高寒地區(qū)貴南縣油菜生育期積溫變化特征

郭連云

摘要：利用1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣氣象局觀測的油菜生育期和氣象觀測資料，采用趨勢分析、M-K突變分析、變異系數(shù)法等對高寒地區(qū)油菜各生育期積溫變化進行了研究。結果表明，1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣穩(wěn)定通過0 ℃-播種期積溫、播種-成熟期積溫均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，而油菜出苗-五真葉期積溫呈現(xiàn)極顯著的增加趨勢。高寒貴南縣油菜播種-出苗期、抽薹-開花期、五真葉-現(xiàn)蕾期的積溫隨年際延長均呈不顯著減少趨勢，而現(xiàn)蕾-抽薹期、開花-成熟期積溫隨年際的延長呈不顯著增加趨勢。油菜播種-成熟期和開花-成熟期積溫的年際間變化幅度最小，而穩(wěn)定通過0 ℃-播種期、現(xiàn)蕾-抽薹期、五真葉-現(xiàn)蕾期、抽薹-開花期、出苗-五真葉期、播種-出苗期積溫的年際間變化幅度較大，變異系數(shù)在0.27～0.62。突變分析表明，油菜出苗-五真葉期、開花-成熟期、播種-成熟期的積溫分別在2003、2001和2004年發(fā)生了由少到多的突變。

關鍵詞：油菜;生育期;突變;高寒地區(qū);變化特征

中圖分類號：S565.4;S162.5+4? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）14-0041-05

Abstract： Based on the growth period and meteorological observation data of spring rape from Guinan meteorological bureau during 1991—2017， the different accumulated temperature changes of different growing periods of rapeseed in the alpine frigid plateau region were studied by adopting the trend analysis method， Mann-Kendall catastrophe analysis method and coefficient of variation method. The results showed that during the growth period of rape in Guinan county in the alpine region from 1991 to 2017， the accumulated temperature from stable through 0 ℃ time to sowing time， and accumulated temperature from sowing period to mature period showed a significant increase trend， while the accumulated temperature from emerging time to five euphylla period showed a very significant increase trend. During the growth period of rape in Guinan county in the alpine region， the accumulated temperature from sowing time to emerging time and from peduncle growth stage to flowing time and from five euphylla time to squaring period all showed no significant decrease trend with the interannual extension， while the accumulated temperature from squaring period to peduncle growth stage and from flowering period to mature period increased no significantly with the interannual extension. The annual variation of the accumulated temperature from sowing to mature period and from flowering to mature period was the smallest， while the accumulated temperature from stable through? 0 ℃ to sowing period， from squaring period to peduncle growth period， from five euphylla to squaring period， from peduncle growth to flowering period， from emerging to five euphylla period and from sowing to emerging period had a large annual variation， and the coefficient of variation was between 0.27 and 0.62. Mann-Kendall catastrophe analysis showed that the accumulated temperature from emerging to five euphylla period， from flowering to mature stage and from sowing to mature stage showed a abrupt increasing trend in 2003， 2001 and 2004， respectively.

Key words： rape; growth period; mutation; alpine region; change characteristics

青海省是中國春油菜主要產區(qū)之一，目前春油菜種植面積已達到20×104 hm2以上，產量達31.6×104 t，已成為中國北方重要的油菜基地之一[1，2]。由于油菜是藏區(qū)最主要的經濟作物，適應性強，分布廣，為青海省農業(yè)生產帶來較大的經濟效益，因此在青海省農業(yè)生產中占有主導地位，是青海省高寒地區(qū)的優(yōu)勢作物和經濟作物[3-6]。青海省貴南地區(qū)地處典型的高寒地區(qū)，海拔高、太陽輻射強、光照時間長、晝夜溫差大、雨熱同季，這種冷涼的氣候資源特別適宜油菜生長，種植面積大，而且這里病蟲害少，油料商品質量好，產量高，含油率高。油菜作為貴南地區(qū)主要的經濟作物之一，也是貴南地區(qū)重要的農業(yè)支柱產業(yè)[7]。隨著油菜新品種的研發(fā)，油菜種植將進一步擴大，種植油菜成為當?shù)剞r牧民增收的重要來源。

