全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员园期摇 摇 圆园员源年 缘月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
景观可持续性与景观可持续性科学 赵文武袁房学宁 渊圆源缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态系统服务付费的诊断框架及案例剖析 朱文博袁王摇 阳袁李双成 渊圆源远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
湿地植物根表铁膜研究进展 刘春英袁陈春丽袁弓晓峰袁等 渊圆源苑园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
水生生态环境中捕食信息素的生态学效应 覃光球袁卢豪良袁唐振柱袁等 渊圆源愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
脊椎动物传播植物肉质果中的次生物质及其生态作用 潘摇 扬袁罗摇 芳袁鲁长虎 渊圆源怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
中亚热带天然林土壤 悦匀源吸收速率对模拟 晕沉降的响应 陈朝琪袁杨智杰袁刘小飞袁等 渊圆源怨愿冤噎噎噎噎噎噎
塔里木盆地南缘旱生芦苇生态特征与水盐因子关系 贡摇 璐袁朱美玲袁塔西甫拉提窑特依拜袁等 渊圆缘园怨冤噎噎噎
黄刺玫叶片光合生理参数的土壤水分阈值响应及其生产力分级 张淑勇袁夏江宝袁张光灿袁等 渊圆缘员怨冤噎噎噎噎
亚热带杉木和米老排人工林土壤呼吸对凋落物去除和交换的响应 余再鹏袁万晓华袁胡振宏袁等 渊圆缘圆怨冤噎噎噎
施钾提高蚜害诱导的小麦茉莉酸含量和叶片相关防御酶活性 王摇 祎袁张月玲袁苏建伟袁等 渊圆缘猿怨冤噎噎噎噎噎
高浓度 韵猿及太阳辐射减弱对冬小麦 孕杂域光合活性及光能耗散的影响
孙摇 健袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊圆缘源愿冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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蜡样芽孢杆菌 月猿鄄苑在大田小麦根部的定殖动态及其对小麦纹枯病的防治效果
黄秋斌袁张摇 颖袁刘凤英袁等 渊圆缘缘怨冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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有限供水下冬小麦全程耗水特征定量研究 张兴娟袁薛绪掌袁郭文忠袁等 渊圆缘远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
抗真菌转基因水稻生态适合度评价 李摇 伟袁郭建夫袁袁红旭袁等 渊圆缘愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
花生叶片蛋白组对 哉灾鄄月辐射增强的响应 杜照奎袁李钧敏袁钟章成袁等 渊圆缘愿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南海南部悬浮颗粒物脂肪酸组成 刘华雪袁柯常亮袁李纯厚袁等 渊圆缘怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
年龄尧集群尧生境及天气对鄱阳湖白鹤越冬期日间行为模式的影响 袁芳凯袁李言阔袁李凤山袁等 渊圆远园愿冤噎噎噎
咱树暂麻雀羽再生的能量预算和水代谢散热调节 杨志宏袁吴庆明袁杨摇 渺袁等 渊圆远员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
低剂量杀虫剂对星豹蛛捕食效应的影响及其机理 李摇 锐袁李摇 娜袁刘摇 佳袁等 渊圆远圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空心莲子草叶甲对越冬保护的响应与控害效能 刘雨芳袁王秀秀袁李摇 菲袁等 渊圆远猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
气候变化对鄱阳湖白鹤越冬种群数量变化的影响 李言阔袁钱法文袁单继红袁等 渊圆远源缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同退耕年限下菜子湖湿地土壤磷素组分特征变化 刘文静袁张平究袁董国政袁等 渊圆远缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
查干湖湿地浮游植物与环境因子关系的多元分析 李然然袁章光新袁张摇 蕾 渊圆远远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
