氣候變化背景下華北平原冬小麥冬前生育期與節(jié)氣對(duì)應(yīng)及偏移分析*

張 悅，胡 琦**，和驊蕓，潘學(xué)標(biāo)，馬雪晴，黃彬香，王 靖

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氣候變化背景下華北平原冬小麥冬前生育期與節(jié)氣對(duì)應(yīng)及偏移分析*

張 悅1,2，胡 琦1,2**，和驊蕓1,2，潘學(xué)標(biāo)1,2，馬雪晴1,2，黃彬香1,2，王 靖1,2

（1．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2．農(nóng)業(yè)部武川農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，呼和浩特 011700）

利用華北平原冬小麥種植區(qū)55個(gè)氣象站點(diǎn)1961?2017年逐日地面觀測(cè)資料，借助壽星公式，以氣候傾向率的方法，選取冬小麥越冬期所需積溫為指標(biāo)，分析了冬小麥越冬期、播種期所在的節(jié)氣時(shí)空分布和變化特征，并對(duì)冬小麥相關(guān)農(nóng)事活動(dòng)與節(jié)氣的對(duì)應(yīng)及偏移進(jìn)行探討。結(jié)果表明，近57a華北地區(qū)冬小麥越冬期推遲約3.7d，推遲趨勢(shì)顯著（P<0.05）。華北平原冬小麥播種期所在的節(jié)氣由北向南逐漸推遲，與P1時(shí)段（1961?1990年）相比，P2時(shí)段（1991?2017年）冬小麥播種期界限顯著北移。氣候變化背景下華北平原冬小麥農(nóng)事活動(dòng)與二十四節(jié)氣出現(xiàn)了一定的偏差，部分地區(qū)以前指導(dǎo)農(nóng)事活動(dòng)的諺語(yǔ)已不再完全適用，如山東省中部地區(qū)冬小麥最適播種期終止日由秋分節(jié)氣的第3候推遲至寒露節(jié)氣的第1候；河南省北部部分地區(qū)最晚播種期由寒露節(jié)氣的第3候推遲至霜降節(jié)氣的第1候。通過(guò)研究二十四節(jié)氣與冬小麥播種期的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)調(diào)整農(nóng)事活動(dòng)，未來(lái)還需考慮冬小麥生育期內(nèi)對(duì)應(yīng)節(jié)氣的光、水等自然因素和農(nóng)藝措施等人為因素的影響，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以適應(yīng)氣候變化。

華北平原；冬小麥；節(jié)氣；冬前生育期

二十四節(jié)氣源自黃河流域，是中國(guó)古代勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的探索中總結(jié)出來(lái)的重要規(guī)律。二十四節(jié)氣結(jié)合了不同時(shí)期光溫水資源的大致特征，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)確把握天時(shí)提供了時(shí)間尺度，同時(shí)能夠預(yù)估短期內(nèi)的氣候狀況，對(duì)各時(shí)期農(nóng)事活動(dòng)具有重要的借鑒意義[1?3]。中國(guó)各地區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)積累了許多適合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的農(nóng)候諺語(yǔ)，這些圍繞二十四節(jié)氣形成的農(nóng)候經(jīng)驗(yàn)知識(shí)易于掌握和傳播，至今仍在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用[4?5]。

氣候變化背景下，中國(guó)增溫趨勢(shì)顯著，唐國(guó)利等[6]研究表明，自1905年以來(lái)中國(guó)地表年平均氣溫增加速率約為0.08℃·10a?1，高于同期全球或北半球平均水平。1961?2009年華北地區(qū)四季氣溫日較差均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，其中冬季下降趨勢(shì)最明顯，春季次之[7]。華北地區(qū)是中國(guó)冬小麥主產(chǎn)區(qū)之一，冬小麥生育期及相關(guān)農(nóng)事活動(dòng)無(wú)疑會(huì)受到氣候變暖的影響，原先的節(jié)氣與農(nóng)事活動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系可能已經(jīng)不再準(zhǔn)確。錢誠(chéng)等[8]研究表明，季節(jié)性升溫階段的氣候節(jié)氣顯著提前6d以上，而季節(jié)性降溫階段的氣候節(jié)氣則顯著推遲5～6d，處于冬小麥生育期內(nèi)的驚蟄、清明、小滿和芒種這四個(gè)節(jié)氣均存在明顯提前的趨勢(shì)。趙芮芮等[9]研究同樣表明，華北平原二十四節(jié)氣中春季型節(jié)氣增溫最為顯著，驚蟄和清明增溫速率大于小滿和芒種，且季節(jié)型節(jié)氣在20世紀(jì)90年代之后增溫趨勢(shì)更明顯。

