严应存，何生录，高贵生，赵梦凡

（1.青海省气象科学研究所，青海 西宁 810001；2.青海省防灾减灾重点实验室，青海 西宁 810001；3.格尔木市气象局，青海 格尔木 816099；4.海北牧业气象试验站，青海 海北 810200）

气候变化已成为当今科学界、各国政府和社会公众普遍关注的环境问题之一。气候变化可能对生态系统和社会经济产生灾难性影响。农业是受气候变化影响最直接的脆弱产业。因此，气候变化对农业生产的影响研究一直是气候变化研究领域的热点问题之一[1]。近半个世纪以来，气候变化已经对我国作物种植制度产生重大影响。具体表现为：一年生作物物候期变化地区差异大[2-6]；多年生植物春季物候期提前、秋季物候期推迟，生育期延长[7-11]。刘明春等[12]研究了甘肃省春油菜生长发育及产量形成对气候变化的响应，表明气候变暖使油菜生育进程加快，气候变化对高寒阴湿区油菜产量增加和品质形成更为有利；陈锐杰等[13]在研究青海河湟谷地气候变化对粮食产量贡献时发现，相对东北黑龙江地区，气候变暖对河湟谷地的影响较小。

小油菜是北方小油菜区的重要油料作物，由于它在食用、饲用、工业用、农作物复种、生态修复、景观带造景、改善土壤上具有重要作用，近年来发展较快[14-18]。但到目前为止，由于观测资料稀缺，对高寒地区小油菜响应气候变化的研究较少，研究的焦点大都集中在冬油菜抗寒越冬性方面[19-22]，研究地域大部分为甘肃及以南地区。

小油菜占青海环湖地区油菜播种面积的70%以上[23]，在环湖地区生态恢复、畜牧业养殖和防治土地退化方面起着重要作用，同时也是草原文明的美好载体。门源回族自治县农业气象试验站系统观测了近40 a 高寒地区小油菜物候期及其平行气象资料，拟对环青海湖地区小油菜开展生育期变化规律及其气候驱动因素研究，为高寒地区有效应对气候变化、提高生态生产潜力、美化生态环境、改善土壤结构、合理布局和更新品种、指导旅游活动、促进环湖地区生态文明建设等提供理论依据及技术支撑。

1 材料与方法

1.1 资料来源

1980—2017 年小油菜播种—成熟物候期气象资料来源于青海省气象局信息中心。小油菜物候期观测方法根据《农业气象观测规范》（上卷）作物分册进行。

1.2 研究方法

采用人工观测物候期。由于小油菜现蕾、五真叶、抽薹3 个物候期时有交替，五真叶期与现蕾、抽薹相关性极显著，分别为0.863 和0.686。因此，分析油菜各生育期相关问题时考虑播种—出苗、出苗—五真叶、五真叶—开花、开花—成熟4 个阶段。

数据统计分析中采用气候倾向率分析气候变化趋势，利用曼-肯德尔（Mann-Kendall）法做突变检测，气候变化影响采用相关系数法和逐步回归法。

气候倾向率计算如下：

突变检验采用Fortran 语言编程法实现，相关系数和逐步回归利用SPSS 17.0 软件计算。

2 结果与分析

2.1 小油菜物候期特征及历时

小油菜物候期包括播种、出苗、现蕾、五真叶、抽薹、开花、成熟。由表1 可知，门源小油菜5 月15—27 日播种，5 月26 日—6 月18 日出苗，6 月12 日—7 月3 日现蕾，6 月16 日—7 月4 日五真叶，6 月19日—7 月4 日抽薹，7 月1 日—14 日开花，8 月8 日—9 月1 日绿熟，8 月24 日—9 月15 日成熟。生育期历时播种—出苗9～23 d，出苗—五真叶10～34 d，五真叶—开花3～22 d，开花—成熟49～68 d。播种—成熟89～116 d，出苗—成熟80～98 d。

表1 门源小油菜生育期历时 （d）

2.2 小油菜生育期变化诊断

2.2.1 生育期年际变化 由表2 可知，播种—出苗和五真叶—开花历时分别以0.213 和0.222 d/a 的趋势极显著延长，出苗—五真叶历时以0.387 d/a 的趋势极显著缩短，出苗—成熟历时以0.112 d/a 的趋势弱显著缩短。小油菜播种期以0.042 d/a 的趋势提前，成熟期则以0.081 d/a 的趋势推迟（P＜0.1），出苗期以0.193 d/a 的趋势极显著推迟（P＜0.01），导致播种—成熟历时有所延长，但出苗—成熟历时弱显著缩短。

