摘 要:為了解氣候變化對青海省青稞物候期的影響,選取門源和貴南2個青稞觀測站點物候期資料和逐日氣象觀測資料,采用統計學方法,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動因子。結果表明,1980-2020年青海省青稞主產區生長季氣溫以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,主產區日照時數明顯以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,生育期時長縮短10.2~12.0d,物候期和生育期時長變化速率在兩地表現不一。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和負相關,階段性氣溫與各生育期時長均呈顯著負相關;降水量與物候期和生育期時長均呈正相關,但均不顯著;日照時數主要影響生育期時長,對物候期影響不顯著。

　　關鍵詞:氣候變化;青海;青稞;物候期;影響因子

　　IPCC 第五次評估報告指出,至21世紀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,中國北方地區是全球氣溫升高顯著的地區之一[2]。氣候變化帶來農業氣候資源的變化,導致作物生長發育的改變、糧食作物產量的降低和農業生產脆弱性的加重[3],因而研究作物物候期對氣候變化的響應早已是農業氣象領域的熱點話題。作物物候期的變化不僅會改變作物的生長周期,同時還會改變作物在生長過程中對光、溫、水資源及其他營養物質的吸收和利用,影響作物產量和品質[4-6];同時氣候變化對生態、農 業 生 產、衛 生 等 方 面 也 會 產 生 重 要 影響[7]。

　　目前,作物物候期對氣候變化響應的研究對象多為冬小麥[8-9]、玉米[10]等作物,而對種植于青藏高原地區特有作物青稞的研究較少。青稞是禾本科大麥屬的一個種,因其生長期短、抗逆性強和耐寒耐旱的特點,在海拔較高的冷涼地區廣泛被種植[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成分,特別是β-葡聚糖、黃酮等含量較高[12],是牧區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],現階段主要品種有肚里黃、昆侖15號、柴青1號和北青6號。本研究利用1980-2020年青海省氣象資料和青稞長期觀測數據,采用統計學方法,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動因子,以期為應對氣候變化下青藏高原青稞品種選育和高產優質栽培提供理論依據。

　　1 材料與方法

　　1.1 研究區概況

　　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地開展青稞農業氣象觀測業務,2地區位于青海省東部,介于北緯35°9'~37°52'、東經100°12'~102°39'范圍,海拔2201~4982m,氣溫低,日照長,輻射強,降水集中,雨熱同季,但降水不足,蒸發量大,屬高原大陸性氣候,年平均氣溫0.8~3.1 ℃,年降水量485~522 mm。兩個地區均位于農牧交錯帶,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,種植結構相對簡單。

　　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,氣象數據取自于中國氣象局綜合氣象信息共享平臺(CIMISS),其中門源數據為1980-2020年4-9月的觀測數據,貴南數據為2007-2020年4-9月的觀測數據,包括日平均氣溫、日降水量、日照時數、月平均氣溫、月降水量和月日照時數。本研究中營養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。因為播種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 數據處理數據

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

　　2 結果與分析

　　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(P<0.001);生長季降水量為442mm,兩地的降水量雖然呈增加趨勢,但只有門源表現顯著(44mm·10a-1,P<0.001);生長季累計日照時數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,青海省青稞主產區生長季平均氣溫顯著升高,降水量略微增加,日照時數明顯減少。青稞主產區逐月平均氣溫均呈現上升趨勢。

　　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)。日照時數各月均 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,營養生長期、生殖生長期、生育期時長分別為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13d,主要因為貴南4月平均氣溫比門源低1.4 ℃,從而導致播種期晚于門源;兩地的孕穗期差異最小,相差2d,主要因為該時期是兩地氣溫、降水、日照時數差異最小的階段。另外,門源青稞的物候期普遍早于貴南,但拔節期較晚,這可能是因為兩地氣候差異和播種期不一所致。近40年間青稞物候期和生育期時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),生育期時長以3.0d·10a-1 的縮短(P< 0.01);貴南拔節期、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,青稞主產區出苗期推遲0.6~1.5d,拔節期推遲2.0~4.2d,成熟期提前8.5~11.0d;其余物候期在兩地表現相反。貴南和門源的營養生長期分別延長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 育 的 重 要 因 素 之一[14],物候期變化與溫度變化關系密切[15]。以門源縣為例,從青稞關鍵物候期與生育前期逐日平均氣溫的相關性看,出苗前的日平均氣溫對出苗期的影響表現不一,4月26日以前日平均氣溫與出苗期大多呈負相關,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。

