气温和降水变化对甘肃河西春小麦产量的影响及应对

2024-04-10张婷李强褚超许海芳王煜迪闫一丹

园艺与种苗 2024年2期

张婷，李强，褚超，许海芳，王煜迪，闫一丹

（1.甘肃省风云气象设备有限责任公司，甘肃兰州 730000；2.兰州资源环境职业技术大学，甘肃兰州 730021；3.张掖市气象局，甘肃张掖 734000）

春小麦是甘肃河西地区主要粮食作物之一，其种植面积和产量均位于粮食作物之首。河西地区的春小麦通常为中熟和中晚熟品种，平原区一般会在每年的3月上、中旬开始播种，7月中下旬成熟收获，全生育期在110～130 d。气温、降水量等气象因子是春小麦生长发育必需的因素，气象因子的波动将会对春小麦的生长发育及产量造成严重影响。随着全球气候变暖，河西地区的气候也发生了较大变化，进而对春小麦产量和品质带来不稳定性，因此，认识春小麦生长期间气象因子的变化趋势，以及气候变化对春小麦产量的影响，在发展现代化农业生产方面具有重要意义。张掖市是河西地区春小麦最适宜种植区，近几年大力推进高标准农田建设，稳步扩大春小麦种植面积，不断提高口粮供给保障水平。为此，笔者以张掖市农业气象试验站内试验田为例，结合近29年的春小麦产量观测数据，对近29年的气温、降水量等气候要素变化趋势及其对春小麦产量的影响进行分析，为开展农业精准气象服务提供参考依据。

1 资料与方法

选取张掖市国家基本气象站1993—2021年气温、降水量等地面气象观测资料，以及同期张掖市统计局的春小麦产量资料。其中季节划分为春季3—5月、夏季6—8月、秋季9—11月，冬季12月至翌年2月。采用一次线性方程求出气温、降水量以及春小麦产量的变化趋势，并通过对春小麦生长期气温、降水量与产量标准化处理及相关分析得出其相关性。

2 结果与分析

2.1 张掖市气温及降水量气候变化特征

2.1.1 气温变化。1993—2021年张掖市年平均气温为8.4℃，由图1 可看出，近29年来张掖市年平均气温呈现出波动上升趋势，平均上升速率为0.441℃/10年，春小麦生长期间3—7月平均气温也出现显著的升高趋势，气候倾向率为0.669℃/10年。按照世界气象组织规定，正距平≥1 个标准差的为暖年，正距平≥2 个标准差的为异常暖年；负距平≤1 个标准差的为冷年，负距平≤2 个标准差的为异常冷年。根据该标准，张掖市近29年期间异常冷年为1993年、1995—1996年，冷年为2012年，暖年为2009—2010年、2016—2017年和2021年；其中异常冷年主要出现在20世纪90年代，而暖年均出现在21 世纪00年代后期之后。

图1 1993—2021年张掖市春小麦生长期3—7月平均气温、降水量变化趋势

2.1.2 降水量变化。张掖市1993—2021年的年降水量表现为略增多趋势，气候倾向率为0.195 mm/10年，春小麦生长期3—7月的降水量则呈现出减少现象，气候倾向率为-3.752 mm/10年（图1）。近29年中张掖市年降水量距平百分率存在着较大的年际变化，最高年份达62.6%，最低年份为-42.4%，将3—7月降水量的距平百分率定义为5 类标准：R*≥60%为特多、20%≤R*＜60%为偏多、-20%＜R*＜20%为正常、-60%＜R*≤-20%为偏少、R*≤-60%为特少，那么张掖市近29年中3—7月降水量特多的年份为1993年、2007年和2017年，降水量偏多的有1998年、2002年、2012年和2013年，降水量偏少的年份是1995年、1997年、1999年、2003—2004年、2008—2009年、2011年、2016年、2018年和2020—2021年，降水量特少的是2001年，其余9年的降水量距平百分率均处于正常年份的变化范围内，属于正常年。总体上看，进入21 世纪00年代之后降水量偏少。

