1991—2022年威海市石島氣候變化對小麥的影響分析

仇彥輝，馬振玉

（石島氣象臺，山東威海 264309）

全球氣候變暖是世界各國政府和科研人員重點關注的環(huán)境問題。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員 會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次評估報告指出，1880—2012 年間全球平均氣溫上升了0.85 ℃，且不同階段和不同季節(jié)的氣候變化速率也有很大差異。全球氣候變暖對陸地生態(tài)、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響不盡相同，其中對農(nóng)作物產(chǎn)量的影響最為明顯。小麥是我國第二大糧食作物，總產(chǎn)量占全國糧食總產(chǎn)量的1/5 以上，在維護國家糧食安全和社會穩(wěn)定方面具有積極作用。

石島位于山東省膠東半島東南端，因“背山靠海，遍地皆石”而得名，屬溫帶季風氣候，四季變化明顯，降水量充沛，溫度適中，氣候溫和，因瀕臨黃海，在海洋的作用下具有春冷、夏涼、秋暖、冬溫、晝夜溫差小及無霜期長等特征[1-2]。小麥是石島主要的糧食作物之一，種植面積達到2 513 hm2，在當?shù)剞r(nóng)作物種植面積中占據(jù)較大比重。因此，分析石島氣候變化特征及其對小麥的影響，對于科學有效地應用當?shù)貧夂蛸Y源，及時采取針對性的防災減災措施，促進冬小麥產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 研究資料和方法

本文基于石島氣象臺1991—2022 年逐月平均氣溫、降水量和日照時間資料，選擇線性傾向估計法和滑動平均法對石島氣候變化特征進行分析，并探討了各氣象要素變化對小麥的影響。季節(jié)劃分采用常規(guī)劃分標準：春季為3—5月，夏季為6—8月，秋季為9—11月，冬季為12 月到次年2 月。

2 石島氣候變化特征

2.1 平均氣溫

1991—2022年，石島年平均氣溫呈現(xiàn)出整體上升的趨勢（圖1），氣候變化傾向率為0.207 ℃/10 a，且上升趨勢極為顯著。1991—2022 年石島年平均氣溫為12.5 ℃，其中年平均氣溫的最大值為13.4 ℃（2019年），最小值為11.4 ℃（2011 年），兩者之間相差1.1 ℃。結(jié)合滑動平均圖，1991—1997 年石島平均氣溫以波動上升趨勢為主；1998—2011年平均氣溫以下降趨勢為主，且2011 年平均氣溫最低；從2011 年往后平均氣溫則以快速上升趨勢為主，且增溫幅度要高于第一階段。石島春季、夏季、秋季、冬季平均氣溫的氣候變化傾向率分別為0.389 ℃/10 a、0.448 ℃/10 a、0.160 ℃/10 a、-0.154 ℃/10 a，除了冬季外，石島其他三季平均氣溫均以增加趨勢為主，尤以春季和夏季對年平均氣溫的貢獻最大。

圖1 1991—2022 年石島年平均氣溫變化趨勢圖

2.2 降水量

1991—2022年，石島年平均降水量為755.8 mm，其中年降水量的最大值為1 167.4 mm（2021 年），最小值為396.2 mm（2019 年），年降水量最大值幾乎為最小值的3倍，說明石島降水量的年際變化幅度較大。1991—2022 年石島年降水量整體呈現(xiàn)出增加的趨勢（圖2），氣候變化傾向率為45.535 mm/10 a，增加趨勢不太顯著。結(jié)合滑動平均圖，1991—1996 年、1999—2010 年石島年降水量以波動增加趨勢為主；1996—1999 年和2010—2019 年降水量呈現(xiàn)出大幅度下降的趨勢，且2019 年的降水量最低；從2019 年往后，石島年降水量呈現(xiàn)出直線增加的趨勢。

圖2 1991—2022 年石島年降水量變化趨勢圖

對石島4 個季節(jié)的降水量進行分析，春季平均降水量為135.8 mm，占年降水量的18.0%，氣候變化傾向率為6.958 mm/10 a，整體以增加趨勢為主且趨勢不顯著；夏季平均降水量為423.6 mm，占年降水量的56.0%，氣候變化傾向率為20.944 mm/10 a，增加趨勢較為顯著；秋季平均降水量為155.1 mm，占年降水量的20.5%，氣候變化傾向率為20.003 mm/10 a，增加趨勢較為顯著；冬季平均降水量為41.3 mm，占年降水量的5.5%，氣候變化傾向率為-4.202 mm/10 a，下降趨勢不顯著。

2.3 日照時間

1991—2022年，石島年平均日照時間為2 436.1 h，其中年日照時間的最大值為2 893.2 h（1997 年），最小值只有2 133.9 h（2011 年），兩者之間相差759.3 h，

說明石島日照時間的年際變化幅度較大。1991—2022年石島年日照時間整體以下降趨勢為主（圖3），氣候變化傾向率為-147.92 h/10 a，下降趨勢極為顯著。結(jié)合滑動曲線圖，1991—1997 年石島年日照時間以波動增加的趨勢為主；1997—2014 年呈現(xiàn)出快速下降的趨勢；從2014 年往后日照時間繼續(xù)增加。

