裴雪霞，党建友，张定一，武雪萍，赵 娟

(1.山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾 041000; 2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081； 3.临汾市尧都区气象局，山西临汾 041000)

近54年来晋南气候变化及其对旱地小麦产量的影响

裴雪霞1，党建友1，张定一1，武雪萍2，赵 娟3

(1.山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾 041000; 2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081； 3.临汾市尧都区气象局，山西临汾 041000)

为探讨晋南地区气候变化与旱地小麦产量的关系，利用山西省临汾市1961年6月至2015年5月的逐日降水量、气温及日照时数资料，对近54年来晋南气候变化特征及其与旱地小麦产量的相关性进行了分析。结果表明，临汾市近54年来年平均降水量为478.2 mm，波动中呈下降趋势，20世纪90年代年降水最少，21世纪开始回升，平水年和枯水年份分别占31.5%和38.9%；旱地小麦休闲前期(6-7月)和越冬前(播种到日均气温5 d稳定在0 ℃日期)每10年平均降水量明显减少，自20世纪90年代开始，休闲中后期(8-9月)降水量增加，对增加旱地麦田深层土壤贮水量有利。年日均气温、最高和最低气温分别以每年0.040 6、0.024 6和0.064 9 ℃的趋势逐年升高，旱地小麦冬前积温、越冬期日均温也逐年升高，其中冬前积温≥700 ℃的年份占74.1%，21世纪后达100%，使小麦冬前旺长的几率增加，越冬始期从20世纪60、70年代的11月下旬推迟到21世纪的12月上中旬。年日照时数呈缩短趋势，其中越冬期缩短最明显。晋南旱地麦区小麦产量与降水量存在较高正相关性，其中与生育期降水量的相关性达显著水平，与气温的相关性较小，因此降水是制约晋南旱地小麦稳产高产的首要限制因子。

晋南；旱地；降水量；气温；日照时数；小麦产量

近年来，“暖干化”气候变化趋势引起国内外学者的广泛关注。据IPCC第五次评估报告，过去130年来全球地表温度升高0.85 ℃，且20世纪的最后20多年增温明显加速[1]。其中，20世纪90年代是全球最暖的10年，1998年是最暖年份，同时全球变暖使中纬度地区趋于干旱[2-3]。专家预测，我国华北地区的气温将出现较大幅度的增温现象。IPCC颁布的最新温室气体和SO2排放方案(SRES)中，在A2和B2排放情景下，到2020年时，年均气温分别增加1.0 ℃和1.2 ℃[1]，而降水的变化则显得异常复杂，从长期发展看，华北地区降水量将有所增加，但在21世纪前20年降水量将减少[4]。黄土高原年平均气温以每年0.026 ℃的速率呈明显的上升趋势，年降水量和植物生长季降水量均呈递减趋势，其中年降水量递减率为每年-2.095 mm[2]。于亚军等[5-7]认为，晋南地区气温也呈“暖干化”变化趋势，且气温递增速率高于全国平均水平。

山西地处黄土高原半干旱地区，属大陆型季风气候，植被稀疏，水土流失严重，是全球气候变化反应敏感的生态脆弱带之一。“暖干化”气候变化趋势对山西经济的可持续发展和人们的日常生活影响重大[8-9]。临汾市位于山西省南部，为山西省主产麦区和商品小麦生产基地，旱地小麦面积占该区农作物总种植面积的60%，因此分析该区气候变化趋势及其与旱地小麦产量的相关性，对晋南麦区小麦稳产高产栽培具有重要意义[10]。全国各地针对各自所处的生态区气候变化分析研究较多[11-13]，但针对山西省临汾市这样的小区域气候变化尤其是旱地小麦生育期气候变化研究较少。本研究利用国家气象信息中心国家基准站点山西省临汾市1961年6月至2015年5月逐日降水量、气温和日照时数资料，对山西省临汾市气候变化趋势、旱地小麦关键生育期气候变化特征及其对旱地小麦产量的影响进行了分析研究，以期为预测评估生态气候变化对晋南麦区旱地小麦生产的影响及旱地小麦稳产高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

