摘要：利用華北平原冬小麥種植區(qū)55個氣象站點1961−2017年逐日地面觀測資料，借助壽星公式，以氣候傾向率的方法，選取冬小麥越冬期所需積溫為指標(biāo)，分析了冬小麥越冬期、播種期所在的節(jié)氣時空分布和變化特征，并對冬小麥相關(guān)農(nóng)事活動與節(jié)氣的對應(yīng)及偏移進(jìn)行探討。結(jié)果表明，近57a華北地區(qū)冬小麥越冬期推遲約3.7d，推遲趨勢顯著(P<0.05)。

　　華北平原冬小麥播種期所在的節(jié)氣由北向南逐漸推遲，與P1時段(1961−1990年)相比，P2時段(1991−2017年)冬小麥播種期界限顯著北移。氣候變化背景下華北平原冬小麥農(nóng)事活動與二十四節(jié)氣出現(xiàn)了一定的偏差，部分地區(qū)以前指導(dǎo)農(nóng)事活動的諺語已不再完全適用，如山東省中部地區(qū)冬小麥最適播種期終止日由秋分節(jié)氣的第3候推遲至寒露節(jié)氣的第1候;河南省北部部分地區(qū)最晚播種期由寒露節(jié)氣的第3候推遲至霜降節(jié)氣的第1候。

　　通過研究二十四節(jié)氣與冬小麥播種期的對應(yīng)關(guān)系來調(diào)整農(nóng)事活動，未來還需考慮冬小麥生育期內(nèi)對應(yīng)節(jié)氣的光、水等自然因素和農(nóng)藝措施等人為因素的影響，科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以適應(yīng)氣候變化。

　　關(guān)鍵詞：華北平原;冬小麥;節(jié)氣;冬前生育期

　　二十四節(jié)氣源自黃河流域，是中國古代勞動人民在長期的探索中總結(jié)出來的重要規(guī)律。二十四節(jié)氣結(jié)合了不同時期光溫水資源的大致特征，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)準(zhǔn)確把握天時提供了時間尺度，同時能夠預(yù)估短期內(nèi)的氣候狀況，對各時期農(nóng)事活動具有重要的借鑒意義[1−3]。

　　中國各地區(qū)長期以來積累了許多適合當(dāng)?shù)厣�產(chǎn)的農(nóng)候諺語，這些圍繞二十四節(jié)氣形成的農(nóng)候經(jīng)驗知識易于掌握和傳播，至今仍在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用[4−5]。氣候變化背景下，中國增溫趨勢顯著，唐國利等[6]研究表明，自1905年以來中國地表年平均氣溫增加速率約為0.08℃·10a−1，高于同期全球或北半球平均水平。1961−2009年華北地區(qū)四季氣溫日較差均呈現(xiàn)下降趨勢，其中冬季下降趨勢最明顯，春季次之[7]。

　　華北地區(qū)是中國冬小麥主產(chǎn)區(qū)之一，冬小麥生育期及相關(guān)農(nóng)事活動無疑會受到氣候變暖的影響，原先的節(jié)氣與農(nóng)事活動的對應(yīng)關(guān)系可能已經(jīng)不再準(zhǔn)確。錢誠等[8]研究表明，季節(jié)性升溫階段的氣候節(jié)氣顯著提前6d以上，而季節(jié)性降溫階段的氣候節(jié)氣則顯著推遲5～6d，處于冬小麥生育期內(nèi)的驚蟄、清明、小滿和芒種這四個節(jié)氣均存在明顯提前的趨勢。

　　趙芮芮等[9]研究同樣表明，華北平原二十四節(jié)氣中春季型節(jié)氣增溫最為顯著，驚蟄和清明增溫速率大于小滿和芒種，且季節(jié)型節(jié)氣在20世紀(jì)90年代之后增溫趨勢更明顯。目前已有學(xué)者探究了華北地區(qū)各節(jié)氣熱量資源變化、干濕氣候變化，以及冬小麥生育期變化等問題[10−14]，但針對氣候變化背景下二十四節(jié)氣與冬小麥農(nóng)事活動變化的相關(guān)研究，特別是關(guān)于二者之間的對應(yīng)及偏移的分析較為罕見。

