2010—2019年西藏中南部春油菜生育期變化特征

杜 軍，高佳佳，厲愛麗，次旺頓珠，次 旺

（1西藏高原大氣環(huán)境科學(xué)研究所，拉薩 850001；2西藏高原大氣環(huán)境研究重點實驗室，拉薩 850001；3西藏自治區(qū)氣候中心，拉薩 850001）

0 引言

IPCC 第5 次評估報告指出，1983—2012 年，每10年全球地表溫度的增暖幅度高于1850 年以來的任何時期。在北半球，1983—2012年可能是最近1400年來氣溫最高的30 年，21 世紀的第一個10 年是最暖的10年[1]。1951—2019 年，中國地表年平均氣溫每10 年升高0.24℃，升溫速率明顯高于同期全球平均水平[2]。素有“世界屋脊”和“亞洲水塔”之稱的青藏高原[3-4]，升溫趨勢更為明顯，1961—2019年地表年平均氣溫升溫速率達0.37/10 a[2]。1961—2018 年西藏地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢，增幅為0.32℃/10 a，明顯高于同期全球(0.16℃/10 a)、亞洲(0.26℃/10 a)和全國(0.29℃/10 a)；年降水量以7.65 mm/10 a 的速率呈增加趨勢，尤其是1981—2018年增幅較大，為14.42 mm/10 a[5]，西藏暖濕化氣候明顯。全球氣候變暖背景下中國各區(qū)域主要農(nóng)作物生育期均產(chǎn)生了變化，近來研究主要集中在小麥[6-8]、玉米[9-11]、水稻[12-13]等主要糧食作物以及棉花[14-16]、大豆[17-18]等主要經(jīng)濟作物上。油菜作為中國第一大油料作物受氣候變化影響，種植區(qū)域分布也發(fā)生了明顯的變化，一是種植北界具有“東減、北移、西擴”特征[19]，二是種植地明顯向高緯度、高海拔地區(qū)發(fā)展[20]。青藏高原無論是春油菜還是冬油菜其種植北界均明顯向北推移，冬油菜所占比例逐漸升高[20]；發(fā)育期對氣候變化的響應(yīng)差異明顯，青海省共和地區(qū)油菜播種期至五葉期提前，現(xiàn)蕾期至成熟期推遲，全生育期延長[21]；青海省貴南高寒地區(qū)春油菜成熟期、播種期、抽苔期、五真葉和現(xiàn)蕾期等生育期均表現(xiàn)為顯著延遲的變化特征，而出苗期無明顯響應(yīng)[22]。

西藏油菜分布廣泛，主要分布在海拔3500～4000 m的河谷地帶，在4000 m以上地區(qū)以種植白菜型小油菜為主，4000 m 以下地區(qū)以種植芥菜型大油菜為主，也種植部分白菜型品種。油菜具有抗寒、抗旱、耐貧瘠、含油量高、芥酸含量也高等特點，全區(qū)以種植白菜型春油菜為主，約占油菜播種面積的80%～85%[23]。當前國內(nèi)學(xué)者主要在西藏油菜種質(zhì)資源、遺傳多樣性、光溫特性、需水關(guān)鍵期降水變化等[24-27]方面研究較多，而針對西藏高原油菜生育期對氣候變化的響應(yīng)研究少見報道。本研究擬利用西藏中南部澤當農(nóng)業(yè)氣象觀測站2010—2019 年春油菜生育期和1981—2019 年氣象觀測資料，研究高原春油菜主要生育期及其間氣象要素（氣溫、降水量、日照時數(shù)等）的變化特征，以期為西藏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及適應(yīng)氣候變化提供基礎(chǔ)性科技支撐。

1 研究區(qū)概況

西藏自治區(qū)山南市乃東區(qū)地處西藏中南部、岡底斯山南部、雅魯藏布江中游(90°14′—94°22′E、27°08′—29°47′N)，地貌以高山和河谷為主。雅魯藏布江自西向東橫貫該區(qū)，將其分為南、北兩部分。最高海拔為6647 m的雅拉香波山，是天然的雪山冰川，也是雅礱河的源頭?？偯娣e0.22×104km2，平均海拔3560 m。該區(qū)屬高原溫帶季風(fēng)半干旱氣候，年日照時數(shù)為2876.6 h，年太陽總輻射為6018.9 MJ/m2；年平均氣溫為9.1℃，氣溫年較差為16.1℃，年極端最高氣溫為31.5℃，年極端最低氣溫為-18.2℃，≥0℃積溫為3352.2℃·d；年降水量為383.5 mm，日最大降水量為42.9 mm，年蒸發(fā)量為2728.5 mm，年無霜期為143天。日照時間長，輻射強，熱量水平高，干濕季節(jié)明顯，降水集中，雨熱同季，因此該區(qū)光、溫、水等農(nóng)業(yè)氣候資源較為豐富，素有西藏糧倉之美稱。農(nóng)作物主要有春青稞、冬小麥、春小麥和油菜等。《西藏統(tǒng)計年鑒2019》[28]顯示：乃東區(qū)2018 年年末實有耕地面積為4277 hm2，農(nóng)作物總播種面積為4248 hm2。糧食播種面積為3297 hm2，總產(chǎn)量為24217 t，單產(chǎn)量為7345 kg/hm2；油菜播種面積為263 hm2，總產(chǎn)量為852 t，單產(chǎn)量為3240 kg/hm2。

