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The Impact of Warming and Wetting of Climate on Production of Winter Wheat in Eastern Gansu Province
GUOHaiying, ZHANGMoucao, ZHOUZhongwen, QIHongyan, QINLe, ZHANGJunlin
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The Impact of Warming and Wetting of Climate on Production of Winter Wheat in Eastern Gansu Province
Using winter wheat test observation data and synchronous meteorological observation data from 1981 to 2019 at the Xifeng Agricultural Meteorological Experiment Station in Gansu Province, the 39-year trend of climate warming and wetting and its impact on winter wheat production in eastern Gansu (Longdong) were analyzed. The results showed that the annual mean temperature in Longdong from 1981 to 2019 continued to rise at a trend of 0.0644°C/a, with the most pronounced temperature increase in spring, followed by that in winter. Since 1995, the annual mean temperature and annual precipitation in Longdong showed significant increase trend, with obvious warming and wetting characteristics. The warming and wetting had a relatively significant impact on winter wheat production in Longdong: (1) the sowing stage was delayed, the maturity stage was earlier, the full growth period and the overwintering period were shortened, but the number of growing days of the growing season was not significantly shortened; (2) the vegetative growth stage was significantly shortened and the reproductive growth stage was significantly prolonged, which was very conducive to yield formation; (3) water utilization, yield, thousand-grain weight, seed number, dry matter weight of main developmental stages and other yield components tended to increase significantly, and the rate of infertile spikelet and the overwintering mortality decreased significantly; especially since 1995, the trend of climatic yield increase was obvious; (4) the warming and wetting of the climate effectively reduced drought and late frost hazards, allowing the northern expansion of winter wheat planting boundaries and the increase of high-yield and climate suitable varieties.
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表1 1995—2019年冬小麦各发育期干物质变化线性趋势 |
| 发育期 | 停止生长期 | 返青期 | 拔节期 | 乳熟期 | 成熟期 |
|---|---|---|---|---|---|
| 线性方程L | y=0.0039x+0.0288 | y=0.0045x+0.0155 | y=0.0038x+0.1935 | y=0.0553x+1.2225 | y=0.0138x+0.4439 |
| R2 | 0.4471 | 0.5051 | 0.2490 | 0.5057 | 0.2672 |
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秦大河,
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周广胜. 气候变化对中国农业生产影响研究展望[J]. 气象与环境科学, 2015, 38(1):1-9.
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郭建平. 气候变化对中国农业生产影响研究进展[J]. 应用气象学报, 2015, 26(1):01-11.
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覃志豪, 唐华俊, 李文娟. 气候变化对我国粮食生产系统影响的研究前沿[J]. 中国农业资源与区划, 2015, 36(1):01-08.
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李克南, 杨晓光, 慕臣英, 等. 全球气候变暖对中国种植制度的可能影响VIII-气候变化对中国冬小麦冬春性品种种植界限的影响[J]. 中国农业科学, 2013, 46(8):1583-1594.
【目的】全球气候变化背景下，中国20世纪80年代以后冬季温度升高明显，这一变化对冬小麦冬春性品种种植界限产生怎样的影响，为了回答这一科学问题，笔者以1981年为时间节点，将1951—2010年划分为两个时段，分析比较后一时段冬季温度升高对中国冬小麦的强冬性、冬性、弱冬性和春性4种类型品种种植北界和种植南界的空间位移及可种植面积的影响。【方法】依据制约冬小麦正常越冬的冻害指标和影响春化天数指标确定冬小麦不同品种种植的北界和南界；采用ArcGIS软件绘制冬小麦不同品种种植区域及种植面积变化。【结果】与1951—1980年相比，1981—2010年冬小麦强冬性品种种植北界在宁夏-甘肃及河北-辽宁北移趋势最明显，分别北移200 km和100 km，其种植南界东部地区北移趋势大于西部地区，在江苏和安徽等地移动90 km，强冬性品种可种植面积共增加36.24万km2；冬小麦冬性品种种植北界在山东-河北变化明显，向北移动310 km，种植南界在贵州毕节-习水地区向西推移趋势明显，西推95 km，冬小麦冬性品种可种植区域共增加17.75万km2；冬小麦弱冬性品种种植北界在安徽、江苏、河南和山东交互之处变化明显，北移120—370 km，西部地区变化趋势不明显，种植南界呈略微北推趋势，冬小麦弱冬性品种可种植面积共增加15.70万km2；冬小麦春性品种种植北界在江苏、安徽和河南变化明显，北移230 km，而西部地区不明显，春性品种可种植面积共增加23.44万km2。华北北部地区以强冬性品种为主，华南地区以春性品种为主，河南、山东和四川等地区冬小麦可种植冬春性品种类型较多，以冬性和弱冬性品种为主。【结论】由于中国冬季温度明显升高，较1951—1980年，1981—2010年冬小麦不同冬春性品种种植界限明显北移，北界北移趋势大于南界移动趋势，种植区域面积增大，其中强冬性品种种植界限及可种植区域移动最明显。
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孙爽, 杨晓光, 赵锦, 等. 全球气候变暖对中国种植制度的可能影响XI.气候变化背景下中国冬小麦潜在光温适宜种植区变化特征[J]. 中国农业科学, 2015, 48(10):1926-1941.
