十堰市氣溫變化對中稻生長期及產(chǎn)量的影響

（湖北省十堰市氣象局，十堰 442000）

十堰市氣溫變化對中稻生長期及產(chǎn)量的影響

朱明 廖小華 夏金

（湖北省十堰市氣象局，十堰 442000）

利用1961—2010年十堰市7個氣象站的氣溫資料和1991—2010年所轄3個農(nóng)氣站中稻生長期觀測資料，分析了氣溫變化與中稻生長期年代際和年際相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：十堰市平均氣溫自20世紀80年代中期以來呈上升趨勢，進入90年代以后，這種趨勢進一步加快；中稻生長季內(nèi)4—5月變暖趨勢最為顯著，平均溫度、最高溫度和最低溫度均顯著上升，4—9月最低溫度的上升趨勢也較顯著，其他時段變暖趨勢不明顯。4—5月溫度的顯著升高使移栽日期顯著提前，播種—移栽期長度呈顯著縮短的趨勢，移栽—抽穗期則為延長的趨勢，有利于大穗的形成和產(chǎn)量的提高。中稻單位產(chǎn)量與8—9月的平均溫度和最高溫度都呈顯著正相關(guān)關(guān)系，平均溫度和最高溫度愈高，中稻單位產(chǎn)量就愈高。

氣溫變化，中稻，生長期，產(chǎn)量

0 引言

氣候變暖對環(huán)境及社會經(jīng)濟發(fā)展的影響日益被社會廣泛關(guān)注[1-4]。IPCC指出近百年來，全球平均氣溫升高0.74℃，且近50年升溫率是過云100年的2倍[5]。杜學椿等[6]指出中國年平均氣溫以0.04℃/10a的傾向率上升，冬季為正的傾向率，夏季為負的傾向率。朱明等[7]發(fā)現(xiàn)十堰氣候變化也遵循這一規(guī)律。氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響是顯著的[8-9]，有研究[10-13]指出受這種變化影響，我國水稻將面臨減產(chǎn)趨勢。中稻是十堰地區(qū)主要糧食作物之一，研究當?shù)貧夂蜃兓瘜χ械静煌L期的影響，對于最大限度地利用氣候資源具有十分重要的意義，也可以為當?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供科學論據(jù)。

1 資料和方法

所使用資料包括十堰市7個氣象站5 0年（1961—2010年）逐日的平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫和所轄房縣、鄖西、竹溪3個農(nóng)氣站中稻20年（1991—2010年）的觀測資料。農(nóng)氣觀測資料主要是中稻播種、移栽、抽穗、揚花和成熟日期；中稻產(chǎn)量（1980—2010年）來源于十堰市農(nóng)業(yè)局。

十堰地區(qū)中稻主要生長期集中于4—9月，為分析不同時期氣溫變化對中稻生長期的影響，將中稻生長期劃分為4—5月、6—7月和8—9月三個時段。

利用回歸分析方法首先分析中稻各生長時段氣溫的變化趨勢，以及中稻各生長期和生長期天數(shù)的變化趨勢；再利用相關(guān)分析等方法分析中稻生長期變化與生長季不同時段氣溫變化的相關(guān)關(guān)系，揭示氣溫變化對中稻生長期的影響。

2 結(jié)果與分析

從1961—2010年十堰市年平均氣溫變化曲線圖（圖1）可以看出，20世紀60—80年代中期，年平均氣溫呈逐漸下降的趨勢，在1984年達到最低點；之后逐漸呈現(xiàn)上升的趨勢，特別是進入20世紀90年代以來，氣溫上升的速度有所加快。1984年以后有3次波動，分別在1988年、1990年、1998年達到波峰，在1989年、1993年、1996年出現(xiàn)波谷，1998年創(chuàng)下了50年來的最高值。因此，20世紀80年代中期是十堰市年平均氣溫由下降趨勢轉(zhuǎn)為上升趨勢的一個拐點，與全國大部地區(qū)氣溫變化趨勢基本一致[14]。