2 資料與方法

2.1 資料來源

春油菜觀測資料來源于西藏澤當農(nóng)業(yè)氣象觀測站，年限為2010—2019年，生育期嚴格按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》進行觀測，包括播種、出苗、五真葉、現(xiàn)蕾、抽苔、開花、綠熟、成熟普遍期日期。觀測地為大田，面積0.05 hm2，春油菜品種為‘山油2 號’，觀測地段土質(zhì)為沙壤土，土壤肥力、施肥、管理均為中等水平，灌溉條件良好。春油菜生長季為4—7 月。鑒于油菜觀測時間較晚且年限短，為了全面分析油菜生育期變化特征，氣象資料選取1981—2019 年4—7 月澤當氣象站逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、相對濕度、日照時數(shù)、平均風(fēng)速等。

2.2 研究方法

數(shù)據(jù)處理、分析、繪圖均采用Excel 2007 軟件完成，采用線性回歸方程[見公式(1)]對生育期日期、生育期天數(shù)、氣象要素等進行變化趨勢分析，并對趨勢系 數(shù) 進 行 顯 著 性 檢 驗（P<0.10，P<0.05，P<0.01 和P<0.001）。

式中：Y為生育期、氣象要素，t為時間；a0為常數(shù)項；a1為線性趨勢項，a1×10 表示生育期和氣象要素每10 年的變化趨勢。

3 結(jié)果與分析

3.1 春油菜生長季氣象要素變化特征

根據(jù)分析1981—2019 年春油菜生長季（4—7 月）氣象要素的變化趨勢（圖1）來看，近39年（1981—2019年）油菜生長季的日照時數(shù)、平均風(fēng)速呈減少趨勢，減幅分別為-22.37 h/10 a (P<0.05)、-0.32 (m/s)/10 a (P<0.001)；氣溫日較差線性趨勢不明顯，但二次曲線變化趨勢極為明顯，1981—2004 年趨于縮小(-0.59℃/10 a，P<0.001)，2005—2019 年為增大趨勢(0.94℃/10 a，P<0.01)；其他氣象要素均表現(xiàn)為增加趨勢，其中，平均最高氣溫升溫幅度(0.28℃/10 a，P<0.05)略高于平均最低氣溫(0.26℃/10 a，P<0.10)，平均氣溫、≥0℃積溫、平均相對濕度和降水量的增幅依次為0.12℃/10 a、15.08(℃·d)/10 a、0.94%/10 a 和18.79 mm/10 a(P<0.10)。進入21世紀以來，平均氣溫、平均最低氣溫、≥0℃積溫和降水量趨于下降，降幅分別為-0.21℃/10 a、-0.65℃/10 a(P<0.10)、-20.69(℃·d)/10 a 和-5.05 mm/10 a；其他要素均呈增加趨勢，因平均最高氣溫上升、平均最低氣溫下降，氣溫日較差以0.96℃/10 a 的速率顯著增大(P<0.001)。

圖1 1981—2019年西藏中南部春油菜生長季（4—7月）氣象要素的變化

另外，從2010—2019年春油菜各生育期內(nèi)氣象要素的變化趨勢（表1）來看，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）除播種—出苗期平均氣溫、平均最高氣溫呈升高趨勢外，其他生育期平均氣溫、平均最高氣溫和最低氣溫均表現(xiàn)為下降趨勢，其中抽薹—開花期氣溫下降最為明顯，平均每年下降0.33～0.43℃?！?℃積溫對氣候變化的響應(yīng)差異明顯，在五真葉—抽薹期、綠熟—成熟期呈增加趨勢，平均每年增加5.65～12.25℃，以后者增幅明顯；其他生育期≥0℃積溫都表現(xiàn)為減少趨勢，為-2.17～-28.44(℃·d)/a，以出苗—五真葉期的減幅最大(P<0.05)。氣溫日較差除在現(xiàn)蕾—開花期趨于縮小外，其他生育期內(nèi)均呈變大趨勢，以五真葉—現(xiàn)蕾期最為突出，平均每年增大0.20℃(P<0.05)。（2）各生育期日照時數(shù)對氣候變化的響應(yīng)與≥0℃積溫相同，出苗—五真葉期日照時數(shù)減幅最大，為-22.74 h/a(P<0.05)；五真葉—現(xiàn)蕾期日照時數(shù)增幅最大，為4.85 h/a。（3）降水量只在出苗—五真葉期、綠熟—成熟期間表現(xiàn)為減少趨勢，其他生育期內(nèi)均呈趨于增加，以開花—綠熟期增幅最大，為5.63 mm/a。平均相對濕度在各生育期上均為增加趨勢，特別是抽薹—開花期相對濕度增幅最明顯，為2.29%/a (P<0.05)。（4）平均風(fēng)速僅在播種—出苗期間趨于減小，其他生育期平均風(fēng)速都呈增大趨勢。（5）總體來看，春油菜營養(yǎng)生長期、生殖生長期以及全生育期的熱量資源（平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫和≥0℃積溫）和光照資源（日照時數(shù)）都表現(xiàn)為減少趨勢，水分資源（降水量、相對濕度）和平均風(fēng)速趨于增加。