【目的】气候变化背景下中国农业及粮食安全面临严峻挑战，而小麦是中国三大粮食作物之一，对保障中国粮食安全具有重要作用，研究气候变化背景下中国冬小麦潜在光温适宜种植区的变化特征，为冬小麦合理布局提供重要科学参考。【方法】利用逐级订正法计算中国冬小麦潜在种植区内各站点冬小麦逐年潜在光温产量，综合考虑高产性和稳产性指标，以1981年为时间节点，将1961—2010年划分为两个时段，在分析1981—2010年（时段Ⅱ）较1961—1980年（时段Ⅰ）潜在光温产量高产性和稳产性变化特征的基础上，综合得到气候变化背景下中国冬小麦潜在光温适宜种植区界限的变化及潜在光温适宜种植区分布的变化特征。【结果】与时段Ⅰ相比，时段Ⅱ中国冬小麦潜在光温产量的最高产区和高产区面积增加，占研究区域冬小麦面积的比例分别增加了6.33%和7.42%，而次高产区和低产区面积减少，占研究区域冬小麦面积的比例减少了10.50%和3.24%。时段Ⅱ中国冬小麦潜在光温产量最稳产区面积下降，占研究区域冬小麦面积比例降低了25.76%，而稳产区、次稳产区和低稳产区面积增加，占研究区域冬小麦面积的比例分别增加了12.09%、10.34%和3.31%。中国冬小麦潜在最适宜区、适宜区、次适宜区和可种植区界限在空间上都发生改变。其中，冬小麦潜在最适宜区界限发生了明显的北移西扩，潜在最适宜区南界由安徽省中部北移至山东省西北部，潜在最适宜区西界由山西省西南部西扩至陕西省西北部；冬小麦潜在适宜区界限向东北方向移动，最大移动距离在四川省东部-陕西省西南部，移动距离达835.63 km。冬小麦各等级潜在光温适宜种植区界限变化引起各区域冬小麦面积相应改变。与时段Ⅰ相比，时段Ⅱ中国冬小麦潜在最适宜区和适宜区冬小麦面积下降，占研究区域冬小麦面积比例分别降低了4.49%和4.75%，而次适宜区和可种植区冬小麦面积增加，占研究区域冬小麦面积的比例分别增加了7.17%和2.06%。中国冬小麦各等级潜在光温适宜种植区的单产增加，平均提高513 kg·hm<sup>-2</sup>，但最适宜区和适宜区冬小麦面积减少，使得最适宜区和适宜区冬小麦的总产下降，与时段Ⅰ相比占总产的比例分别降低了29.4% （5 108×10<sup>4</sup> t）和15.1% （5 896×10<sup>4</sup> t），从而使冬小麦种植区内冬小麦总产整体下降了1 504×10<sup>4</sup> t，与时段Ⅰ相比占总产的比例降低了2.07%。【结论】全球气候变暖背景下，中国冬小麦潜在光温产量最高产区和高产区面积增加，最稳产区面积减少，由于稳产性下降引起冬小麦最适宜区和适宜区面积缩小；中国冬小麦潜在光温适宜种植区最适宜区界限北移西扩，适宜区界限向东北方向移动，适宜区界限的变动引起中国冬小麦各等级适宜种植区内的单产增加，有利于冬小麦产量的提高，但最适宜区和适宜区冬小麦面积减少，使中国冬小麦的总产整体下降。实际生产中，冬小麦潜在光温产量适宜性发生改变的区域，应注意结合当地的灌溉条件，以确保冬小麦稳产高产。
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成林, 方文松. 气候变化对雨养冬小麦水分利用效率的影响估算[J]. 应用气象学报, 2015, 26(3):300-310.
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肖登攀, 陶福禄, 沈彦俊, 等. 华北平原冬小麦对过去30年气候变化响应的敏感性研究[J]. 中国生态农业学报, 2014, 22(4):430-438.
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赵丹丹, 翟石艳. 1951-2012年河南省气候变化对冬小麦和玉米产量的影响[J]. 中国农学通报, 2015, 31(29):152-157.
