阜陽市氣象要素與小麥千粒重的關系分析及預測

王曉玲 張慶奎 張桂芳

摘要：利用2006—2015年小麥（Triticum aestivum L.）抽穗至成熟期間千粒重和同期氣象數(shù)據(jù)，采用SPSS統(tǒng)計分析工具分析了二者之間的關系。結果表明，該時段日最低氣溫對小麥千粒重的影響最為明顯，其次是日照時間和總日照時間。并建立了以氣象主要影響因子與千粒重的多元線性回歸預測模型作為預測小麥千粒重的依據(jù)，2016—2017年獨立預測檢驗精度在67%，說明該模型具有較高的應用價值。

關鍵詞：小麥（Triticum aestivum L.）；SPSS；氣象要素；千粒重

中圖分類號：S512.1 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）03-0042-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.03.011 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Based on the thousand kernel weight and the meteorological data between heading period and mature period of wheat （Triticum aestivum L.） during 2006 to 2015， the relationship between the two was analyzed by using SPSS statistical analysis tool. The results showed that the daily minimum temperature had the most significant effect on the thousand kernel weight， followed by sunshine hours and total sunshine hours. The multivariate linear regression prediction model based on the correlation between the main influencing factors and thousand kernel weight was established as a basis for predicting the thousand grain weight of wheat. The independent forecasts inspection accuracy during 2016 to 2017 was about 67%， showed that the model has good application value.

Key words： wheat（Triticum aestivum L.）； SPSS； meteorological elements； thousand grain weight

千粒重是構成小麥（Triticum aestivum L.）產量的要素之一，隨著小麥良種培育技術的成熟，農業(yè)科技人員不斷培育出優(yōu)質高產的小麥品種[1，2]。近幾年，安徽省阜陽市小麥千粒重呈增長趨勢，但受氣候條件的影響，不同品種不同年份的小麥千粒重會有波動[3-5]。阜陽市是一個農業(yè)大市，小麥種植面積占作物面積的80%，也是皖西北主要的糧食生產基地，是享譽盛名的百億江淮糧倉[6]。關于氣候條件對小麥產量的影響研究較多[7-13]，但目前阜陽市關于小麥千粒重與氣象要素之間的關系還沒有具體的研究成果。本研究為了探究阜陽市氣候條件下，影響小麥生育后期的主要氣象因子，建立了小麥千粒重的預測模型，以期提高氣象為農服務水平，為農業(yè)及氣象部門預測小麥千粒重提供參考依據(jù)。關于氣候因子與千粒重關系研究的方法有非線性擬合[14]、分位數(shù)回歸[15]等，本研究利用SPSS統(tǒng)計分析軟件作多元線性回歸分析，其優(yōu)點是能夠篩選出對因變量貢獻率較大的氣象因子，優(yōu)化模擬方程。

1 材料與方法

1.1 資料的選取

小麥千粒重資料來源于阜陽市農業(yè)科學院半冬性小麥品種的試驗數(shù)據(jù)，并選取綜合品質評估位居前三位的千粒重記錄資料；氣象資料來源于阜陽市氣象局地面觀測數(shù)據(jù)資料庫，以上資料時段均為2006—2017年。

1.2 資料的處理

氣象數(shù)據(jù)的選取時段為該小麥品種抽穗至成熟期的日平均資料，活動積溫、累計降水量、日照時間，作5 d滑動平均處理。千粒重資料為原始觀測數(shù)據(jù)，時間為小麥開始抽穗至成熟的天數(shù)。

1.3 方法

利用SPSS統(tǒng)計分析軟件對小麥千粒重和氣象要素相關性進行定量分析，建立以千粒重為因變量，氣象主要影響因子為自變量的預測模型。并利用2016—2017年兩年的千粒重進行模型預測獨立檢驗。

2 結果與分析

2.1 阜陽市半冬性小麥生育期氣象因子的時空分布

阜陽市地處南北氣候過渡帶，屬大陸性半濕潤季風氣候，四季分明，雨量適中（年均降水830～950 mm），氣候溫和（年均氣溫14.5～15.2 ℃，無霜期200～220 d），光照充足。阜陽市半冬性小麥種植期一般在10月15日左右，成熟期在次年的5月23日至6月3日，全生育期214～220 d。期間溫度變化從高到低再到高，與半冬性小麥生長對溫度條件的需求基本吻合。4—5月是小麥千粒重形成的關鍵時期，溫、光、水的綜合作用影響小麥子粒的形成和品質。從2006—2015年4—5月的日照時間、月平均溫度和月降水量變化曲線圖來看，10年間，阜陽市日照時間總體呈減少趨勢，其中5月日照時間減少趨勢較為明顯（圖1a），5月平均溫度2009年以后上升趨勢明顯，4月平均溫度在2010年出現(xiàn)最低點（13.1 ℃），2011年出現(xiàn)最高點（17.1 ℃）（圖1b）。4月和5月降水量都有減少的趨勢（圖略）。