影響高寒地區(qū)油菜生長發(fā)育的主要氣候要素為降水、氣溫和日照[8]，高原高寒地區(qū)的光照、熱量等氣候條件特別適合油菜生長[9]。溫度對作物的發(fā)育起著主導作用，在農業(yè)氣候研究中，常以積溫來表示農作物對熱量的要求[10]，積溫又是重要的農業(yè)氣候指標之一[11]，是農業(yè)種植區(qū)劃中重要的參考依據(jù)，國內相關專家利用0 ℃積溫對農作物種植界限進行了研究分析[12]。許正福等[13]對青海省海南地區(qū)1981—2010年30年≥0 ℃的積溫變化趨勢進行了分析，得出該地區(qū)大部分農作物及牧草的生育期有所縮短，開始期有所提前;蒲金涌等[14]分析了氣候變暖對甘肅冬油菜的種植影響;楊永龍等[15]對河西走廊東部祁連山區(qū)2009—2010年不同播種期種植的油菜生育期與積溫關系進行了相關性分析，得到各生育期的熱量指標;曹宏鑫等[16]通過分析油菜發(fā)育的光溫因子與關鍵生育期關系，建立了油菜生育期模型;白金蓮等[17]認為，1957—2014年共和盆地冬季積溫顯著增加，冬季積溫與貴南地區(qū)小油菜絕大多數(shù)發(fā)育期呈正相關，小油菜積溫典型偏高年份大多數(shù)平均發(fā)育期比積溫典型偏低年份推遲，且平均生育期縮短;屈枊燕等[18]對青海省共和縣油菜物候變化及其對氣溫、降水的響應規(guī)律進行了研究，得出油菜從播種期至五葉期提前，現(xiàn)蕾期至成熟期推遲，生育期延長。眾多研究對油菜生育期及其對氣候變化的響應進行了深入分析，但對油菜不同生育期積溫的變化趨勢方面的研究鮮見報道。因此，研究利用高寒地區(qū)1991—2017年油菜生育期資料以及同期觀測的氣象資料，對油菜主要生育期≥0 ℃的積溫變化趨勢進行分析，從而為高寒地區(qū)合理利用農業(yè)氣候資源和科學安排農業(yè)生產提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 研究區(qū)概況

貴南縣位于青海省東北部，隸屬于海南藏族自治州，總面積6 649.7 km2，平均海拔3 100 m，大部分地區(qū)海拔高度在3 000～3 500 m。貴南縣屬高原大陸性氣候，冬長夏短。冬無嚴寒，夏無酷暑，適宜發(fā)展草原畜牧業(yè)。年平均氣溫為2.3 ℃，年降水量為403.8 mm，年平均日照時數(shù)為2 907.8 h，年平均蒸發(fā)量為1 378.5 mm。氣溫低，日照時間長，輻射強，降水集中，雨熱同季。干旱、暴雨、冰雹、沙塵暴等氣象災害時有發(fā)生[19，20]。

1.2? 資料來源

氣象數(shù)據(jù)和油菜資料主要來自青海省貴南縣氣象局1991—2017年的實測資料。地面氣象資料為1991—2017年逐日平均氣溫。油菜資料為各發(fā)育期資料，主要包括油菜的播種、出苗、五真葉、現(xiàn)蕾、抽薹、開花、成熟等普遍期。

1.3? 研究方法

1）采用5 d滑動平均法[21，22]計算穩(wěn)定通過0 ℃的積溫值。

2）采用趨勢分析法[21，22]定量描述研究對象的變化趨勢，用線性相關系數(shù)判斷變化趨勢是否顯著。

3）采用Mann-Kendall法（M-K突變分析）[23-25]分析≥0 ℃積溫的突變特征。

4）利用變異系數(shù)來反映≥0 ℃積溫的動態(tài)穩(wěn)定程度。變異系數(shù)越大，說明波動性越強，即穩(wěn)定性越差。計算公式如下：

Cv=? ?（1）

式中，Cv為變異系數(shù);xi為數(shù)據(jù)中的第i個數(shù)據(jù)值;x為平均數(shù)。

1.4? 數(shù)據(jù)處理

相關數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理、分析及繪圖采用DPS 7.05、Excel 2003軟件進行。