　　進入營養生長階段后,在5月10日至5月28日、6月2日至7月7日兩個階段的日平均氣溫與抽穗期均呈負相關,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。從整個物候期看,日平均氣溫對關鍵物候期的影響時段較分散,生育前期正效應和負效應的時段交替出現,后期均表現為負效應。

　　利用上述方法,分析得到日平均氣溫對青海省青稞關鍵物候期、營養生長期、生殖生長期、全生育期時長的效應特征。結果表明,日平均氣溫對青稞物候期和生育期時長主要表現為負效應,對門源青稞關鍵物候期的正效應主要發生在4月下旬至5月上旬,對貴南青稞的正效應主要發生在5月中下旬,說明青稞生長前期部分時段日平均氣溫對前期物候期產生正效應。結合兩地青稞物候期來看,出苗至三葉期的日平均氣溫越高,抽穗時間越晚。

　　日平均氣溫對生育期時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,則營養生長時間越長。從整個生育期來看,門源除出苗至三葉期的日平均氣溫對全生育期時長表現為正效應外,其余時段均表現為負效應;貴南則表現為播種至出苗期、分蘗至拔節期的日平均氣溫越高,全生育期時長越長,其余時段的日平均氣溫越高,全生育期時長越短。

　　3 討 論

　　近40年來,青海省青稞主產地生長季氣溫升高,降水增多,日照時數減少。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。就日照時數而言,兩地4-9月逐月日照時數均減少,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。

　　門源播種至拔節期的每一物候期大都推遲,但從拔節期以后每個物候期都提前,因此全生育期時長縮短;而貴南自播種至乳熟均推遲,到成熟期時顯著提前,因此全生育期時長縮短,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。針對這些變化可從品種選育和栽培技術兩方面調整青稞生產方式,貴南應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,同時可適當提前播種日期,科學輪作,促進各地青稞高產。

　　本研究分析光溫水與對應時段物候期和生育期時長的關系發現,青海省青稞主產區氣候變暖使得出苗期推遲、抽穗期和成熟期提前。進一步分析表明,逐日平均氣溫對出苗期的影響則是正負交替出現,也就是說,臨近出苗前8~12d的日平均氣溫升高對青稞出苗有一定抑制作用,而更早期的日平均氣溫升高對青稞出苗有一定促進作用,分析逐日平均氣溫升高對抽穗期和成熟期大都表現為負效應,即溫度越高,抽穗和成熟越早。因此,該結論印證了7-8月氣溫顯著升高對青稞生殖生長期時長會產生負效應。

　　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,整個生育期仍表現出明顯縮短趨勢。降水對關鍵物候期出現時間和各生長季長度雖表現出正效應,但都未通過顯著性檢驗。其原因有兩個:一是青稞種植區降水充沛,但其不是影響青稞生長發育的關鍵氣象因子;二是降水過程復雜、量級差異大,對青稞生理生化的影響尚未查明,其影響機理還有待進一步研究。光照對作物物候期的影響主要表現為光周期對作物發育進程的影響[23],但本研究發現日照時數對青稞物候期影響不顯著,對時長影響顯著。

　　農作物種植論文：基于主成分分析的農作物空間分布信息提取

　　這可能是因為不同作物對光周期的敏感性不同,因此光照條件對作物物候期的影響也各異[24]。影響作物物候期和生育期時長的要素很多,除了 溫 度、降 水、光 照 外,還 應 考 慮 土 壤、大 氣CO2 濃度、作物品種等條件,目前對該方面的研究還待進一步深入。近幾年以作物生理過程為基礎,量化外部環境要素的物候期模型成為主流,但弄清每個變量的影響機制,對解釋模型結果的過程變化仍是重要工作之一。

　　參考文獻： [1]IPCC.Climatechange2013:thephysicalsciencebasis,contributionofworkinggroupⅠtothefifthassessmentreportoftheintergovernmentalpanelonclimatechange[M].Cambridge:CambrigeUniversityPress2013:1535.[2]《第三次氣候變化國家評估報告》編寫委員會.第三次氣候變化國家評估報告[M].北京:科學出版社,2015.“TheThirdNationalAssessmentReportofClimateChange”WritingCommittee.Thethirdnationalassessmentreportofclimatechange[M].Beijing:SciencePress,2015.

　　[3]劉彥隨,劉 玉,郭麗英.氣候變化對中國農業生產的影響及應對策略[J].中國生態農業學報,2010,18(4):905.LIU YS,LIU Y,GUOLY.ImpactofclimaticchangeonagriculturalproductionandresponsestrategiesinChina [J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2010,18(4):905.

　　作者：李 璠1,2,校瑞香1,2,嚴應存1,2,趙夢凡1,2,李 菲1,2,顏亮東1,2