表2 1980—2019 年小油菜生育期变化趋势

2.2.2 小油菜生育期变化突变诊断 采用曼-肯德尔（Mann-Kendall）法进行突变检测，将1980—2019 年变化趋势显著的生育阶段（即：播种—出苗、出苗—五真叶、五真叶—开花和出苗—成熟）给定显著性水平α=0.05，即μ0.05=±1.96，计算结果绘成图1。由图1 可知，自20 世纪80 年代末期以后，播种—出苗历时呈持续延长趋势，1988 年以后延长趋势均超过显著性水平0.05 临界线；根据UF 和UB 曲线相交于1987年，确定20 世纪80 年代末期的延长是一突变现象。出苗—五真叶历时自20 世纪80 年代以来呈现波动缩短趋势，1996 年起缩短趋势均超过显著性水平0.05临界线；根据UB 和UF 曲线相交于1996 年，但交点不在临界线之间，表明出苗—五真叶历时缩短不是突变现象。五真叶—开花历时自20 世纪80 年代以来呈现波动延长趋势，1993 年起延长趋势均超过显著性水平0.05 临界线；根据UB 和UF 曲线相交于1991 年，确定五真叶—开花历时缩短是一突变现象。小油菜生育期（出苗—成熟）在1980—2000 年出现2 次大波动，1996 年以来呈现波动缩短趋势，2016 年起缩短趋势均超过显著性水平0.05 临界线；UB 和UF 曲线相交于2010 年，确定生育期缩短是一突变现象。

图1 小油菜生育期历时M-K 突变检验

2.3 小油菜生育期变化及其驱动因素分析

2.3.1 油菜生育期与气象条件的相关系数 由图2A可知，影响播种—出苗历时的主要因子是积温、日照、4 月中旬以来的气温，其中播种—出苗历时与期间的积温、日照和前期气温呈显著正相关，表明播种—出苗期间积温越高历时越长，日照越多历时越长，播种前气温越高历时越长。

由图2B 可知，出苗—五真叶历时的主要影响因子是积温、日照、4—6 月气温、4—6 月＜0℃的低温日数、霜日数、最长连续降水量、≥0.1 mm 降水日数。其中，出苗—五真叶历时与期间的积温、降水和日照呈极显著正相关，表明出苗—五真叶期间积温越高历时越长，日照越多历时越长，降水越多历时越长；出苗—五真叶历时与期间气温、4—6 月最低、最高、平均气温呈显著负相关，与4—6 月气温＜0℃、2℃和-2℃的低温日数、降水量≥0.1 mm 日数和月最长连续降水量呈显著正相关，表明油菜进入苗期后，气温越高，出苗—五真叶历时越短；低温日数越长，出苗—五真叶历时越长；降水量和降水日数越多，出苗—五真叶历时越长。

由图2C 可知，影响五真叶—开花期历时的主要因子较多，其中，五真叶—开花期历时与期间的积温和日照呈极显著正相关，表明五真叶—开花期期间积温越高历时越长，日照越多历时越长；与期间积温和日照呈极显著负相关，表明前期光温积累越多，五真叶—开花期历时越短，反之则越长；与4—7 月温度呈显著正相关，表明温度越高，五真叶—开花期历时越长，反之越短；与4—5 月气温≤0℃、2℃和-2℃的低温日数，7 月降水量和月最长连续降水日数呈显著负相关，表明前期低温日数与7 月降水可促进油菜抽薹，前期低温日数和7 月降水、降水日数越多，五真叶—开花期历时越短。

由图2D 可知，影响开花—成熟期历时的主要因子相对较少，其中开花—成熟期历时与播种—出苗期积温、开花—成熟期间的积温、5 月最低温度呈显著正相关，而与五真叶—出苗期间积温、5 月最高气温和5 月最低气温≤-2℃日数呈显著负相关。

图2 关键生育期历时与相关气象因子的相关系数

由图2E 可知，播种—成熟期历时与期间的积温、日照时数，五真叶—开花、开花—成熟、播种—成熟期间的日照时数，5 月中旬最低气温和最低地温，9月上旬最高气温呈显著正相关，与出苗—五真叶、五真叶—开花期间的平均气温，5 月最高气温、5 月最低气温≤-2℃日数呈显著或极显著负相关。

由图2F 可知，影响出苗—成熟期历时的气象因子很多，其中出苗—成熟期历时与出苗—五真叶、五真叶—开花、开花—成熟各阶段及播种—成熟期间平均气温，5—8 月旬月气温，6—7 月低温霜日呈显著负相关，表明气温越高，出苗—成熟历时越短，反之越长；与出苗—成熟、开花—成熟和播种—成熟期间的日照时数呈显著正相关，表明期间日照时数越长，出苗—成熟历时越长，反之越短，也说明门源光照明显不足。

2.3.2 油菜生育期逐步回归法拟合 从表3 可看出，显著影响油菜生育期的因素主要是积温和气温。开花前油菜生育期对积温的依赖很强，积温每升高1℃，播种—出苗、五真叶—开花历时分别延长0.08、0.07 d；出苗—五真叶历时延长0.10 d；五真叶—开花期间的平均气温升高1℃，出苗—成熟历时缩短2.69 d。