2.2 小麥千粒重變化趨勢

小麥從抽穗到成熟期是小麥子粒形成的關鍵時期，從圖2可以看出，阜陽市10年間小麥千粒重變化分為兩個階段，2006—2010年總體呈增加趨勢，2011、2012年出現(xiàn)低點，2012年后又呈上升趨勢。從氣象觀測資料看，2011年4月溫度出現(xiàn)異常，最低只有0.5 ℃，最高達36.1 ℃，并且 5月中旬還出現(xiàn)了干熱風天氣，加速了小麥灌漿，縮短了灌漿期，導致千粒重減少。2012年小麥揚花期出現(xiàn)了連陰雨天氣，且雨后有7～8級大風，造成小麥不同程度的倒伏和赤霉病的發(fā)生，5月又出現(xiàn)干旱，導致灌漿期縮短，后期出現(xiàn)了不同程度的早衰現(xiàn)象，對子粒的形成產生了很大的影響。

2.3 利用SPSS作多元線性回歸分析

首先建立一個由千粒重和氣象因子組成的數(shù)據(jù)文件，以千粒重為因變量，該數(shù)據(jù)文件中所有氣象因子為自變量，利用SPSS對該數(shù)據(jù)文件進行多元線性回歸分析，并選擇向后回歸的方法，將自變量一次納入回歸，然后根據(jù)標準刪除一個最不顯著的自變量，對保留因子再作一次回歸判斷其余自變量的取舍，直到保留的自變量都達到要求。該回歸排除的因子依次為風速、日平均溫度、日降水量、日最高溫度、總降水量、活動積溫和小麥抽穗至成熟所需時間。然后對符合標準的變量再次作逐步回歸，排除不顯著的因子并刪除，得到表1和表2。從表1可以看出，隨著逐步回歸的進行，相關系數(shù)（R）、判定系數(shù)（R2）和調整判定系數(shù)（調整R2）逐漸增大，預測值的估計標準誤差卻逐漸減小，說明回歸方程的擬合優(yōu)度逐步提高。通過逐步回歸得到模型3，模型3的R為0.761，R2和調整R2分別為0.579和0.530，表示方程預測精度在50%以上；預測值的估計標準誤差為3.424 7；DW為2.097，說明殘差獨立。

從表2可以看出，進入方程的3個變量中，最低溫度對千粒重的影響最大，其次是日照時間和總日照時間，各自變量的獨立檢驗結果P值都小于0.05，按照給定的顯著性水平0.05的情形下，均有顯著性意義。VIF值都小于2，不存在自變量之間共線性的問題。

圖3a為標準化殘差的直方圖，表明了數(shù)據(jù)的正態(tài)性，圖3b為標準化殘差的標準P-P圖，各觀測的散點基本呈直線趨勢，說明該方程有意義。從分析結果看，阜陽市4—5月的平均最低溫度和平均日照時間有利于小麥灌漿期子粒的增重。

2.4 檢驗預測

由以上分析結果利用多元回歸方程對2016和2017年小麥千粒重進行獨立性檢驗預測，結果如表3所示。從表3可以看出，2016和2017年都有一個品種誤差值大于標準誤差3.424 7 g。2016年該誤差值較大的品種的千粒重觀測值與同年其他品種千粒重相比高6 g左右，其綜合品性的排名位居第二；2017年該誤差值較大的品種的千粒重相比同年其他品種少了3～4 g，其綜合品性的排名位居第三，說明培育優(yōu)良品種能夠提高應對氣候條件的適應性。

3 小結與討論

本研究前期對小麥抽穗到成熟期千粒重與氣象因子的相關性分析結果顯示，風速對千粒重的影響最小，日平均溫度、日降水量、日最高溫度和該時段總的降水量、積溫、時間對千粒重的影響依次增大。2006—2015年氣候正常的年份，阜陽市4—5月平均最低溫度和平均日照時間有利于小麥千粒重的增加，以日平均最低溫度影響最大，其次是日照時間和總日照時間。由于小麥千粒重資料有限，延長樣本容量，小麥抽穗到成熟期的時間進入模擬方程，并且，預測能力明顯提高。由于影響千粒重的因素不僅有氣象的原因，還有土壤條件、管理技術等，還需要對模型進一步優(yōu)化，以期得到更理想的結果。

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