膠東丘陵區(qū)冬小麥生育期低溫冷害預(yù)警模型研究

朱建華 劉淑云 李景嶺 張秀蘭 王麗麗 趙佳

摘要：以30年(1979～2009)的冬小麥產(chǎn)量和生育期溫度資料為依據(jù)，分析冬小麥生長發(fā)育期旬均溫的變化規(guī)律及其與相對氣象產(chǎn)量的關(guān)系，確立冬小麥生育期可能出現(xiàn)的低溫風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明：膠東丘陵生態(tài)區(qū)冬小麥生育期間，兩個(gè)旬均溫對相對氣象產(chǎn)量的影響顯著，分別為1月中旬均溫和3月上旬均溫，相關(guān)系數(shù)分別為－0.44和0.37；模型中的溫度因子類型共有5個(gè)，模型的相關(guān)也達(dá)到了極顯著水平。

關(guān)鍵詞：冬小麥；低溫冷害；預(yù)警模型；膠東丘陵生態(tài)區(qū)

中圖分類號：S426；S512.1⁺l(252)文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942(2012)01-0017-04

膠東丘陵冬性小麥晚熟類型區(qū)位于山東省東端，北緯35°35'～38°3'，東經(jīng)119°30'～122°42'。小麥播種面積約占全省面積的15％，以種植冬性品種為主。本區(qū)山丘面積大，土層薄，肥力低，年平均氣溫11.0～12.5℃，1月份平均氣溫-1.6～-4.1℃，極端最低氣溫-13.1～-25.5℃。近年來，異常天氣的出現(xiàn)，對冬小麥關(guān)鍵生育期的生長發(fā)育影響顯著，暖冬和起身拔節(jié)期低溫表現(xiàn)尤其突出。冷凍害明顯影響冬小麥產(chǎn)量，同時(shí)，也對冬小麥的品質(zhì)有一定程度的影響。

關(guān)于冷凍害模型的研究報(bào)道指出，利用預(yù)警模型可對晚霜凍害和生育關(guān)鍵時(shí)段災(zāi)害起到有效的預(yù)防，從而大大降低災(zāi)害對產(chǎn)量造成的影響。模型還可以為政府的管理決策提供有力的技術(shù)和數(shù)據(jù)支撐。

1.資料與方法

采用膠東丘陵冬小麥生態(tài)區(qū)兩個(gè)縣市區(qū)1979～2009年冬小麥生育期內(nèi)逐句的旬均溫?cái)?shù)據(jù)資料，共計(jì)25個(gè)，分別為10月中旬均溫(X₁)、10月下旬均溫(X₂)、11月上旬均溫(X₃)、11月中旬均溫(X₄)、11月下旬均溫(X₅)、12月上旬均溫(X₆)、12月中旬均溫(X₅)、12月下旬均溫(X₈)、次年1月上旬均溫(X₉)、次年1月中旬均溫(X₁₀)、次年1月下旬均溫(X₁₁)、次年2月上旬均溫(X₁₂)、次年2月中旬均溫(X₁₃)、次年2月下旬均溫(X₁₄)、次年3月上旬均溫(X₁₅)、次年3月中旬均溫(X₁₆)、次年3月下旬均溫(X₁₇)、次年4月上旬均溫(X₁₈)、次年4月中旬均溫(X₁₉)、次年4月下旬均溫(X₂₀)、次年5月上旬均溫(X₂₁)、次年5月中旬均溫(X₂₂)、次年5月下旬均溫(X₂₃)、次年6月上旬均溫(X₂₄)、次年6月中旬均溫(X₂₅)。

氣象條件的適宜與否能引起小麥產(chǎn)量的波動(dòng)。為緩解其影響，采用產(chǎn)量波動(dòng)的相對值即相對氣象產(chǎn)量來進(jìn)行研究。將逐旬均溫與相對氣象產(chǎn)量之間進(jìn)行線性回歸和逐步回歸分析，尋找生育期間的溫度風(fēng)險(xiǎn)因子并建立回歸預(yù)警模型，且利用2010、2011年的數(shù)據(jù)資料對模型進(jìn)行驗(yàn)證。