目前已有學(xué)者探究了華北地區(qū)各節(jié)氣熱量資源變化、干濕氣候變化，以及冬小麥生育期變化等問(wèn)題[10?14]，但針對(duì)氣候變化背景下二十四節(jié)氣與冬小麥農(nóng)事活動(dòng)變化的相關(guān)研究，特別是關(guān)于二者之間的對(duì)應(yīng)及偏移的分析較為罕見。本研究基于冬小麥生育期內(nèi)各節(jié)氣的平均溫度及越冬前所需積溫，計(jì)算了1961?2017年華北地區(qū)冬小麥冬前生育期與節(jié)氣之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，探討氣候變化對(duì)不同節(jié)氣內(nèi)冬小麥農(nóng)事活動(dòng)偏移的影響，旨在指導(dǎo)華北平原冬小麥不同種植區(qū)的科學(xué)播種。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

選擇華北平原冬小麥種植區(qū)具有1961?2017年完整時(shí)間序列的逐日氣象資料的臺(tái)站，共計(jì)55個(gè)，分布于北京、天津、河北、河南和山東等5省市，如圖1所示，根據(jù)趙廣才對(duì)于中國(guó)小麥種植區(qū)劃的研究[15]，以沿長(zhǎng)城與其北的春麥區(qū)為北界，將華北平原冬麥區(qū)分為北部冬性麥區(qū)（Ⅰ區(qū)）及弱冬性和弱春性麥區(qū)（Ⅱ區(qū)）。Ⅰ區(qū)屬于北部冬麥區(qū)，包括河北省境內(nèi)長(zhǎng)城以南的廊坊、保定、滄州、唐山、秦皇島市全部以及京津兩市全部；Ⅱ區(qū)大部分屬于黃淮冬麥區(qū)，包括山東省和河南省全部以及河北省中、南部（石家莊、衡水市以南）。

圖1 華北平原冬小麥種植區(qū)55個(gè)氣象站點(diǎn)分布

氣象數(shù)據(jù)下載自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0），該數(shù)據(jù)集經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量控制和檢查，缺測(cè)率約1‰，缺測(cè)的氣象要素采用Matlab編程進(jìn)行訂正：若缺測(cè)序列小于5d，缺測(cè)值采用線性插值方法代替；若缺測(cè)序列≥5d，則采用同一日值的多年平均值代替。

1.2 研究方法及數(shù)據(jù)處理

1.2.1 二十四節(jié)氣日期及節(jié)氣內(nèi)氣溫計(jì)算

為方便編程計(jì)算，首先采用壽星公式確定每年小寒日期（Date），其后節(jié)氣日期順次增加15d，即

Date = Y×D+C?[L] （1）

式中，Y為年份的后2位，無(wú)量綱常數(shù)；D為常數(shù)0.2422；L為20世紀(jì)初迄今的閏年數(shù)，普通年能被4整除且不能被100整除的為閏年；[]為取整符號(hào)；C為常數(shù)，20世紀(jì)為6.11，21世紀(jì)為5.4055。

1.2.2 氣候傾向率計(jì)算

用X表示樣本量為n的某一氣候要素，用t表示對(duì)應(yīng)的年序，采用最小二乘法擬合得到一元線性回歸方程，即

X = at + b (t = 1, 2, 3, …, n) （2）

式中，a為回歸系數(shù)，以a的10倍作為要素的氣候傾向率，a值為正代表要素隨年序增加，為負(fù)代表要素隨年序減少。采用F檢驗(yàn)法對(duì)擬合的回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P<0.05）。

1.2.3 冬小麥冬前生育期理論推算

將最低氣溫穩(wěn)定低于0℃作為冬小麥植株地上部分基本停止生長(zhǎng)進(jìn)入越冬期的標(biāo)志，結(jié)合55a來(lái)各個(gè)站點(diǎn)的氣溫觀測(cè)值，用5日滑動(dòng)平均法計(jì)算華北地區(qū)冬小麥越冬期初日及其所在的節(jié)氣。

冬小麥越冬期前所需積溫為400～700℃·d，一般認(rèn)為，Ⅰ區(qū)冬小麥形成高產(chǎn)壯苗所需冬前≥0℃積溫應(yīng)高于570℃·d[16?17]，其中最適積溫為550～600℃·d；而Ⅱ區(qū)冬小麥冬前≥0℃最適積溫為500～550℃·d[18?21]。根據(jù)該指標(biāo)，由越冬期初日開始向前推算大于0℃的積溫，直至越冬前的積溫達(dá)到所需積溫和最適積溫的區(qū)間，由此得到冬小麥最早播種期、最晚播種期、最適播種期初日和最適播種期終日及其所在節(jié)氣。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

分別計(jì)算研究區(qū)各站逐年冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)各節(jié)氣的平均氣溫（15日平均）、≥0℃活動(dòng)積溫和冬小麥越冬期初日，并推算冬小麥播種期，統(tǒng)計(jì)分析1961?2017年冬小麥播種期與各節(jié)氣（包括第1、2、3候）對(duì)應(yīng)及偏移情況。同時(shí)為比較其時(shí)段變化特征，將1961?2017年劃分為2個(gè)時(shí)段，時(shí)段1（P1）：1961?1990年；時(shí)段2（P2）：1991?2017年。

數(shù)據(jù)處理均利用Matlab2014軟件實(shí)現(xiàn)；空間分布圖利用ArcGIS10.1軟件反距離權(quán)重插值法（Inverse Distance Weighted Interpolation，IDW）制作，分辨率為0.02°。

