江漢地區(qū)油菜物候期氣候變化趨勢影響分析

摘 要： 基于1991—2021 年江漢地區(qū)湖北省宜城市、洪湖市和武漢市江夏區(qū)3 個農(nóng)業(yè)氣象試驗站冬油菜物候觀測數(shù)據(jù)，采用回歸分析、顯著性檢驗等方法，對江漢地區(qū)油菜物候歷史變化趨勢、氣候因子與物候相關(guān)關(guān)系與響應(yīng)程度進(jìn)行統(tǒng)計分析，并展望了氣候變暖背景下未來冬油菜生育期變化。結(jié)果表明，江漢地區(qū)冬油菜播種時間集中在9 月下旬—10 月中旬，成熟時間在5 月上旬—中旬；生育期總天數(shù)平均219 d，生育期總天數(shù)每10 年顯著減少5.2 d；現(xiàn)蕾?開花、開花?成熟的生育期天數(shù)與氣溫相關(guān)因子均呈顯著負(fù)相關(guān)，與降水量無顯著相關(guān)性，最高氣溫每上升1 °C 生育期天數(shù)減少4.2 d；油菜全生育期內(nèi)江漢地區(qū)氣溫呈現(xiàn)顯著上升趨勢，最低氣溫上升速度高于平均氣溫和最高氣溫，每10 年上升0.2～0.5 °C。根據(jù)歷史氣候變化率和各生育區(qū)間與氣象要素相關(guān)性推斷2050 年江漢地區(qū)油菜開花期和成熟期較2021 年平均提前3.3 和2.8 d。

關(guān)鍵詞：油菜；江漢地區(qū)；物候；氣候變化；生育期

中圖分類號：S26：S565.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1795（2024）08-0082-06

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.08.014

0 引言

我國油菜生產(chǎn)中冬油菜種植比例最大，湖北省是我國冬油菜生產(chǎn)大省，油菜籽產(chǎn)量居全國第2 位，其中江漢地區(qū)是湖北省的主要產(chǎn)區(qū)[1]。溫度、降水和日照等氣象條件是影響作物物候期最重要的因素之一，物候期的變化將影響冬油菜的產(chǎn)量及質(zhì)量。冬油菜作為越冬作物，物候期變化差異更為特殊。

研究人員在農(nóng)作物物候期間的氣候條件和農(nóng)業(yè)氣候資源時空分布等方面做了大量研究。楊永龍等[2] 分析高海拔山區(qū)油菜不同物候期對積溫的響應(yīng)，對油菜種植區(qū)進(jìn)行了合理的區(qū)劃。劉熔熔等[3] 研究了浙江省油菜花期降水與產(chǎn)量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)油菜減產(chǎn)與花期降水量過多顯著相關(guān)。黃淑娥等[4] 對鄱陽湖地區(qū)油菜生產(chǎn)期間氣象條件進(jìn)行分析，并建立該地區(qū)的油菜氣候區(qū)劃指標(biāo)。閔程程等[5] 分析了湖北省油菜各發(fā)育期間的氣象條件與產(chǎn)量間的相關(guān)性，建立了苗期降水量和蕾苔期平均氣溫為指標(biāo)的湖北省油菜種植區(qū)劃方法。黃穩(wěn)清等[6] 探索了我國冬油菜物候期的時空演變及對氣候因子響應(yīng)程度，其中溫度對冬油菜物候期的影響最大。鄧環(huán)等[7] 對年度油菜生長發(fā)育氣象條件進(jìn)行分析。張佩等[8] 研究表明，在氣候變化背景下江蘇省油菜始花期呈逐年提前趨勢，氣溫為其主要影響因子，日照和降水對油菜開花早晚影響較小。李文靜等[9] 分析了長江流域油菜花期的特征，并利用不同下限溫度分別計算的積溫指標(biāo)建立花期預(yù)報模型?？梢姎夂蜃兓瘜τ筒说纳L發(fā)育、光合作用、安全越冬、產(chǎn)量和品質(zhì)等有著一定的影響。

