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吴忠市复种水稻生育期热量条件分析
摘要：利用宁夏吴忠市国家气象观测站1960—2019年逐日平均气温观测资料，通过5d滑动平均法求算稳定通过10℃界限温度终日，分析麦后复种水稻生育期间的积温气候特征，以及气候保证率。结果表明:近60a来，吴忠市复种水稻生育期内≥10℃积温呈增加趋势，以64.404℃·10a-1的速率增多;≥10℃积温年代际分布总体也呈递增趋势。近60a，吴忠市≥10℃界限温度终日平均日期为10月6日，最早为9月24日(1982年)，最晚为10月10日，总体呈延后趋势，以0.8d·10a-1的速率增多。吴忠市复种水稻生育期间≥10℃积温，近60a、50a、40a积温突变点均在1997年，S/N比值分别为1.44、1.35、1.26，信噪比均大于气候突变标准1，近20a积温增长显著。
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引言
20世纪80年代以来，大量研究结果表明全球年平均地表温度持续上升。在过去的100a，全球气温以0.1℃·10a-1的速度递增，在不考虑气候政策干预的情况下，未来20a仍将以此速度递增[1]。在全球气候变暖大背景下，光能、热能和水分等农业气候资源发生了明显变化，对农业会造成一定影响[2]。
为更好地利用越来越多的热量资源，解决“粮—饲”、“粮—粮”等征地的矛盾，发展复种，促进农牧业良性发展，宁夏吴忠市开展了麦收后复种水稻试验。复种水稻前茬作物为冬小麦或“冬牧70”，播种时间在上年10月上旬，收获时间分为2种，“冬牧70”的收获时间为5月下旬，冬小麦的收获时间为6月中旬;麦后迅速整地、灌水，6月下旬中期开始水稻移栽。有关麦后复种作物的品种、茬口和种植模式研究较多，产量和效益较好，但麦后复种水稻是宁夏灌区近年来种植制度改革的一种新尝试。该模式不仅可实现引黄灌区1a2季“细粮”，而且可避开用水高峰，充分利用自然资源，节约水资源，提高复种指数，提高单产。热量资源是制约水稻生长发育的重要因素，麦收后留给水稻的生长期十分有限，农作物的生长、发育和产量形成需要一定的热量条件，这个热量通常是用相应时段内逐日平均气温的累积值表示的，这个累计温度称为积温[3]。活动积温是指高于生物学下限温度的日平均温度的总和，本文旨在分析麦收后复种水稻期间积温、≥10℃积温终日、平均气温的变化特征以及气候保证率，为麦后复种水稻提供理论支撑。
1、资料和方法
1.1资料来源
所用资料为宁夏吴忠市国家气象台站1960—2019年期间每年小麦收获后(6月中旬)的逐日平均气温，利用日平均气温的5d滑动平均法求算稳定通过10℃界限温度终日，分析积温气候特征，以及气候保证率。
1.2分析方法
用线性倾向估计法分析气候趋势，用信噪比进行突变检测。通过分组法绘制气候保证率曲线图。
1.2.1线性倾向估计法
公式1
式中，xi为气候变量;ti为xi所对应的时间;n为样本量。当回归系数b>0时，说明随时间t的增加x呈上升趋势;当b<0时，说明随时间t的增加x呈下降趋势。b×10称为气候变化倾向率，表征某气候要素上升或下降的速率，单位为某要素单位·10a-1。
1.2.2突变检验
用累积距平法，制作≥10℃积温累积距平折线图，根据累积距平图对转折年进行初步判断。以初步判断出的转折年为基准年，构造前后2段子序列，依据文献[4,5,6]给出的气候突变的信噪比方法，检验转折年的突变情况。
公式2
式中，xi为气象要素历年值;x-为平均多年气象要素平均值;指标绝对值达到最大时所对应的t为突变年份。
为检验转折是否达到气候标准，对转折年份计算信噪比。
公式3
式中，x1、x2为转折年份前后阶段资料的平均值;σ1、σ2为转折年份前后2个阶段的标准差，当时，认为存在气候突变。
1.2.3平均绝对变率和气候保证率
平均绝对变率是某个气象要素多年绝对变率的平均值，反应该气象要素多年平均的变动情况。
公式4
式中，xi为气象要素历年值;x-为平均多年气象要素平均值。
保证率是指某段时间内气象要素值高于(或低于)某一界限指标频率的总和。表示某气象要素高于(或低于)某界限值的可靠程度。
确定组数N:5lgn≥N>2.5lgn,n为样本总数。
确定组距D:,D一般取整数。
确定频数、频率:找出资料内落入各组内次数，即频数。计算各组频数与样本总数的百分比，即频率。