资料来源于国家气象信息中心(网址：http://www.nmic.cn/)国家基准站点，包括山西省临汾市1961年6月至2015年5月逐日降水量、平均气温、最低气温、最高气温和日照时数资料。根据这些资料计算山西省临汾市旱地小麦休闲期(6月1日-9月30日)、生育期(10月1日-次年5月31日)和全年(6月1日-次年5月31日)降水量、年日均气温和年日照时数，越冬前(播种到日均气温5 d稳定在0 ℃日期)积温和日照时数，越冬期(越冬始期到日均温连续稳定在3 ℃以上日期)日均温、日照时数和≥0 ℃积温，以及返青至成熟期日照时数；计算越冬前积温≥700 ℃、≥750 ℃和≥800 ℃的年份几率；按10年一个阶段将1961-2015年划分为1961-1969年、1970-1979年、1980-1989年、1990-1999年、2000-2009年和2010-2015年共6个阶段，计算不同阶段降水、气温和日照时数。

采用国内较常用的降水年型划分标准[14]划分降水年型。

选用国家黄淮冬麦区旱地组小麦对照品种秦麦 3 号(1986-1989年)、晋麦 33 号(1990-1997年)和晋麦47号(1998-2015年)为该地区代表性的品种，分析这些品种年际间单产与降水量、气温和日照时数的相关性。

采用Excel整理数据，利用一元线性回归以及多年趋势线进行气候变化趋势与特征分析，并进行作图；采用DPS15.1统计软件进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 年降水量、降水年型及旱地小麦生育期降水量的变化

2.1.1 年际间年降水量的变化

从图1可以看出，近54年来降水量年际间波动较大，总体呈下降趋势。其中，年平均降水量为478.2mm，最高年降水量735.8mm(2004年度)，最低年降水量248.6mm(1966年度)，80%年份的年降水量处于360～600mm范围；旱地小麦休闲期(6-9月)降水量平均为335.0mm，最高降水量559.4mm(1972年度)，最低降水量178.4mm(1966年度)，其中 80%年份的降水量处于250～500mm范围；旱地小麦生育期(10-5月)降水量平均为143.2mm，最高降水量246.0mm(1983年度)，最低降水量70.2mm(1966年度)，其中80%年份的降水量处于90～200mm范围。从20世纪60年代开始每10年的平均降水量呈先减后增趋势。其中，20世纪90年代降水最少，较54年的年均降水量少50.74mm；20世纪60年代降水最多，较54年的年均降水量多60.03mm；2010-2015年度降水次之，较54年的年均降水量高40.72 mm；20世纪70年代年均降水量与54年的年均降水量基本持平；20世纪80年代和2000-2010年度降水量分别较54年的年均降水量减少11.28和11.09 mm。旱地小麦休闲期降水量变化规律与年降水量相同。旱地小麦生育期降水量以20世纪60年代最多，较54年的旱地小麦生育期平均值多23.51 mm；20世纪70年代最少，较54年的旱地小麦生育期平均值少23.19 mm；20世纪80年代后与54年的旱地小麦生育期平均值持平。另外，年际间年降水量、旱地小麦休闲期和生育期降水量变异系数分别为22.2%、27.5%和31.0%，说明旱地小麦生育期降水量波动较大。

图1 山西省临汾市逐年年降水量、生育期降水量和休闲期降水量

2.1.2 降水年型的划分

通过计算，山西省临汾市近54 年的年降水量、旱地小麦休闲期和生育期降水量分别为478.2、335.0和143.2 mm，其均方差分别为105.3、91.2和44.0 mm。其中，丰水年降水量>512.9 mm，枯水年降水量<443.5 mm；丰水年型、平水年型和枯水年型分别为16、17和21年。20世纪60年代丰水年有5年，枯水年1年；20世纪70、80年代丰水年为3年，枯水年为5年；20世纪90年代和2000-2009年丰水年为1年，枯水年均为5年，最近5年丰水年为3年。依据旱地小麦休闲期降水量划分，丰水年型、平水年型和枯水年型分别为18、14和22年；依据生育期降水量划分，丰水年型、平水年型和枯水年型分别有21、12和21年。因此，20世纪70年代至21世纪前10年，丰水年份比例在减少，枯水年份比例在增加；近54年来，枯水年型占40%左右。

2.1.3 不同时间段降水量的变化

（1）当#1主变失电时，10kV 1M无压、无流，10kV 2AM和3M有压，若512备自投充电完毕，经3.0s延时后跳501开关，确认501开关已于分位后，合512开关，跳501开关的同时联跳502B开关，造成10kV 2BM无压、无流，10 kV 3M有压，523备自投装置充电完毕，再经3.0s延时确认502B开关已于分位后，合523开关。备自投负荷均分过程完成，#2主变和#3主变分别带2段母线。

