江汉地区油菜物候期气候变化趋势影响分析

摘 要： 基于1991—2021 年江汉地区湖北省宜城市、洪湖市和武汉市江夏区3 个农业气象试验站冬油菜物候观测数据，采用回归分析、显著性检验等方法，对江汉地区油菜物候历史变化趋势、气候因子与物候相关关系与响应程度进行统计分析，并展望了气候变暖背景下未来冬油菜生育期变化。结果表明，江汉地区冬油菜播种时间集中在9 月下旬—10 月中旬，成熟时间在5 月上旬—中旬；生育期总天数平均219 d，生育期总天数每10 年显著减少5.2 d；现蕾−开花、开花−成熟的生育期天数与气温相关因子均呈显著负相关，与降水量无显著相关性，最高气温每上升1 °C 生育期天数减少4.2 d；油菜全生育期内江汉地区气温呈现显著上升趋势，最低气温上升速度高于平均气温和最高气温，每10 年上升0.2～0.5 °C。根据历史气候变化率和各生育区间与气象要素相关性推断2050 年江汉地区油菜开花期和成熟期较2021 年平均提前3.3 和2.8 d。

关键词：油菜；江汉地区；物候；气候变化；生育期

中图分类号：S26：S565.4 文献标识码：A 文章编号：2095-1795（2024）08-0082-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.08.014

0 引言

我国油菜生产中冬油菜种植比例最大，湖北省是我国冬油菜生产大省，油菜籽产量居全国第2 位，其中江汉地区是湖北省的主要产区[1]。温度、降水和日照等气象条件是影响作物物候期最重要的因素之一，物候期的变化将影响冬油菜的产量及质量。冬油菜作为越冬作物，物候期变化差异更为特殊。

研究人员在农作物物候期间的气候条件和农业气候资源时空分布等方面做了大量研究。杨永龙等[2] 分析高海拔山区油菜不同物候期对积温的响应，对油菜种植区进行了合理的区划。刘熔熔等[3] 研究了浙江省油菜花期降水与产量的关系，发现油菜减产与花期降水量过多显著相关。黄淑娥等[4] 对鄱阳湖地区油菜生产期间气象条件进行分析，并建立该地区的油菜气候区划指标。闵程程等[5] 分析了湖北省油菜各发育期间的气象条件与产量间的相关性，建立了苗期降水量和蕾苔期平均气温为指标的湖北省油菜种植区划方法。黄稳清等[6] 探索了我国冬油菜物候期的时空演变及对气候因子响应程度，其中温度对冬油菜物候期的影响最大。邓环等[7] 对年度油菜生长发育气象条件进行分析。张佩等[8] 研究表明，在气候变化背景下江苏省油菜始花期呈逐年提前趋势，气温为其主要影响因子，日照和降水对油菜开花早晚影响较小。李文静等[9] 分析了长江流域油菜花期的特征，并利用不同下限温度分别计算的积温指标建立花期预报模型。可见气候变化对油菜的生长发育、光合作用、安全越冬、产量和品质等有着一定的影响。

本研究针对湖北省油菜主产区之一的江汉地区冬油菜进行物候期气候变化趋势影响分析，对开展油菜精细化气象服务、提高油菜产量和防御气象灾害提供决策依据。

1 数据与方法

在江汉地区选择油菜观测记录较长的湖北省宜城市、洪湖市和武汉市江夏区3 个农业气象试验站，3 站油菜物候记录连续完整，包含1991—2021 年共31 年的数据。气象条件数据采用农业气象试验站与其对应的国家气象观测站数据，包含气温和降水量。在分析气候因子对冬油菜物候期的影响时，气温和降水量为两个物候期之间的日平均值。在物候期时间序列趋势分析中，采用线性回归的方法，对冬油菜的物候期及其气候因子进行线性拟合，其斜率作为趋势变化率，正值表示正趋势，负值表示负趋势，当考虑线性拟合效果的显著性时采用t 检验方法，Plt;0.05 时为显著，Plt;0.01时为极显著。