2.1 中稻生長期氣溫變化分析

根據(jù)圖1所示的1961—2010年十堰地區(qū)氣溫變化明顯的階段性特征，以1981年為界，分析1981年前、后兩個時期中稻生長季溫度的變化趨勢（表1）。由表1可知，近50年各時段的日最低溫度均為升高趨勢，其中4—5月的變化最顯著，氣候傾向率為0.19℃/10a，并由此引起中稻整個生長季（4—9月）的日最低氣溫上升，氣候傾向率為0.13℃/10a；4—5月日平均氣溫上升趨勢顯著，氣候傾向率達到0.22℃/10a；同時，4—5月的日最高氣溫也表現(xiàn)出顯著的升高趨勢，其他時段最高溫度和平均溫度的變化趨勢不顯著。

表1 1961—2010年十堰市不同時段中稻生長期溫度變化的氣候傾向率（℃/10a）

不過，1961—1980年間，6—7月、8—9月的平均溫度、最高溫度均呈現(xiàn)下降趨勢（4—5月相反），其中6—7月平均溫度、最高溫度下降趨勢最為顯著，氣候傾向率分別為－0.70℃/10a和－0.94℃/10a，也因此導致4—9月中稻生長季平均溫度和最高溫度的下降。與1961—1980年間的變化趨勢相反，1981—2010年間各時段平均溫度、最高溫度和最低溫度均呈現(xiàn)上升趨勢，且以6—7月溫度上升趨勢最為顯著。

2.2 中稻生長期年際變化特征

圖2顯示了 1991—2010年十堰地區(qū)中稻各生長期的變化趨勢。從圖2b可以看出，水稻移栽日期顯著提前，氣候傾向率達到了10d/10a。20年平均移栽日期為6月5日，前十年的平均移栽日期為6月13日，后十年平均移栽日期為5月28日，最早移栽日期為2006年的5月15日，最遲為1996年的6月24日。相比，播種日期、抽穗日期和成熟日期的變化不顯著。

圖3為中稻播種—移栽、移栽—抽穗和抽穗—成熟期長度的變化趨勢。從圖3a看出，十堰地區(qū)中稻播種—移栽期長度呈現(xiàn)顯著縮短的趨勢，傾向率達11d/10a；從圖3b可以發(fā)現(xiàn)移栽—抽穗期則為延長的趨勢，傾向率達8.9d/10a；圖3c顯示抽穗—成熟期的變化不顯著，其中1998—2010抽穗—成熟期呈延長的趨勢，這與近10多年來8—9月連陰雨天氣增多導致日照時數(shù)減少關(guān)系密切[15-16]。

2.3 氣溫變化對十堰地區(qū)中稻各生長期的影響

表2為十堰中稻播種、移栽、抽穗和成熟日期與不同階段溫度的相關(guān)分析結(jié)果?？梢钥闯觯械静シN日期與各時段的平均溫度、最高溫度、最低溫度無明顯的相關(guān)關(guān)系。移栽日期與4—5月整個時段的平均溫度、最高溫度、最低溫度呈顯著負相關(guān)，其中與最低溫度相關(guān)系數(shù)達－0.53。4—5月平均溫度、最高溫度、最低溫度每升高1℃，可造成移栽日期分別提前3.1d、2.0d和3.2d，可見最低溫度對移栽日期的影響相對大一些，說明最低溫度越高，中稻生長越快，導致移栽日期提前。抽穗日期與4—5月最高溫度、最低溫度相關(guān)不顯著，但與平均溫度呈負相關(guān)，與6—7月溫度要素具有顯著負相關(guān)關(guān)系，與8—9月溫度要素相關(guān)性不顯著，可見，6—7月的溫度變化對抽穗日期影響較大。成熟日期與4—5月以及4—9月的最高溫度相關(guān)性顯著，與最低溫度和平均溫度均無顯著的相關(guān)關(guān)系。

表2 十堰地區(qū)中稻生育日期與不同階段溫度的相關(guān)系數(shù)

然而，播種、移栽、抽穗和成熟日期與不同階段溫度間的負相關(guān)關(guān)系并不一定能夠說明它們之間的年際變化關(guān)系，因為在計算相關(guān)系數(shù)時包含了年代際趨勢。