闽江河口区淡水和半咸水潮汐沼泽湿地土壤产甲烷菌多样性 曾志华袁杨民和袁佘晨兴袁等 渊圆远苑源冤噎噎噎噎噎
环境及遗传背景对延河流域植物叶片和细根功能性状变异的影响 郑摇 颖袁温仲明袁宋摇 光袁等 渊圆远愿圆冤噎噎噎
衡阳紫色土丘陵坡地植被恢复阶段土壤特性的演变 杨摇 宁袁邹冬生袁杨满元袁等 渊圆远怨猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
海平面上升影响下广西钦州湾红树林脆弱性评价 李莎莎袁孟宪伟袁葛振鸣袁等 渊圆苑园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国南方 猿种主要人工林生物量和生产力的动态变化 杜摇 虎袁曾馥平袁王克林袁等 渊圆苑员圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
杉木人工林土壤真菌遗传多样性 何苑皞袁周国英袁王圣洁袁等 渊圆苑圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
科尔沁固定沙地植被特征对降雨变化的响应 张腊梅袁刘新平袁赵学勇袁等 渊圆苑猿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵区退耕还林地刺槐人工林碳储量及分配规律 申家朋袁张文辉 渊圆苑源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
南亚热带森林演替过程中小气候的改变及对气候变化的响应 刘效东袁周国逸袁陈修治袁等 渊圆苑缘缘冤噎噎噎噎噎
黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响 徐建文袁居摇 辉袁刘摇 勤袁等 渊圆苑远缘冤噎噎
资源与产业生态
基于 郧陨杂的山西省矿产资源规划环境影响评价 刘摇 伟袁杜培军袁李永峰 渊圆苑苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于效益分摊的水电水足迹计算方法要要要以密云水库为例 赵丹丹袁刘俊国袁赵摇 旭 渊圆苑愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
全球土地计划第二次开放科学大会渊郧蕴孕 圆灶凿 韵责藻灶 杂糟蚤藻灶糟藻 酝藻藻贼蚤灶早冤会议述评 段宝玲袁卜玉山 渊圆苑怨远冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿源愿鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园缘
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 鄱阳湖越冬的白鹤群要要要白鹤为国家一级保护动物袁世界上白鹤东部种群的迁徙路线是从俄罗斯西伯利亚的雅库
特袁向南迁飞 缘员园园噪皂到中国长江下游的鄱阳湖越冬袁其中途经俄罗斯的雅纳河尧印迪吉尔卡河和科雷马河流域袁进
入中国后主要停歇地有扎龙尧林甸尧莫莫格以及双台河口尧滦河口尧黄河三角洲和升金湖等地遥 多年的监测表明袁世
界 怨园豫以上的白鹤种群都在鄱阳湖越冬遥 越冬初期和末期是白鹤补充能量的关键阶段袁因此袁研究鄱阳湖国家级自
然保护区越冬白鹤种群数量和当地气候变化的相关性具有重要意义遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 10 期
2014年 5月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.10
May,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家 973项目(2012CB955904);国家“十二五冶科技支撑计划项目(2012BAD09B01, 2013BAD11B03);2014 基本科研业务费项目
(BSRF201305)
收稿日期:2013鄄06鄄04; 摇 摇 修订日期:2014鄄04鄄18
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: juhui@ ieda.org.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306041314
徐建文,居辉,刘勤,李迎春.黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响.生态学报,2014,34(10):2765鄄2774.
Xu J W,Ju H,Liu Q,Li Y C.Drought variations of winter wheat in different growth stages and effects of climate trend in Huang鄄Huai鄄Hai Plain, China.Acta
Ecologica Sinica,2014,34(10):2765鄄2774.
黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的
干旱特征及气候趋势的影响
徐建文1,2,居摇 辉1,3,*,刘摇 勤1,4,李迎春1,3
(1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所作物高效用水与抗灾减损国家工程实验室,北京摇 100081;
2. 大连市气象局, 大连摇 116001;3. 农业部农业环境重点实验室,北京摇 100081;
4. 农业部旱作节水农业重点实验室,北京摇 100081)
摘要:以黄淮海平原为研究区域,选择了区域内具有代表性的 5 个站点,使用相对湿润度指数,从气象干旱的角度分析了近 30
年冬小麦各主要生育阶段干旱的时空变化特征,以及干旱特征的气候趋势影响,结果表明:(1)黄淮海平原冬小麦除苗期外其
他生育阶段干旱由北向南逐渐减轻,在冬小麦播种—出苗期南部有干旱化的趋势,而北部有干旱减弱的趋势,全生育期也有相
同的微弱趋势;在出苗—拔节期干旱最为严重,呈现北部微弱干旱化而南部湿润化的趋势,抽穗—成熟期呈干旱化的趋势,且从
北向南干旱变化幅度递增。 (2)在冬小麦全生育期,天津与石家庄主要以中旱和重旱为主,而莘县轻旱、中旱和重旱的频率相
当,徐州与驻马店则以轻旱为主。 天津、石家庄的干旱持续较为严重,而驻马店近 30 年无干旱的持续。 (3)在拔节—抽穗期和
抽穗—成熟期,徐州、驻马店的干旱程度随着温度的降低有减弱趋势。 播种—出苗期,天津与徐州随着太阳辐射量的增加将呈
干旱化的趋势;另外,石家庄与驻马店在冬小麦各生育阶段将会随着相对湿度的减小而有干旱化的趋势;黄淮海南部地区在冬
小麦全生育期和抽穗—成熟期将会随着风速的减小而呈湿润化的趋势。 研究结果可从关键生育期的角度为黄淮海平原干旱对
冬小麦产量影响的模拟研究以及小麦生产的抗旱对策提供理论依据。
关键词:干旱; 生育阶段; 相对湿润度; 冬小麦; 黄淮海平原
Drought variations of winter wheat in different growth stages and effects of
climate trend in Huang鄄Huai鄄Hai Plain, China
XU Jianwen1,2,JU Hui1,3,*,LIU Qin1,4,LI Yingchun1,4
1 State Key Engineering Laboratory of Crops Efficient Water Use and Drought Mitigation, Institute of Environment and Sustainable Development in
Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Science Beijing 100081, China
2 Dalian Meteorological Bureau, Dalian 116001, China
3 Key Laboratory of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China
4 Key Laboratory of Dryland Agriculture, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China
Abstract: With the purpose of probing the drought characteristic in growth stages and its possible climate factors of winter
wheat in Huang鄄Huai鄄Hai plain (3H plain) under climate change,based on meteorology data of 5 selected meteorological
stations from 1981 to 2010, relative moist index has been calculated to investigate the temporal variability of drought
characteristic in five growth stages of winter wheat in 3H Plain in recent 30 years.The results indicated that on the temporal
variation, an increasing drought trend was detected in sowing to seeding stage in southern of 3H plain while a contrary trend
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was found in northern of 3H plain, and the same slight tendency was detected in whole growth period. The drought of growth
stages except seedling stage was reduced from north to south. The most severe drought occurred in the seeding to jointing
stage and a slight increasing drought trend was detected in north while a decreasing drought trend in south in this stage. A
drought trend was detected in heading to maturity, with higher magnitude in south than in north. Tianjin and Shijiazhuang
stations were observed to be medium drought and serious drought primarily in whole growth period, the frequency of varying
degrees of droughts in Shenxian station was equivalent while Xuzhou and Zhumadian stations were observed to be primarily
slight drought from 1981 to 2009. Continuous drought of Tianjin and Shijiazhuang station was serious while sustained drought
was not found in Zhumadian station in recent 30 years. With the temperature increasing, aridification might be enhanced in
Tianjin and Shijiazhuang stations while a contrary trend was found in Shenxian, Xuzhou and Zhumadian stations in whole
growth period of winter wheat. The trend of drought will be alleviated with the temperature decreasing in jointing to heading
stage and heading to maturity statge. Drought in sowing to seeding stage will be more obvious in Tianjin and Xuzhou stations
with the solar radiation increasing. There was a drought trend detected in Shijiazhuang and Zhumadian stations with the
relative humidity decreasing in growth stages. Besides, with the wind speed decreasing, moisture tendency will be found in
whole growth period and heading to maturity in southern of 3H Plain. The research results can provide a reference for the
simulation study on the impact of drought on yield of winter wheat and developing appropriate measures to reduce droughts
in the 3H plain.