将临汾市旱地麦区一年分为5个主要时间段：6-7月，休闲前期；8-9月，休闲后期；10月1日-12月10日，冬前期；12月10日-3月1日，越冬期(这段时间有效降水极少，因此不予分析)；3月1日-5月20日，生长发育旺盛期。从表1看出，从20世纪60年代至今，全年降水主要集中在6-9月，占年降水量的65.88%～73.27%。总的看来，休闲前期和冬前期每10年平均降水量呈下降趋势，下降速率分别为每10年4.95和3.41 mm；休闲后期平均降水量在20世纪90年代前呈下降趋势，20世纪90年代后明显增加，返青至成熟期年均降水量变化较小。全年降水量呈先减后增的趋势，其中20世纪90年代最低。

表1 旱地小麦生育期和休闲期降水量

Table 1 Precipitation in wheat growth and fallow period at different decades mm

时间点 Period1960s1970s1980s1990s2000-20092010-20156-7月June-July170.96194.50147.22175.05159.96151.488-9月August-September197.11154.83160.41111.68164.97215.7010-12月October-November64.2345.5641.8853.1349.3735.823-5月March-May77.4253.6774.7063.2865.3667.66全年Wholeyear538.23476.79466.92427.56467.11518.92

2.2 年均气温及旱地小麦生育期气温的变化

2.2.1 年日均温、年日均最高和最低气温的变化

1962-2015年，年日均温、年日均最高和最低气温变化范围分别为11.67～14.53、18.19～21.13和5.61～9.81 ℃，三个指标的最高值分别出现在2007、1999和2015年，最低值分别出现在1985、1972和1981年，且分别以每年0.040 6、0.024 6和0.064 9 ℃的速率逐年升高(图2)。年际间日均温、年日均最高和最低气温变异系数分别为6.33%、3.88%和15.43%，最高值较最低值分别高出24.51%、16.16%和74.87%，因此年际间日均最低气温变化幅度最大，年日均气温变化幅度居中。年日均温逐年增加的主要原因是年日均最低气温逐年增加。

2.2.2 冬前和越冬期积温的变化

从图3可知，1962-2015年度，越冬前积温、越冬期≥0 ℃积温和越冬期日均温变化范围分别为598.7～914.2、4.7～68.1和-4.26～0.38 ℃，三个指标的最高值分别出现在2015、2014和2015年，最低值分别出现在1982、1995和1968年，且分别以每年2.944 5、0.403 3和0.037 4 ℃的速率升高。越冬期≥0 ℃积温年际间波动幅度较大，2013-2015年度达61.5～68.1 ℃，增幅最大；2015年度越冬期日均温为0.38 ℃，小麦带绿越冬。越冬前积温≥700 ℃的年份占74.1%，越冬始期(日均气温5 d稳定在0 ℃以下的日期)呈推迟趋势，从20世纪60、70年代的11月下旬推迟到21世纪后的12月上中旬。

2.2.3 不同时间段气温的变化

从表2知，日均温、冬前积温呈持续上升趋势，其中20世纪80年代前差异较小，90年代后增幅较大；冬前积温≥700 ℃、≥750 ℃和≥800 ℃年份几率分别从90.0%、50.0%和20.0%增加到100.0%、100.0%和66.7%。因此，20世纪90年代后，临汾市小麦越冬前变暖趋势明显。越冬期≥0 ℃积温和越冬期日均温呈阶梯式升高趋势，明显分为3个阶段：1962-1979年、1980-2009年和2010-2015年。同时，旱地小麦越冬前天数逐渐延长，越冬期天数从20世纪90年代开始明显缩短，这为我们下一步研究旱地小麦适播期和所种植品种的冬春性提供了理论依据。

图2 山西省临汾市年日均温、年日均最高和最低气温

图3 山西省临汾市冬前积温、越冬期≥0 ℃积温、越冬期日均温和越冬始期

2.3 日照时数的变化

2.3.1 逐年日照时数的变化

近54年来山西省临汾市年日照时数在1 792.6～2 567.7 h，平均为2 170.2 h，最高值出现在1966年，最低值在1970年，以每年8.0 h的速率呈下降趋势(图4)。旱地小麦生育期日照时数为1 163.4～1 711.1 h，也呈逐年下降趋势，平均值为1 420.7 h，与农业部小麦专家指导组编著《小麦高产创建示范技术》中的日照时数适宜范围1 300～1 600 h相吻合[15]。旱地小麦冬前、越冬期和越冬后日照时数变化范围分别为271.4～565.6、117.4～683.6和509.9～888.1 h，其中越冬期日照时数以每年5.86 h的速率逐年降低，对年日照时数降低影响最大。究其原因与小麦越冬期雾霾天气逐年增加和越冬期变短有关，冬前和冬后日照时数变化较为平缓。