2 結(jié)果與分析

2.1 華北平原冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)節(jié)氣平均氣溫和冬小麥越冬前積溫分析

由圖2可見，華北平原冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)可能包含的節(jié)氣共20個(gè)，分別為白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒、立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種和夏至。平均氣溫隨節(jié)氣變化呈現(xiàn)單谷型的特點(diǎn)，大部分站點(diǎn)從雨水節(jié)氣開始高于2℃，從大雪節(jié)氣開始低于0℃。華北平原冬小麥在14～18℃時(shí)播種較適宜，其中北京地區(qū)冬小麥適宜播種的溫度指標(biāo)為17～18℃[18]，由圖可知冬小麥最適播種期大致對(duì)應(yīng)秋分和寒露兩個(gè)節(jié)氣。

圖2 1961?2017年華北平原冬小麥生長(zhǎng)季各節(jié)氣內(nèi)平均氣溫（55站平均）

注：箱體上下邊緣表示上四分位數(shù)和下四分位數(shù)，中間橫線表示中位數(shù)，上下短橫線表示最大值和最小值，ｏ表示離群值點(diǎn)。下同。

Note: The upper and lower edges of the box represent the upper quartile and the lower quartile, the middle horizontal line represents the median, the upper and lower short horizontal line represents the maximum and minimum, and the o represents the outlier points. WD is white dews; AE is autumn equinox; CD is cold dews; HF is hoar-frost falls; WB is winter begins; LS is light snow; HS is heavy snow; WS is winter solstice; SC is slight cold; GC is great cold; SPB is spring begins; R is the rains; IA is insects awaken; VE is vernal equinox; CB is clear and bright; GR is grain rain; SUB is summer begins; GB is grain buds; GE is grain in ear; SS is summer solstice. The same as below.

計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)55個(gè)站點(diǎn)1961?2017年各節(jié)氣至冬小麥越冬期初日≥0℃積溫，并對(duì)每個(gè)站點(diǎn)求多年平均，繪制箱式圖，如圖3所示。華北平原霜降日、寒露日、秋分日和白露日至越冬期初日≥0℃積溫分別為330～520、570～790、830～1070和1140～1420℃·d。根據(jù)冬小麥播種期理論推算方法，越冬前所需積溫為400～700℃·d，對(duì)應(yīng)的最早播種期和最晚播種期分別平均在寒露節(jié)氣和霜降節(jié)氣。

圖3 1961?2017年華北平原冬小麥越冬前各節(jié)氣當(dāng)日?冬小麥越冬期初日均溫≥0℃積溫（55站平均）

2.2 華北平原冬小麥越冬期初日與節(jié)氣的對(duì)應(yīng)與偏移

2.2.1 冬小麥越冬期初日變化趨勢(shì)及氣候傾向率

計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)55個(gè)站點(diǎn)1961?2017年冬小麥逐年越冬期初日，并將平均后的日序與節(jié)氣對(duì)應(yīng)，如圖4a所示。由圖可以看出，1961?2017年華北平原冬小麥平均越冬期初日推遲了約3.7d，變化率為0.65d·10a?1，并通過(guò)顯著性檢驗(yàn)（P<0.05），主要在小雪節(jié)氣內(nèi)并上下波動(dòng)。

計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)各站點(diǎn)越冬期初日的氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。由圖4b可見，華北平原大部分站點(diǎn)近57a冬小麥越冬期初日呈顯著推遲的趨勢(shì)（P<0.05），山東北部一些地區(qū)甚至推遲約8.8d。

圖4 1961?2017年華北平原冬小麥越冬初日逐年變化及對(duì)應(yīng)節(jié)氣（a）和氣候傾向率的空間分布（b）

注：NS表示變化趨勢(shì)不顯著（P＞0.05）。

Note: NS showed no significant change trend (P＞0.05).

2.2.2 冬小麥越冬期初日與節(jié)氣的偏移

計(jì)算55個(gè)站點(diǎn)兩個(gè)時(shí)段冬小麥越冬期初日并與所在的節(jié)氣和候?qū)?yīng)，其空間分布如圖5所示。由圖5a可見，38°N以北的河北省中北部、北京和天津大部分地區(qū)冬小麥越冬期初日在立冬節(jié)氣；河北省南部、山東省大部分地區(qū)和河南省北部地區(qū)冬小麥越冬期初日處于小雪節(jié)氣；河南省中部、河南省南部和山東省東南部沿海地區(qū)冬小麥越冬期初日處于大雪節(jié)氣。

兩時(shí)段中越冬期初日由北至南分別都處于立冬、小雪和大雪3個(gè)節(jié)氣，但與P1時(shí)段相比，P2時(shí)段各節(jié)氣每一候之間的界限都發(fā)生了明顯的北移（圖5b）。山東省南部地區(qū)越冬期初日由小雪節(jié)氣的二候推遲至三候；河北省中部及天津南部的部分地區(qū)由立冬節(jié)氣的三候推遲至小雪節(jié)氣的一候。

圖5 P1時(shí)段（a）和P2時(shí)段（b）冬小麥越冬期初日所處節(jié)氣的空間分布

注：每一節(jié)氣的一、二、三候分別指該節(jié)氣當(dāng)日至第5天、第6?10天和第10天?下一節(jié)氣前一天。

Note: The first, second, third pentad of each solar term refer to the day from the first day to the fifth day, the sixth day to the tenth day and the tenth day to the day before the next solar term, respectively.

