江蘇省油菜全生育期氣候特征的變化分析

張佩等

摘要：利用江蘇省35個(gè)氣象臺(tái)站1961—2013年的氣象觀測(cè)資料，采用曼-肯德?tīng)枺∕ann-Kendall）法、線性傾向估計(jì)和相關(guān)分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析江蘇省油菜全生育期氣候因子的時(shí)空分布特征。結(jié)果表明：在氣候變化背景下，淮北地區(qū)自20世紀(jì)90年代初、淮河以南地區(qū)自20世紀(jì)90年代中期起的油菜全生育期積溫呈顯著增加的趨勢(shì)；日照總體呈減少趨勢(shì)，以沿淮淮北地區(qū)最為明顯；降水較日照、積溫的年際波動(dòng)更大，無(wú)明顯的突變，氣候變化對(duì)江蘇省油菜生長(zhǎng)有利有弊。

關(guān)鍵詞：氣候變化；油菜；生育期；產(chǎn)量因素；響應(yīng)；江蘇省

中圖分類號(hào)： S162.5+4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）09-0118-04

氣候變化對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)有著深遠(yuǎn)影響，而農(nóng)業(yè)由于自身生產(chǎn)的脆弱性，氣候變化會(huì)對(duì)其產(chǎn)生不同程度的或潛在或顯著的影響。近年來(lái)，關(guān)于氣候變化對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已做了很多相關(guān)研究，主要從兩大角度去切入：一是從氣候資源配置的角度，系統(tǒng)研究氣候變化給種植制度及作物產(chǎn)量帶來(lái)的影響[1-10]。楊曉光等以≥0 ℃積溫為主要指標(biāo)研究認(rèn)為，在過(guò)去的50年中，氣候變化造成了全國(guó)種植制度界限不同程度北移、冬小麥和雙季稻種植北界北移，且21世紀(jì)上半葉，氣候變化將會(huì)造成全國(guó)種植制度界限繼續(xù)以不同程度北移[1-7]，其他學(xué)者選取不同指標(biāo)也得到一致的研究結(jié)果[8-11]。對(duì)作物產(chǎn)量的影響得出的觀點(diǎn)不一，有的學(xué)者認(rèn)為，氣候變化增加了作物生育期積溫，從而縮短了作物生育期，最終使作物產(chǎn)量下降[12-14]；但也有學(xué)者認(rèn)為，對(duì)于原本農(nóng)業(yè)熱量資源欠缺的地方，氣候變化可能增加作物產(chǎn)量[15-16]。另外，熟制的變化可能使種植制度界限變化區(qū)域的糧食單產(chǎn)增加[1]。二是從作物自身生長(zhǎng)的角度，具體研究氣候變化對(duì)作物發(fā)育期的影響[11，13，17-25]。研究結(jié)果指出，氣候變化使農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育速度發(fā)生了明顯變化，但不同作物的生育期、不同地區(qū)的同一作物生育期及同一作物的不同生育期對(duì)氣候變化的響應(yīng)不同，如春播作物播種期提早，喜溫作物生育期延長(zhǎng)[11]，越冬作物播種期推遲，生育期縮短。

江蘇是中國(guó)油菜的主產(chǎn)省和高產(chǎn)省之一[26]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，江蘇油菜種植面積占全國(guó)油菜種植面積的9%左右，產(chǎn)量達(dá)到全國(guó)總產(chǎn)量的13%左右，單產(chǎn)更是名列全國(guó)之首。油菜是唯一的冬季油料作物，可與水稻、玉米、大豆等糧食作物合理輪作[27]，已成為江蘇僅次于水稻、小麥的第三大作物，對(duì)保證糧、油的安全，穩(wěn)定供應(yīng)起著雙重作用。因此，明確油菜全生育期內(nèi)氣候因子的變化特征，為進(jìn)一步研究氣候變化對(duì)江蘇油菜主要生育期和產(chǎn)量因素的影響提供科學(xué)依據(jù)，最終對(duì)科學(xué)調(diào)整糧油生產(chǎn)布局及改進(jìn)油菜種植制度、保障食用植物油安全、增加農(nóng)民收入等有著重要的意義。

