宁夏吴忠麦收复种水稻生育期热量条件分析

2020-12-30赵斯文杜宏娟朱永宁魏月娥金飞

农业与技术 2020年24期

赵斯文杜宏娟朱永宁魏月娥金飞

(1.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏银川 750002；2.宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏银川 750002)

引言

20世纪80年代以来，大量研究结果表明全球年平均地表温度持续上升。在过去的100a，全球气温以0.1℃·10a-1的速度递增，在不考虑气候政策干预的情况下，未来20a仍将以此速度递增[1]。在全球气候变暖大背景下，光能、热能和水分等农业气候资源发生了明显变化，对农业会造成一定影响[2]。

为更好地利用越来越多的热量资源，解决“粮—饲”、“粮—粮”等征地的矛盾，发展复种，促进农牧业良性发展，宁夏吴忠市开展了麦收后复种水稻试验。复种水稻前茬作物为冬小麦或“冬牧70”，播种时间在上年10月上旬，收获时间分为2种，“冬牧70”的收获时间为5月下旬，冬小麦的收获时间为6月中旬；麦后迅速整地、灌水，6月下旬中期开始水稻移栽。有关麦后复种作物的品种、茬口和种植模式研究较多，产量和效益较好，但麦后复种水稻是宁夏灌区近年来种植制度改革的一种新尝试。该模式不仅可实现引黄灌区1a2季“细粮”，而且可避开用水高峰，充分利用自然资源，节约水资源，提高复种指数，提高单产。热量资源是制约水稻生长发育的重要因素,麦收后留给水稻的生长期十分有限，农作物的生长、发育和产量形成需要一定的热量条件，这个热量通常是用相应时段内逐日平均气温的累积值表示的，这个累计温度称为积温[3]。活动积温是指高于生物学下限温度的日平均温度的总和,本文旨在分析麦收后复种水稻期间积温、≥10℃积温终日、平均气温的变化特征以及气候保证率，为麦后复种水稻提供理论支撑。

1 资料和方法

1.1 资料来源

所用资料为宁夏吴忠市国家气象台站1960—2019年期间每年小麦收获后(6月中旬)的逐日平均气温，利用日平均气温的5d滑动平均法求算稳定通过10℃界限温度终日，分析积温气候特征，以及气候保证率。

1.2 分析方法

用线性倾向估计法分析气候趋势，用信噪比进行突变检测。通过分组法绘制气候保证率曲线图。

1.2.1 线性倾向估计法

xi=a+bti(i=1，2，…，n)

(1)

式中，xi为气候变量；ti为xi所对应的时间；n为样本量。当回归系数b>0时，说明随时间t的增加x呈上升趋势；当b<0时，说明随时间t的增加x呈下降趋势。b×10称为气候变化倾向率，表征某气候要素上升或下降的速率，单位为某要素单位·10a-1。

1.2.2 突变检验

用累积距平法，制作≥10℃积温累积距平折线图，根据累积距平图对转折年进行初步判断。以初步判断出的转折年为基准年，构造前后2段子序列，依据文献[4-6]给出的气候突变的信噪比方法，检验转折年的突变情况。

(2)

为检验转折是否达到气候标准，对转折年份计算信噪比。

(3)

1.2.3 平均绝对变率和气候保证率

平均绝对变率是某个气象要素多年绝对变率的平均值，反应该气象要素多年平均的变动情况。

(4)

保证率是指某段时间内气象要素值高于(或低于)某一界限指标频率的总和。表示某气象要素高于(或低于)某界限值的可靠程度。

确定组数N：5lgn≥N>2.5lgn，n为样本总数。

确定频数、频率：找出资料内落入各组内次数，即频数。计算各组频数与样本总数的百分比，即频率。

保证率：将各组频率从大到小依次累加，即累计保证率。

2 结果和分析

2.1 ≥10℃积温历年变化情况

利用气温资料对≥10℃积温进行统计，近60a来平均值为2228.3℃·d，最多值为2512.7℃·d，最少值为1973.9℃·d，且不足2100℃·d的年数为11a；≥10℃积温变化情况如图1，从图中可以看出，1960—1997年积温距平以负为主，21世纪后，除2004年积温略低于均值，其余均处于均值线以上，近60a，积温呈增加趋势，以64.102℃·10a-1的速率增多。

图1 1960—2019年复种水稻生育期间≥10℃积温变化趋势

2.2 ≥10℃积温年代际变化分析

对复种水稻生长季≥10℃积温进行逐年代统计如表1。从表1中可以看出，近60a，年代际积温总体呈增加趋势，1970—1979年代积温均值最小，热量条件最差，2010—2019年积温值均为最大，热量条件最好。

表1 ≥10℃积温年代际变化特征值

2.3 ≥10℃界限温度终日变化特征

近60a≥10℃终日平均日期为10月6日，最早为9月24日(1982年)，最晚为10月10日(出现33a)，总体呈延后趋势，速率为0.8d·10a-1。

表2是吴忠市≥10℃界限温度终日变化情况。在20世纪60年代(此处指1960—1969年，下同)、70年代、90年代偏早，80年代与60年平均值一致，21世纪初偏晚。

表2 不同年代≥10℃界限温度终日统计特征值

2.4 ≥10℃积温突变分析

从≥10℃积温累积距平折线图(图2)可以看出，积温累积距平在1997年前后发生了转折，之前呈现减少趋势，之后呈现增加趋势，表明≥10℃积温的突变可能发生在1997年前后。根据距平累积曲线图观测到的转折年为基准年，分别构造了前后2个积温序列进行信噪比检验，结果表明，复种水稻生育期间≥10℃积温S/N值为1.44，信噪比大于气候突变标准1，确定≥10℃积温在1997年发生了突变(图2)。在突变前均为冷期，突变后为暖期。突变前≥10℃积温为2133.1℃·d，与历年同期相比减少95.2℃·d，突变后≥10℃积温为2379.9℃·d，与历年同期相比增加151.6℃·d。

图2 ≥10℃积温累计距平值

2.5 保证率

利用吴忠气象观测站≥10℃积温序列资料，采用分组法进行积温的保证率统计分析，绘制了保证率曲线图，根据研究表明[7,8]，“黑粳9号”生育期所需的活动积温为2100℃·d，活动积温是从插秧期至成熟期≥10℃的积温加200℃·d(黑龙江省种子管理局积温统计标准[9])，吴忠市麦收复种水稻实验移栽日期为6月20日左右，图3显示，按1900℃·d计算，近60a、50a、40a的气候保证率均为100%。