摘 要:為了解氣候變化對(duì)青海省青稞物候期的影響,選取門源和貴南2個(gè)青稞觀測站點(diǎn)物候期資料和逐日氣象觀測資料,采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,分析了青稞生長季光溫水氣象要素變化特征以及青稞物候的演化趨勢,并探討青稞物候期變化的氣候驅(qū)動(dòng)因子。結(jié)果表明,1980-2020年青海省青稞主產(chǎn)區(qū)生長季氣溫以0.4 ℃·10a-1 的速率極顯著升高,門源降水量以44mm·10a-1 的速率極顯著增加,貴南降水增速不顯著,主產(chǎn)區(qū)日照時(shí)數(shù)明顯以39h·10a-1 的速率減少。青稞物候期在生育前期推遲,在生育后期提前,其中播種期推遲0.6~1.5d,成熟期提前8.5~11.0d,生育期時(shí)長縮短10.2~12.0d,物候期和生育期時(shí)長變化速率在兩地表現(xiàn)不一。溫度是影響青稞物候期變化的主要因素,生育前期和后期的氣溫與物候期分別呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān),階段性氣溫與各生育期時(shí)長均呈顯著負(fù)相關(guān);降水量與物候期和生育期時(shí)長均呈正相關(guān),但均不顯著;日照時(shí)數(shù)主要影響生育期時(shí)長,對(duì)物候期影響不顯著。

　　關(guān)鍵詞:氣候變化;青海;青稞;物候期;影響因子

　　IPCC 第五次評(píng)估報(bào)告指出,至21世紀(jì)末全球平均氣溫將升高0.3~4.8℃[1],以變暖為主要特征的氣候變化愈益加劇,中國北方地區(qū)是全球氣溫升高顯著的地區(qū)之一[2]。氣候變化帶來農(nóng)業(yè)氣候資源的變化,導(dǎo)致作物生長發(fā)育的改變、糧食作物產(chǎn)量的降低和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)脆弱性的加重[3],因而研究作物物候期對(duì)氣候變化的響應(yīng)早已是農(nóng)業(yè)氣象領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題。作物物候期的變化不僅會(huì)改變作物的生長周期,同時(shí)還會(huì)改變作物在生長過程中對(duì)光、溫、水資源及其他營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和利用,影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)[4-6];同時(shí)氣候變化對(duì)生態(tài)、農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn)、衛(wèi) 生 等 方 面 也 會(huì) 產(chǎn) 生 重 要 影響[7]。

　　目前,作物物候期對(duì)氣候變化響應(yīng)的研究對(duì)象多為冬小麥[8-9]、玉米[10]等作物,而對(duì)種植于青藏高原地區(qū)特有作物青稞的研究較少。青稞是禾本科大麥屬的一個(gè)種,因其生長期短、抗逆性強(qiáng)和耐寒耐旱的特點(diǎn),在海拔較高的冷涼地區(qū)廣泛被種植[11],是 青 藏 高 原 種 植 面 積 最 大 的 麥 類 作物。青稞籽粒含有豐富的營養(yǎng)成分,特別是β-葡聚糖、黃酮等含量較高[12],是牧區(qū)人民主要的糧食作物及青稞酒的主要原料,秸稈也是牲畜的飼料之一。

　　青稞在青海省種植面積為6.39萬hm2,占全省糧食作物種植面積的23%[13],現(xiàn)階段主要品種有肚里黃、昆侖15號(hào)、柴青1號(hào)和北青6號(hào)。本研究利用1980-2020年青海省氣象資料和青稞長期觀測數(shù)據(jù),采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,分析青稞生長季光溫水氣象要素變化特征以及青稞物候期的演化趨勢,并探討青稞物候期變化的氣候驅(qū)動(dòng)因子,以期為應(yīng)對(duì)氣候變化下青藏高原青稞品種選育和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