2.3 華北平原冬小麥播種期與節(jié)氣的對(duì)應(yīng)和偏移

2.3.1 冬小麥播種期年際變化趨勢(shì)

根據(jù)各站點(diǎn)的越冬期初日及Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)冬小麥各自所需的≥0℃積溫的上下限及適宜范圍，對(duì)各站點(diǎn)進(jìn)行平均，計(jì)算得到55個(gè)站點(diǎn)1961?2017年最早播種期、最晚播種期、最適播種期初始日和最適播種期終止日的逐年變化，并與所在節(jié)氣進(jìn)行對(duì)應(yīng)，如圖6所示。從圖可看出，1961?2017年華北平原冬小麥平均最早播種期、平均最晚播種期、平均最適播種期初始日和平均最適播種期終止日總體均呈現(xiàn)推遲趨勢(shì)，分別推遲了約4.5d、3.5d、3.9d和3.9d，且均通過(guò)顯著性檢驗(yàn)（P<0.05）。最早播種期和最晚播種期分別主要在秋分節(jié)氣和寒露節(jié)氣內(nèi)并上下波動(dòng)，最適播種期初始日和終止日則在秋分節(jié)氣和寒露節(jié)氣之間波動(dòng)。

圖6 1961?2017年華北平原冬小麥播種期初終日逐年變化及對(duì)應(yīng)節(jié)氣（55站平均）

2.3.2 冬小麥播種期氣候傾向率的空間分布

計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)各站點(diǎn)播種期初終日的氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，其空間分布如圖7所示。由圖可見，華北平原大部分站點(diǎn)近57a冬小麥播種期初終日都呈顯著推遲趨勢(shì)（P<0.05）。最早播種期的推遲最為廣泛，山東省北部一些地區(qū)甚至推遲了約8.8d；最適播種期初始日推遲最多的地區(qū)也是山東省北部，約8.6d；而最晚播種期和最適播種期終止日推遲最多的地區(qū)均出現(xiàn)在河南省西部，分別推遲約8.6d和8.3d。對(duì)于最早播種期、最晚播種期和最適播種期初始日、終止日，將所有呈顯著推遲趨勢(shì)的站點(diǎn)進(jìn)行平均，得到其氣候傾向率平均值分別為1.06、1.02、1.06、1.04d·10a?1。

圖7 華北平原1961?2017年冬小麥播種期初終日氣候傾向率的空間分布

2.3.3 冬小麥播種期與節(jié)氣的偏移

根據(jù)各站點(diǎn)的越冬期初日及Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)冬小麥各自所需的≥0℃積溫的上下限及適宜范圍，分別在P1時(shí)段（1961?1990年）和P2時(shí)段（1991?2017年）內(nèi)計(jì)算每個(gè)站點(diǎn)該時(shí)段內(nèi)的平均最早播種期、最晚播種期、最適播種期初始日和終止日，并與當(dāng)年所在的節(jié)氣和節(jié)氣內(nèi)的候?qū)?yīng)，進(jìn)行空間插值，結(jié)果見圖8。

由圖8a2、圖8b2可見，近27a來(lái)，華北平原冬小麥最早播種期由北至南分別與二十四節(jié)氣中的白露、秋分、寒露3個(gè)節(jié)氣對(duì)應(yīng)，最晚播種期由北至南分別與秋分、寒露、霜降3個(gè)節(jié)氣對(duì)應(yīng)，均表現(xiàn)為由北向南推遲的特點(diǎn)，南部與北部相差約兩個(gè)節(jié)氣（約30d），大部分站點(diǎn)最早與最晚播種期之間相差3～4候（15～20d）。冬小麥最早播種期在38°N以北的河北省中北部、北京和天津大部分地區(qū)處于白露節(jié)氣；河北省南部、山東省全境和河南省北部地區(qū)處于秋分節(jié)氣；河南省南部地區(qū)則處于寒露節(jié)氣。

（a）最早播種期Earliest sowing date；（b）最晚播種期Latest sowing date；（c）最適播種期初始日Initial day of optimal sowing date；（d）最適播種期終止日Termination day of optimal sowing date

由圖8c2、圖8d2可見，近27a來(lái)，華北平原冬小麥最適播種期初始日由北至南分別與二十四節(jié)氣中的白露、秋分、寒露3個(gè)節(jié)氣對(duì)應(yīng)，最適播種期終止日由北至南分別與秋分、寒露兩個(gè)節(jié)氣對(duì)應(yīng)，均表現(xiàn)為由北向南推遲的特點(diǎn)，大部分站點(diǎn)最適播種期初始日、終止日之間相差3～4d。河北省南部和天津大部分地區(qū)的最適播種期處于秋分節(jié)氣中，河南省全境和山東省南部地區(qū)的最適播種期處于寒露節(jié)氣中。