1資料與方法

1.1資料來(lái)源

選用江蘇省35個(gè)氣象臺(tái)站1961—2013年的氣象資料，統(tǒng)計(jì)油菜全生育期（9月至次年5月）總積溫、降水量和日照時(shí)數(shù)。

1.2研究方法

1.2.1曼-肯德?tīng)枺∕ann-Kendall，簡(jiǎn)稱MK）法它是一種常用的突變檢測(cè)方法[28]，具有檢驗(yàn)范圍寬、定量化程度高等優(yōu)點(diǎn)。本研究利用曼-肯德?tīng)枺∕ann-Kendall）法分析油菜全生育期氣候因子的時(shí)間變化特征。

對(duì)于具有50個(gè)樣本量的時(shí)間序列x（歷年油菜生育期積溫、日照或降水），構(gòu)造一秩序列：

sk=∑ki=1ri（k=2，3，…，n）。（1）

其中：ri= 1，當(dāng)xi≥xj，

0，當(dāng)xi

則：

UFk=[sk-E（sk）] var（sk）， k=1，2，…，n。（2）

式中UF1=0，E（sk）、var（sk）是累計(jì)數(shù)sk的均值和方差，其中：

E（sk）=k（k-1）4；（3）

var（sk）=k（k-1）（2k+5）72。（4）

式中：UFk為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，給定顯著水平，查正態(tài)分布表，若│UFk│>Uα（本研究取α=0.05時(shí)，U0.05=±1.96），則表明序列存在明顯的趨勢(shì)變化。

按時(shí)間序列x逆序xn，xn-1，…，x1，再重復(fù)上述過(guò)程，同時(shí)使UBk=-UFk（k=n，n-1，…，1），UB1=0。UF和UB曲線交點(diǎn)出現(xiàn)的年份即為冬季積溫突變開(kāi)始年。

1.2.2統(tǒng)計(jì)分析和作圖使用IDL語(yǔ)言編寫(xiě)曼-肯德?tīng)枺∕ann-Kendall）法計(jì)算程序；數(shù)據(jù)的處理和分析主要是運(yùn)用Microsoft Excel軟件；應(yīng)用ArcGIS繪制氣候因子的空間分布圖。

2結(jié)果與分析

2.1江蘇省油菜全生育期氣候變化特征

2.1.1江蘇省油菜全生育期積溫的時(shí)空分布特征圖1左圖為江蘇省油菜全生育期積溫的空間分布圖，可見(jiàn)江蘇省油菜全生育期積溫由北向南遞增，以蘇北灌溉總渠為界，淮河以北地區(qū)為2 667.3～2 935.1 ℃·d，淮河以南地區(qū)則為2 944.4～3 457.6 ℃·d。

采用線性傾向估計(jì)法詳細(xì)分析江蘇省油菜全生育期積溫的年際變化發(fā)現(xiàn)（圖1右圖），各站點(diǎn)油菜全生育期積溫逐年增加，每10年普遍增加43～145 ℃·d，且均通過(guò)0.01置信度水平。

進(jìn)一步利用M-K法明確江蘇省油菜全生育期積溫的突變特征。根據(jù)35個(gè)站點(diǎn)UF和UB曲線交點(diǎn)的位置，確定江蘇省油菜全生育期積溫在20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始的增暖是一突變現(xiàn)象。其中，淮北地區(qū)突變開(kāi)始年份要早于淮河以南地區(qū)，淮北地區(qū)冬季積溫突變開(kāi)始年基本在1988—1992年，平均值為1991年，淮河以南地區(qū)則普遍在1990—1994年之間，平均值為1993年（圖2）。由│UFk│> U0.05=1.96開(kāi)始年可看出，淮北地區(qū)自20世紀(jì)90年代初、淮河以南地區(qū)自20世紀(jì)90年代中期起，油菜全生育期積溫的增加趨勢(shì)通過(guò)了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。

2.1.2江蘇省油菜全生育期日照的時(shí)空分布特征由圖3中左圖可見(jiàn)，江蘇省油菜全生育期日照由南向北遞增，淮北大部及江淮之間的東北地區(qū)日照時(shí)數(shù)普遍在1 600 h以上，其他地區(qū)在1 303.0～1 588.1 h之間。

