河南省冬小麦物候对气候变化的响应及其对产量的影响

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植被物候是植被适应区域气候而形成的以年为周期的自然现象,并直接影响植被各项生命活动,进而影响其产量和质量。气候变化与新冠疫情交织背景下,世界粮食安全面临严峻考验,2022中央一号文件指出要稳住农业基本盘,确保口粮绝对安全,饭碗装中国粮,小麦作为中国第二大粮食作物,河南省是我国最大冬小麦产区,因此研究河南省冬小麦物候对气候变化的响应及其对产量的影响具有重大意义。本文利用遥感数据、农业气象站点物候实测数据、统计数据以及其他地理数据,基于动态阈值法、导数法提取了河南省2000-2015年冬小麦返青日期、抽穗日期、成熟日期,探究了各物候期的时空分布及变化规律。分析了冬小麦物候对不同时间尺度的标准化降水干旱指数(SPEI)、气温、日照时数响应及其对产量的影响,以期为冬小麦农业生产提供参考。得到结论如下:(1)冬小麦物候期时空变化像元尺度上冬小麦平均返青期集中在40d~50d之间、抽穗期集中在90~115d、成熟期集中在120~145d之间。省域尺度上冬小麦平均返青期、抽穗期、成熟期分别48.9d、108.7d、139.7d。空间上,2000~2015年河南省冬小麦返青期南北差异较小,抽穗期和成熟期呈明显的南早北晚趋势。除了返青期与经度关系不明显,冬小麦物候期显示出与经纬度较强的相关性。纬度每增加1°,返青期、抽穗期、成熟期分别推迟1.71d、4.49d、5.79d,经度每增加1°,抽穗期提前4.62d、成熟期推迟4.82d。时间上,2000~2015年冬小麦返青期、抽穗期、成熟期都呈现不同程度提前趋势。像元尺度上,返青日期变化率集中在0~-1d/year,抽穗日期变化率集中在0~-4d/year,成熟日期变化率集中在0~-2d/year。省域尺度上,冬小麦平均返青日期提前幅度为0.23days/year,平均抽穗期提前幅度为0.21days/10year,平均成熟日期提前幅度为0.26days/10year。(2)冬小麦物候期对气候变化的响应对于返青期,干旱指数SPEI、均温、日照时数季前长度分别为1个月、1个月、两个月。对于抽穗期,干旱指数SPEI、均温、日照时数季前长度分别为1个月、3个月、4个月。对于成熟期,干旱指数SPEI、均温、日照时数季前长度分别为2个月、5个月、1个月。对于返青期,SPEI(2月份)与返青日期成正相关的像元略多,适度干旱会促进豫北、豫南小麦返青,抑制豫中部小麦返青;气温(2月份)与返青日期主要成负相关,升温对于周口市的小麦返青有抑制作用,对其他区域小麦返青有促进作用;日照时数(1月~2月)与返青期主要成正相关,日照时数增加会抑制周口市小麦返青,但会促进作用其他地方小麦返青。对于抽穗期,SPEI(4月份)与抽穗期主要成负相关,干旱加剧会促进中部小麦抽穗,抑制其他区域小麦抽穗;气温(2月~4月)与抽穗期主要成负相关,气温上升会促进小麦抽穗;日照(1月~4月)与小麦抽穗期主要成负相关,日照时数增加会促进小麦抽穗。对于成熟期,SPEI(5月~6月)与成熟期主要成负相关,适度干旱在商丘、周口可以促进冬小麦成熟,在其他区域为抑制作用;气温(2月~6月)与成熟期主要成负相关,升温有利于小麦成熟;日照(6月份)与成熟期主要成正相关,日照时数增加,有利于豫北地区小麦成熟,不利于其他区域小麦成熟。(3)干旱、气温、日照时数对小麦物候的耦合影响三种气候因素耦合作用下,豫东北小麦返青期主导影响因子为干旱指数,豫中南部为气温和日照。冬小麦抽穗期受均温的影响程度最大,但在豫中部一些地区受日照时数的影响显著。冬小麦成熟期受三种要素的影响都较为显著,豫北、豫东南受干旱影响最大,其他区域受气温和日照时数影响较大。(4)冬小麦物候期变化对产量的影响小麦产量与小麦返青日期、抽穗日期、成熟日期成显著负相关,大部分区域小麦返青期、抽穗期、成熟期的提前会一定程度导致产量增加,在新乡市、安阳市、周口市局部返青、抽穗提前会导致减产。
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