表1 2010—2019年西藏中南部春油菜生育期氣象要素的變化趨勢

3.2 春油菜生育期變化特征

3.2.1 生育期日期變化 圖2繪出了2010—2019年西藏中南部春油菜生育期日期的變化，從圖2可知，春油菜一般在3 月下旬至4 月上旬播種，平均播種期為4 月6日。4 月上、中旬陸續(xù)出苗，平均出苗期為4 月15 日。4月下旬至5月中旬進入五真葉期，平均五真葉期為5月7日?，F(xiàn)蕾期在5月中旬—6月上旬，平均現(xiàn)蕾期為5月26日。抽薹期出現(xiàn)在5月下旬—6月中旬，平均抽薹期為6月3日。6月上旬—下旬進入開花普遍期，平均開花期為6月11日。7月上、中旬，油菜主花序角果由綠色變成黃綠色進入綠熟期，平均綠熟期為7 月8日。成熟期在7月下旬—8月中旬，平均成熟期為7月29日。

圖2 2010—2019年西藏中南部春油菜生育期變化

從分析2010—2019 年春油菜生育期日期的變化來看（表2），西藏中南部春油菜現(xiàn)蕾、抽薹、開花和綠熟4 個生育期無明顯變化，播種期和出苗期表現(xiàn)為推遲趨勢，平均每年分別推遲1.50天和1.19天；而五真葉期和成熟期卻呈現(xiàn)出提早趨勢，提早率為1.04 d/a、0.84 d/a；以上趨勢值均未通過顯著性檢驗。

表2 2010—2019年春油菜生育期日期的變化趨勢

3.2.2 生育期天數(shù)變化 西藏中南部春油菜從播種到成熟需102～139 天，平均天數(shù)為113.7 天，與青海省貴南縣春油菜全生育期112.2 天[22]接近。根據(jù)2010—2019年春油菜生育期天數(shù)的變化來看（表3，圖3），出苗—五真葉、綠熟—成熟2個生育期天數(shù)表現(xiàn)為縮短趨勢，平均每年分別縮短2.23 天(P<0.05)和1.21 天；其他生育期天數(shù)的變幅均在±1.00 d/a 之內(nèi)，對氣候變化無明顯的響應(yīng)?？傮w來看，油菜營養(yǎng)生長期、生殖生長期以及全生育期的天數(shù)都呈縮短趨勢，以全生育期天數(shù)縮短的較顯著，平均每年縮短2.35天(P<0.10)。

表3 2010—2019年春油菜生育期天數(shù)

圖3 2010—2019年西藏中南部春油菜生育期天數(shù)的變化趨勢（DGP為生育期天數(shù)）

3.3 春油菜生育期天數(shù)與氣象條件的關(guān)系

表4列出了春油菜各生育期天數(shù)與同期氣象要素的相關(guān)系數(shù)，從表中可知，大部分生育期天數(shù)與日照時數(shù)、≥0℃積溫呈顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)大于0.760(P<0.05)，其中，綠熟—成熟期天數(shù)與≥0℃積溫的相關(guān)系數(shù)高達0.997，極為顯著；而與平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、氣溫日較差、平均相對濕度、降水量和平均風(fēng)速的相關(guān)性不顯著，只是個別生育期天數(shù)與其存在顯著相關(guān)，如出苗—五真葉期天數(shù)與平均最低氣溫呈顯著的正相關(guān)，與平均相對濕度呈顯著的負相關(guān)；五真葉—現(xiàn)蕾期天數(shù)與降水量存在顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.842(P<0.01)；開花—綠熟期天數(shù)與平均最低氣溫也存在顯著的正相關(guān)(P<0.05)，還與氣溫日較差呈顯著的負相關(guān)；綠熟—成熟期天數(shù)不僅與平均氣溫、平均最高氣溫呈顯著的正相關(guān)(P<0.05)，還與平均相對濕度呈顯著的負相關(guān)(P<0.01)。此外，春油菜營養(yǎng)生長期、生殖生長期以及全生育期的天數(shù)都與日照時數(shù)、≥0℃積溫存在顯著的正相關(guān)，此外營養(yǎng)生長期、全生育期的天數(shù)還與平均相對濕度有顯著的負相關(guān)關(guān)系，生殖生長期天數(shù)還與氣溫日較差存在較顯著的正相關(guān)。

