巴楚县冬小麦生长期气候变化特征及其对冬小麦发育期的影响

谢 芳，黄新琳，刘 杨，郝宏飞，吉春容

（1.新疆维吾尔自治区气象局，新疆 乌鲁木齐830002；2.塔城地区气象局，新疆 塔城834741；

3.巴州气象局，新疆 库尔勒841000；4.巴楚县气象局，新疆 巴楚843800；5.新疆农业气象台，新疆 乌鲁木齐830002）

近百年来，全球气候与环境发生了重大变化，IPCC第五次评估报告指出：1880—2012年全球地表平均温度已升高了0.85℃，变暖幅度自20世纪90年代以来明显加速，全球气温呈上升的趋势[1]。中国近百年气温变暖趋势达到0.5～0.8℃，略低于全球平均值[2]。气候变暖对农业生产存在明显影响，通过改变农作物生长发育过程中光照、温度、降水等的变化而影响生产力[3]，进而增加了生产活动的不稳定性，对作物生长、产量和品质，农业生产布局、作物种植结构和主要耕作制度等产生了较大的影响[4-5]。随着气候变暖，国外多种作物的发育期呈提前趋势[6]。我国的一些学者对近几十年气候变化对作物生长的影响做了大量研究，在我国北方由于秋冬季变暖，冬小麦播种期普遍推迟4～8 d，全生育期提前4～7 d，总生育期缩短4～9 d[7-10]。河南省冬小麦营养生长期缩短，生殖生长期延长，其缩短和延长的天数从北向南递增[11]。宁夏气温升温使得冬小麦种植北界明显向北、海拔上界明显向高处扩展[12]。近年来，一些学者曾就新疆部分区域冬小麦生育期变化进行了研究，阿布都克日木等[13]分析了喀什市冬小麦发育期和光热资源变化，结果表明，近34 a喀什市冬小麦各发育期均表现出不同程度的提前趋势，尤其以起身期和拔节期的提前趋势最为显著。李海花[14]的研究表明，阿勒泰市春小麦全发育期天数的变化呈减少趋势。郑玉萍等[15]认为，由于气温升高使得乌鲁木齐冬小麦冬前生长期延长，越冬期间负积温减少，冬小麦的适宜播种期应在传统播种期的基础上向后推迟一候左右。热量是植物生长发育过程中最为重要的因素之一，有研究指出，石家庄和河北冬小麦春季各生育期提前的主要原因是由于平均气温的升高[16-17]；冬小麦发育期内平均温度每升高1℃，返青-开花、开花-成熟期分别缩短3.8 d、1.2 d[18-19]。也有研究表明，相比于平均温度，最高和最低温度的变化对农业的影响更大[20]；影响河南省冬小麦抽穗—成熟期影响产量的关键气象因子是日最高气温，而返青-抽穗期是日最低气温，并指出返青前气候变化对后续生育进程有持续影响[21]。李树军等[22]认为小麦拔节前日照时数对生育长度作用最大，拔节后积温对生育长度影响最大。

冬小麦是喜凉作物，过高温度对穗花发育、籽粒形成和灌浆，尤其是花后高温显著降低冬小麦产量[23]，也有研究认为小麦抽穗开花期温度升高有利于小花的分化，但温度过高会使营养生长过于旺盛，不利于穗粒数的形成[24]。过去几十年新疆气候也发生了较大变化，气候由暖干向暖湿转型[25-26]，表现为气温升高、降水量增多[27-28]。位于中亚腹部暖温带大陆性干旱气候带的巴楚县热量资源充足，县境内叶尔羌河冰川积雪融水为农业生产提供了较稳定的灌溉水资源，冬小麦是其主要粮食作物，种植面积和产量在喀什地区占有主导地位。那么在全球气候变暖背景下，巴楚县气候如何变化，其对冬小麦生育期以及生产种植有何影响均需深入研究。本文拟在统计分析巴楚县1983—2012年气候资料的基础上，阐明冬小麦生育期内的气候变化特征及主要生育期的关键影响因子，以期为当地冬小麦品种选择、种植结构调整及实现高产稳产提供决策依据。