　　1 材料與方法

　　1.1 研究區(qū)概況

　　青海省青稞主要種植在海南州、海北州和海西州,西寧市、海東市和玉樹州也有小面積種植。青海省氣象局在門源縣和貴南縣2地開展青稞農(nóng)業(yè)氣象觀測業(yè)務(wù),2地區(qū)位于青海省東部,介于北緯35°9'~37°52'、東經(jīng)100°12'~102°39'范圍,海拔2201~4982m,氣溫低,日照長,輻射強(qiáng),降水集中,雨熱同季,但降水不足,蒸發(fā)量大,屬高原大陸性氣候,年平均氣溫0.8~3.1 ℃,年降水量485~522 mm。兩個(gè)地區(qū)均位于農(nóng)牧交錯(cuò)帶,主要種植青稞、油菜,作物種植受氣候、土壤、灌溉等條件的影響,種植結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單。

　　1.2 觀測資料青稞物候期觀測資料來源于門源回族自治縣氣象局和貴南縣氣象局,氣象數(shù)據(jù)取自于中國氣象局綜合氣象信息共享平臺(tái)(CIMISS),其中門源數(shù)據(jù)為1980-2020年4-9月的觀測數(shù)據(jù),貴南數(shù)據(jù)為2007-2020年4-9月的觀測數(shù)據(jù),包括日平均氣溫、日降水量、日照時(shí)數(shù)、月平均氣溫、月降水量和月日照時(shí)數(shù)。本研究中營養(yǎng)生長期指出苗至抽穗期,生殖生長期指抽穗至成熟期,全生育期指出苗至成熟期。因?yàn)椴シN期受氣象條件和人為因素的雙重影響,故而本研究并未將播種期納入全生育期范疇。

　　1.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)

　　在 Excel整理后,采用 SPSS 軟件進(jìn)行線性擬合和相關(guān)性分析,采用一元線性趨勢分析生長季(4-9月)氣象要素、物候期和生育期時(shí)長隨時(shí)間的變化趨勢;采用 Pearson相關(guān)性分析物候期、生育期時(shí)長與氣候因子的相關(guān)性。并檢驗(yàn)變化趨勢、擬合方程和相關(guān)系數(shù)的顯著性。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 青海省青稞生長季氣候變化特征

　　1980-2020年青海省青稞主要種植區(qū)生長季平均氣溫 9.6 ℃,氣溫傾向率為 0.4 ℃ ·10a-1。門源和貴南生長季平均氣溫傾向率分別為0.6和0.3℃·10a-1,且增溫速率均通過極顯著水平檢驗(yàn)(P<0.001);生長季降水量為442mm,兩地的降水量雖然呈增加趨勢,但只有門源表現(xiàn)顯著(44mm·10a-1,P<0.001);生長季累計(jì)日照時(shí)數(shù)1297h,門源、貴南分別以39和38h·10a-1 的速率在減少(P<0.01)。綜上可知,青海省青稞主產(chǎn)區(qū)生長季平均氣溫顯著升高,降水量略微增加,日照時(shí)數(shù)明顯減少。青稞主產(chǎn)區(qū)逐月平均氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢。

　　門源月升溫速率為0.40~0.76 ℃·10a-1(P<0.01);貴南4-6月升溫不顯著,7-9月升溫顯著,升溫速率為0.32~0.41 ℃·10a-1。月降水量在兩地表現(xiàn)不一。貴南各月降水量均呈增加 趨 勢,其 中 8 月 降 水 量 變 化 顯 著 (22.32mm·10a-1,P<0.01);門源5-7月降水量減少,其他月份降水量在增加,其中8月的增加趨勢顯著(9.89mm·10a-1,P<0.05)。日照時(shí)數(shù)各月均 減 少,貴 南 5 月 和 8 月 極 顯 著 減 少 (P <0.01),門源8-9月極顯著減少。

　　2.2 青海青稞物候期分布特征及變化趨勢

　　青稞播種期、出苗期、三葉期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、乳熟期、成熟期分別集中在每年第 99~112 天、124~130 天、138~142天、146~150天、168~171天、180~182天、188~192天、195~200天、216~226天和238~243天,營養(yǎng)生長期、生殖生長期、生育期時(shí)長分別為62~64、50~51和132~139d。

