Y, LIU X M, LI J S, LU J Q, QIN Y C. Growth periods variation of summer maize and winter wheat and their correlations with hydrothermal conditions in recent years in China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(3): 388-396