本研究針對湖北省油菜主產(chǎn)區(qū)之一的江漢地區(qū)冬油菜進(jìn)行物候期氣候變化趨勢影響分析，對開展油菜精細(xì)化氣象服務(wù)、提高油菜產(chǎn)量和防御氣象災(zāi)害提供決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

在江漢地區(qū)選擇油菜觀測記錄較長的湖北省宜城市、洪湖市和武漢市江夏區(qū)3 個農(nóng)業(yè)氣象試驗站，3 站油菜物候記錄連續(xù)完整，包含1991—2021 年共31 年的數(shù)據(jù)。氣象條件數(shù)據(jù)采用農(nóng)業(yè)氣象試驗站與其對應(yīng)的國家氣象觀測站數(shù)據(jù)，包含氣溫和降水量。在分析氣候因子對冬油菜物候期的影響時，氣溫和降水量為兩個物候期之間的日平均值。在物候期時間序列趨勢分析中，采用線性回歸的方法，對冬油菜的物候期及其氣候因子進(jìn)行線性擬合，其斜率作為趨勢變化率，正值表示正趨勢，負(fù)值表示負(fù)趨勢，當(dāng)考慮線性擬合效果的顯著性時采用t 檢驗方法，Plt;0.05 時為顯著，Plt;0.01時為極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜物候歷史趨勢

宜城市、江夏區(qū)和洪湖市3 站油菜播種時間大多集中在9 月下旬—10 月中旬，其中最早播種日期出現(xiàn)在洪湖市2011 年9 月11 日，最晚播種日期出現(xiàn)在江夏區(qū)2009 年11 月2 日，宜城市、江夏區(qū)和洪湖市3 站油菜生育期年際變化趨勢如圖1 所示。宜城市和江夏區(qū)兩站播種時間均有顯著性推遲趨勢，宜城市每10 年推遲3.8 d，江夏區(qū)每10 年推遲6.3 d，適當(dāng)推遲油菜播種期，能在一定程度上緩解秋收作物收獲與油菜播種之間的爭地矛盾。宜城市和江夏區(qū)現(xiàn)蕾日期在1 月中旬—2 月中旬，年際變化較大，趨勢不顯著，但洪湖市現(xiàn)蕾日期出現(xiàn)顯著性提前，每10 年提前8.8 d；3 站開花日期一般在3 月，年際變化較大，趨勢不顯著，最早開花日期為洪湖市2021 年2 月22 日，最晚開花日期出現(xiàn)在江夏區(qū)2005 年4 月2 日。3 站成熟日期主要在5 月上旬—中旬，宜城市和江夏區(qū)年際變化較小，成熟日期較為穩(wěn)定，最早成熟日期在江夏區(qū)2020 年4月28 日。但洪湖市成熟日期出現(xiàn)較為顯著的提前，每10 年提前3 d。江漢地區(qū)油菜整個物候期從上年9 月—本年5 月，生育期總天數(shù)平均219 d，其中洪湖市因播種較早導(dǎo)致生育期較長，達(dá)到230 d。同時可以發(fā)現(xiàn)，3 站平均生育期總天數(shù)呈現(xiàn)顯著減少趨勢，每10 年減少5.2 d，因為油菜成熟期較為穩(wěn)定，造成該現(xiàn)象的主要原因在于油菜播種日期的推遲。氣候變化是影響油菜物候期的重要因素，因此有必要進(jìn)一步研究氣候因子與油菜物候期的關(guān)系及響應(yīng)程度。

2.2 氣候因子對油菜物候的影響

統(tǒng)計分析宜城市、江夏區(qū)和洪湖市油菜各物候區(qū)間與氣象要素相關(guān)關(guān)系，用平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和平均降水4 個要素分別與播種?現(xiàn)蕾、現(xiàn)蕾?開花、開花?成熟和現(xiàn)蕾?成熟4 個生育期天數(shù)作相關(guān)分析。如圖2 所示，各生育區(qū)間天數(shù)與平均降水量雖然均有一定的正相關(guān)或者負(fù)相關(guān)，但均未通過顯著性檢驗，江漢地區(qū)降水量較為豐沛，一般均能滿足油菜的生長發(fā)育所需，降水量的多寡不顯著影響其物候期，但根據(jù)相關(guān)研究表明，降水量能顯著影響油菜的品質(zhì)和產(chǎn)量[10-11]。