表4 2010—2019年西藏中南部春油菜生育期天數(shù)與氣象要素的相關(guān)

綜上所述，2010—2019年西藏中南部春油菜全生育期天數(shù)隨著日照時數(shù)、≥0℃積溫的減少和平均相對濕度的增加呈縮短趨勢。

4 討論與結(jié)論

4.1 結(jié)論

（1）1981—2019 年西藏中南部春油菜生長季日照時數(shù)、平均風(fēng)速呈減少趨勢，氣溫日較差線性趨勢不明顯，其他氣象要素均傾向于增加趨勢，暖濕化氣候特征明顯。2010—2019年春油菜營養(yǎng)生長期、生殖生長期以及全生育期的熱量資源（平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫和≥0℃積溫）和光照資源（日照時數(shù)）都表現(xiàn)為減少趨勢，水分資源（降水量、相對濕度）與平均風(fēng)速趨于增加。

（2）2010—2019年西藏中南部春油菜現(xiàn)蕾、抽薹、開花和綠熟4 個生育期無明顯變化，播種期和出苗期呈推遲趨勢，而五真葉期和成熟期呈提早趨勢。只有出苗—五真葉、綠熟—成熟2 個生育期的天數(shù)為縮短趨勢，其他生育期天數(shù)響應(yīng)不明顯。油菜營養(yǎng)生長期、生殖生長期以及全生育期的天數(shù)均呈縮短趨勢，以全生育期天數(shù)縮短顯著，平均每年縮短2.35天。

（3）春油菜大部分生育期天數(shù)與日照時數(shù)、≥0℃積溫有顯著的正相關(guān)，與平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、氣溫日較差、平均相對濕度、降水量和平均風(fēng)速的相關(guān)性不顯著。營養(yǎng)生長期、生殖生長期以及全生育期的天數(shù)均與日照時數(shù)、≥0℃積溫存在顯著的正相關(guān)，營養(yǎng)生長期、全生育期的天數(shù)還與平均相對濕度有著顯著的負相關(guān)，生殖生長期天數(shù)與氣溫日較差的正相關(guān)顯著。2010—2019 年西藏中南部春油菜全生育期天數(shù)隨著日照時數(shù)、≥0℃積溫的減少和平均相對濕度的增加呈縮短趨勢。

4.2 討論

氣候變化背景下，作物物候產(chǎn)生了顯著的變化。中國對作物物候的研究主要集中在小麥、玉米、水稻等主要糧食作物以及棉花、大豆等主要經(jīng)濟作物上。各區(qū)域主要農(nóng)作物生育期特征在氣候變暖的背景下均產(chǎn)生了變化，但變化程度不同[29]。青藏高原冬、春油菜種植北界均明顯向北推移，冬油菜所占比例逐漸升高[20]，發(fā)育期對氣候變化的響應(yīng)有明顯差異[21-22]，這在本研究研究中也得以證實，由此可見，油菜物候變化的地區(qū)差異性不可忽視，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理方面應(yīng)因地制宜。

很多研究表明作物物候變化主要是由氣溫變化驅(qū)動的[20,30-31]，氣溫變化對作物生長是促進還是抑制，主要取決于環(huán)境氣溫是否超過了作物生長的最適溫度。本研究發(fā)現(xiàn)春油菜大部分生育期天數(shù)僅與日照時數(shù)、≥0℃積溫存在顯著的正相關(guān)，與平均氣溫、降水量等氣象要素的相關(guān)性不顯著。就其原因，一是西藏中南部平均氣溫在油菜生長季最適宜的溫度范圍內(nèi)；二是觀測地段灌溉條件好；三是生育期觀測年限短。因而，掌握不同物候期對氣候因子的響應(yīng)規(guī)律，有助于應(yīng)對氣候變化和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理。

作物物候是受氣象因子和非氣象因子的綜合影響，本研究只研究了油菜生育期對氣象因子的影響，未考慮品種更替、播期調(diào)整、灌溉、施肥、政策等非氣象因子對生育期的影響。此外，田間觀測是作物物候觀測的重要手段，不同觀測人員對物候期判斷標準也存在差異，這些非氣象因子對物候變化有多大的影響有待進一步探討。