2 结果与分析

2.1 油菜物候历史趋势

宜城市、江夏区和洪湖市3 站油菜播种时间大多集中在9 月下旬—10 月中旬，其中最早播种日期出现在洪湖市2011 年9 月11 日，最晚播种日期出现在江夏区2009 年11 月2 日，宜城市、江夏区和洪湖市3 站油菜生育期年际变化趋势如图1 所示。宜城市和江夏区两站播种时间均有显著性推迟趋势，宜城市每10 年推迟3.8 d，江夏区每10 年推迟6.3 d，适当推迟油菜播种期，能在一定程度上缓解秋收作物收获与油菜播种之间的争地矛盾。宜城市和江夏区现蕾日期在1 月中旬—2 月中旬，年际变化较大，趋势不显著，但洪湖市现蕾日期出现显著性提前，每10 年提前8.8 d；3 站开花日期一般在3 月，年际变化较大，趋势不显著，最早开花日期为洪湖市2021 年2 月22 日，最晚开花日期出现在江夏区2005 年4 月2 日。3 站成熟日期主要在5 月上旬—中旬，宜城市和江夏区年际变化较小，成熟日期较为稳定，最早成熟日期在江夏区2020 年4月28 日。但洪湖市成熟日期出现较为显著的提前，每10 年提前3 d。江汉地区油菜整个物候期从上年9 月—本年5 月，生育期总天数平均219 d，其中洪湖市因播种较早导致生育期较长，达到230 d。同时可以发现，3 站平均生育期总天数呈现显著减少趋势，每10 年减少5.2 d，因为油菜成熟期较为稳定，造成该现象的主要原因在于油菜播种日期的推迟。气候变化是影响油菜物候期的重要因素，因此有必要进一步研究气候因子与油菜物候期的关系及响应程度。

2.2 气候因子对油菜物候的影响

统计分析宜城市、江夏区和洪湖市油菜各物候区间与气象要素相关关系，用平均气温、最高气温、最低气温和平均降水4 个要素分别与播种−现蕾、现蕾−开花、开花−成熟和现蕾−成熟4 个生育期天数作相关分析。如图2 所示，各生育区间天数与平均降水量虽然均有一定的正相关或者负相关，但均未通过显著性检验，江汉地区降水量较为丰沛，一般均能满足油菜的生长发育所需，降水量的多寡不显著影响其物候期，但根据相关研究表明，降水量能显著影响油菜的品质和产量[10-11]。

由图2a 可知，播种−现蕾总天数与各气象要素均没有显著相关性，原因可能是播种日期受人为决策，以及播种期一段时间的天气情况，如连阴雨、干旱等影响都会导致油菜播种日期大幅度提前或者推迟导致。由图2b、图2c 和图2 d 可知，现蕾−开花、开花−成熟和现蕾−成熟的生育期天数与平均气温、最高气温和最低气温均呈现明显负相关，并且相关系数全部通过0.01 显著性检验，表明受气温影响较大。同时发现3个生育区间对气温的敏感性基本一致，与气温的相关性依次都为最低气温、平均气温和最高气温，最高气温相关系数最高，因为江汉地区发生低温冻害的时段相关较少，主要还是白天最高气温能促进其尽快的生长发育，所以最低气温对生育期天数影响略弱。

现蕾−开花期，最高气温每上升1 °C 发育天数减少4.2 d。开花−成熟期，最高气温每上升1 °C 发育天数减少2.24 d。可见各生育期，现蕾−开花期对气温最为敏感，发育阶段到达开花期后，温度条件逐渐改善，温度对物候期的作用有所降低。生育期累加后现蕾−成熟期，最高气温每上升1 °C 发育天数减少5.88 d。介于最高气温因子表现出与生育期良好的相关性，在农业气象服务中有比较好的应用场景，可以在获取到上一个物候期观测日期的基础上，通过气象的观测数据和天气预报数据来预测油菜开花期和成熟期，目前天气预报可用性可达到10 d，即可以至少提前10 d 做出较为准确的油菜花最佳观赏期和油菜成熟度预报，为做好各地油菜花旅游节与农机精准调度收割安排等气象服务提供技术支撑。

