张掖市气候变化对灌溉春小麦生长发育的影响

李 强，褚 超，张 婷

（1.兰州资源环境职业技术大学，甘肃兰州 730021；2.张掖市气象局，甘肃张掖 734000；3.甘肃省气象设备公司，甘肃兰州 730030）

农作物的生长发育对气候变化极为敏感，这种变化造成的影响有利有弊。政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次评估报告指出，气候变化对农作物产量的不利影响远远大于有利影响，其中以温度、降水等气候因素的变化对农作物的生长发育影响最大。针对我国气候变化对春小麦的影响，前人已进行了大量研究[1]。如杨华等研究了河西走廊气候变化带给春小麦的影响，认为气温在春小麦生长的气候因素中影响最大，气候变化导致春小麦播种至三叶期延长，缩短了拔节至成熟期生长阶段，整个生育期日数减少[2]。河西走廊灌溉农业区历史悠久，是甘肃省重要的农业区之一，也是西北地区最主要的商品粮基地和经济作物集中产区。春小麦是平地绿洲区主要农作物之一，其生长发育和产量同样受到气候变化的影响[3-4]。笔者以张掖市气象局1994—2021 年气象要素数据及同期农业气象试验站观测的试验田里的春小麦各生育期资料为例，分析了各气象要素变化趋势及其对当地春小麦生长发育的影响，以期为当地农业生产提供气象服务保障，达到趋利避害的目的。

1 研究区概况及资料

1.1 研究区自然概况

张掖市位于甘肃省西北部，河西走廊中段，南依青藏高原，北邻巴丹吉林沙漠，境内地势平坦，天气主要受中高纬度地区西风带环流控制和极低冷气团影响，干燥少雨且冬长夏短，属典型的大陆性草原荒漠气候区。张掖市年平均气温8.4 ℃，年平均降水量130.8 mm，降水集中在6—8月，雨热同季，年平均日照时间3 094.0 h，光照丰富。张掖市素有“桑麻之地”“鱼米之乡”的美称，盛产小麦、玉米、水稻、瓜果、蔬菜和胡麻等农作物，是全国重点建设的12 个商品粮基地之一[5]。

1.2 研究资料及处理

笔者通过查找张掖市气象局、农业气象站观测资料，选取1994—2021 年的气温、降水量、日照时间及春小麦各生育期观测资料，利用数理统计及线性回归方法，分析张掖市1994—2021 年气候变化特征与春小麦生长发育的关系，研究该地区气候变化趋势及其对春小麦的影响。

2 张掖市气候变化特征

2.1 气温

由图1 可看出，1994—2021 年张掖市年平均气温呈波动升高趋势，气候倾向率为0.382 ℃/10 a，其中线性拟合化后的相关系数R=0.600 5，通过α=0.05检验。1994—2021年，张掖市年平均气温在1994—2000 年为负距平，在21 世纪的00 年代和10 年代均为正距平，距平值分别为-0.5 ℃、0.1 ℃和0.2 ℃，说明张掖市1994—2021 年平均气温的年代际变化趋于逐年上升。1994—2021 年共有15 个年份为正距平，其中1994—2000 年间仅有2 个年份为正距平，21 世纪00 年代和10年代均有6 个年份为正距平，特别是2009 年平均气温高达9.2 ℃，为1994—2021 年中最高年份，距平值为0.8 ℃，其次是2010 年和2021 年的9.1 ℃。

图1 1994—2021 年张掖市年平均气温变化趋势

2.2 降水量

由图2 可看出，张掖市1994—2021 年的年降水量呈略增多趋势，气候倾向率为5.175 mm/10 a，线性相关系数R=0.139 6，通过α=0.05 检验。1994—2021年，张掖市年平均降水量为130.8 mm，降水量正距平年份共有12个，降水量负距平年份则有16个，距平百分率在-41.4%～65.4%。1994—2004 年为少雨期，2007—2021 年以降水量偏多为主，其中2007 年、2008 年、2010 年、2017 年和2019 年明显偏多，偏少的是2011 年、2016 年、2018 年、2020 年和2021年，其他年份基本在正常范围内波动。

图2 1994—2021 年张掖市年降水量变化趋势

2.3 日照时间

由图3 可看出，张掖市1994—2021 年的年日照时间呈缩短趋势，气候倾向率为-39.039 h/10 a，线性相关系数R=0.289 3，通过α=0.05 检验。1994—2021年，张掖市年平均日照时间为3 094.0 h，其中1997 年日照时间最长，为3 335.2 h，最少年份仅2 823.9 h，出现在2010 年。分析张掖市1994—2021 年的年日照时间距平值可知，年日照时间正距平年份共有15个，负距平年份则有13个，其中1995年、1997年、1999—2001年、2004—2005 年、2013 年和2015 年的日照时间明显偏长，偏短的是2003 年、2006—2007 年、2009—2011 年和2021年，其他年份基本在正常范围内波动。