2.結(jié)果與分析

2.1溫度因子與相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)分析

25個(gè)冬小麥生育期間的溫度因子與相對氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)分析結(jié)果見表1。顯示：25個(gè)因子中，有兩個(gè)因子與相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)達(dá)到了顯著水平，分別為1月中旬均溫和3月上旬均溫，相關(guān)系數(shù)分別為-0.46和0.37，其它因子的相關(guān)則均未達(dá)到顯著水平。表明膠東丘陵冬小麥生態(tài)區(qū)受溫度影響的生育時(shí)段較少，受到較顯著影響的時(shí)間為1月中旬和3月上旬，效應(yīng)為一負(fù)一正。

2.2溫度因子與相對氣象產(chǎn)量的線性回歸分析

對1月中旬均溫和3月上旬均溫與相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果(表2)顯示，1月中旬均溫的一次線性回歸達(dá)到了顯著水平，而3月上旬均溫的一次線性回歸則表現(xiàn)為不顯著。可見1月中旬均溫的一次線性回歸是可靠的。由回歸系數(shù)可見，1月中旬均溫對相對氣象產(chǎn)量表現(xiàn)為明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖1)。

2.3旬均溫規(guī)律模擬

由1月中旬均溫的一次線性回歸分析可得，該因子的溫度臨界點(diǎn)為-2.37℃，一般年份的1月中旬均溫低于該溫度條件下，冬小麥相對氣象產(chǎn)量為正值，即不會(huì)發(fā)生溫度引起的減產(chǎn)。通過30年的氣象資料可以看出(圖2)，1月中旬均溫整體表現(xiàn)為升高的趨勢。而圖1結(jié)果顯示，1月中旬均溫與相對氣象產(chǎn)量表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即均溫值越高，相對氣象產(chǎn)量越低，表現(xiàn)為氣象產(chǎn)量值越小，甚至減產(chǎn)。

2.4模擬模型

為了明確各因子對相對氣象產(chǎn)量重要性的相對大小，同時(shí)準(zhǔn)確地判斷和剔除對相對氣象產(chǎn)量影響不顯著的變量，對二者進(jìn)行逐步回歸分析，并建立因子對相對氣象產(chǎn)量的最優(yōu)回歸方程。結(jié)果(表3)如下，首先對各個(gè)因子進(jìn)行逐項(xiàng)逐步回歸剔除引入分析，逐個(gè)被引入的順序依次為X₁₀、X₁、X₁₅、X₁₄、X₁₈、X₂₅、X₂₁、X₂₃，這一順序表明了因子對相對氣象產(chǎn)量影響的重要程度，其中經(jīng)過因子剔除分析，X₁₀(1月中旬均溫)是單因子時(shí)唯一保留的因子?？梢娫蕉诘臏囟仁怯绊懩z東生態(tài)區(qū)冬小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，其次則為X₁(10月中旬均溫)，即播種時(shí)的環(huán)境溫度，播種期溫度決定了壯苗形成和群體大小。

綜合考慮統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果和栽培管理經(jīng)驗(yàn)，由逐步回歸中的因子影響系數(shù)判定各因子對相對氣象產(chǎn)量的重要性，確立包含5個(gè)因子(表4)的膠東丘陵冬小麥低溫災(zāi)害預(yù)警模型(表5)。由直接通徑系數(shù)可以看出，5個(gè)溫度因子中，對相對氣象產(chǎn)量影響最大的為3月上旬均溫(X₁₅)，即返青期的旬均溫；其次為播種期旬均溫(X₁₀)，二者的作用均表現(xiàn)為正。通過5個(gè)溫度因子構(gòu)建的溫度對相對氣象產(chǎn)量的回歸模型可以看出，模型相關(guān)系數(shù)為0.8662，達(dá)到極顯著水平。

3.結(jié)論與討論

3.1溫度風(fēng)險(xiǎn)因子

相關(guān)和逐步回歸分析的結(jié)果較為一致，相關(guān)分析中表現(xiàn)出的因子有兩個(gè)，分別為1月中旬均溫(X₁₀)和3月上旬均溫(X₁₅)，效應(yīng)分別為一負(fù)一正。逐步回歸分析，通過因子的逐步引入(剔除)分析結(jié)果表明，1月中旬均溫是膠東丘陵冬小麥生長發(fā)育過程中突出的溫度風(fēng)險(xiǎn)因子，影響效應(yīng)為負(fù)。膠東冬小麥生態(tài)類型區(qū)有著其獨(dú)特的地理位置，北、東、南三面環(huán)海，氣候溫和濕潤，極端