2.3 生育期气候特征与未来变化

过去的几十年里，自然及人为因素导致气候发生变化，不同区域气候变化的幅度因地理等因素有所差异，冬油菜的物候期也受到气候变化的影响。利用农业气象试验站同期气象站资料统计油菜生育期内（上年9 月—本年5 月）气象要素，由图3a、图3b 和图3c可知，宜城市、江夏区和洪湖市降水年际变化较大，气候变化趋势不明显，但平均气温、最高气温和最低气温呈现显著上升趋势， 其中宜城市每10 年上升0.4～0.5 °C，江夏区和洪湖市略低于宜城市，每10 年上升0.3～0.4 和0.2～0.4 °C，并且3 站最低气温的上升速度都高于平均气温和最高气温。在气候变暖背景下，气温的上升有利于油菜潜在种植范围扩大，特别是江汉地区周边有比较多的山区，山区原来积温和热量条件不适宜种植油菜，未来可能成为冬油菜种植适宜区。

由图3d、图3e 和图3f 可知，3 个生育期降水年际变化较大，趋势不明显，平均气温、最高气温和最低气温均呈现上升趋势，但只有最低气温通过0.05 显著性检验，现蕾−开花期、开花−成熟期最低气温每10 年分别上升0.4、0.5 °C。在全球气候变暖的背景下，据1991—2021 年最低气温的气候变化率，并结合上述各生育期与气象要素相关关系可以推断，到2050 年江汉地区开花期和成熟期较2021 年平均可提前3.3 d 和2.8 d。冬油菜物候期提前可能导致产量和品质的降低，应培育生育期更长的品种以提高对气候的适应性，以保证冬油菜的生产。

3 结论与讨论

本研究对1991—2021 年江汉地区冬油菜物候历史变化趋势进行统计分析；研究了气候因子对江汉地区冬油菜物候期变化的影响，分析了物候期对气候变化的响应程度；总结了江汉地区油菜生育期内气候特征，并对气候变暖背景下未来冬油菜生育期变化进行展望。

（1）江汉地区冬油菜播种日期大多集中在9 月下旬—10 月中旬，成熟日期主要在5 月上旬—中旬；宜城市和江夏区两站播种日期均有显著性推迟趋势，每10 年分别推迟3.8 和6.3 d；洪湖市现蕾日期每10 年显著提前8.8 d，成熟日期每10 年显著提前3 d；3 站平均生育期总天数219 d，因油菜播种日期的推迟，而成熟相对较稳定，生育期总天数呈现出显著减少趋势，每10 年减少5.2 d。

（2）各生育期天数均与平均降水量无显著相关性；播种−现蕾期总天数与各气象要素均无显著相关性；现蕾−开花期、开花−成熟期的生育期天数与平均气温、最高气温和最低气温均呈现显著负相关，其中最高气温相关系数最高，气温是影响冬油菜物候期的主要因素；现蕾−开花期时对气温最为敏感，最高气温每上升1 °C 生育期天数减少4.2 d。

（3）油菜全生育期内江汉地区降水量年际变化较大，气候变化趋势不明显；平均气温、最高气温和最低气温呈现显著上升趋势，最低气温的上升速度高于平均气温和最高气温，每10 年上升0.2～0.5 °C。根据历史气候变化率和各生育期与气象要素相关关系推断2050 年江汉地区开花期和成熟期较2021 年平均提前3.3 和2.8 d。

影响农作物物候的主要因素是气候因子，但是农作物物候也受到人为决策管理、选用品种、农艺技术和土壤水肥等影响。本研究仅探讨了部分气象要素对油菜物候期的影响，可能会忽略了其他影响因素，后续研究中，可纳入更多其他相关因子，更加准确揭示油菜物候变化的原因；另外，全球气候变暖已成不争的事实，极端高温与低温事件都可能更频繁发生。气温升高会促进油菜种植适宜区面积扩大，但冬油菜物候期提前可能导致产量和品质的降低。冬季升温还会使油菜出现早薹、早花现象，易遭受低温冻害而降低产量，同时冬季升温还提高了菌核病越冬存活率，易造成春季菌核病的发生[12-15]。未来在稳步推进油菜种植面积扩大的同时，要注重油菜新品种研发，提高油菜对气候变化的适应性，实现面积、单产双增加。

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