采用線性傾向估計(jì)法分析其年際變化趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，油菜全生育期日照較積溫的年際波動(dòng)大，分站點(diǎn)具體分析，僅淮安東南部、揚(yáng)州北部、鹽城沿海地區(qū)及鎮(zhèn)江-常州-無(wú)錫一帶逐年增加，其他大部分地區(qū)逐年遞減，且沿淮淮北的大部分站點(diǎn)普遍通過(guò)0.01置信度水平（圖3右圖）。從全省平均情況來(lái)看，江蘇省油菜全生育期平均日照時(shí)數(shù)逐年遞減，每10年減少20 h，且通過(guò)0.05置信度水平（圖4上圖）。

利用M-K法分析日照的時(shí)間變化趨勢(shì)后發(fā)現(xiàn)，各站點(diǎn)的日照突變開(kāi)始年差異很大。

2.1.3江蘇省油菜全生育期降水的時(shí)空分布特征由圖5左圖可見(jiàn)，江蘇省油菜全生育期降水北少南多，淮北大部及江淮之間北部地區(qū)降水量普遍在307.1～503.8 mm之間，其他地區(qū)在514.2～741.1 mm之間。

從年際變化趨勢(shì)來(lái)看，油菜全生育期降水較日照、積溫的年際波動(dòng)更大，分站點(diǎn)具體分析，全省大部分地區(qū)逐年遞減，但變化趨勢(shì)不明顯（圖3右圖）。從全省平均情況來(lái)看，江蘇省油菜全生育期平均降水量逐年遞減，每10年減少12.4 mm，尤其是進(jìn)入2000年以后，下降速度加快，為每10年減少44.3 mm（圖4下圖）?？傮w來(lái)看，油菜全生育期降水年際波動(dòng)較大，變化趨勢(shì)不明顯，因此，各站點(diǎn)降水無(wú)明顯的突變；但自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，各地降水量總體呈逐年遞減的趨勢(shì)。

3結(jié)論與討論

3.1氣候變化背景下江蘇省油菜全生育期積溫、日照和降水都發(fā)生了不同變化

江蘇省油菜全生育期積溫顯著增加。20世紀(jì)80年代中后期江蘇省油菜全生育期積溫的增加是一突變現(xiàn)象，其中淮

北的突變開(kāi)始年份普遍早于淮河以南地區(qū)，且淮北地區(qū)自20世紀(jì)90年代初、淮河以南地區(qū)自20世紀(jì)90年代中期起油菜全生育期積溫的增加均達(dá)到了顯著水平。

油菜全生育期日照較積溫的年際波動(dòng)大，各站點(diǎn)的日照突變開(kāi)始年差異很大。僅淮安東南部、揚(yáng)州北部、鹽城沿海地區(qū)及鎮(zhèn)江-常州-無(wú)錫一帶逐年增加，省內(nèi)其他大部分地區(qū)逐年遞減，且沿淮淮北的大部分站點(diǎn)普遍通過(guò)0.01置信度水平。

油菜全生育期降水較日照、積溫的年際波動(dòng)更大，無(wú)明顯的突變開(kāi)始年。全省大部分地區(qū)逐年遞減，但變化趨勢(shì)不明顯。

3.2氣候變化對(duì)江蘇省油菜生長(zhǎng)可能帶來(lái)的影響分析

氣候變化對(duì)江蘇省油菜生長(zhǎng)有利有弊。有利的方面主要表現(xiàn)在：（1）近年來(lái)，由于江蘇省偏遲熟水稻種植北移，如淮北地區(qū)水稻種植品種以遲熟中粳為主，而該地區(qū)稻后油是油菜的主要種植方式，這就導(dǎo)致了油菜騰茬和移栽越來(lái)越晚，而筆者在另2篇文章曾分析得到，一方面，江蘇省氣候變暖尤其以秋冬季氣溫升高更明顯，油菜播種期間的日平均氣溫和冬前積溫均逐年升高，冬前積溫的增大為油菜適期晚播晚栽提供了積溫基礎(chǔ)；另一方面，江蘇省大部分冬小麥品種進(jìn)入越冬期后并沒(méi)有完全停止生長(zhǎng)，冬季積溫增多，越冬期間當(dāng)日平均