圖3 1991—2022 年石島年日照時間變化趨勢圖

對石島4 個季節(jié)日照時間進行分析，春季平均日照時間為697.9 h，占年日照時間的28.6%，氣候變化傾向率為-25.557 h/10 a，下降趨勢較為顯著；夏季平均日照時間為564.1 h，占年日照時間的23.2%，氣候變化傾向率為-42.435 h/10 a，下降趨勢較為顯著；秋季平均日照時間為618.2 h，占年日照時間的25.4%，氣候變化傾向率為-38.461 h/10 a，下降趨勢較為顯著；冬季平均日照時間為555.8 h，占年日照時間的22.8%，氣候變化傾向率為-38.9 h/10 a，下降趨勢顯著。

3 氣候變化對小麥的影響

3.1 氣溫

小麥不同生長發(fā)育階段對溫度的需求有一定差異，只有保證氣溫條件適宜，才能確保光合作用的正常進行，最終提升產(chǎn)量和品質(zhì)[3]。每年10—11 月是石島冬小麥幼苗期，該階段溫度過高會造成小麥瘋長，苗質(zhì)較為脆弱，不利于后期正常的分蘗和灌漿；12 月到次年3 月是小麥越冬期和返青期，該階段溫度過高對于養(yǎng)分積累和增強抗寒性能較為有利；4 月至5 月中旬是冬小麥拔節(jié)期和抽穗期，該階段溫度上升會造成冬小麥穗分化期縮短，降低小麥結(jié)實率，最終影響冬小麥產(chǎn)量。每年6月是石島冬小麥成熟期，該階段的高溫天氣可加快小麥籽粒的失水速率，縮短收獲期；溫度偏低則會對小麥收獲和脫粒產(chǎn)生影響。1991—2022 年石島平均氣溫以上升趨勢為主，會增加小麥光合作用速率和呼吸消耗量，在溫度適宜的情況下，若是光合作用高于呼吸消耗，會使得光合作用凈產(chǎn)物增加明顯，提升小麥產(chǎn)量。

3.2 降水量

小麥生長發(fā)育期對水分的需求較大，對小麥不同生育期的水分進行合理控制，對于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)小麥的形成較為有利。每年10 月石島的降水量較為充足，對于冬小麥的播種較為有利；小麥返青期到拔節(jié)期對水分的需求相對較多，該階段石島的降水量基本可以滿足小麥對水分條件的需求，可顯著提高小麥結(jié)實率；小麥進入灌漿期和成熟期后對水分的需求減少，若是該階段水分過多會對小麥光合作用造成影響，降低冬小麥的千粒重和結(jié)實率，最終反映到小麥產(chǎn)量上[4]。1991—2022 年石島降水量較為充足，因年內(nèi)降水時空分布不均，極易引發(fā)暴雨洪澇和干旱災害。一旦出現(xiàn)暴雨洪澇需要農(nóng)民及時排水，若是出現(xiàn)干旱災害，則選擇人工灌溉或人影作業(yè)的方式降低干旱對小麥的危害。

3.3 日照時間

在冬小麥出苗期到越冬期、灌漿期到成熟期，日照時間同小麥產(chǎn)量之間呈現(xiàn)顯著的正相關，且充足的光照條件可有效增強小麥越冬期的抗寒能力，減少低溫凍害對小麥的危害，提升小麥灌漿期的干物質(zhì)積累量，增強冬小麥產(chǎn)量。1991—2022 年石島日照時間整體以下降趨勢為主，會在一定程度上影響小麥產(chǎn)量[5]。

4 結(jié)論

1）1991—2022 年石島年平均氣溫為12.5 ℃，氣候變化傾向率為0.207 ℃/10 a，呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢；除了冬季以外，其他三季平均氣溫同年平均氣溫變化趨勢一致，均以上升趨勢為主，以春季平均氣溫和夏季平均氣溫對年平均氣溫的貢獻最大。

2）1991—2022 年石島年平均降水量為755.8 mm，氣候變化傾向率為45.535 mm/10 a，增加趨勢不顯著；年內(nèi)降水主要集中在夏季，占全年降水量的56.0%，其次是秋季和春季，分別占全年降水量的20.5%、15.0%，冬季降水量較少，只占全年降水量的5.5%。

3）1991—2022 年石島年平均日照時間為2 436.1 h，氣候變化傾向率為-25.557 h/10 a，下降趨勢較為顯著。春季平均日照時間為697.9 h，占年日照時間的28.6%；夏季平均日照時間為564.1 h，占年日照時間的23.2%；秋季平均日照時間為618.2 h，占年日照時間的25.4%；冬季平均日照時間為555.8 h，占年日照時間的22.8%。四季日照時間均呈現(xiàn)出不同程度的下降趨勢，且下降趨勢顯著。

4）石島平均氣溫、降水量和日照時間變化對小麥的影響較大，尤其不利于優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)小麥的生產(chǎn)。