由圖2a 可知，播種?現(xiàn)蕾總天數(shù)與各氣象要素均沒有顯著相關(guān)性，原因可能是播種日期受人為決策，以及播種期一段時間的天氣情況，如連陰雨、干旱等影響都會導(dǎo)致油菜播種日期大幅度提前或者推遲導(dǎo)致。由圖2b、圖2c 和圖2 d 可知，現(xiàn)蕾?開花、開花?成熟和現(xiàn)蕾?成熟的生育期天數(shù)與平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)，并且相關(guān)系數(shù)全部通過0.01 顯著性檢驗，表明受氣溫影響較大。同時發(fā)現(xiàn)3個生育區(qū)間對氣溫的敏感性基本一致，與氣溫的相關(guān)性依次都為最低氣溫、平均氣溫和最高氣溫，最高氣溫相關(guān)系數(shù)最高，因為江漢地區(qū)發(fā)生低溫凍害的時段相關(guān)較少，主要還是白天最高氣溫能促進(jìn)其盡快的生長發(fā)育，所以最低氣溫對生育期天數(shù)影響略弱。

現(xiàn)蕾?開花期，最高氣溫每上升1 °C 發(fā)育天數(shù)減少4.2 d。開花?成熟期，最高氣溫每上升1 °C 發(fā)育天數(shù)減少2.24 d?？梢姼魃?，現(xiàn)蕾?開花期對氣溫最為敏感，發(fā)育階段到達(dá)開花期后，溫度條件逐漸改善，溫度對物候期的作用有所降低。生育期累加后現(xiàn)蕾?成熟期，最高氣溫每上升1 °C 發(fā)育天數(shù)減少5.88 d。介于最高氣溫因子表現(xiàn)出與生育期良好的相關(guān)性，在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中有比較好的應(yīng)用場景，可以在獲取到上一個物候期觀測日期的基礎(chǔ)上，通過氣象的觀測數(shù)據(jù)和天氣預(yù)報數(shù)據(jù)來預(yù)測油菜開花期和成熟期，目前天氣預(yù)報可用性可達(dá)到10 d，即可以至少提前10 d 做出較為準(zhǔn)確的油菜花最佳觀賞期和油菜成熟度預(yù)報，為做好各地油菜花旅游節(jié)與農(nóng)機(jī)精準(zhǔn)調(diào)度收割安排等氣象服務(wù)提供技術(shù)支撐。

2.3 生育期氣候特征與未來變化

過去的幾十年里，自然及人為因素導(dǎo)致氣候發(fā)生變化，不同區(qū)域氣候變化的幅度因地理等因素有所差異，冬油菜的物候期也受到氣候變化的影響。利用農(nóng)業(yè)氣象試驗站同期氣象站資料統(tǒng)計油菜生育期內(nèi)（上年9 月—本年5 月）氣象要素，由圖3a、圖3b 和圖3c可知，宜城市、江夏區(qū)和洪湖市降水年際變化較大，氣候變化趨勢不明顯，但平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫呈現(xiàn)顯著上升趨勢， 其中宜城市每10 年上升0.4～0.5 °C，江夏區(qū)和洪湖市略低于宜城市，每10 年上升0.3～0.4 和0.2～0.4 °C，并且3 站最低氣溫的上升速度都高于平均氣溫和最高氣溫。在氣候變暖背景下，氣溫的上升有利于油菜潛在種植范圍擴(kuò)大，特別是江漢地區(qū)周邊有比較多的山區(qū)，山區(qū)原來積溫和熱量條件不適宜種植油菜，未來可能成為冬油菜種植適宜區(qū)。