Key Words: drought; growth stages; relative moist index; winter wheat; 3H plain
摇 摇 干旱是目前全球最严重的灾害之一,已成为危
急人类生存环境的严重问题,也是科学界普遍关心
的科学问题[1],据 Obasi[2]统计,在各类自然灾害造
成的总损失中,气象灾害引起的损失约占 85%,而干
旱又占气象灾害损失的 50%左右。 由于气候变暖所
引起的降水减少和蒸发的增加将导致干旱的强度和
频率增加[3鄄5],近 50年来受全球气候变化的影响,我
国降水量呈现南方偏多北方偏少的变化趋势,使得
北方主要农业区不同程度的干旱面积均有扩大趋
势[6鄄7],主要表现为半干旱区干旱化的趋势及范围增
大[8鄄10],由干旱造成的受灾面积及经济损失有逐步
增加的趋势,灾害发生的频率也在不断加快[11]。 据
统计,我国平均每年旱灾的受灾面积高达 2200 万
hm2,占各种灾害受灾面积的 40%以上,粮食损失约
120亿 kg[12]。 有学者研究指出,未来 40a 中国气候
总体上呈暖干,半干旱地区的扩大趋依然很明显,黄
淮海平原将经历最干旱的时段,极端干旱的干旱频
率及干旱历时将达最大[13鄄14],干旱仍旧是我国未来
几十年将要长期面临的气象灾害。
小麦是我国仅次于水稻的第二大作物,其播种
面积占全国耕地面积的 20%—30%,占粮食产量的
20%—25%[15],黄淮海平原是我国最大的冬麦区,冬
小麦生长季正值该地区降水稀少的时期,降水量大
多不足 250 mm,越往北降水越少,至京津一带已不
足 150 mm。 但冬小麦全生育期和关键期的需水量
分别为 350—500 mm 和 200—250 mm 左右,缺水量
达 300 mm左右,降水最多的年份也不能满足冬小麦
正常 400—550 mm的需水量。 在冬小麦拔节、抽穗、
灌浆的需水关键期(4—5月),同期降水量仅占需水
量的 1 / 5—1 / 4,水分亏缺量达 200 mm 左右[16鄄17]。
然而,现有的黄淮海平原干旱对冬小麦的影响识别
的研究大多为田间试验[18鄄19],对于区域的研究比较
少且很多研究主要集中在气象干旱对产量影响的表
观层面[20鄄21],细化到具体生育进程干旱特征的研究
不多。 因此,本文以温度、降水等气象数据为基础,
使用相对湿润度指数研究了黄淮海平原冬小麦不同
生育阶段的干旱的变化特征,并且分析干旱特征与
主要气候要素的相关性,探究该地区冬小麦生育阶
段干旱的气候发展趋势,以期在气候变化的背景下,
从关键生育期的角度为黄淮海平原干旱对冬小麦产
量影响模拟的研究以及小麦生产抗旱提供理论
依据。
1摇 资料和方法
1.1摇 资料选取
本文参考刘巽浩等[22]编制的中国农作制分区,
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选用了黄淮海平原主要农业区具有 1981—2009 年
完整生育期资料的 5 个典型气象站点作为分析对
象,站点分布如图 1 所示,其中,天津为环渤海山东
半岛滨海外向型二熟农渔区典型站点,石家庄为燕
山太行山山前平原水浇地二熟区典型站点,莘县为
海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区典型站
点,徐州与驻马店为黄淮平原南阳盆地旱地水浇地
二熟区典型站点。 1)各站点近 30a 逐日降水量
(mm)、平均气温 (益)、最低气温 (益)、最高气温
(益)、日照时数( h)、风速(m / s)和平均相对湿度
(%)等气象数据,由中国气象科学数据共享服务网
(http: / / cdc. cma. gov. cn / )提供。 2)各站点 1981—
2009年逐年的冬小麦生育期资料来源于国家气象信
息中心。
图 1摇 黄淮海平原气象站点分布图
Fig.1摇 The location of meteorological stations in Huang鄄Huai鄄Hai (3H) plain