由圖8a1、圖8a2和圖8b1、圖8b2可知，P2時(shí)段與P1時(shí)段相比，研究區(qū)內(nèi)最早播種期和最晚播種期所在各節(jié)氣每一候之間的界限都發(fā)生了明顯的北移。山東省中北部地區(qū)最早播種期由秋分節(jié)氣的第1候推遲至秋分節(jié)氣的第2候；河南省中北部部分地區(qū)最晚播種期由寒露節(jié)氣的第3候推遲至霜降節(jié)氣的第1候。

由圖8c1、圖8c2和圖8d1、圖8d2可知，P2時(shí)段與P1時(shí)段相比，研究區(qū)內(nèi)最適播種期初始日、終止日所在各節(jié)氣每一候之間的界限都發(fā)生了明顯的北移。山東省中部地區(qū)最適播種期初始日由秋分節(jié)氣的第3候推遲至寒露節(jié)氣的第1候；南部地區(qū)最適播種期終止日由寒露節(jié)氣第1候推遲至第2候。以往的諺語(yǔ)“白露前后耕大茬，秋分種麥最為佳”表明山東地區(qū)最適宜在秋分節(jié)氣播種冬小麥，顯然這個(gè)規(guī)律已經(jīng)發(fā)生變化，山東地區(qū)最適播種期應(yīng)為寒露節(jié)氣的第1候左右。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

氣候變化背景下，全球地表氣溫呈波動(dòng)上升趨勢(shì)[22]，中國(guó)氣溫增暖尤其明顯，近幾十年增溫速率明顯高于全球或北半球同期，增暖趨勢(shì)更顯著[23?25]。氣候增暖使得二十四節(jié)氣內(nèi)熱量資源發(fā)生了顯著變化，1961?2017年華北平原所有節(jié)氣內(nèi)氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)[10]，各節(jié)氣內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)事活動(dòng)等都將受到一定的影響[26]。本研究以二十四節(jié)氣為切入點(diǎn)，選取冬小麥生育期≥0℃活動(dòng)積溫為指標(biāo)，對(duì)氣候變化背景下1961?2017年華北平原冬小麥冬前生育期與節(jié)氣的對(duì)應(yīng)及偏移進(jìn)行分析。

氣候增暖對(duì)華北地區(qū)冬小麥生育期產(chǎn)生了一定影響，與P1時(shí)段（1961?1990年）相比，P2時(shí)段（1991?2017年）研究區(qū)內(nèi)冬小麥越冬期有推遲的趨勢(shì)，其所在節(jié)氣的空間分布界限有一定程度北移。王培娟等[14]研究也有類似的結(jié)果。

受越冬期推遲的影響，研究區(qū)域內(nèi)冬小麥最早、最晚播種期及最適播種期的初始日、終止日所在節(jié)氣的空間分布界限也都發(fā)生北移，呈顯著推遲趨勢(shì)（P<0.05）。本研究發(fā)現(xiàn)近57a來(lái)華北平原冬小麥最晚播種期、最適播種期初始日、終止日分別平均推遲3.5d、3.9d和3.9d，前人研究指出1981?2007年魯西南冬小麥的適宜播種期較1954?1981年推遲7d左右[27]，魯西北冬小麥適宜播種的最佳時(shí)段比傳統(tǒng)的播種時(shí)間明顯后推[28]，吳云龍等[29]在河北地區(qū)也有類似的研究結(jié)果。氣候變化背景下，秋末冬初和冬季氣溫偏高趨勢(shì)非常明顯，冬小麥冬前旺長(zhǎng)年份增多，使小麥有可能在冬前完成春化階段而開始幼穗分化甚至拔節(jié)，這非常不利于小麥的安全過(guò)冬[30]。適期晚播能夠顯著提高苗后積溫利用率，推遲播期有利于節(jié)約光熱資源，為上茬秋作物騰出較多積溫，讓其在田間充分灌漿和成熟[31?32]。

冬小麥播種期的推遲使節(jié)氣內(nèi)對(duì)應(yīng)的農(nóng)事活動(dòng)發(fā)生了改變，研究表明，以往河南省諺語(yǔ)“秋分早，霜降遲，寒露種麥正當(dāng)時(shí)”仍然適用，但河南省的不同地區(qū)最適播種期在寒露節(jié)氣內(nèi)所在的候會(huì)有偏差；P2時(shí)段北京南部地區(qū)的最晚播種期較P1時(shí)段已經(jīng)由秋分節(jié)氣的三候推遲至寒露節(jié)氣的一候，但北京北部地區(qū)最適播種期終止日仍處于秋分節(jié)氣的一候，因此以往的諺語(yǔ)“白露早，寒露遲，秋分種麥正當(dāng)時(shí)”也應(yīng)根據(jù)不同地點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。王賀然等[21]研究表明，從北京地區(qū)播種的溫度條件來(lái)看，秋分及更早時(shí)段將不利于種子的萌發(fā)，原有冬性品種的種植時(shí)間可以推遲到寒露時(shí)期。