由圖3d、圖3e 和圖3f 可知，3 個生育期降水年際變化較大，趨勢不明顯，平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢，但只有最低氣溫通過0.05 顯著性檢驗，現(xiàn)蕾?開花期、開花?成熟期最低氣溫每10 年分別上升0.4、0.5 °C。在全球氣候變暖的背景下，據(jù)1991—2021 年最低氣溫的氣候變化率，并結(jié)合上述各生育期與氣象要素相關(guān)關(guān)系可以推斷，到2050 年江漢地區(qū)開花期和成熟期較2021 年平均可提前3.3 d 和2.8 d。冬油菜物候期提前可能導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的降低，應(yīng)培育生育期更長的品種以提高對氣候的適應(yīng)性，以保證冬油菜的生產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

本研究對1991—2021 年江漢地區(qū)冬油菜物候歷史變化趨勢進(jìn)行統(tǒng)計分析；研究了氣候因子對江漢地區(qū)冬油菜物候期變化的影響，分析了物候期對氣候變化的響應(yīng)程度；總結(jié)了江漢地區(qū)油菜生育期內(nèi)氣候特征，并對氣候變暖背景下未來冬油菜生育期變化進(jìn)行展望。

（1）江漢地區(qū)冬油菜播種日期大多集中在9 月下旬—10 月中旬，成熟日期主要在5 月上旬—中旬；宜城市和江夏區(qū)兩站播種日期均有顯著性推遲趨勢，每10 年分別推遲3.8 和6.3 d；洪湖市現(xiàn)蕾日期每10 年顯著提前8.8 d，成熟日期每10 年顯著提前3 d；3 站平均生育期總天數(shù)219 d，因油菜播種日期的推遲，而成熟相對較穩(wěn)定，生育期總天數(shù)呈現(xiàn)出顯著減少趨勢，每10 年減少5.2 d。

（2）各生育期天數(shù)均與平均降水量無顯著相關(guān)性；播種?現(xiàn)蕾期總天數(shù)與各氣象要素均無顯著相關(guān)性；現(xiàn)蕾?開花期、開花?成熟期的生育期天數(shù)與平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，其中最高氣溫相關(guān)系數(shù)最高，氣溫是影響冬油菜物候期的主要因素；現(xiàn)蕾?開花期時對氣溫最為敏感，最高氣溫每上升1 °C 生育期天數(shù)減少4.2 d。

（3）油菜全生育期內(nèi)江漢地區(qū)降水量年際變化較大，氣候變化趨勢不明顯；平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫呈現(xiàn)顯著上升趨勢，最低氣溫的上升速度高于平均氣溫和最高氣溫，每10 年上升0.2～0.5 °C。根據(jù)歷史氣候變化率和各生育期與氣象要素相關(guān)關(guān)系推斷2050 年江漢地區(qū)開花期和成熟期較2021 年平均提前3.3 和2.8 d。

影響農(nóng)作物物候的主要因素是氣候因子，但是農(nóng)作物物候也受到人為決策管理、選用品種、農(nóng)藝技術(shù)和土壤水肥等影響。本研究僅探討了部分氣象要素對油菜物候期的影響，可能會忽略了其他影響因素，后續(xù)研究中，可納入更多其他相關(guān)因子，更加準(zhǔn)確揭示油菜物候變化的原因；另外，全球氣候變暖已成不爭的事實，極端高溫與低溫事件都可能更頻繁發(fā)生。氣溫升高會促進(jìn)油菜種植適宜區(qū)面積擴(kuò)大，但冬油菜物候期提前可能導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的降低。冬季升溫還會使油菜出現(xiàn)早薹、早花現(xiàn)象，易遭受低溫凍害而降低產(chǎn)量，同時冬季升溫還提高了菌核病越冬存活率，易造成春季菌核病的發(fā)生[12-15]。未來在穩(wěn)步推進(jìn)油菜種植面積擴(kuò)大的同時，要注重油菜新品種研發(fā)，提高油菜對氣候變化的適應(yīng)性，實現(xiàn)面積、單產(chǎn)雙增加。

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