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摘要:为有效提供气候变化未来情景相适应的栽培途径,对1987-2017年区域(临汾)与水分相关的降水量、气温、10 cm地温、蒸发量、风速、相对湿度、日照时数7个气象因子开展了动态变化、因子间相关性及其对小麦产量的影响研究。结果表明:各年小麦生育期气象因子动态变化特征为降水量、平均气温和平均10 cm地温呈递增趋势,而蒸发量、日照时数、平均相对湿度和平均风速则呈递减趋势;小麦生产年度各季节蒸发量为夏>春>秋>冬,各月份蒸发量为6>7>5>8>4>3>9>10>2>11>1>12。各年小麦生育期气象因子间相关性为平均气温与蒸发量呈负相关,平均风速、日照时数与蒸发量呈正相关,相关气象因子间的变异系数为降水量>蒸发量>平均风速>平均相对湿度>平均地温>日照时数>平均气温;小麦生产年度各季节、月份平均气温与蒸发量呈正相关。各气象因子与小麦产量的相关性为各年小麦生育期平均气温、平均10 cm地温、日照时数与产量呈负相关,而平均相对湿度、蒸发量、平均风速则与产量呈正相关,降水量与产量均呈正相关,其中不同阶段降水量与产量的相关系数为生产年度>生育期>休闲期。该项研究可为小麦生产系统应对气候变化提供理论依据和技术支撑。
关键词:气候变化;气象因子;小麦产量
中图分类号:S161,S512.1+1
文献标志码:A
论文编号:cjas18030032
0 引言
进入21世纪以来,山西小麦年播种面积约66.7万hm2,是山西的第二大粮食作物。因此,小麦产量的丰歉直接左右着全省粮食总产量。全球变暖己成为公认的事实。近年来,广大科技工作者从不同空间尺度开展了气候变化对小麦生产的影响研究,在大区级空间尺度下杨建莹等开展了气候变化背景下华北地区冬小麦生育期的变化特征研究,姬兴杰、宁金花等分别开展了气候变化对北方冬麦区生育期、气候变率和变化特征研究,申双和等开展了气候变化情景下黄淮海冬麦区降水量及其适宜度变化分析等;在省级小麦主产区空间尺度下,河北开展有了气温变化对冬小麦发育期分析、山东开展了气温变化对最佳适播期的影响、河南开展了地温变化对产量的影响及降水量的时空演变特征、陕西开展了气温和C02浓度变化对产量影响的模拟分析、甘肃开展了冬春地温变化对小麦生长和产量的相关分析、江苏开展了近50年气候干湿特征研究、新疆开展了额尔齐斯河流域气温日较差变化特征及影响因子分析;与此同时,山西省开展了气温、降水变化的特征及趋势分析、冬小麦主要发育期特征及对气候变暖的响应、降水气温变化对旱地小麦农艺性状的影响等。以上这些研究成果以不同气象因子为对象,研究了气候变化对小麦生长发育时期、农艺技术措施(播种期)及产量等农艺性状的影响,对大区级及各省小麦应对气候变化提供了理论指導。但以上较多研究主要集中在单一或两个气象因子对小麦生产的影响研究,特别是个别气象因子变化研究是自然年度间的变化,缺乏小麦生育期间或生产年度多气象因子的变化研究,而小麦生产系统受气候变化的影响是多气象因子共同作用的结果。基于此,本项研究筛选了与水分相关的降水量、蒸发量、气温、10 cm地温、风速、日照时数、相对湿度7个气象因子,开展小麦生育期或生产年度各关键气象因子动态变化特征、气象因子间相关性及其对产量的影响研究,以期较全面地解析不同气象因子对小麦生产系统的影响,为未来气候变化情景提供理论和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验基地概况
试验基地位于临汾盆地尧都区,海拔457.0 m,属暖温带大陆性半干旱季风气候层。主要气候特征为四季分明、冬冷夏热、雨热同期、旱多涝少。夏季受到海洋性暖湿气团的控制,成为多雨季节,且雨季时间较短,冬、春、秋季在干燥大陆性气团的控制之下,气候干燥,雨雪稀少。试验基地为雨养条件,地势平坦,土壤质地为轻壤土质。