2? 結果與分析

2.1? 高寒地區(qū)油菜生育期積溫變化趨勢

2.1.1? 穩(wěn)定通過0 ℃-播種期積溫變化趨勢? 由圖1a可見，1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣穩(wěn)定通過 0 ℃-播種期積溫以每年4.136 ℃·d的速率顯著增溫，線性相關系數(shù)為0.372（P<0.10）。1991—2017年油菜穩(wěn)定通過0 ℃-播種期積溫增溫111.7 ℃·d，增溫趨勢顯著。1991—2017年油菜穩(wěn)定通過0 ℃-播種期積溫最小值為36.2 ℃·d，最大值為452.0 ℃·d，變異系數(shù)為0.27，積溫年際間變化幅度大。1991—1997年積溫值明顯小于平均值，1998—2017年20年中積溫值高于平均值的有14年，低于平均值的為6年，總趨勢是逐年增加。

1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣穩(wěn)定通過0 ℃-播種期積溫M-K突變分析如圖1b所示，UF線和UB線相交于1995年，1991—1997年積溫有升有降，從1998年開始積溫值持續(xù)升高，但未突破信度線，積溫未發(fā)生突變。

2.1.2? 油菜出苗-五真葉期積溫變化趨勢? 從圖2a可以看出，1991—2017年高寒地區(qū)油菜出苗-五真葉期積溫呈現(xiàn)波動增多的趨勢，其氣候傾向率為48.23 ℃·d/10年，積溫與年份之間的線性相關系數(shù)為0.783 6，通過0.001信度顯著水平檢驗，即1991—2017年增加積溫130.2 ℃·d，增多趨勢極顯著。油菜出苗-五真葉期積溫1991—2000年最?。ㄗ钚≈党霈F(xiàn)在1993年，僅為10.8 ℃·d），2001—2010年增加較多，2011—2017年增加最多，2016年達到最高值（206.2 ℃·d）。最高值與最低值相差195.4 ℃·d，積溫的變異系數(shù)為0.50，可見油菜出苗-五真葉期積溫年際變化幅度較大。

1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣油菜出苗-五真葉期積溫M-K突變分析見圖2b，在0.05信度水平下，UF線和UB線相交于2003年，其后UF線突破1.96信度線，油菜出苗-五真葉期積溫在2003年發(fā)生了增多突變。

2.1.3? 油菜開花-成熟期積溫變化趨勢? 由圖3a可知，1991—2017年油菜開花-成熟期積溫以43.0 ℃·d/10年的氣候傾向率增加，兩者之間的線性相關系數(shù)為0.306（P>0.10），1991—2017年積溫增加了116.2 ℃·d，但增加趨勢不顯著。油菜開花-成熟期積溫最小值出現(xiàn)在1991年，為574.5 ℃·d，最高值出現(xiàn)在2005年，為1 009.1 ℃·d，積溫變異系數(shù)為0.14，積溫的年際間變化幅度較大。

1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣油菜開花-成熟期積溫M-K突變分析如圖3b所示，在0.05信度水平下，UF線和UB線相交于1993、1994和2001年，1994—2000年油菜開花-成熟期積溫呈明顯減少趨勢，2001年開始積溫呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢，UF線于2009年突破1.96信度線，油菜開花-成熟期在2001年發(fā)生了增多突變。

2.1.4? 油菜播種-成熟期積溫的變化趨勢? 由圖4a可知，1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣油菜播種-成熟期積溫呈現(xiàn)波動升高的趨勢，以每10年47.6 ℃·d的速率升高，線性相關系數(shù)為0.404（P<0.05），1991