表3 油菜生育期逐步回归方程

2.3.3 气候变化及突变检验 由图3 可知，播种—出苗、五真叶—开花期间的积温和五真叶—开花期间的平均气温自1980 年以来均呈极显著升高趋势，升高幅度分别为2.739、3.430 和0.047℃/a；而出苗—五真叶期间的积温呈极显著降低趋势，降低幅度达3.194℃/a。播种—出苗期间积温（图4A）、五真叶—开花期间积温（图4C）、五真叶—开花期间平均气温（图4D）自1980 年以来呈显著升高趋势，分别从1993 年、2001 年和2012 年以来升高趋势超过显著性水平0.05临界线；根据UB 和UF 曲线交点的位置，确定积温和平均气温的升高是突变现象，具体分别是1993 年、2001 年和2007 年开始的。出苗—五真叶期间的积温（图4B）自1980 年以来呈波动降低趋势，从1997 年以来降低趋势超过了显著性水平0.05 临界线；根据UB 和UF 曲线交点的位置，确定其降低趋势为突变现象，具体从1995 年开始。

图3 小油菜生育期气候因子的变化

图4 小油菜生育期气候因子M-K 突变检验曲线

2.3.4 小油菜生育期及其驱动气候因子间关系 从表4 可看出，小油菜生育期变化气候驱动因素突变开始年份和突变显著开始年份大部分出现在驱动气候因子突变前，分析图3 气候驱动因子变化规律表明，小油菜生育期突变开始年份与主要热量因子呈持续升高（降低）变化起始年份基本一致。

表4 小油菜生育期与气候的驱动因子突变特征

3 结 论

门源小油菜出苗—成熟需要80～98 d，播种—成熟需要89～116 d，年际间相差18 和27 d，表明生育期对年际间气候变化反应敏感。近40 a 以来影响小油菜生育期长短的气候驱动因子是积温和平均气温，主要影响的生育期为播种—出苗（延长P＜0.01）、出苗—五真叶（缩短P＜0.01）、五真叶—开花期（延长P＜0.01）、出苗—成熟期（缩短P＜0.1）。开花期，小油菜各阶段生育期对光温条件的依赖大，开花后，对气候因子的依赖逐渐变小。小油菜生育期突变与热量因子变化协同性良好，恰好与热量因子持续升高（降低）起始年份基本一致。

4 讨 论

4.1 出苗期推迟的原因

以一年生小油菜为研究对象，研究时段内小油菜品种先后为门油3 号、门油1 号、门源小油菜、浩门11 号、浩油5 号、浩油4 号、浩油3 号、浩油2 号和浩油11 号，熟性由极早熟向中早熟发展。门源油菜播种期提前，但出苗期仍呈推迟趋势，进一步分析播种期和出苗期及光温水条件表明，随着气候变暖，播种前5 月中旬温度整体显著升高，日照时数未显著增加，降水未显著减少，但尚能满足播种所需水分，为小油菜播种创造了良好条件，播种期呈不显著提前趋势。但在出苗关键期的6 月上中旬，气温显著升高、降水和日照均未显著减少，导致出苗期推迟。气候条件对小油菜出苗—成熟和播种—成熟的影响分析表明，出苗期—成熟期间光温水条件的生物学意义突出，可在生产中指导农户了解作物生长需求，根据气象条件及时调整作物播种期。

4.2 气候变化对小油菜生育期的影响

纵观气象条件对小油菜不同生长发育阶段的影响，播种—出苗、出苗—五真叶、五真叶—开花各阶段历时与其期间的积温和日照时数相关系数分别在0.903～0.948 和0.741～0.885 之间，呈极显著正相关；开花—成熟历时与其期间的积温和日照时数相关系数分别为0.463 和0.377，呈弱显著正相关和显著正相关。这表明门源油菜主要受光温条件的影响，开花前，光温条件对油菜生育期的影响极显著，播种—出苗、五真叶—开花期间积温每升高1℃，其生育期分别延长0.08、0.07 d；出苗—五真叶期间的积温每升高1℃，出苗—五真叶历时延长0.10 d。开花期后油菜生育期对光温水的依赖明显变小，主要受前期气候条件的滞后影响。五真叶—开花期间的平均气温升高1℃，出苗—成熟历时缩短2.69 d。

4.3 关键生育期突变与驱动因子的协同性

小油菜播种—出苗历时从20 世纪80 年代末期以后呈持续延长趋势，五真叶—开花历时自20 世纪80 年代以来呈波动延长趋势；出苗—五真叶历时自20 世纪80 年代以来呈现波动缩短趋势，出苗—成熟在1980—2000 年出现2 次大波动，1996 年以来呈现波动缩短趋势；且各生育期延长或缩短趋势是一突变现象。影响播种—出苗、五真叶—开花期的积温和五真叶—开花期的平均气温自1980 年以来分别以2.739、3.430 和0.047℃/a 的幅度极显著升高，出苗—五真叶期的积温以3.194℃/a 的幅度呈极显著降低，各影响因素在1993 年、2001 年、2007 年和1995 年出现突变现象。小油菜生育期突变与热量因子持续升高（降低）起始年份基本一致。

4.4 关于小油菜研究的进一步思考

在青藏高原气候变化背景下，如何结合产量、品质等因素进一步开展小油菜适宜播种期研究，开发基于多种模型的小油菜开花期预报，保护和发扬优质种质资源，挖掘其饲用价值及其他应用价值，开展小油菜种植对高寒地区生态农业系统功能的影响等工作，积极应对气候变化带来的影响是以后应持续深入开展的工作。