氣溫高于3 ℃，麥苗仍可緩慢生長(zhǎng)，增加分蘗，彌補(bǔ)了一定量的冬前積溫，這又為晚播提供了條件[24]。同時(shí)，冬季溫度偏高，有利于晚播、直播的弱小苗轉(zhuǎn)化，減少冬季凍害。（2）生殖生長(zhǎng)期尤其開(kāi)花-成熟期的延長(zhǎng)利于籽粒的生長(zhǎng)及灌漿、充實(shí)，促進(jìn)了粒數(shù)和粒重的提高，最終促進(jìn)產(chǎn)量的提高。（3）綠熟、成熟期的提前，減小了遭遇高溫的概率，從而避免發(fā)生高溫逼熟。

不利的是氣候變化使極端災(zāi)害性氣候頻發(fā)[28]，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的威脅增大：（1）秋冬干旱。本研究統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，江蘇省油菜全生育期降水自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)總體呈逐年遞減的趨勢(shì)。張旭暉等研究也發(fā)現(xiàn)，20世紀(jì)90年代以來(lái)江蘇省秋旱發(fā)生概率普遍增加[29]。秋季干旱導(dǎo)致油菜無(wú)法及時(shí)播栽，移栽后不易活棵；冬季干旱易形成干凍害，加重凍害的危害。如2006 年入秋后，受大陸暖性高壓控制，江蘇省氣溫持續(xù)偏高（9月下旬至11 月上旬全省平均氣溫達(dá) 19.6 ℃，比常年同期偏高 2.9 ℃），降水量持續(xù)偏少（9 月中旬至11 月上旬淮北地區(qū)雨量不足30 mm，較常年同期偏少8成以上，淮河以南地區(qū)也偏少4～7 成），大部分地區(qū)出現(xiàn)了旱情，其中淮北及沿淮一帶、寧鎮(zhèn)揚(yáng)丘陵地區(qū)旱情較重，阻礙了油菜的移栽成活和幼苗生長(zhǎng)，給全省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了許多不利影響。（2）凍害。暖冬氣候會(huì)使油菜品種的氣候適應(yīng)性發(fā)生變化，品種抗寒性減弱；同時(shí)，冬季積溫的增加可能導(dǎo)致部分播期、移栽較早油菜苗出現(xiàn)旺長(zhǎng)。因此，雖然冬季積溫增加，凍害次數(shù)可能減少，但冷暖交替突變，給冬小麥生長(zhǎng)帶來(lái)的危害加大。（3）初霜凍害。現(xiàn)蕾、抽薹及開(kāi)花期提前，加之此時(shí)油菜抗寒能力的下降，增大了其遭受初春霜凍危害的概率。如2010年10月至2011年5月，江蘇省發(fā)生了大范圍的秋冬春連旱，越冬后氣溫明顯偏低，旱、凍疊加，油菜生長(zhǎng)發(fā)育明顯受到抑制，冬春發(fā)棵普遍不足，植株生長(zhǎng)量偏小，入春后的3月16日、25日和4月2日、10日江蘇省又出現(xiàn)了4次頻繁的寒潮降溫天氣，使油菜“雪上加霜”，主要表現(xiàn)為有效分枝和花芽分化數(shù)普遍偏少，這也是當(dāng)年油菜減產(chǎn)的主要原因之一。（4）春季漬澇。歷年3—5月江蘇省（尤其淮河以南地區(qū)）常出現(xiàn)持續(xù)陰雨寡照天氣，易發(fā)生漬澇，導(dǎo)致油菜生長(zhǎng)緩慢，花期延遲，開(kāi)花質(zhì)量下降，持續(xù)陰雨常常伴隨低溫，這還有可能導(dǎo)致分段結(jié)莢。（5）病蟲(chóng)草害。冬季溫度的升高，利于病蟲(chóng)安全越冬，春季回溫后，如遇陰雨天氣，溫濕交互，病蟲(chóng)草害加重。

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