在分析河南省1951—2012 年历史气候变化背景下，对冬小麦和玉米不同生长时期对应的气候要素变化对其产量的影响进行定量研究。利用国家气象局网站提供的历史气象数据，基于Matlab 和Surfer 8.0 绘制年平均气温和降水量的小波系数实部等值线图。通过用二次函数拟合趋势产量，将冬小麦和玉米的历年气象产量分离出来。之后利用SPSS进行逐步回归分析，建立以气候产量为因变量，不同生长时期的气候要素为自变量的回归模型。结果表明：（1）河南省年降水量在其变化过程中存在多时间尺度特征，小波波幅中心在36~58 年、15~35 年以及8~14 年这3 类时间尺度上正负交替出现，存在周期性的变化规律。在18 年尺度上，年均气温到2012 年处于升高状态。（2）冬小麦全生育期内，在其他自变量不变的情况下，越冬期降水量每增加1 mm，气象产量将减少0.221 万t；越冬期平均温度每增加1℃，气象产量将减少13.277万t；在冬小麦生长期第二阶段中，降水量每增加1 mm，气象产量将减少0.149万t。（3）在玉米全生育期内，保持其他自变量不变的前提下，营养生长期内降水量每增加1 mm，气象产量将减少0.003 万t；营养生长期平均温度每增加1℃，气象产量将减少6.389 万t；玉米生殖生长期间，降水量每增加1 mm，气象产量将减少0.159 万t。从总体上来看，温度和降水变化对气象产量的影响皆为负面影响，并且温度变化对粮食产量的影响比降水变化产生的影响显著得多。通过对2 个回归模型进行对比发现冬小麦比玉米具有更强的气候变化敏感性。
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张耀耀, 刘延刚, 谷中颖, 等. 气候变化对沧州地区冬小麦产量潜力的影响[J]. 中国农业大学学报, 2014, 19(4):31-37.
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普宗朝, 张山清, 徐文修, 等. 气候变化对伊犁河谷冬小麦产量的影响[J]. 中国农学通报, 2014, 30(15):137-182.
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王鹤龄, 张强, 王润元, 等. 增温和降水变化对西北半干旱区春小麦产量和品质的影响[J]. 应用生态学报, 2015, 26(1):67-75.
为了明确未来气候变化对半干旱区春小麦产量和品质的影响,本研究选择典型半干旱区定西试验基地,利用开放式红外增温模拟系统和水分控制装置设置不同降水量(减少20%、不变、增加20%)和温度梯度
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肖国举, 张强, 张峰举, 等. 增温对宁夏引黄灌区春小麦生产的影响[J]. 生态学报, 2011, 31(21):6588-6593.
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张谋草, 段金省, 李宗, 等. 气候变暖对黄土高原塬区农作物生长和气候生产力的影响[J]. 资源科学, 2006, 28(6):46-50.
分析气候变暖对黄土高原塬区作物发育期的影响表明：气候变暖使冬小麦越冬前各发育期日期推后，越冬后各发育期日期提前；冬小麦全生育期生长天数缩短，每10年缩短8.3天，主要是越冬期（休眠期）缩短，每10年缩短6.8天；冬小麦越冬死亡率降低。使玉米各发育期日期提前，但播种期、三叶期、拔节期、抽雄期日期提前较小，其变化速率仅为0.5天～1.1天/10年；而乳熟期、成熟期日期提前较多，变化速率为3.5天～9.0天/10年。冬小麦、玉米气候产量变化与干旱发生程度有关，干旱越严重，气候产量越低。年气候生产力40年(1961年～2000年)呈递减趋势，递减率为1.13kg～19.21kg/(hm<sup>2</sup>·年)，从对未来假定的气候变化年型看，以暖湿型气候年型对农业生产最为有利，年气候生产力增加13.7%～31.2%；冷干型气候对农业生产不利，年气候生产力减少5.1%～27.1%。
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赵玮, 张艳艳, 张锋, 等. 陇东塬区玉米灌浆期气象因子变化对产量构成因素的影响[J]. 中国农学通报, 2016, 32(21):62-66.
为了了解气象因子的变化对陇东塬区玉米灌浆期生长的影响，合理利用气候资源。利用西峰农业气象试验站观测资料，采用数理统计方法分析了该区玉米在灌浆前期（开花至乳熟）、灌浆后期（乳熟至成熟）及整个灌浆期（开花至成熟）光、热、水对产量构成因素的影响。结果表明：不同灌浆期的平均气温、平均最高气温、温度日较差、光照时数对产量构成因素呈现较高的负效应，平均最低气温、≥10℃积温对产量构成因素呈正效应；降水量在整个灌浆期对百粒重呈现较强的正相关，在灌浆前期和后期对株籽粒重和百粒重呈现较弱正相关，作物耗水量在灌浆后期对产量构成因素呈现较强正效应。同时分析得出玉米灌浆期平均气温、平均最高气温、温度日较差和光照时数呈现逐年降低趋势，平均最低气温、≥10℃积温和降水量呈现逐年增加趋势。总而言之，在陇东塬区热量和光照基本能满足玉米不同灌浆期的需求，水分是限制产量的关键因素，气候变化有利于陇东塬区玉米灌浆，对提高产量有利。
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Collection(s)
图1 1981—2019年年平均气温变化曲线图2 1995—2019年年降水量变化曲线图3 1981—2019冬小麦水分利用率逐年变化曲线图4 开花—乳熟期间隔天数距平图图5 千粒重随年代变化曲线图6 不孕小穗率随年代变化曲线
表1 1995—2019年冬小麦各发育期干物质变化线性趋势/
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