1.2 试验材料及来源
气象资料来源于临汾国家基本气象站,主要采集了临汾近30年(1987年6月中旬-2017年6月上旬)与水分相关的生育期降水量、休闲期降水量、生产年度降水量、蒸发量、气温、10 cm地温、风速、日照时数、相对湿度9个气象因子,共获取30组数据;小麦产量来源于国家黄淮海北片山西省农业科学院小麦研究所旱地试验点,其产量年度数据与气象年度数据相对应,共获取30个产量数据。其中1988-1990年、1991-1997年、1998-2017年小麦品种分别为‘秦麦3号’(‘渭麦5号’)、‘晋麦33号’、‘晋麦47号’。
1.3 时段划分及各气象因子数据计算方法
(1)时段划分。根据临汾小麦播种期(上年9月26-28日播种,10月上旬出苗)、收获期(次年6月7-8日)特点,将小麦生产划分为休闲期、生育期、生产年度,其中休闲期为上年6月中旬至9月,生育期为上年10月至次年6月上旬,生产年度为上年6月中旬至次年6月上旬;自然年度为每年的1月至12月。
(2)各气象因子数据计算方法。各年小麦生育期相关气象因子计算方法:平均气温、10 cm地温、风速、相对湿度计算方法为上年10、11、12月,次年1、2、3、…、5、6月(上旬)各月均值总和除以9的平均值;降水量、蒸发量、日照时数计算方法为上年10、11、12月,次年l、2、3、…、5、6月(上旬)各月总量的总和;各年小麦生育期相关气象因子每年获取1个数据,30年共获取30组数据,每组数据中含平均气温、10 cm地温、风速、相对湿度、生育期降水量、蒸发量、日照时数7个数据。
各年小麦生产年度、休闲期降水量及其他相关气象因子计算方法:休闲期降水量为上年6(中、下旬)、7、8、9月各月降水量的总和;各年生产年度降水量为上年6(中、下旬)、7、8、9、…、12月,次年l、2、3、…、5、6月(上旬)各月降水量的总和;各年小麦生产年度各月平均气温为上年6、7、8、…、12月至次年1、2、3、…、5月各月均气温各年总和除以30年的平均值,12个月共获取12个数据;各月(各月对应关系同上)蒸发量为各年各月蒸发量总和除以30年的平均值,12个月共获取12个数据;各季节[冬季上年12月、次年1、2月,春季次年3、4、5月,夏季上年6、7、8月,秋季上年9、10、11月]平均气温为各对应月份月均气温各年总和除以30年的平均值,再3个月的平均值相加之和除以3,4个季节共获取4个数据;各季节平均(各季节各月对应关系同上)蒸发量为各年各月蒸发量总和除以30年的平均值,再3个月的平均值相加之和,4个季节共获取4个数据。 1.4 数据处理
资料数据用Excel 2003和DPS平台操作系统进行数据处理分析。
2 结果与分析
2.1 区域(临汾)相关气象因子动态变化
2.1.1 各年小麦生育期相关气象因子动态变化由图1—4看出,1987-2017年小麦生育期相关气象因子的动态变化不同。
(1)平均气温、蒸发量气象因子变化特点。由图l看出,平均气温总体呈现上升趋势,而蒸发量则为下降趋势。平均气温因子,8℃<1988-1997年<9℃,9℃≤1998-2002年
(2)平均风速、日照时数气象因子变化特点。由图2看出,平均风速、日照时数总体呈现下降趋势。平均风速因子,1988-1997年间在1.68—1.81 m/s区间,而1998-2017在1.41—1.44 m/s区间;日照时数因子,1988-2002年间在1423.66—1403.28 h区间,而2003-2017年间则低于1400 h。
(3)生育期、休闲期降水量气象因子变化特点。由图3看出,生育期、休闲期降水量变化趋势不明显。生育期降水量因子,160 mm≤1988-1997年≤170 mm,150 mm≤1998-2012年≤160 mm, 170 mm≤2013-2017年≤180 mm,1998-2017年间生育期间降水有增加趋势;休闲期降水量因子,除2003-2007年间降水在360 mm外,其他时段均维持在250—300 mm间。