3.2 結(jié)論

在氣候變化背景下華北平原二十四節(jié)氣與農(nóng)事活動(dòng)出現(xiàn)了一定的偏差，單就冬小麥冬前的生育期來(lái)說(shuō)，播種期和越冬期已經(jīng)出現(xiàn)了推遲的變化趨勢(shì)，其所在節(jié)氣的空間分布界限都有一定程度北移。因此過(guò)去節(jié)氣對(duì)農(nóng)事活動(dòng)的指導(dǎo)已經(jīng)不夠準(zhǔn)確，需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。本研究結(jié)果是對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行了多年平均得到的，典型年份可能會(huì)有較大差異。此外，目前冬小麥的許多新品種對(duì)冬前積溫的要求也有明顯變化，本研究?jī)H從溫度單方面分析了冬小麥冬前生育期的變化，并沒(méi)有將光照、降水等多種氣候要素以及冬小麥新品種的影響考慮進(jìn)去，所以結(jié)果僅能提供參考，未來(lái)研究還需要綜合考慮多方面的因素，為農(nóng)作物增產(chǎn)增收提供科學(xué)依據(jù)。

[1] 王玉宗.二十四節(jié)氣與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系研究[J].長(zhǎng)江叢刊, 2017,(10):141-142.

Wang Y Z.Study on the relationship between 24 solar terms and agricultural production[J].Yangtze River Series,2017,(10): 141-142.(in Chinese)

[2] 周紅.二十四節(jié)氣與現(xiàn)代文明傳承的現(xiàn)實(shí)意義研究[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2015,32(3):90-92.

Zhou H.The study on the significance of the 24 solar terms on modern civilization promotion[J].Journal of Jilin Institute of Chemical Technology,2015,32(3):90-92.(in Chinese)

[3] 萬(wàn)惠恩.芻議二十四節(jié)氣與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系[J].湖北植保, 1999,(2):26-27.

Wan H E.On the relationship between 24 solar terms and agricultural production[J].Hubei Plant Protection,1999,(2): 26-27.(in Chinese)

[4] 王廷彩.二十四節(jié)氣與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)系[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè),2012, (5):211.

Wang T C.The relationship between 24 solar terms and agricultural production[J].Modern Agriculture,2012,(5):211. (in Chinese)

[5] 高洪濤.淺談二十四節(jié)氣與內(nèi)蒙古地區(qū)農(nóng)事活動(dòng)[J].內(nèi)蒙古氣象,2017,(3):42-46.

Gao H T.Discussion on the twenty-four solar terms and agricultural activities in Inner Mongolia[J].Meteorology Journal of Inner Mongolia,2017,(3):42-46.(in Chinese)

[6] 唐國(guó)利,任國(guó)玉.近百年中國(guó)地表氣溫變化趨勢(shì)的再分析[J].氣候與環(huán)境研究,2005,10(4):791-798.

Tang G L,Ren G Y.Reanalysis of surface air temperature change of the last 100 years over China[J].Climatic and Environmental Research,2005,10(4):791-798.(in Chinese)

[7] 周杰,邵海燕,吳永萍,等.華北地區(qū)氣溫日較差的時(shí)空特征和氣候變化[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013,16(3): 35-40.

Zhou J,Shao H Y,Wu Y P,et al.Spatial and temporal characteristics of diurnal temperature range in North China[J].Journal of Yangzhou University (Natural Science Edition),2013,16(3):35-40.(in Chinese)

[8] 錢誠(chéng),嚴(yán)中偉,符淙斌.1960-2008年中國(guó)二十四節(jié)氣氣候變化[J].科學(xué)通報(bào),2011,56(35):3011-3020.

Qian C,Yan Z W,Fu C B.Twenty-four seasons climate change in China from 1960-2008[J].Chinese Science Bulletin,2011, 56(35):3011-3020.(in Chinese)

[9] 趙芮芮,殷淑燕,王水霞.1961-2014年華北平原二十四節(jié)氣氣溫變化特征[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017,56(6): 38-47.

Zhao R R,Yin S Y,Wang S X.Air temperature variation analysis of the twenty-four solar terms in the North China Plain from 1961-2014[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2017,56(6):38-47.(in Chinese)

[10] 董蓓,胡琦,潘學(xué)標(biāo),等.1961-2014年華北平原二十四節(jié)氣熱量資源的時(shí)空分布變化分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2017, 38(3):131-140.

Dong B,Hu Q,Pan X B,et al.Spatiotemporal distribution and variation of heat resources in the twenty-four solar terms in north China plain over the period 1961-2014[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2017,38(3):131-140.(in Chinese)

[11] 胡琦,董蓓,潘學(xué)標(biāo),等.不同時(shí)間尺度下華北平原干濕氣候時(shí)空變化及成因分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2017,38(5): 267-277.