　　本研究基于冬小麥生育期內(nèi)各節(jié)氣的平均溫度及越冬前所需積溫，計算了1961−2017年華北地區(qū)冬小麥冬前生育期與節(jié)氣之間的對應(yīng)關(guān)系，探討氣候變化對不同節(jié)氣內(nèi)冬小麥農(nóng)事活動偏移的影響，旨在指導(dǎo)華北平原冬小麥不同種植區(qū)的科學(xué)播種。

　　1資料與方法

　　1.1數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

　　選擇華北平原冬小麥種植區(qū)具有1961−2017年完整時間序列的逐日氣象資料的臺站，共計55個，分布于北京、天津、河北、河南和山東等5省市，根據(jù)趙廣才對于中國小麥種植區(qū)劃的研究[15]，以沿長城與其北的春麥區(qū)為北界，將華北平原冬麥區(qū)分為北部冬性麥區(qū)(Ⅰ區(qū))及弱冬性和弱春性麥區(qū)(Ⅱ區(qū))。

　　Ⅰ區(qū)屬于北部冬麥區(qū)，包括河北省境內(nèi)長城以南的廊坊、保定、滄州、唐山、秦皇島市全部以及京津兩市全部;Ⅱ區(qū)大部分屬于黃淮冬麥區(qū)，包括山東省和河南省全部以及河北省中、南部(石家莊、衡水市以南)。氣象數(shù)據(jù)下載自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)，該數(shù)據(jù)集經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量控制和檢查，缺測率約1‰，缺測的氣象要素采用Matlab編程進(jìn)行訂正：若缺測序列小于5d，缺測值采用線性插值方法代替;若缺測序列≥5d，則采用同一日值的多年平均值代替。

　　1.2研究方法及數(shù)據(jù)處理

　　1.2.1二十四節(jié)氣日期及節(jié)氣內(nèi)氣溫計算

　　為方便編程計算，首先采用壽星公式確定每年小寒日期(Date)，其后節(jié)氣日期順次增加15d，即Date=Y×D+C−[L](1)式中，Y為年份的后2位，無量綱常數(shù);D為常數(shù)0.2422;L為20世紀(jì)初迄今的閏年數(shù)，普通年能被4整除且不能被100整除的為閏年;[]為取整符號;C為常數(shù)，20世紀(jì)為6.11，21世紀(jì)為5.4055。

　　1.2.2氣候傾向率計算

　　用X表示樣本量為n的某一氣候要素，用t表示對應(yīng)的年序，采用最小二乘法擬合得到一元線性回歸方程，即X=at+b(t=1,2,3,…,n)(2)式中，a為回歸系數(shù)，以a的10倍作為要素的氣候傾向率，a值為正代表要素隨年序增加，為負(fù)代表要素隨年序減少。采用F檢驗法對擬合的回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(P<0.05)。

　　1.2.3冬小麥冬前生育期理論推算

　　將最低氣溫穩(wěn)定低于0℃作為冬小麥植株地上部分基本停止生長進(jìn)入越冬期的標(biāo)志，結(jié)合55a來各個站點的氣溫觀測值，用5日滑動平均法計算華北地區(qū)冬小麥越冬期初日及其所在的節(jié)氣。冬小麥越冬期前所需積溫為400～700℃·d，一般認(rèn)為，Ⅰ區(qū)冬小麥形成高產(chǎn)壯苗所需冬前≥0℃積溫應(yīng)高于570℃·d[16−17]，其中最適積溫為550～600℃·d;而Ⅱ區(qū)冬小麥冬前≥0℃最適積溫為500～550℃·d[18−21]。

　　根據(jù)該指標(biāo)，由越冬期初日開始向前推算大于0℃的積溫，直至越冬前的積溫達(dá)到所需積溫和最適積溫的區(qū)間，由此得到冬小麥最早播種期、最晚播種期、最適播種期初日和最適播種期終日及其所在節(jié)氣。

　　1.2.4數(shù)據(jù)處理

　　分別計算研究區(qū)各站逐年冬小麥生長季內(nèi)各節(jié)氣的平均氣溫(15日平均)、≥0℃活動積溫和冬小麥越冬期初日，并推算冬小麥播種期，統(tǒng)計分析1961−2017年冬小麥播種期與各節(jié)氣(包括第1、2、3候)對應(yīng)及偏移情況。同時為比較其時段變化特征，將1961−2017年劃分為2個時段，時段1(P1)：1961−1990年;時段2(P2)：1991−2017年。數(shù)據(jù)處理均利用Matlab2014軟件實現(xiàn);空間分布圖利用ArcGIS10.1軟件反距離權(quán)重插值法(InverseDistanceWeightedInterpolation，IDW)制作，分辨率為0.02°。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1華北平原冬小麥生長季內(nèi)節(jié)氣平均氣溫和冬小麥越冬前積溫分析