(4)平均10 cm地温、平均相对湿度气象因子变化特点。由图4看出,平均10 cm地温总体呈现上升趋势,而平均相对湿度则为下降趋势。平均10 cm地温因子,1988-1997年间在9.25—10.01℃区间,而1998-2017年间呈上升趋势,维持在10.34—11.20℃区间。平均相对湿度因子,1988-2012年间呈直线下降,由1988-1992年间的62.64%下降到2008-2012年间的50.69%,2013-2017年间较2008-2012年间略有上升,但上升幅度较小。
2.1.2 生产年度各季节、月份蒸发量气象因子动态变化由图5、6看出,小麦生产年度四季的冬季、秋季、春季、夏季蒸发量随气温的上升而上升,生产年度的l、2、3、…、12月的蒸发量随气温的上升而上升,随气温的下降而下降。
2.1.3 各年小麦生育期相关气象因子及休闲期、生产年度降水量因子的变异系数关系由表1看出,各年小麦生育期不同气象因子的变异系数存在差异。降水量变异系数最大,其中以休闲期>生育期>生产年度,其次分别为蒸发量、平均风速、平均10 cm地温、平均相对湿度、日照时数、平均气温,其中平均气温在7个气象因子中变异系数最小。
2.2 小麦生产不同时段相关气象因子与蒸发量及其他气象因子间的相关性
2.2.1 小麦生育期相关气象因子对蒸发量的影响由表2看出,各年小麦生育期平均气温、10 cm地温、平均风速、日照时数对蒸发量的影响不同。各年小麦生育期平均气温、10 cm地温均与蒸发量呈负相关,平均10 cm地温决定系数大于平均气温的决定系数即平均10 cm地温对蒸发量的相关性大于平均气温对蒸发量的相关性。各年小麦生育期平均风速、日照时数均与蒸发量呈正相关,平均风速决定系数大于日照时数的决定系数即平均风速对蒸发量的影响大于日照时数对蒸发量的影响。
2.2.2 小麦生产年度各季节平均气温、各月平均气温对蒸发量的影响由表2看出,生产年度各季节平均气温、各月平均气温对蒸发量的影响不同。对蒸发量的影响为各季节平均气温>各月平均气温。
2.2.3 其他气象因子间的相关性由表2看出,各年小麦生育期平均风速与平均气温、各年小麦生育期平均10 cm地温与相对湿度二者均呈负相关,表明各年小麦生育期平均风速大小直接影响着各年小麦生育期平均气温,各年小麦生育期平均10 cm地温的升高会降低各年小麦生育期的平均相对湿度。
2.3 相关气象因子与产量的线性关系
2.3.1 各年降水量气象因子对产量的影响由表3得出,生产年度、各年休闲期、小麦生育期的降水量对小麦产量的影响程度不同。各时段降水量对产量均呈正相关,即各时段降水量的增加对产量均有正向效应,各时段降水量对产量相关性为生产年度>生育期>休闲期。
2.3.2 各年小麦生育期平均气温、10 cm地温和日照时数对产量的影响由表3看出,各年小麦生育期平均气温、10 cm地温和日照时数对产量的影响均呈负相关,即随着日照时数增加、气温、10 cm地温升高产量呈降低的趋势,三者对产量的相关性依次为日照时数>10 cm地温>平均气温。
2.3.3 各年小麦生育期蒸发量、平均风速、平均相对湿度对产量的影响由表3看出,各年小麦生育期蒸发量、平均风速、平均相对湿度对产量的影响均呈正相关,即随着蒸发量、平均风速、平均相对湿度的增加产量呈升高的趋势,三者对产量的相关性依次为平均相对湿度>平均风速>蒸发量。
3 结论与讨论