图3 1994—2021 年张掖市年日照时间变化趋势

2.4 春小麦生长季气候变化

对张掖市1994—2021 年春小麦生长季3—7 月的气温、降水量及日照时间变化进行分析，可得出以下结论。1）在春小麦生长季3—7月，张掖市气温趋于升高，气候倾向率为0.605 ℃/10 a，较年平均气温升高趋势明显。其中，升温变化最明显的是21 世纪00年代，其次是21 世纪10 年代。2）3—7 月降水量的年变化趋势为略增多，气候倾向率为3.737 mm/10 a，年代际变化中，1994—2000 年和21 世纪00 年代为增加趋势，21 世纪10 年代出现了略减少现象。3）3—7月日照时间在1994—2021 年中整体呈现减少趋势，气候倾向率为-7.898 h/10 a，1994—2000 年中，张掖市春小麦生长季日照时间为增多趋势，进入21 世纪后的20 年间，各年代均表现为减少趋势，但21 世纪10 年代较21 世纪00 年代为增多。总体上看，1994—2021年中张掖市春小麦生长季3—7 月的气温、降水量及日照时间变化趋势与年平均气温、降水量及日照时间的变化趋势一致，气候呈现出暖干化特征。

3 张掖市灌溉春小麦生长发育与气候变化的关系

张掖市春小麦在每年3 月上旬末至中旬播种，4月上中旬出苗，4 月下旬进入3 叶期，5 月中旬至下旬为拔节孕穗期，6 月上旬抽穗，6 月中旬开花，7 月上旬进入乳熟期，7 月中旬成熟收获，从播种到成熟为116～132 d。春小麦前期生长较缓慢，随着时间推移、气温升高、降水量增多，春小麦进入快速生长阶段，当达到某一时期后，生长速度又趋于减缓，直至成熟停止生长。

图4 为张掖市1994—2021 年灌溉春小麦播种—成熟（全生育期）、播种—孕穗、乳熟—成熟不同生长发育期间隔日数的变化曲线。由图4 可以看出，春小麦全生育期、播种—孕穗期的间隔日数均呈波动缩短的趋势，线性拟合倾向率分别为-2.296 d/10 a、-3.073 d/10 a，线性相关系数R分别为0.503 4、0.526 4，通过α=0.05 检验；而乳熟—成熟期间隔日数则呈略增多趋势，线性拟合倾向率为0.394 d/10 a，线性相关系数R=0.163 7，通过α=0.05 检验。

图4 1994—2021 年张掖市灌溉春小麦不同生长发育期间隔日数的变化曲线

分析张掖市灌溉春小麦不同生育期间隔日数与气温之间的相关性（见表1），其中播种—成熟期的全生育期日数与3—7 月平均气温、降水量及日照时间相关，播种—孕穗期间隔日数与3—5 月平均气温、降水量及日照时间相关，乳熟—成熟期间隔日数与6—7 月平均气温、降水量及日照时间相关。

表1 1994—2021 年张掖市春小麦不同生长发育期间隔日数与气象因子的相关系数

1）张掖市1994—2021 年中灌溉春小麦播种—成熟期全生育期日数与3—7 月平均气温呈负相关，相关系数R=-0.241 6，通过α=0.01 检验，说明3—7 月平均气温升高，春小麦全生育期日数缩短；与3—7 月降水量呈正相关，相关系数R=0.123 5，通过α=0.01 检验，即全生育期日数随着降水量增多而延长；与3—7 月日照时间也呈正相关，相关系数R=0.209 5，通过α=0.01 检验，日照时间增多，生育期日数也相应增加。2）春小麦播种—孕穗期间隔日数与3—5 月平均气温呈负相关，相关系数R=-0.244 1，通过α=0.01 检验，说明3—5 月平均气温升高，春小麦进入孕穗期的速度加快；与3—5 月降水量呈正相关，相关系数R=0.204 8，通过α=0.01 检验，即随着降水量增多，播种—孕穗期间隔日数延长；与3—5 月日照时间呈负相关，相关系数R=-0.096 1，通过α=0.01 检验，日照时间增多，春小麦生长加快，孕穗期提前。3）春小麦乳熟—成熟期间隔日数与6—7 月平均气温呈负相关，相关系数R=-0.106 0，通过α=0.01 检验，可见6—7 月平均气温升高，加快春小麦成熟速度；与6—7 月降水量呈负相关，相关系数R=-0.069 3，通过α=0.01 检验，该时期降水量增多，也会缩短成熟时间；与6—7 月日照时间也呈负相关，相关系数R=-0.017 6，通过α=0.01 检验，日照时间增长，加快春小麦成熟，收获期提前。

4 结论

1）张掖市1994—2021 年中，年平均气温整体呈升高趋势，每10 年上升0.382 ℃；年降水量为略增多趋势，每10 年增多5.175 mm；而年日照时间则趋于减少，每10 年减少39.039 h；上述气候要素变化均通过α=0.05 检验。春小麦主要生长季3—7 月表现为平均气温升高、降水量略增多、日照时间减少，与年变化趋势一致。

2）通过分析张掖市春小麦全生育期日数、播种—孕穗期及乳熟—成熟期的间隔日数与同期气温、降水量及日照时间的关系可知，气温升高，全生育期日数、播种—孕穗期及乳熟—成熟期的间隔日数均缩短；降水量增多，全生育期日数、播种—孕穗期间隔日数延长，但乳熟—成熟期间隔日数缩短；日照时间增多，全生育期日数随之增多，但播种—孕穗期间隔日数和乳熟—成熟期间隔日数均缩短。

3）张掖市年降水偏少，多为灌溉农业，春小麦生育期所需水分大多来自水利灌溉，因此在应对气候变化方面重点考虑的是气温变化对春小麦的影响，通过选育优良品种、适时开展播种、加强麦田管理和及时进行浇灌等措施，实现春小麦优质高产。