2.3.2 不同时间段日照时数的变化

近54年来年日照时数明显分为3个阶段，其中1962-1969年最长，平均为2 416.08 h；1970-1989年次之，为2 213.81～2 229.09 h；1990-2015年最低，为2 021.84～2 083.61 h。越冬期日照时数则从20世纪60年代的502.78 h下降到近几年的269.07 h，冬前和越冬后日照时数变化幅度较小(表3)。可见1990年后山西省临汾市冬季日照时数缩短趋势明显。

2.4 旱地小麦产量与气候条件的相关性

相关分析(表4)表明，降水量与旱地小麦产量间相关性最高，其中小麦生育期降水量与产量间相关系数达0.05显著水平；气温与小麦产量间呈正相关，但均未达显著水平；日照时数与小麦产量间呈负相关，其中冬前日照时数与小麦产量间相关系数达0.05显著水平，原因可能是冬前日照时数长易造成小麦旺长，使产量降低。因此，我国黄淮麦区降水是影响旱地小麦籽粒产量的主要限制因子。

表2 不同时间段旱地小麦的气温及生育期天数

Table 2 Air temperature and growth days of dry land wheat in different decades

参数 Parameter1960s1970s1980s1990s2000-20092010-2015日均温 Dailyaverageairtemperature/℃12.3712.3012.3013.0013.8613.93冬前积温Accumulatedtemperaturebeforewinter/℃717.69715.70716.68751.11809.77850.42≥700℃年份几率Percentageofyearswithaccumulatedtempera-tureover700℃beforewinter/%55.640.060.090.0100.0100.0≥750℃年份几率Percentageofyearswithaccumulatedtempera-tureover750℃beforewinter/%22.220.030.050.090.0100.0≥800℃年份几率Percentageofyearswithaccumulatedtempera-tureover800℃beforewinter/%11.110.0020.060.066.7越冬期≥0℃积温Accumulatedtemperatureover0℃duringover-winteringperiod/℃19.7923.5434.4327.5731.3547.42越冬期日均温Dailyaveragetemperatureduringover-winte-ring/℃-2.75-2.53-1.78-1.42-1.44-0.97越冬前天数 Daysbeforewinter/d70.6372.2072.4076.1081.5081.83越冬期天数 Over-winteringduration/d83.2579.2083.3069.0062.3068.33

表3 不同时间段旱地小麦日照时数的变化

Table 3 Sunshine hours of dry land wheat in different decades h

时段 Period1960s1970s1980s1990s2000-20092010-2015全年Wholeyear2416.082229.092213.812083.612021.842062.85冬前Beforewinter399.13415.54392.41374.84354.24415.45越冬期Over-winteringperiod502.78402.23424.70290.11227.89269.07越冬后Afterwinter656.68683.76641.41674.90723.81680.83

图4 山西省临汾市年日照时数及小麦生育期日照时数

Table 4 Correlation coefficients (r) between dry land wheat yields and climate conditions

指标 Indexr指标 Indexr指标 Indexr年降水量Annualprecipitation0.3149日均温Dailyaverageairtemperature0.0503年日照时数Sunshinehoursperyear-0.1864休闲期降水量Precipitationduringfallowperiod0.1785冬前积温Accumulatedairtemperaturebeforewinter0.0108冬前日照时数Sunshinehoursbeforewinter-0.3656*小麦生育期降水量Precipitationduringgrowthperiod0.3739*越冬期≥0℃积温Accumulatedtemperatureover0℃duringover-wintering0.0557越冬期日照时数Sunshinehoursduringo-ver-wintering0.0666越冬前降水量Precipitationbeforewinter0.2772越冬期均温Dailyaveragetemperatureduringover-wintering0.2482越冬后日照时数Sunshinehoursafterwinter-0.0400越冬后降水量Precipitationafterwinter0.1053越冬后均温Dailyaveragetemperatureafterwin-ter0.0587灌浆期日照时数Sunshinehoursduringgrainfilling-0.0164

r0.05=0.355 1；r0.01=0.455 6.