区域(临汾)相关气象因子资料动态变化分析表明,1987-2017年中各年小麦生育期降水量、平均气温和平均lOcm地温呈递增趋势,蒸发量、平均风速、日照时数和平均相对湿度呈递减趋势;1987-2017年小麦生产年度各季节蒸发量为夏>春>秋>冬,各月蒸发量为6>7>5>8>4>3>9>10>2>11>1>12。关于本区域降水量,20世纪50、60、70、80、90年代、21世纪前10年及近7年的自然年度年平均降水量分别为513.6、535.0、500.5、467.1、438.5、459.8、467.5 mm,可以看出20世纪50、60、70年平均降水量≥500 mm,至20世纪90年代年均降水量跌至450 mm以下,而进入21世纪前10年及近7年降水量则呈上升趋势,但仍未突破500 mm;因此,从这个区间看年降水量总体呈降低趋势,而本项研究采集区间为1987年6月中旬一2017年6月上旬,数据呈现小麦生育期降水量增加趋势。其他相关气象因子如平均气温、平均地温、蒸发量等在较大区间的变化动态趋势与本项研究采集区间趋势表现一致。
统计区域(临汾)相关气象因子间相关性表明:1987-2017年中各年小麦生育期蒸发量随平均气温的升高呈降低趋势,即平均气温与蒸发量呈负相关,这与申双和对全国近45年(自然年度)的气温与蒸发量的研究结果相一致;而小麦生产年度各季节、各月份的蒸发量则随平均气温的升高呈上升趨势,即各季节、各月份平均气温与蒸发量呈正相关,这与各年小麦生育期平均气温与蒸发量的结果不相一致,分析其原因,主要是由于其间各年小麦生育期平均风速、日照时数与蒸发量呈正相关,而各年小麦生育期平均风速和日照时数呈降低趋势,且二者的变异系数大于平均气温的变异系数,即由于各年小麦生育期平均风速和日照时数的降幅大于各年小麦生育期平均气温的升高幅度而抵消了温度对蒸发量的正效应。本项研究用统计变异系数,而申双和等通过彭曼公式中能量平衡项和空气动力项验证了风速降低、日照时数减少是年蒸发量降低的主要原因。
分析研究区域相关气象因子对小麦产量的相关性表明,生产年度、生育期和休闲期降水量对产量均呈正相关,其相关系数为:生产年度>生育期>休闲期,这与崔欢虎等对山西浮山县小麦单产与全年降水量关系的研究结果一致。各年小麦生育期平均气温、平均地温和日照时数与产量呈负相关,各年小麦生育期平均相对湿度、蒸发量、平均风速与产量呈正相关。其中平均风速可能是影响小麦产量的关键气象因子,由于平均风速降低导致平均气温和平均地温上升而降低小麦产量,由于平均风速降低导致蒸发量降低而降低小麦产量,由于平均风速降低导致平均相对湿度上升而提高小麦产量,而有关风速衍生其他气象因子的变化而对小麦产量的影响相关研究较少。
本项研究应用蒸发皿蒸发量解析小麦生育期间的蒸发量及其与其他因子间的相关性,是基于周林等开展的气候变暖对黄淮海平原冬小麦生长及产量影响的数值模拟研究结果“高温加大了土壤蒸发”。本课题开展的小麦冬前地温提升模拟方法(2017年)也较好地验证了地温升高会诱发土壤蒸发量的增加,而本项研究也表明气温与地温高度正相关。
关键词:气候变化;气象因子;小麦产量
中图分类号:S161,S512.1+1
文献标志码:A
论文编号:cjas18030032
0 引言
进入21世纪以来,山西小麦年播种面积约66.7万hm2,是山西的第二大粮食作物。因此,小麦产量的丰歉直接左右着全省粮食总产量。全球变暖己成为公认的事实。近年来,广大科技工作者从不同空间尺度开展了气候变化对小麦生产的影响研究,在大区级空间尺度下杨建莹等开展了气候变化背景下华北地区冬小麦生育期的变化特征研究,姬兴杰、宁金花等分别开展了气候变化对北方冬麦区生育期、气候变率和变化特征研究,申双和等开展了气候变化情景下黄淮海冬麦区降水量及其适宜度变化分析等;在省级小麦主产区空间尺度下,河北开展有了气温变化对冬小麦发育期分析、山东开展了气温变化对最佳适播期的影响、河南开展了地温变化对产量的影响及降水量的时空演变特征、陕西开展了气温和C02浓度变化对产量影响的模拟分析、甘肃开展了冬春地温变化对小麦生长和产量的相关分析、江苏开展了近50年气候干湿特征研究、新疆开展了额尔齐斯河流域气温日较差变化特征及影响因子分析;与此同时,山西省开展了气温、降水变化的特征及趋势分析、冬小麦主要发育期特征及对气候变暖的响应、降水气温变化对旱地小麦农艺性状的影响等。