為此，在計算相關(guān)系數(shù)時采用年際變率的方法云除趨勢項[17]，即將原序列求年際變率，得到年際變率的時間序列，再求年際變率序列的相關(guān)系數(shù)（表3），計算內(nèi)容和表2相同。表3只列出相關(guān)系數(shù)通過置信水平為90%和95%檢驗的時段?？梢钥吹?，年際變化的相關(guān)系數(shù)大部分比較小，只有較少數(shù)通過了顯著性檢驗，其中移栽日期年際變率與4—5月的最低溫度年際變率呈顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達－0.46。因此，移栽日期與4—5月的最低溫度在年代際和年際變化趨勢上都有密切關(guān)系。

表3 十堰地區(qū)中稻生育日期年際變率與不同階段溫度年際變率的相關(guān)系數(shù)

從表4可見，播種—移栽期日數(shù)與4—5月的平均溫度、最高溫度和最低溫度呈負相關(guān)關(guān)系，平均溫度、最高溫度、最低溫度每升高1℃分別導致中稻苗期日數(shù)縮短2.2d、2.1d、2.0d，其中平均溫度對播種—移栽日期天數(shù)影響最大。移栽—抽穗期長度與4—5月最低溫度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.46，由此可見，4—5月溫度升高使移栽期提前的程度要大于抽穗期提前的程度。抽穗—成熟期長度主要受8—9月的最高溫度影響，8—9月最高溫度每升高1℃，抽穗—成熟期縮短1.7d。

表4 十堰地區(qū)中稻生育期長度與不同時段溫度變化的相關(guān)系數(shù)

同理，針對表4各變量，計算年際變率序列之間的相關(guān)系數(shù)（見表5，只列出相關(guān)系數(shù)通過置信水平為90%和95%檢驗的時段），可以發(fā)現(xiàn)，年際變率的相關(guān)系數(shù)沒有通過置信水平為95%的檢驗，只有較少數(shù)通過了置信水平為90%的檢驗，其中播種—移栽期長度年際變率與平均溫度、最高溫度和最低溫度年際變率呈負相關(guān)關(guān)系，移栽—抽穗期長度年際變率與4—5月最低溫度年際變率呈正相關(guān)，抽穗—成熟期長度主要受8—9月的最高溫度影響。因此，播種—移栽期長度、移栽—抽穗期長度與4—5月的最低溫度在年代際和年際變化趨勢上都有密切關(guān)系，抽穗—成熟期長度與8—9月的最高溫度在年代際和年際變化趨勢上都有密切關(guān)系。

表5 十堰地區(qū)中稻生育期長度年際變率與不同時段溫度年際變率的相關(guān)系數(shù)

移栽日期提前，有利于中稻早生快發(fā)，為后期生長發(fā)育提供時間上的主動，移栽—抽穗期延長可相應延長中稻抽穗分化時間，充分利用光、熱、水資源，有利于大穗的形成和產(chǎn)量的提高。

2.4 不同時期溫度對中稻單產(chǎn)量的影響

1980—1990年間中稻單位產(chǎn)量與4—5月的最高溫度呈負相關(guān)關(guān)系，與8—9月的平均溫度和最高溫度都呈顯著正相關(guān)關(guān)系。8—9月為中稻的成熟期，因此，溫度的升高會增加單位產(chǎn)量，即8—9月平均溫度和最高溫度愈高，中稻單位產(chǎn)量就愈高，平均溫度和最高溫度每升高1℃，單位產(chǎn)量會分別增加0.045kg/m2、0.043kg/m2。

在年際變率方面，相關(guān)系數(shù)沒有通過置信水平為95%的檢驗，只有較少數(shù)通過了置信水平為90%的檢驗。1980—1990年間中稻單位產(chǎn)量年際變率與4—5月的最高溫度年際變率呈負相關(guān)關(guān)系；與8—9月的平均溫度和最高溫度年際變率都呈正相關(guān)關(guān)系。因此，中稻單位產(chǎn)量與4—5月的最高溫度以及8—9月的平均溫度和最高溫度在年代際和年際變化趨勢上都有密切關(guān)系。

[1]陳隆勛, 朱文琴, 王文, 等. 中國近45年來氣候變化的研究. 氣象學報, 1998, 56(3): 257-271.