1.2摇 研究方法
干旱指标选用《气象干旱等级》标准中所提供的
相对湿润度指数(划分等级见表 1),其计算公式如下:
M = P
- PE
PE
(1)
式中,P为某时段降水量(mm),PE 为某时段的可能
蒸散量 ( mm),本文采用 FAO 推荐的 Penman鄄
Monteith[23]方法计算,计算公式如下:
PE =
0.408驻 Rn -( )G + 酌
900
T + 273
U2 es - e( )a
驻 + 酌 1 + 0.34U( )2
(2)
式中,Rn为作物表面净辐射量(MJ m
-2 d-1);G 为土
壤热通量(MJ m-2 d-1);驻为饱和水汽压与温度关系
曲线的斜率(kPa·益);酌 为湿度计常数(kPa / 益);
T为空气平均温度(益);U2为在地面以上 2m高处的
风速(m / s);es为空气饱和水汽压(kPa);ea为空气实
际水汽压(kPa)。
干旱对冬小麦生长发育及产量影响较大的时期
是播种期、拔节到孕穗期以及灌浆期[24鄄25]。 因此,为
了更好的识别各主要生育阶段的干旱特征,本文将
冬小的生育期分为全生育期、播种—出苗期、出苗—
拔节期、拔节—抽穗期与抽穗—成熟期这 5 个生育
7672摇 10期 摇 摇 摇 徐建文摇 等:黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响 摇
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阶段进行分析。
表 1摇 相对湿润度气象干旱等级划分表
Table 1摇 The Meteorological drought classification of relative
moist index
等级
Level
类型
Type
相对湿润度
Relative moist index
1 无旱 -0.40
摇 摇 来源:气象干旱等级(GB / T 20481—2006)
2摇 结果分析
2.1摇 冬小麦生育阶段的干旱特征
2.1.1摇 相对湿润度的变化特征
黄淮海平原近 30 年来冬小麦主要生育阶段的
相对湿润度变化特征如表 2 所示,除苗期外,各生育
阶段的相对湿润度从天津到驻马店,呈现由北向南
逐渐增大的趋势,即由北向南干旱逐渐减轻,且驻马
店在冬小麦的各生育阶段相对湿润度均大于-0.4,
表现为无旱的特征,这主要是由于黄淮海平原降水
量与太阳辐射量等气候要素的纬向分布导致的。 在
冬小麦全生育期,相对湿润度的年际变化趋势不大,
天津与石家庄为 0.01 / 10a,而莘县、徐州与驻马店为
-0.01 / 10a,从相对湿润度的区域分布来看,在冬小
麦全生育期黄淮海平原南部有干旱化的趋势,而北
部有干旱减弱的趋势,但是趋势不显著。 而在苗期,
相对湿润度的年际变化趋势明显,且区域分布与全
生育期一样存在南北差异,其中,天津的变化趋势为
0.79 / 10a,而徐州与驻马店的变化趋势达-0.83 / 10a
和-1.28 / 10a,且都通过了 琢<0.05 的显著性检验。
在出苗—拔节期,由于黄淮海平原冬季降水较少,所
以这一时期干旱最为严重,其中天津表现为重旱的
特征,但是相对湿润度的年际变化趋势不明显,且区
域分布与全生育期不同,呈现北部微弱干旱化而南
部湿润化的趋势。 拔节—抽穗期的干旱程度也比较
严重,且相对湿润度的变化率除天津外均有增加的
趋势,表现为干旱减弱的趋势。 在抽穗—成熟期,相
对湿润度的年际变化均在减小,即有干旱化的趋势,
且从北向南有干旱变化幅度递增的趋势。
表 2摇 黄淮海平原近 30年冬小麦生育阶段相对湿润度的变化特征
Table 2摇 The variability of relative moist index in growth stages of winter wheat in 3H plain
站点
Stations
全生育期
Whole growth
period