　　華北平原冬小麥生長季內(nèi)可能包含的節(jié)氣共20個，分別為白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒、立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種和夏至。平均氣溫隨節(jié)氣變化呈現(xiàn)單谷型的特點，大部分站點從雨水節(jié)氣開始高于2℃，從大雪節(jié)氣開始低于0℃。

　　華北平原冬小麥在14～18℃時播種較適宜，其中北京地區(qū)冬小麥適宜播種的溫度指標(biāo)為17～18℃[18]，計算研究區(qū)域內(nèi)55個站點1961−2017年各節(jié)氣至冬小麥越冬期初日≥0℃積溫，并對每個站點求多年平均。華北平原霜降日、寒露日、秋分日和白露日至越冬期初日≥0℃積溫分別為330～520、570～790、830～1070和1140～1420℃·d。根據(jù)冬小麥播種期理論推算方法，越冬前所需積溫為400～700℃·d，對應(yīng)的最早播種期和最晚播種期分別平均在寒露節(jié)氣和霜降節(jié)氣。

　　2.2華北平原冬小麥越冬期初日與節(jié)氣的對應(yīng)與偏移

　　2.2.1冬小麥越冬期初日變化趨勢及氣候傾向率

　　計算研究區(qū)域內(nèi)55個站點1961−2017年冬小麥逐年越冬期初日，并將平均后的日序與節(jié)氣對應(yīng)，1961−2017年華北平原冬小麥平均越冬期初日推遲了約3.7d，變化率為0.65d·10a−1，并通過顯著性檢驗(P<0.05)，主要在小雪節(jié)氣內(nèi)并上下波動。計算研究區(qū)域內(nèi)各站點越冬期初日的氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗。

　　華北平原大部分站點近57a冬小麥越冬期初日呈顯著推遲的趨勢(P<0.05)，山東北部一些地區(qū)甚至推遲約8.8d。

　　2.2.2冬小麥越冬期初日與節(jié)氣的偏移

　　計算55個站點兩個時段冬小麥越冬期初日并與所在的節(jié)氣和候?qū)��?yīng)，38°N以北的河北省中北部、北京和天津大部分地區(qū)冬小麥越冬期初日在立冬節(jié)氣;河北省南部、山東省大部分地區(qū)和河南省北部地區(qū)冬小麥越冬期初日處于小雪節(jié)氣;河南省中部、河南省南部和山東省東南部沿海地區(qū)冬小麥越冬期初日處于大雪節(jié)氣。兩時段中越冬期初日由北至南分別都處于立冬、小雪和大雪3個節(jié)氣，但與P1時段相比，P2時段各節(jié)氣每一候之間的界限都發(fā)生了明顯的北移。

　　山東省南部地區(qū)越冬期初日由小雪節(jié)氣的二候推遲至三候;河北省中部及天津南部的部分地區(qū)由立冬節(jié)氣的三候推遲至小雪節(jié)氣的一候。

　　2.3華北平原冬小麥播種期與節(jié)氣的對應(yīng)和偏移

　　2.3.1冬小麥播種期年際變化趨勢

　　根據(jù)各站點的越冬期初日及Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)冬小麥各自所需的≥0℃積溫的上下限及適宜范圍，對各站點進(jìn)行平均，計算得到55個站點1961−2017年最早播種期、最晚播種期、最適播種期初始日和最適播種期終止日的逐年變化，并與所在節(jié)氣進(jìn)行對應(yīng)，1961−2017年華北平原冬小麥平均最早播種期、平均最晚播種期、平均最適播種期初始日和平均最適播種期終止日總體均呈現(xiàn)推遲趨勢，分別推遲了約4.5d、3.5d、3.9d和3.9d，且均通過顯著性檢驗(P<0.05)。最早播種期和最晚播種期分別主要在秋分節(jié)氣和寒露節(jié)氣內(nèi)并上下波動，最適播種期初始日和終止日則在秋分節(jié)氣和寒露節(jié)氣之間波動。