以上这些研究成果以不同气象因子为对象,研究了气候变化对小麦生长发育时期、农艺技术措施(播种期)及产量等农艺性状的影响,对大区级及各省小麦应对气候变化提供了理论指導。但以上较多研究主要集中在单一或两个气象因子对小麦生产的影响研究,特别是个别气象因子变化研究是自然年度间的变化,缺乏小麦生育期间或生产年度多气象因子的变化研究,而小麦生产系统受气候变化的影响是多气象因子共同作用的结果。基于此,本项研究筛选了与水分相关的降水量、蒸发量、气温、10 cm地温、风速、日照时数、相对湿度7个气象因子,开展小麦生育期或生产年度各关键气象因子动态变化特征、气象因子间相关性及其对产量的影响研究,以期较全面地解析不同气象因子对小麦生产系统的影响,为未来气候变化情景提供理论和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 试验基地概况
试验基地位于临汾盆地尧都区,海拔457.0 m,属暖温带大陆性半干旱季风气候层。主要气候特征为四季分明、冬冷夏热、雨热同期、旱多涝少。夏季受到海洋性暖湿气团的控制,成为多雨季节,且雨季时间较短,冬、春、秋季在干燥大陆性气团的控制之下,气候干燥,雨雪稀少。试验基地为雨养条件,地势平坦,土壤质地为轻壤土质。
1.2 试验材料及来源
气象资料来源于临汾国家基本气象站,主要采集了临汾近30年(1987年6月中旬-2017年6月上旬)与水分相关的生育期降水量、休闲期降水量、生产年度降水量、蒸发量、气温、10 cm地温、风速、日照时数、相对湿度9个气象因子,共获取30组数据;小麦产量来源于国家黄淮海北片山西省农业科学院小麦研究所旱地试验点,其产量年度数据与气象年度数据相对应,共获取30个产量数据。其中1988-1990年、1991-1997年、1998-2017年小麦品种分别为‘秦麦3号’(‘渭麦5号’)、‘晋麦33号’、‘晋麦47号’。
1.3 时段划分及各气象因子数据计算方法
(1)时段划分。根据临汾小麦播种期(上年9月26-28日播种,10月上旬出苗)、收获期(次年6月7-8日)特点,将小麦生产划分为休闲期、生育期、生产年度,其中休闲期为上年6月中旬至9月,生育期为上年10月至次年6月上旬,生产年度为上年6月中旬至次年6月上旬;自然年度为每年的1月至12月。
(2)各气象因子数据计算方法。各年小麦生育期相关气象因子计算方法:平均气温、10 cm地温、风速、相对湿度计算方法为上年10、11、12月,次年1、2、3、…、5、6月(上旬)各月均值总和除以9的平均值;降水量、蒸发量、日照时数计算方法为上年10、11、12月,次年l、2、3、…、5、6月(上旬)各月总量的总和;各年小麦生育期相关气象因子每年获取1个数据,30年共获取30组数据,每组数据中含平均气温、10 cm地温、风速、相对湿度、生育期降水量、蒸发量、日照时数7个数据。
各年小麦生产年度、休闲期降水量及其他相关气象因子计算方法:休闲期降水量为上年6(中、下旬)、7、8、9月各月降水量的总和;各年生产年度降水量为上年6(中、下旬)、7、8、9、…、12月,次年l、2、3、…、5、6月(上旬)各月降水量的总和;各年小麦生产年度各月平均气温为上年6、7、8、…、12月至次年1、2、3、…、5月各月均气温各年总和除以30年的平均值,12个月共获取12个数据;各月(各月对应关系同上)蒸发量为各年各月蒸发量总和除以30年的平均值,12个月共获取12个数据;各季节[冬季上年12月、次年1、2月,春季次年3、4、5月,夏季上年6、7、8月,秋季上年9、10、11月]平均气温为各对应月份月均气温各年总和除以30年的平均值,再3个月的平均值相加之和除以3,4个季节共获取4个数据;各季节平均(各季节各月对应关系同上)蒸发量为各年各月蒸发量总和除以30年的平均值,再3个月的平均值相加之和,4个季节共获取4个数据。 1.4 数据处理