Hu Q,Dong B,Pan X B,et al.Spatiotemporal variation and causes analysis of dry-wet climate at different time scales in North China Plain[J].Chinese Journal of Agrometeorology, 2017,38(5):267-277.(in Chinese)

[12] 王曉霞,馮雪菲,張富榮,等.朝陽(yáng)地區(qū)近50年生長(zhǎng)季小麥有效積溫變化特征分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(2):280- 285.

Wang X X,Feng X F,Zhang F R,et al.Analysis on effective accumulated temperature variation characteristic of wheat growth in Chaoyang area in 50 years[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2014,30(2):280-285.(in Chinese)

[13] 高桂芹,齊作輝.冬季負(fù)積溫變化特征及其對(duì)冬小麥的影響[J].氣象科技,2007,(3):404-406.

Gao G Q,Qi Z H.Impact of negative accumulated temperature variation on winter wheat[J].Meteorological Science and Technology,2007,(3):404-406.(in Chinese)

[14] 王培娟,梁宏,謝東輝,等.氣候變暖對(duì)華北冬小麥返青前熱量條件的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào),2014,34(1):54-63.

Wang P J,Liang H,Xie D H,et al.Influence of climate warming on heat conditions before green-up stages for winter wheat in North China Plain[J].Journal of Triticeae Crops,2014,34(1):54-63.(in Chinese)

[15] 趙廣才.中國(guó)小麥種植區(qū)劃研究(一)[J].麥類作物學(xué)報(bào), 2010,30(5):886-895.

Zhao G C.Study on Chinese wheat planting regionalization (Ⅰ)[J].Journal of Triticeae Crops,2010,30(5):886-895.(in Chinese)

[16] 于振文.現(xiàn)代小麥生產(chǎn)技術(shù)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 2007:23-24.

Yu Z W.Techniques in modern wheat production[M]. Beijing:China Agriculture Press,2007:23-24.(in Chinese)

[17] 李豐,周宏美,趙秀峰,等.播種期對(duì)周麥18號(hào)籽粒灌漿特性及產(chǎn)量構(gòu)成的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,(5):29-32.

Li F,Zhou H M,Zhao X F,et al.Effects of sowing dates on grain filling characteristics and yield components of Zhoumai 18[J].Shandong Agric Sci,2010,(5):29-32.(in Chinese)

[18] 周吉紅,毛思帥,王俊英,等.北京地區(qū)小麥生育期溫度演變及不同生育時(shí)期溫度指標(biāo)[J].作物雜志,2016,(3):116-122.

Zhou J H,Mao S S,Wang J Y,et al.Temperature evolution and indicator of wheat growth period in Beijing[J].Crops, 2016,(3):116-122.(in Chinese)

[19] 呂麗華,梁雙波,張麗華,等.不同小麥品種產(chǎn)量對(duì)冬前積溫變化的響應(yīng)[J].作物學(xué)報(bào),2016,42(1):149-156.

Lv L H,Liang S B,Zhang L H,et al.Yield in response to accumulated temperature before winter in winter wheat[J]. Acta Agronomica Sinica,2016,42(1):149-156.(in Chinese)

[20] 馬倩倩,賀勇,張夢(mèng)婷,等.中國(guó)北部冬麥區(qū)小麥生育期對(duì)生育階段積溫變化的響應(yīng)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(4): 233-244.

Ma Q Q,He Y,Zhang M T,at al.Responses of winter wheat phenology to accumulated temperature during growing periods in northern China wheat belt[J].Chinese Journal of Arometeorology,2018,39(4):233-244.(in Chinese)

[21] 王賀然.北京地區(qū)冬小麥適應(yīng)氣候變化的播期和品種試驗(yàn)研究[D].北京:首都師范大學(xué),2013.

Wang H R.Study on sowing date and variety of winter wheat adaptation to climate change in Beijing area[J].Beijing: Capital Normal University,2013.(in Chinese)

[22] Edenhofer O,Seyboth K.Intergovernmental panel on climate change(IPCC)[J].Encyclopedia of Energy Natural Resource & Environmental Economics,2013,26(D14):48-56.

[23] 虞海燕,劉樹華,趙娜,等.1951-2009年中國(guó)不同區(qū)域氣溫和降水量變化特征[J].氣象與環(huán)境學(xué)報(bào),2011,27(4):1-11. Yu H Y,Liu S H,Zhao N,et al.Characteristics of air temperature and precipitation in different regions of China from 1951 to 2009[J].Journal of Meteorology and Environment, 2011,27(4):1-11.(in Chinese)

[24] 楊建瑩,陳志峰,嚴(yán)昌榮,等.近50年黃淮海平原氣溫變化趨勢(shì)和突變特征[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2013,34(1):1-7.

Yang J Y,Chen Z F,Yan C R,et al.Spatio-temporal characteristics and jump features of air temperature in Huang-Huai-Hai plain during recent 50 years[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2013,34(1):1-7.(in Chinese)

[25] 譚方穎,王建林,宋迎波,等.華北平原近45年農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2009,30(1):19-24.