—2017年顯著升高128.6 ℃·d。油菜播種-成熟期積溫最低值為1 194.4 ℃·d（1997年），最高值為1 516.3 ℃·d（2013年），積溫的變異系數(shù)為0.07，表明油菜播種-成熟期積溫的年際間變化幅度較小。積溫顯著增加，生長季明顯延長，為農牧業(yè)生產提供了比過去更好的熱量條件，對調整農作物品種結構、增加產量十分有利[26]。

1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣油菜播種-成熟期積溫M-K突變分析如圖4b所示，在0.05信度水平下，UF線和UB線相交于2004年，1991—1995年油菜播種-成熟期積溫波動增加，1996—1999年為明顯減少期，2000年開始積溫呈現(xiàn)持續(xù)增加趨勢，UF線于2011年突破1.96信度線，油菜播種-成熟期積溫在2004年發(fā)生了增加突變。

2.2? 油菜其他生育期積溫的變化趨勢

高寒貴南縣油菜播種-出苗期、五真葉-現(xiàn)蕾期、抽薹-開花期積溫分別以41.40、1.71、6.18（℃·d）/10年的速率減少，其中以播種-出苗期的積溫減少的速率最大，1991—2017年減少了111.7 ℃·d，但減少的趨勢均未通過信度0.10顯著性檢驗。油菜現(xiàn)蕾-抽薹期的積溫則以每10年1.10 ℃·d的速率增加，也未通過0.10顯著性水平檢驗。油菜播種-出苗期、五真葉-現(xiàn)蕾期、抽薹-開花期、現(xiàn)蕾-抽薹期的積溫變異系數(shù)分別為0.62、0.45、0.45、0.35，變異系數(shù)較大，表明油菜播種-出苗期、五真葉-現(xiàn)蕾期、抽薹-開花期、現(xiàn)蕾-抽薹期積溫的年際變化幅度較大。油菜播種-出苗期、五真葉-現(xiàn)蕾期、抽薹-開花期、現(xiàn)蕾-抽薹期積溫均未發(fā)生突變（表1）。

3? 小結與討論

1）1991—2017年高寒地區(qū)貴南縣穩(wěn)定通過0 ℃-播種期積溫、播種-成熟期積溫均呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。而油菜出苗-五真葉期積溫則呈現(xiàn)極顯著的增多趨勢。

2）隨著氣候變暖，高寒貴南縣油菜播種-出苗期、抽薹-開花期、五真葉-現(xiàn)蕾期的積溫隨年際延長均呈不顯著減少趨勢，其減少幅度表現(xiàn)為播種-出苗期>抽薹-開花期>五真葉-現(xiàn)蕾期。而油菜現(xiàn)蕾-抽薹期積溫則隨年際的延長呈不顯著增加趨勢，其增加幅度為1.10（℃·d）/10年。

3）高寒地區(qū)貴南縣油菜播種-成熟期積溫的年際間變化幅度最小（僅為0.07），其次是油菜開花-成熟期積溫（變異系數(shù)為0.14）。而穩(wěn)定通過0 ℃-播種期、現(xiàn)蕾-抽薹期、五真葉-現(xiàn)蕾期、抽薹-開花期、出苗-五真葉期、播種-出苗期積溫的年際間變化幅度較大，變異系數(shù)分別為0.27、0.35、0.45、0.45、0.50、0.62。

4）突變分析表明，油菜出苗-五真葉期、開花-成熟期、播種-成熟期的積溫分別在2003、2001和2004年發(fā)生了由少到多的突變。

5）隨著氣候變暖，高寒地區(qū)貴南縣熱量資源總體增加，低溫冷害對農業(yè)生產的影響有所減少，應充分利用熱量資源增加的優(yōu)勢，更換新的油菜品種，實施新的栽培和抗旱技術，發(fā)展糧食生產[27]。但氣候變化對油菜生長發(fā)育的影響是多方面的，積溫變化的影響是其中一個重要的因素，但不是惟一因素，比如可結合水分、光照、土肥等因素考慮。因此積溫在如實反映油菜生長發(fā)育對熱量的需求上會存在一定局限性，有待于進一步探討和研究[28]。

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