资料数据用Excel 2003和DPS平台操作系统进行数据处理分析。
2 结果与分析
2.1 区域(临汾)相关气象因子动态变化
2.1.1 各年小麦生育期相关气象因子动态变化由图1—4看出,1987-2017年小麦生育期相关气象因子的动态变化不同。
(1)平均气温、蒸发量气象因子变化特点。由图l看出,平均气温总体呈现上升趋势,而蒸发量则为下降趋势。平均气温因子,8℃<1988-1997年<9℃,9℃≤1998-2002年
(2)平均风速、日照时数气象因子变化特点。由图2看出,平均风速、日照时数总体呈现下降趋势。平均风速因子,1988-1997年间在1.68—1.81 m/s区间,而1998-2017在1.41—1.44 m/s区间;日照时数因子,1988-2002年间在1423.66—1403.28 h区间,而2003-2017年间则低于1400 h。
(3)生育期、休闲期降水量气象因子变化特点。由图3看出,生育期、休闲期降水量变化趋势不明显。生育期降水量因子,160 mm≤1988-1997年≤170 mm,150 mm≤1998-2012年≤160 mm, 170 mm≤2013-2017年≤180 mm,1998-2017年间生育期间降水有增加趋势;休闲期降水量因子,除2003-2007年间降水在360 mm外,其他时段均维持在250—300 mm间。
(4)平均10 cm地温、平均相对湿度气象因子变化特点。由图4看出,平均10 cm地温总体呈现上升趋势,而平均相对湿度则为下降趋势。平均10 cm地温因子,1988-1997年间在9.25—10.01℃区间,而1998-2017年间呈上升趋势,维持在10.34—11.20℃区间。平均相对湿度因子,1988-2012年间呈直线下降,由1988-1992年间的62.64%下降到2008-2012年间的50.69%,2013-2017年间较2008-2012年间略有上升,但上升幅度较小。
2.1.2 生产年度各季节、月份蒸发量气象因子动态变化由图5、6看出,小麦生产年度四季的冬季、秋季、春季、夏季蒸发量随气温的上升而上升,生产年度的l、2、3、…、12月的蒸发量随气温的上升而上升,随气温的下降而下降。
2.1.3 各年小麦生育期相关气象因子及休闲期、生产年度降水量因子的变异系数关系由表1看出,各年小麦生育期不同气象因子的变异系数存在差异。降水量变异系数最大,其中以休闲期>生育期>生产年度,其次分别为蒸发量、平均风速、平均10 cm地温、平均相对湿度、日照时数、平均气温,其中平均气温在7个气象因子中变异系数最小。
2.2 小麦生产不同时段相关气象因子与蒸发量及其他气象因子间的相关性
2.2.1 小麦生育期相关气象因子对蒸发量的影响由表2看出,各年小麦生育期平均气温、10 cm地温、平均风速、日照时数对蒸发量的影响不同。各年小麦生育期平均气温、10 cm地温均与蒸发量呈负相关,平均10 cm地温决定系数大于平均气温的决定系数即平均10 cm地温对蒸发量的相关性大于平均气温对蒸发量的相关性。各年小麦生育期平均风速、日照时数均与蒸发量呈正相关,平均风速决定系数大于日照时数的决定系数即平均风速对蒸发量的影响大于日照时数对蒸发量的影响。
2.2.2 小麦生产年度各季节平均气温、各月平均气温对蒸发量的影响由表2看出,生产年度各季节平均气温、各月平均气温对蒸发量的影响不同。对蒸发量的影响为各季节平均气温>各月平均气温。
2.2.3 其他气象因子间的相关性由表2看出,各年小麦生育期平均风速与平均气温、各年小麦生育期平均10 cm地温与相对湿度二者均呈负相关,表明各年小麦生育期平均风速大小直接影响着各年小麦生育期平均气温,各年小麦生育期平均10 cm地温的升高会降低各年小麦生育期的平均相对湿度。
2.3 相关气象因子与产量的线性关系