保证率:将各组频率从大到小依次累加，即累计保证率。
2、结果和分析
2.1≥10℃积温历年变化情况
利用气温资料对≥10℃积温进行统计，近60a来平均值为2228.3℃·d，最多值为2512.7℃·d，最少值为1973.9℃·d，且不足2100℃·d的年数为11a;≥10℃积温变化情况如图1，从图中可以看出，1960—1997年积温距平以负为主，21世纪后，除2004年积温略低于均值，其余均处于均值线以上，近60a，积温呈增加趋势，以64.102℃·10a-1的速率增多。
图11960—2019年复种水稻生育期间≥10℃积温变化趋势
2.2≥10℃积温年代际变化分析
对复种水稻生长季≥10℃积温进行逐年代统计如表1。从表1中可以看出，近60a，年代际积温总体呈增加趋势，1970—1979年代积温均值最小，热量条件最差，2010—2019年积温值均为最大，热量条件最好。
表1≥10℃积温年代际变化特征值
2.3≥10℃界限温度终日变化特征
近60a≥10℃终日平均日期为10月6日，最早为9月24日(1982年)，最晚为10月10日(出现33a)，总体呈延后趋势，速率为0.8d·10a-1。
表2不同年代≥10℃界限温度终日统计特征值
表2是吴忠市≥10℃界限温度终日变化情况。在20世纪60年代(此处指1960—1969年，下同)、70年代、90年代偏早，80年代与60年平均值一致，21世纪初偏晚。
2.4≥10℃积温突变分析
从≥10℃积温累积距平折线图(图2)可以看出，积温累积距平在1997年前后发生了转折，之前呈现减少趋势，之后呈现增加趋势，表明≥10℃积温的突变可能发生在1997年前后。根据距平累积曲线图观测到的转折年为基准年，分别构造了前后2个积温序列进行信噪比检验，结果表明，复种水稻生育期间≥10℃积温S/N值为1.44，信噪比大于气候突变标准1，确定≥10℃积温在1997年发生了突变(图2)。在突变前均为冷期，突变后为暖期。突变前≥10℃积温为2133.1℃·d，与历年同期相比减少95.2℃·d，突变后≥10℃积温为2379.9℃·d，与历年同期相比增加151.6℃·d。
图2≥10℃积温累计距平值
2.5保证率
利用吴忠气象观测站≥10℃积温序列资料，采用分组法进行积温的保证率统计分析，绘制了保证率曲线图，根据研究表明[7,8]，“黑粳9号”生育期所需的活动积温为2100℃·d，活动积温是从插秧期至成熟期≥10℃的积温加200℃·d(黑龙江省种子管理局积温统计标准[9])，吴忠市麦收复种水稻实验移栽日期为6月20日左右，图3显示，按1900℃·d计算，近60a、50a、40a的气候保证率均为100%。
图3气候保证率
3、结论与讨论
近60a来，吴忠市复种水稻生育期内≥10℃积温呈增加趋势，以64.404℃·10a-1的速率增多;≥10℃积温年代际分布总体也呈递增趋势。
近60a来，吴忠市≥10℃界限温度终日平均日期为10月6日，最早为9月24日(1982年)，最晚为10月10日，总体呈延后趋势，以0.8d·10a-1的速率增多。
吴忠市复种水稻生育期间≥10℃积温，近60a、50a、40a积温突变点均在1997年，S/N比值分别为1.44、1.35、1.26，信噪比均大于气候突变标准1，近20a积温增长显著。
气候变化对农作物生长发育的影响是多方面的，积温变化的影响是其中一个重要的因素，但不是唯一因素，如与水分、日照、土肥等因素结合考虑等。因此积温在如实反映作物生长发育对热量的需求上会存在一定局限性，有待于今后进一步探讨和研究。
对于气象要素等非正态分布数据突变特征的分析方法较多，本研究采取累积距平和信噪方法。而有的文章采取Mann-Kendall法等，方法不同，分析数据结果有差异。
参考文献：
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[7]商全玉,杨秀峰,王万霞,等.极早熟高产水稻新品种黑粳9号[J].中国种业,2018(07):88-89.
[8]商全玉.黑河市水稻生产发展存在的问题及对策[J].中国种业,2013(07):27-28.
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2021-10-07
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