Tan F Y,Wang J L,Song Y B,et al.Analysis of changing characteristics of agricultural climate resources over last 45 years in North China Plain[J].Chinese Journal of Arometeorology, 2009,30(1):19-24.(in Chinese)

[26] 肖國(guó)舉,張強(qiáng),王靜.全球氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,18(8):1877-1885．

Xiao G J,Zhang Q,Wang J.Impact of global climate change on agro-ecosystem:a review[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2007,18(8):1877-1885.(in Chinese)

[27] 張翠英.氣候變暖對(duì)魯西南冬小麥播種期的影響[J].氣象科技,2008,(5):609-611.

Zhang C Y.Impact of climate change on seeding time of winter wheat[J].Meteorological Science and Technology, 2008,(5):609-611.(in Chinese)

[28] 榮云鵬,朱保美,韓貴香,等.氣溫變化對(duì)魯西北冬小麥最佳適播期的影響[J].氣象,2007,(10):110-113.

Rong Y P,Zhu B M,Han G X,et al.The effect of temperature change on proper seeding time of winter wheat in the northwest of Shandong province[J].Meteorological Monthly, 2007,(10):110-113.(in Chinese)

[29] 吳云龍,李麗平,劉勝堯,等.石家莊地區(qū)冬小麥適播期時(shí)空變化分析[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015,23(6):768-774.

Wu Y L,Li L P,Liu S Y,et al.Spatial and temporal variations in optimum sowing date of winter wheat in Shijiazhuang city[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2015,23(6):768- 774.(in Chinese)

[30] 安晉森,周家華,陳英慧,等.適期晚播對(duì)冬小麥生長(zhǎng)生育和氣象災(zāi)害預(yù)防作用[J].農(nóng)業(yè)災(zāi)害研究,2012,2(5):8-10.

An J S,Zhou J H,Chen Y H,et al.Role of due delayed sowing in growth and reproduction of winter wheat and prevention of meteorological disasters[J].Journal of Agricultural Catastrophology,2012,2(5):8-10.(in Chinese)

[31] 楊洪賓,李春光,徐成忠,等.濟(jì)寧市秋冬積溫變遷及其對(duì)冬小麥生長(zhǎng)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2008,29(1):20-22.

Yang H B,Li C G,Xu C Z,et al.Changes of accumulated temperature during autumn and winter and their impacts on winter wheat growth in Jining city of Shandong province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2008,29(1): 20-22.(in Chinese)

[32] 楊洪賓,徐成忠,李春光,等.播期對(duì)冬小麥生長(zhǎng)及所需積溫的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2009,30(2):201-203.

Yang H B,Xu C Z,Li C G,et al.Growth and required accumulated temperature of winter wheat under different sowing time[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2009, 30(2):201-203.(in Chinese)

Correspondence and Shifting Analysis for the Winter Wheat Growing Period before Winter and Solar Terms in the North China Plain under Climate Change Background

ZHANG Yue1,2, HU Qi1,2, HE Hua-yun1,2, PAN Xue-biao1,2, MA Xue-qing1,2, HUANG Bin-xiang1,2, WANG Jing1,2

(1.College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2.Scientific and Observing Experimental Station of Agro-Environment, Ministry of Agriculture, Hohhot 011700)

Based on the 1961?2017 surface data from 55 meteorological stations in the winter wheat planting area of North China Plain, the accumulated temperature required for winter wheat wintering period was selected as the index to analyze the spatial and temporal distribution and variation characteristics of the solar terms of wintering period and sowing period. This study have used the longevity formula and the method of climatic tendency rate. The correspondence and deviation between winter wheat related agricultural activities and solar terms were also discussed. The wintering period of winter wheat in North China showed a trend of significant delay (P<0.05) in recent 57 years. It was delayed by about 3.7 days. The solar term of the sowing time for winter wheat in North China Plain is gradually postponed from north to south. Compared with P1 period (1961?1990), the boundary of sowing period of winter wheat in P2 period (1991?2017) moved northward significantly. Under the background of climate change, there is a certain deviation between winter wheat farming activities and 24 solar terms in North China Plain. The proverbs used to guide farming activities in some areas are no longer fully applicable. For example, the termination day of optimal sowing date of winter wheat in central Shandong Province was postponed from the third pentad of the Autumn Equinox to the first pentad of the Cold Dews. The latest sowing date of winter wheat in northern Henan Province was postponed from the third pentad of the Cold Dews to the first pentad of Hoar-frost Falls.In this paper, agricultural activities were adjusted by studying the corresponding relationship between 24 solar terms and sowing date of winter wheat. In the future, we need to consider the effects of natural factors such as light, water and agronomic measures during the growth period of winter wheat, and scientifically guide agricultural production to adapt to climate change.

North China Plain; Winter wheat; Solar terms; Growing period before winter

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.07.001

2018?11?26**

。E-mail：huq@cau.edu.cn

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0300404；2017YFD0300304）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41271053）

張悅（1997?），女，本科生，研究方向?yàn)闅夂蜃兓?、農(nóng)業(yè)減災(zāi)。E-mail：z220yuE@163.com

張悅,胡琦,和驊蕓,等.氣候變化背景下華北平原冬小麥冬前生育期與節(jié)氣對(duì)應(yīng)及偏移分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2019,40(7):411-421