2.3.1 各年降水量气象因子对产量的影响由表3得出,生产年度、各年休闲期、小麦生育期的降水量对小麦产量的影响程度不同。各时段降水量对产量均呈正相关,即各时段降水量的增加对产量均有正向效应,各时段降水量对产量相关性为生产年度>生育期>休闲期。
2.3.2 各年小麦生育期平均气温、10 cm地温和日照时数对产量的影响由表3看出,各年小麦生育期平均气温、10 cm地温和日照时数对产量的影响均呈负相关,即随着日照时数增加、气温、10 cm地温升高产量呈降低的趋势,三者对产量的相关性依次为日照时数>10 cm地温>平均气温。
2.3.3 各年小麦生育期蒸发量、平均风速、平均相对湿度对产量的影响由表3看出,各年小麦生育期蒸发量、平均风速、平均相对湿度对产量的影响均呈正相关,即随着蒸发量、平均风速、平均相对湿度的增加产量呈升高的趋势,三者对产量的相关性依次为平均相对湿度>平均风速>蒸发量。
3 结论与讨论
区域(临汾)相关气象因子资料动态变化分析表明,1987-2017年中各年小麦生育期降水量、平均气温和平均lOcm地温呈递增趋势,蒸发量、平均风速、日照时数和平均相对湿度呈递减趋势;1987-2017年小麦生产年度各季节蒸发量为夏>春>秋>冬,各月蒸发量为6>7>5>8>4>3>9>10>2>11>1>12。关于本区域降水量,20世纪50、60、70、80、90年代、21世纪前10年及近7年的自然年度年平均降水量分别为513.6、535.0、500.5、467.1、438.5、459.8、467.5 mm,可以看出20世纪50、60、70年平均降水量≥500 mm,至20世纪90年代年均降水量跌至450 mm以下,而进入21世纪前10年及近7年降水量则呈上升趋势,但仍未突破500 mm;因此,从这个区间看年降水量总体呈降低趋势,而本项研究采集区间为1987年6月中旬一2017年6月上旬,数据呈现小麦生育期降水量增加趋势。其他相关气象因子如平均气温、平均地温、蒸发量等在较大区间的变化动态趋势与本项研究采集区间趋势表现一致。
统计区域(临汾)相关气象因子间相关性表明:1987-2017年中各年小麦生育期蒸发量随平均气温的升高呈降低趋势,即平均气温与蒸发量呈负相关,这与申双和对全国近45年(自然年度)的气温与蒸发量的研究结果相一致;而小麦生产年度各季节、各月份的蒸发量则随平均气温的升高呈上升趨势,即各季节、各月份平均气温与蒸发量呈正相关,这与各年小麦生育期平均气温与蒸发量的结果不相一致,分析其原因,主要是由于其间各年小麦生育期平均风速、日照时数与蒸发量呈正相关,而各年小麦生育期平均风速和日照时数呈降低趋势,且二者的变异系数大于平均气温的变异系数,即由于各年小麦生育期平均风速和日照时数的降幅大于各年小麦生育期平均气温的升高幅度而抵消了温度对蒸发量的正效应。本项研究用统计变异系数,而申双和等通过彭曼公式中能量平衡项和空气动力项验证了风速降低、日照时数减少是年蒸发量降低的主要原因。
分析研究区域相关气象因子对小麦产量的相关性表明,生产年度、生育期和休闲期降水量对产量均呈正相关,其相关系数为:生产年度>生育期>休闲期,这与崔欢虎等对山西浮山县小麦单产与全年降水量关系的研究结果一致。各年小麦生育期平均气温、平均地温和日照时数与产量呈负相关,各年小麦生育期平均相对湿度、蒸发量、平均风速与产量呈正相关。其中平均风速可能是影响小麦产量的关键气象因子,由于平均风速降低导致平均气温和平均地温上升而降低小麦产量,由于平均风速降低导致蒸发量降低而降低小麦产量,由于平均风速降低导致平均相对湿度上升而提高小麦产量,而有关风速衍生其他气象因子的变化而对小麦产量的影响相关研究较少。
本项研究应用蒸发皿蒸发量解析小麦生育期间的蒸发量及其与其他因子间的相关性,是基于周林等开展的气候变暖对黄淮海平原冬小麦生长及产量影响的数值模拟研究结果“高温加大了土壤蒸发”。本课题开展的小麦冬前地温提升模拟方法(2017年)也较好地验证了地温升高会诱发土壤蒸发量的增加,而本项研究也表明气温与地温高度正相关。