　　2.3.2冬小麥播種期氣候傾向率的空間分布

　　計算研究區(qū)域內(nèi)各站點播種期初終日的氣候傾向率并進(jìn)行顯著性檢驗，華北平原大部分站點近57a冬小麥播種期初終日都呈顯著推遲趨勢(P<0.05)。最早播種期的推遲最為廣泛，山東省北部一些地區(qū)甚至推遲了約8.8d;最適播種期初始日推遲最多的地區(qū)也是山東省北部，約8.6d;而最晚播種期和最適播種期終止日推遲最多的地區(qū)均出現(xiàn)在河南省西部，分別推遲約8.6d和8.3d。

　　對于最早播種期、最晚播種期和最適播種期初始日、終止日，將所有呈顯著推遲趨勢的站點進(jìn)行平均，得到其氣候傾向率平均值分別為1.06、1.02、1.06、1.04d·10a−1。

　　2.3.3冬小麥播種期與節(jié)氣的偏移

　　根據(jù)各站點的越冬期初日及Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)冬小麥各自所需的≥0℃積溫的上下限及適宜范圍，分別在P1時段(1961−1990年)和P2時段(1991−2017年)內(nèi)計算每個站點該時段內(nèi)的平均最早播種期、最晚播種期、最適播種期初始日和終止日，并與當(dāng)年所在的節(jié)氣和節(jié)氣內(nèi)的候?qū)��?yīng)，進(jìn)行空間插值。

　　3討論與結(jié)論

　　3.1討論

　　氣候變化背景下，全球地表氣溫呈波動上升趨勢[22]，中國氣溫增暖尤其明顯，近幾十年增溫速率明顯高于全球或北半球同期，增暖趨勢更顯著[23−25]。氣候增暖使得二十四節(jié)氣內(nèi)熱量資源發(fā)生了顯著變化，1961−2017年華北平原所有節(jié)氣內(nèi)氣溫均呈現(xiàn)上升趨勢[10]，各節(jié)氣內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)事活動等都將受到一定的影響[26]。本研究以二十四節(jié)氣為切入點，選取冬小麥生育期≥0℃活動積溫為指標(biāo)，對氣候變化背景下1961−2017年華北平原冬小麥冬前生育期與節(jié)氣的對應(yīng)及偏移進(jìn)行分析。

　　3.2結(jié)論

　　在氣候變化背景下華北平原二十四節(jié)氣與農(nóng)事活動出現(xiàn)了一定的偏差，單就冬小麥冬前的生育期來說，播種期和越冬期已經(jīng)出現(xiàn)了推遲的變化趨勢，其所在節(jié)氣的空間分布界限都有一定程度北移。因此過去節(jié)氣對農(nóng)事活動的指導(dǎo)已經(jīng)不夠準(zhǔn)確，需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。本研究結(jié)果是對站點進(jìn)行了多年平均得到的，典型年份可能會有較大差異。

　　此外，目前冬小麥的許多新品種對冬前積溫的要求也有明顯變化，本研究僅從溫度單方面分析了冬小麥冬前生育期的變化，并沒有將光照、降水等多種氣候要素以及冬小麥新品種的影響考慮進(jìn)去，所以結(jié)果僅能提供參考，未來研究還需要綜合考慮多方面的因素，為農(nóng)作物增產(chǎn)增收提供科學(xué)依據(jù)。

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　　農(nóng)業(yè)方向論文范文閱讀：彌霧栽培對姜田小氣候及生姜生長的影響

　　摘要：為創(chuàng)新生姜栽培技術(shù)模式，以傳統(tǒng)遮光栽培和裸地栽培為對照，研究彌霧栽培對姜田小氣候及生姜生長、產(chǎn)量和葉片水氣交換參數(shù)的影響。結(jié)果表明，彌霧栽培可通過增加空氣濕度，降低植株冠層氣溫及葉溫，增大葉片氣孔導(dǎo)度，顯著增強(qiáng)葉片的光合速率及蒸騰速率，提高水分利用效率。彌霧栽培生姜植株地上部生長量雖不及傳統(tǒng)遮光栽培，但根莖生長量較大，產(chǎn)量可達(dá)2688.68kg·(667m2)-1，較裸地栽培增產(chǎn)31.30%。

　　關(guān)鍵詞：生姜;彌霧栽培;小氣候;生長;產(chǎn)量