3 讨 论

近年来，我国各地平均气温逐年明显升高，降水量年际间波动中降低[2-3]。分析表明，20世纪最后20年增温明显加速，我国华北地区21世纪前20年气温将大幅增加，降水量将减少[4]；黄土高原近40年年均气温升高明显，降水量逐年递减[2]。本研究中，临汾市降水量在波动中呈下降趋势。20世纪90年代降水最少，21世纪开始有所回升，其中6-7月份降水和小麦越冬前降水对全年降水量影响最大。近54年中平水年和枯水年份分别占31.5%和38.9%，20世纪后30年中枯水年份比例较高；日均气温、最高和最低气温分别以每年0.040 0、0.024 6和0.064 9 ℃的速率逐年升高，1990年以来增温速率明显加快。于亚军也认为，山西省南部地区增温速率高于山西全省和全国气温平均增长率[5]。

山西省旱地小麦播种面积占总播种面积的60%左右，其丰欠对山西省粮食总产有重要意义。降水是制约山西省作物气候生产潜力提高的限制因素[6]。姚玉璧等[16]认为，“暖湿型”气候对作物生产最有利，平均增产幅度为5.9%。刘新月等[10]则发现，起身至拔节期≥0 ℃积温和平均气温对黄淮麦区旱地小麦产量影响较大。本研究表明，旱地小麦休闲前期和冬前每10年平均降水量明显减少，20世纪90年代开始8-9月和小麦返青后降水量增加，有利于旱地麦田休闲期土壤贮水和产量提高；旱地小麦冬前积温、越冬期均温逐年升高，其中74.1%的年份冬前积温≥700 ℃，容易造成旱地小麦冬前旺长，越冬始期从20世纪60、70年代的11月下旬推迟到21世纪后的12月上中旬，20世纪90年代后小麦越冬期增温明显，为当前气候条件下确定旱地小麦适播期提供了重要的理论依据[17]；年日照时数逐年缩短，其中小麦越冬期缩短最为明显，这可能与近年来雾霾天增多和越冬期缩短有关；晋南旱地小麦生育期降水量与产量呈显著正相关，气温参数与旱地小麦产量间的相关性均未达显著水平，说明降水仍是晋南旱地小麦稳产高产的关键制约因素，这与武永利等[6]的研究结果相同。基于此，晋南旱地麦田应采取推迟播期、休闲期广集雨水等措施来应对气温逐年升高、小麦生育期降水变幅较大的气候变化特征，以保证旱地小麦持续稳产和高产。

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Climate Change during Nearly 54 Years in South of Shanxi and Its Effect on Wheat Yield in Dry Land

PEI Xuexia1,DANG Jianyou1,ZHANG Dingyi1,WU Xueping2,ZHAO Juan3

(1.Wheat Research Institute,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Linfen,Shanxi 041000,China;2.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China; 3.Yaodu District Weather Bureau of Linfen City,Linfen,Shanxi 041000,China)

Based on the records of daily precipitation,air temperature,and sunshine duration from June of 1961 to May of 2015,climate change characteristics of nearly 54 years and their correlationship with wheat yield in south of Shanxi dry land were analyzed.The results showed that average annual precipitation of nearly 54 years in south of Shanxi was 478.2 mm,which was decreased year by year. Precipitation in 1990s was the lowest,and was increased in twenty-first century. Normal years and dry years took up to 31.5% and 38.9%,respectively. Average precipitation per decade during early fallow period (June to July) and before winter(from sowing time to air temperature continually at 0 ℃ for 5 days) in dry-land were decreased. Average precipitation per decade during late fallow period (August to September) was increased since 1990s,which was favorable to water storage of deep soil. Daily average air temperature,the maximum and minimun air temperature per year were increased by 0.040 6 ℃,0.024 6 ℃ and 0.064 9 ℃ annually,respectively. Accumulated temperature before winter and daily average air temperature during over-wintering were increased year by year. The years with accumulated temperature over 700 ℃ before winter accounted for 74.1%,of which after 2000s took up to 100%,resulting in prosperous growing before winter. Beginning date of over-wintering was postponed from late November in 1960s and 1970s to early or middle December in 2000s. Annual sunshine hours were shorten year by year,and sunshine hours during wintering period was shorten obviously. Wheat yields in south of Shanxi dry land had highly positive correlation with precipitation,and the correlation coefficient with precipitation during wheat growth period was significant. There was no significant correlation between wheat yield and air temperature. Thus,precipitation is the primary limiting factor to dry-land wheat yield,stable and high yield production in south of Shanxi wheat region.

South of Shanxi; Dry land; Precipitation; Air temperature; Sunshine hours; Wheat yield

时间：2016-11-04

2016-05-04

2016-06-28

国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-03-2-7)；“十二五”国家科技支撑计划项目(2015BAD22B03-03)

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A

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