　　物候期中,播種期在兩地的差異最大,差值達(dá)13d,主要因?yàn)橘F南4月平均氣溫比門源低1.4 ℃,從而導(dǎo)致播種期晚于門源;兩地的孕穗期差異最小,相差2d,主要因?yàn)樵摃r(shí)期是兩地氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)差異最小的階段。另外,門源青稞的物候期普遍早于貴南,但拔節(jié)期較晚,這可能是因?yàn)閮傻貧夂虿町惡筒シN期不一所致。近40年間青稞物候期和生育期時(shí)長變化趨勢略有不同。生育前期物候期推遲,生育后期提前,生殖生長期和生育期時(shí)長均縮短。

　　門源 播 種 期 以 1.8 d· 10 a-1 的 速 率 推 遲(P<0.05),生育期時(shí)長以3.0d·10a-1 的縮短(P< 0.01);貴南拔節(jié)期、孕穗期分別以5.8和6.4d·10a-1 的速率推遲(P<0.05),成熟期以10.8d·10a-1 的速率提前(P<0.01),生殖生長期的和生育期時(shí)長分別以14.6和11.0d·10a-1 的速率縮短(P<0.01)。整體而言,青稞主產(chǎn)區(qū)出苗期推遲0.6~1.5d,拔節(jié)期推遲2.0~4.2d,成熟期提前8.5~11.0d;其余物候期在兩地表現(xiàn)相反。貴南和門源的營養(yǎng)生長期分別延長2.6d和縮短 6.8d,但 兩 地 生 殖 生 長 期 均 縮 短3.3~14.2d,生育期縮短10.2~12.0d。

　　2.3 氣象要素對(duì)青稞物候期的影響

　　2.3.1 溫度影響

　　熱量是 影 響 作 物 生 長 發(fā) 育 的 重 要 因 素 之一[14],物候期變化與溫度變化關(guān)系密切[15]。以門源縣為例,從青稞關(guān)鍵物候期與生育前期逐日平均氣溫的相關(guān)性看,出苗前的日平均氣溫對(duì)出苗期的影響表現(xiàn)不一,4月26日以前日平均氣溫與出苗期大多呈負(fù)相關(guān),即氣溫越高,出苗越早,而在4月26日至5月4日的日平均氣溫越高,出苗越晚。

　　進(jìn)入營養(yǎng)生長階段后,在5月10日至5月28日、6月2日至7月7日兩個(gè)階段的日平均氣溫與抽穗期均呈負(fù)相關(guān),即溫度越高,抽穗越早。在成熟階段,日平均氣溫越高,成熟越早。從整個(gè)物候期看,日平均氣溫對(duì)關(guān)鍵物候期的影響時(shí)段較分散,生育前期正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)的時(shí)段交替出現(xiàn),后期均表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。

　　利用上述方法,分析得到日平均氣溫對(duì)青海省青稞關(guān)鍵物候期、營養(yǎng)生長期、生殖生長期、全生育期時(shí)長的效應(yīng)特征。結(jié)果表明,日平均氣溫對(duì)青稞物候期和生育期時(shí)長主要表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng),對(duì)門源青稞關(guān)鍵物候期的正效應(yīng)主要發(fā)生在4月下旬至5月上旬,對(duì)貴南青稞的正效應(yīng)主要發(fā)生在5月中下旬,說明青稞生長前期部分時(shí)段日平均氣溫對(duì)前期物候期產(chǎn)生正效應(yīng)。結(jié)合兩地青稞物候期來看,出苗至三葉期的日平均氣溫越高,抽穗時(shí)間越晚。

　　日平均氣溫對(duì)生育期時(shí)長的影響與物候期的影響基本類似,也是出苗至三葉期的日平均氣溫越高,則營養(yǎng)生長時(shí)間越長。從整個(gè)生育期來看,門源除出苗至三葉期的日平均氣溫對(duì)全生育期時(shí)長表現(xiàn)為正效應(yīng)外,其余時(shí)段均表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng);貴南則表現(xiàn)為播種至出苗期、分蘗至拔節(jié)期的日平均氣溫越高,全生育期時(shí)長越長,其余時(shí)段的日平均氣溫越高,全生育期時(shí)長越短。