氣候天氣出現(xiàn)的幾率較小。冬小麥品種選擇以冬性品種為主，而氣候溫度呈現(xiàn)冬季溫度逐年升高的變化，這對冬小麥品種的安全越冬和春季返青高產(chǎn)群體的形成存在潛在的威脅。

3.2旬均溫與相對氣象產(chǎn)量的回歸分析

對1月中旬均溫和相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行線性回歸分析和方程求解，當(dāng)旬均溫值低于-2.37℃時(shí)較有利于冬小麥的安全越冬，當(dāng)旬均溫高于該溫度值時(shí)，則不利于小麥安全越冬。線性回歸趨勢模擬方程為Y=0.0819X-3.6261，可以看出，1月中旬均溫呈現(xiàn)逐年增長的變化趨勢，為了較好地表現(xiàn)不同因子對相對氣象產(chǎn)量的重要性，對各因子和相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行逐步回歸分析，結(jié)果表明：(1)通過逐步回歸的剔除和加入因子分析，8個(gè)溫度因子對相對氣象產(chǎn)量的影響明顯，按被加入的先后順序排列為X₁₀、X₁、X₁₅、X₁₄、X₂₅、X₂₁、X₂₃，前3個(gè)因子分別為1月中旬均溫、10月中旬均溫和3月上旬均溫，其次即為2月下旬均溫，影響分別表現(xiàn)為負(fù)、正、正、負(fù)。1月一般是冬季溫度最低的月份，1月中旬均溫對相對氣象產(chǎn)量的負(fù)影響表明，暖冬對冬性小麥品種的越冬存在一定的威脅，適當(dāng)?shù)牡蜏馗欣诙←溤蕉妥罱K產(chǎn)量的形成；10月中旬正值膠東小麥播種，適當(dāng)?shù)母邷赜欣诙皦衙绾秃侠砣后w的形成；3月上旬小麥開始進(jìn)入返青期，需要一定的溫度，溫度較低將延遲小麥的生育期，進(jìn)而縮短小麥灌漿時(shí)間，降低產(chǎn)量；2月下旬溫度較高，則容易造成冬小麥的提早返青，易遭受初春冷霜災(zāi)害威脅，影響小麥的生長發(fā)育和產(chǎn)量。

3.3膠東冬小麥類型區(qū)溫度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型

根據(jù)不同類型因子的逐步回歸模型(表5)，結(jié)合膠東生態(tài)類型區(qū)的生產(chǎn)實(shí)際，以5個(gè)溫度因子的回歸模型作為該冬小麥類型區(qū)的溫度風(fēng)險(xiǎn)判定預(yù)警，通過模型求解可獲得不同氣溫下的相對氣象產(chǎn)量值，即溫度對產(chǎn)量影響的百分?jǐn)?shù)。該模型的相關(guān)系數(shù)為0.8662，達(dá)極顯著相關(guān)水平。由5個(gè)溫度因子的直接通徑系數(shù)可以看出，對相對氣象產(chǎn)量影響最大的兩個(gè)因子分別為3月上旬均溫(X₁₅)和10月中旬均溫(X₁)，且影響作用均為正，表明該生態(tài)區(qū)小麥?zhǔn)艿降牡蜏匚：τ绊懼饕獊碜杂诜登嗥诤筒シN期，其它溫度因子的影響則均表現(xiàn)為負(fù)效應(yīng)。其中播種期的旬均溫影響，主要體現(xiàn)在苗期積溫及冬前壯苗形成；3月上旬，氣溫回升緩慢，正值冬小麥返青拔節(jié)，較高的溫度有利于冬小麥返青和高產(chǎn)群體的最終形成。

致謝：在本研究的數(shù)據(jù)資料采集過程中，承蒙山東省土肥站高瑞杰站長、萊西市土肥站耿志軍站長和龍口市土肥站張建清站長等的大力幫助和支持，在此一并表示真摯的感謝。

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