1 资料来源及分析方法

1.1 资料来源

气象和冬小麦发育期资料均来源于巴楚国家基本气象站，时间为1983—2012年。气象因子包括最高温度、最低温度、平均温度、日照时数和降水量的逐日数据。冬小麦关键发育期包括播种、越冬开始、返青、抽穗和成熟等5个时段，对应划分为4个生长阶段，分别为播种—越冬开始，越冬开始—返青，返青—抽穗，抽穗—成熟。由于冬小麦是跨年度越冬作物，将冬小麦收获年度作为冬小麦生育年度，即上一年秋播种起至翌年收获止（上年10月—翌年6月）。

1.2 研究方法

采用一元线性回归方法，统计分析巴楚县冬小麦生育期内的日平均气温、平均日最高气温、平均日最低气温、降水量、日照时数等气候因子以及冬小麦生育期的变化特征。使用Pearson相关系数法对冬小麦关键生育期与不同时段的气候因素进行相关分析，根据系数大小，判断影响冬小麦生育期的关键气候因子及关键时段。

2 结果与分析

2.1 冬小麦关键生育期的变化特征

冬小麦关键生育期的差异变化见表1。播种、抽穗和成熟期均呈提前趋势，以抽穗期提前显著，成熟期次之，播种期变化不明显；30 a来播种、抽穗和成熟期已分别提前了2.0 d、12.4 d、6.2 d。越冬开始和返青呈不显著延后趋势，30 a来越冬开始和返青已分别延后了7.5 d和3.3 d。

表1 巴楚县冬小麦关键生育期变化速率

由表2可以看出，巴楚县冬小麦平均生育期为237 d，不同发育阶段日数相差较大，越冬开始-返青最长达87 d，返青—抽穗次之，抽穗—成熟期最短仅39 d。从变化趋势来看，近30 a冬小麦全生育期呈缩短趋势，30 a来缩短了7.4 d。冬前冬小麦生育天数逐年增加，30 a来增加了9.4 d。越冬开始—返青和返青—抽穗的长度均呈缩短趋势，30 a来分别缩短了4.2 d、15.6 d，趋势非常显著。抽穗-成熟期显著延长，30 a来已延长6.4 d。

表2 巴楚县冬小麦各发育阶段生长长度变化速率

2.2 冬小麦生育期内的气候变化特征

从整体上看（表3），巴楚县冬小麦生育期内的气候变化呈暖湿趋势，表现出气温升高，降水增多。平均气温、平均最高气温和最低气温整体呈上升趋势，特别是最低气温升幅显著（P<0.01），气候变暖趋势明显。

表3 冬小麦各生育时期气象因素的平均气候倾向率

各生育期内，越冬期间（12月—翌年2月）气候变化不显著，其他时段均存在显著变化（P<0.05）。除最高气温12月—翌年2月、平均气温和最低气温1月呈不显著下降外，其他生育期各因子均呈整体上升趋势，气温升高最多的为11月，10月和4月次之。各生育时段平均温度、最高温度和最低温度变化趋势基本一致，主要表现为两高一低，即越冬期间（12月—翌年2月）气温呈下降趋势，而冬前气温（9—11月）和年后气温（3—6月）均显著上升（P<0.05）。冬小麦生育期内日照时数整体减少，但变化不显著；降水量呈不显著增多趋势。

2.3 气候要素与冬小麦关键生育期相关分析

对冬小麦生长季（10月—次年6月）气候要素与关键生育期进行相关分析，结果见表4。可以看出，各发育期与越冬前（前一年10—12月）气温相关性均不显著。平均气温、最高气温、最低气温对生育期的影响，播种期均呈负相关，气温越低，播种越早；越冬开始除10月最低气温外均呈正相关，说明气温越高，冬小麦越推迟进入越冬期；但播种期、越冬开始与不同气温因子的相关性均不显著。冬小麦返青期与1—2月、抽穗期与3—4月、成熟期与4—6月的平均气温、最高气温、最低气温均呈显著或极显著负相关（P<0.05），气温升高，生育期提前，反之亦然。同一生育期内不同气温因子对冬小麦生育期的影响，返青期、抽穗期与平均气温的负相关性均高于最高气温、最低气温，成熟期与3月和5月最高气温、4月平均气温、6月最低气温负相关性高于同一月份其他气温因子。