　　3 討 論

　　近40年來,青海省青稞主產(chǎn)地生長季氣溫升高,降水增多,日照時(shí)數(shù)減少。就平均氣溫而言,貴南4-6月逐月平均氣溫增溫不顯著,7-9月增溫顯著;門源4-9月逐月平均氣溫增溫均顯著。就降水而言,兩地只有8月降水量增加顯著,其中門源5-7月降水還存在減少趨勢。就日照時(shí)數(shù)而言,兩地4-9月逐月日照時(shí)數(shù)均減少,其中貴南5月、8月顯著;門源8-9月顯著,其余月份均不顯著。在該氣候變化背景下,兩地青稞物候期變化趨勢略有不同。

　　門源播種至拔節(jié)期的每一物候期大都推遲,但從拔節(jié)期以后每個(gè)物候期都提前,因此全生育期時(shí)長縮短;而貴南自播種至乳熟均推遲,到成熟期時(shí)顯著提前,因此全生育期時(shí)長縮短,這與前人研究成果一致[22]。綜合來看,門源青稞生育期縮短是拔節(jié)后物候期提前造成的,而貴南青稞生育期縮短是成熟期顯著縮短造成的。針對(duì)這些變化可從品種選育和栽培技術(shù)兩方面調(diào)整青稞生產(chǎn)方式,貴南應(yīng)傾向于種植耐高寒陰濕、生育期較短的品種,而門源更多傾向于種植抗寒耐旱、抗倒伏的品種,同時(shí)可適當(dāng)提前播種日期,科學(xué)輪作,促進(jìn)各地青稞高產(chǎn)。

　　本研究分析光溫水與對(duì)應(yīng)時(shí)段物候期和生育期時(shí)長的關(guān)系發(fā)現(xiàn),青海省青稞主產(chǎn)區(qū)氣候變暖使得出苗期推遲、抽穗期和成熟期提前。進(jìn)一步分析表明,逐日平均氣溫對(duì)出苗期的影響則是正負(fù)交替出現(xiàn),也就是說,臨近出苗前8~12d的日平均氣溫升高對(duì)青稞出苗有一定抑制作用,而更早期的日平均氣溫升高對(duì)青稞出苗有一定促進(jìn)作用,分析逐日平均氣溫升高對(duì)抽穗期和成熟期大都表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng),即溫度越高,抽穗和成熟越早。因此,該結(jié)論印證了7-8月氣溫顯著升高對(duì)青稞生殖生長期時(shí)長會(huì)產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)。

　　雖然播種至三葉期氣溫升高,推遲了青稞出苗期,但青稞后期生長受氣溫升高的影響,整個(gè)生育期仍表現(xiàn)出明顯縮短趨勢。降水對(duì)關(guān)鍵物候期出現(xiàn)時(shí)間和各生長季長度雖表現(xiàn)出正效應(yīng),但都未通過顯著性檢驗(yàn)。其原因有兩個(gè):一是青稞種植區(qū)降水充沛,但其不是影響青稞生長發(fā)育的關(guān)鍵氣象因子;二是降水過程復(fù)雜、量級(jí)差異大,對(duì)青稞生理生化的影響尚未查明,其影響機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。光照對(duì)作物物候期的影響主要表現(xiàn)為光周期對(duì)作物發(fā)育進(jìn)程的影響[23],但本研究發(fā)現(xiàn)日照時(shí)數(shù)對(duì)青稞物候期影響不顯著,對(duì)時(shí)長影響顯著。

　　農(nóng)作物種植論文：基于主成分分析的農(nóng)作物空間分布信息提取

　　這可能是因?yàn)椴煌�作物�?duì)光周期的敏感性不同,因此光照條件對(duì)作物物候期的影響也各異[24]。影響作物物候期和生育期時(shí)長的要素很多,除了 溫 度、降 水、光 照 外,還 應(yīng) 考 慮 土 壤、大 氣CO2 濃度、作物品種等條件,目前對(duì)該方面的研究還待進(jìn)一步深入。近幾年以作物生理過程為基礎(chǔ),量化外部環(huán)境要素的物候期模型成為主流,但弄清每個(gè)變量的影響機(jī)制,對(duì)解釋模型結(jié)果的過程變化仍是重要工作之一。

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　　作者：李 璠1,2,校瑞香1,2,嚴(yán)應(yīng)存1,2,趙夢凡1,2,李 菲1,2,顏亮東1,2