[2]肖軍, 趙景波. 西安市 54年以來氣候變化特征分析. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2006, 27(3): 179-182.

[3]陳正洪, 覃軍. 湖北省20世紀60年代以來降水變化趨勢初探. 暴雨.災害(二). 北京: 氣象出版社, 1998.

[4]陳正洪. 湖北省60年代以來平均氣溫變化趨勢初探. 長江流域資源與環(huán)境, 1998, 7(4): 341-346.

[5]IPCC. Climate Change 2007: the physical science basis. Cambridge UK: Cambridge University Press, 2007.

[6]林學椿, 于淑秋.近40年我國氣候趨勢. 氣象, 1990, 16(10): 16-21.

[7]朱明, 夏金, 楊占婷, 等.十堰市近50年氣候變化特征分析及對當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響. 江西農(nóng)業(yè)學報, 2010, 22(7): 149-151.

[8]李元華, 李少靜. 河北省溫度和降水變化對農(nóng)業(yè)的影響. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2005, 26(4): 224-228.

[9]馮明, 陳正漆, 劉可群, 等. 湖北省主要農(nóng)業(yè)氣象災害變化分析. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2006, 27(4): 343-348.

[10]Daniel R, Chavas R, Cesar I, et al. Long-term climate change impacts on agricultural productivity in eastern China. Agricultural and Forest Metorology, 2009, 149: 1118-1128.

[11]葛道闊, 金之慶, 石春林, 等. 氣候變化對中國南方水稻生產(chǎn)的階段性影響及適應對策. 江蘇農(nóng)業(yè)學報, 2002, 18(1):1-8.

[12]熊偉, 陶福祿, 許吟隆, 等. 氣候變化情景下我國水稻產(chǎn)量變化模擬. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2001, 22(3): 1-5.

[13]Tao F L, Yokozawa M, Xu Y L, et al. Climate change and trends in phenology and yields of feld crops in China. Agricultural and Forest Meteorology, 2006, 138: 82-92.

[14]馮明, 劉可群, 毛飛. 湖北省氣候變化與主要農(nóng)業(yè)氣象災害的響應. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2007, 40(8): 1646-1653.

[15]孫永霞, 馬平, 尚新利. 2003年氣象因素對信陽水稻產(chǎn)量的影響分析. 信陽農(nóng)業(yè)高等?？茖W校學報, 2004, 4: 12-13.

[16]費永成, 陳林, 彭國照, 等. 四川秋綿雨特征及水稻收獲的氣象適宜度研究. 江蘇農(nóng)業(yè)科學, 2013, 41(4): 312-316.

[17]楊建玲, 何金海, 趙光平. 寧夏春季沙塵暴與北極海冰之間的遙相關(guān)關(guān)系. 南京氣象學院學報, 2003, 26(3): 296-306.

Effect of Temperature Changes on Semilate Rice Growing Period and Yield in Shiyan

Zhu Ming, Liao Xiaohua, Xia Jin

(Meteorological Bureau of Shiyan City of Hubei Province, Shiyan 442000)

Based on temperature data from 1961 to 2010 of 7 meteorological stations and semilate rice phonological data from 1991 to 2010 of 3 agrometeorological experimental stations in Shiyan, the interannual and interdecadal correlations were investigated between temperature changes and rice growth stage in Shiyan area. The results show that the annual average temperature increased from the mid-1980s, and this trend was accelerated after the 1990s. Temperature increased significantly from April to May during the rice growing season, resulting in rice transplanting date advancing. From April to September, the upward trend of minimum temperature is also significant, but in other months warming trend was not obvious. Sowing to transplanting period length showed a significant shortening, while transplanting to heading showed an extension of the trend, which benefited the formation for large spike and yield improvement. Rice yield per unit area with the average and maximum August-September temperatures showed significant positive correlation.

temperature changes, semilate rice, growth period, yield

10.3969/j.issn.2095-1973.2015.04.008

2015年1月4日；

2015年5月4日

朱明（1959—），Email: syzhuming01@163.com

資助信息：湖北省氣象局科技發(fā)展基金（2014Y03）