2.2 张掖市春小麦产量的变化特征分析

春小麦成熟后进行取样分析，根据《农业气象观测规范》要求，分别对春小麦的千粒重及理论产量进行测量。由张掖市近29年的春小麦千粒重和理论产量变化曲线（图2）可以看出，春小麦千粒重呈下降趋势，倾向率为-1.909 g/10年，理论产量则处于增多趋势，倾向率为8.041（g/m2）/10年。

图2 张掖市1993—2021年春小麦千粒重及理论产量变化

由张掖市近29年春小麦产量的距平百分率演变看，21 世纪00年代的春小麦千粒重正距平多于20 世纪90年代后8年和21 世纪10年代，其中1995年、2004年、2007年、2008年和2009年呈较为明显的正距平，说明这些年份春小麦高产，而2005年、2013年、2015年和2020年均呈显著的负距平，说明这些年份为低产年；春小麦的理论产量距平百分率，其中2001年、2006年、2010—2011年、2019年和2021年正距平显著，为高产年，但1993年、2012—2013年、2018年负距平明显，可认定为低产年份。

2.3 气候变化对春小麦产量的影响

根据张掖市近29年3—7月平均气温、降水量与春小麦产量的相关系数分析，千粒重和理论产量均与5月下旬至6月上旬气温呈负相关；全生育期3—7月平均气温与理论产量为正相关，相关性不明显；3—7月降水量与千粒重和理论产量为负相关；5月降水量对春小麦产量的影响，表现为与千粒重呈负相关，与理论产量呈正相关，且与理论产量的正相关系数较大。说明气候条件的变化对春小麦产量的波动有一定影响，气候变暖，气温上升，降水量减少，蒸发量加大，不利于春小麦产量的形成。其中5月是春小麦需水临界期，该时期内的降水量是影响产量的关键因子，夏季高温对增产有很大的限制。

相关研究表明，春小麦孕穗期产量形成对气温的变化极为敏感，且敏感期在40～50 d，期间旬平均气温每上升1℃，春小麦的产量就会减少15～18 g/m2。同时，除苗期和成熟期外，其他时期的降水量对其产量的形成存在着正相关效应，5月孕穗期穗粒数的增加对降水量的变化十分敏感，随着旬降水量的增多而增加。

由春小麦生育期3—7月平均气温和产量的变化（表1～2）可以看出，在气温偏高的2018—2019年、2013年、2016年、2018年、2020—2021年，春小麦为歉收年有5个年份，千粒重除2008年、2009年和2016年外，其他4个年份均为负距平；气温最高的2018年，千粒重、理论产量均显示该年份春小麦为歉收年。气温偏低的1993年、1994年，均为春小麦歉收年，其中1993年气温最低年，春小麦理论产量为29年中最低；1996年气温为次低值，该年份的春小麦产量为平年；气温偏低的2003年和2006年，春小麦却为丰收年。理论产量较高的2001年、2006年、2010—2011年、2019年和2021年，对应的3—7月平均气温，除2019年和2021年为偏高外，其他年份气温稳定或相对略有偏低，说明气温特高或特低时春小麦均不能获得高产。

表1 张掖市近29年中3—7月平均气温与春小麦产量的关系（气温偏高年）

表2 张掖市近29年中3—7月平均气温与春小麦产量的关系（气温偏低年）

分析近29年张掖市春小麦生育期3—7月降水量与理论产量的变化（表3～4）可以看出，在特涝的年份1993年、2007年和2017年，除2007年外，春小麦均为歉收年，其中1993年降水量为最多，春小麦的产量也是29年中最少；在降水偏多的1998年、2002年、2012—2013年中，1998年和2002年为春小麦产量较多年份，但2012年和2013年为春小麦歉收年。而降水量最少的2001年，春小麦产量却是近29年中的次多值，属于丰收年；降水量明显偏少的1999年和2009年，春小麦也为丰收年；其他的10 个降水偏少年份中，只有1995年、2008年、2016年和2018年的春小麦为歉收年。同时，对比春小麦丰产年2001年、2006年、2010—2011年、2019年和2021年3—7月降水量，降水量处于正常变化范围或略偏少年份。因此可以认为，张掖市3—7月降水量正常或略偏少是其理论产量达到丰收的必要条件。