越冬开始与10月的日照呈显著正相关（P<0.05），而返青期与11月、抽穗和成熟期与3月的日照呈显著负相关（P<0.05），即日照时数增加生育期提前；其它时段均未通过显著性检验。各生育期与降水的相关性均未通过显著性检验，降水对冬小麦生育期变化的影响不明显。从整体上看，1—2月气温降低是巴楚冬小麦返青期延后的主要原因，而抽穗和成熟期提前则主要是由于3—4月、4—6月的气温升高所致。

2.4 近30 a气候变化对冬小麦生育期的影响

近30 a巴楚县冬小麦生育期内气候变暖趋势明显，尤其是11月增温显著，热量的增加对冬小麦生育前期生长是极为有利的。同时，小麦冬前的温度变化与温度、对应生育期相关关系具有较好的适应性，即气温和生育期的相关关系为正相关时段气温恰好也呈上升趋势，对小麦的生长发育较为有利，利于在冬前形成壮苗。越冬开始—返青阶段（12月—翌年2月）平均温度、最高温度、最低温度整体为负的下降趋势，这对冬小麦的越冬不利，冬小麦受冻害的机率提高。冬小麦生育中后期（返青—成熟）的温度变化与温度、生育期相关关系大多不适应，呈完全反相变化，具体表现为返青、抽穗和成熟期与开春后各月的气温相关关系均为负相关，但近30 a此时期的平均温度、最高温度、最低温度均是升高的，这对冬小麦生产存在负效应，可能会导致冬小麦结实率下降、千粒重降低，发生干热风的频次和强度增加，对产量造成不利影响。

表4 冬小麦关键生育期与不同时段气象因素的相关性分析

受气候变化影响，巴楚县冬小麦播种期提前、冬前麦苗生长期延长、越冬期和孕穗期缩短，灌浆成熟期延长，这一系列现象对冬小麦生长整体利多于弊。有利的方面表现在播种期提前、冬前生长期延长，冬小麦可充分利用秋季热量条件，早发快长，促进分蘖，形成壮苗，增强麦苗抗逆性；抽穗-成熟期延长，使冬小麦灌浆时间相应延长，有利于提高冬小麦千粒重，提高产量；成熟期提前有利于早夏播，提高秋粮产量。不利的方面表现在生育期的提前容易导致病虫害早发生，同时气候变暖也使病虫害加重成为可能；返青期延后对晚播麦田和冬前弱苗的升级转化不利，也相应缩短了小麦后期生长发育时间，对增产不利；返青—抽穗期缩短，一方面缩短了穗分化时间，对形成大穗不利，另一方面抽穗期为冬小麦需水关键期，生育期提前田间水肥管理也应相对提前，要适早适量灌溉。

3 结论

（1）近30 a巴楚县冬小麦播种、抽穗和成熟期均呈提前趋势，以抽穗期提前显著，成熟期次之，播种期日期变化不明显；越冬开始和返青呈不显著延后趋势，该结论与同类研究结果基本一致[29-30]，但也有研究显示返青期同样呈提前趋势[31]，这可能和所选站点有关。巴楚冬小麦全生育期呈缩短趋势，冬前生育天数逐年增加，越冬开始-返青、返青-抽穗的长度均缩短，以返青—抽穗期缩短趋势显著，而抽穗-成熟期呈显著延长。

（2）巴楚县冬小麦生育期内气候变暖趋势明显，这与郑红莲等[32-34]关于南疆地区的气候变化研究结果基本一致。近30 a平均气温、平均最高气温和最低气温整体上升，气温升高最多的为11月，10月和4月次之。各生育期内，越冬期间（12月—翌年2月）气候因素变化不显著，其他时段均存在显著变化（P<0.05），且表现为两高一低的相同变化趋势。日照时数整体减少、降水量增多，但变化不显著。

（3）1—2月气温降低是巴楚冬小麦返青期延后的主要原因，而抽穗和成熟期提前则分别是3—4月、4—6月的气温升高所致。

本文主要对小麦生育期内的气候变化特征及对生育期的关键影响因子进行了分析，关于小麦自身生物学特性、栽培管理等综合因子的交互影响有待于进一步深入研究。