均值
Mean
变化率
Slope
( / 10a)
播种—出苗期
Sowing to
seeding stage
均值
Mean
变化率
Slope
( / 10a)
出苗—拔节期
Seeding to
jointing stage
均值
Mean
变化率
Slope
( / 10a)
拔节—抽穗期
Jointing to
heading stage
均值
Mean
变化率
Slope
( / 10a)
抽穗—成熟期
Heading to
maturity statge
均值
Mean
变化率
Slope
( / 10a)
天津摇 -0.77 0.01 -0.15 0.79 -0.84 -0.01 -0.74 -0.05 -0.72 -0.01
石家庄 -0.75 0.01 -0.61 0.19 -0.77 -0.00 -0.81 0.03 -0.67 -0.00
莘县摇 -0.72 -0.01 -0.43 -0.34 -0.77 -0.01 -0.79 0.08 -0.61 -0.02
徐州摇 -0.50 -0.01 -0.14 -0.83* -0.44 0.05 -0.65 0.02 -0.47 -0.04
驻马店 -0.32 -0.01 0.31 -1.28* -0.29 0.02 -0.37 0.13 -0.33 -0.04
2.1.2摇 干旱频率
从黄淮海平原冬小麦生育阶段不同程度干旱频
率的区域分布(图 2)可以看出,在播种—出苗期,特
旱的发生频率要高于其他程度的干旱,其中石家庄
与徐州特旱的频率超过了 50%;在出苗—拔节期,天
津、石家庄与莘县主要以中旱和重旱为主,其中石家
庄中旱的频率超过了 50%,而徐州与驻马店主要以
轻旱为主;在拔节—抽穗期,干旱较出苗—拔节期有
所加重,不同程度的干旱均有发生,但天津、石家庄
与莘县重旱与特旱的频率较高;抽穗—成熟期,特旱
发生的频率明显降低,但是除驻马店外,各站点重旱
的频率都在 30%左右;总得来看,天津与石家庄在冬
小麦全生育期主要以中旱和重旱为主,频率大约在
40%左右,而莘县在冬小麦全生育期轻旱,中旱和重
旱的频率相当,在 30%—40%之间,徐州与驻马店则以
轻旱为主,频率大约为 40%—50%。 从干旱频率的区
域分布也可以看出,黄淮海平原干旱发生的程度与频
率存在着南北差异,表现为北部干旱强于南部。
8672 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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图 2摇 黄淮海平原近 30年冬小麦生育阶段不同程度干旱频率
Fig.2摇 The variability of different drought frequency in five growth stages of winter wheat in 3H Plain
摇 摇 另外,近 30 年黄淮海平原冬小麦的各生育阶
段,不仅中等干旱程度以上频率较高,而且在时间上
也有持续性。 由表 3 中可以看出,在全生育期,天
津、石家庄与莘县均有持续 5a 以上的干旱发生,其
中石家庄在 1981—1989 连续 9a 发生中旱;在播
种—出苗期,天津、石家庄及徐州都出现了连续的特
旱,其中徐州在 1989—1993和 2003—2008发生了两
次特旱的持续;在出苗—拔节及拔节—抽穗期,天
津、石家庄和莘县都有持续干旱发生,尤其是天津在
出苗—拔节期,从1995—2008连续14a重旱,石家
表 3摇 黄淮海平原近 30年冬小麦生育阶段中等程度以上干旱持续时间 5a以上的分布状况
Table 3摇 The distribution of the continuous drought in growth stages of winter wheat in 3H plain
天津 石家庄 莘县 徐州 驻马店
全生育期
Whole growth period 中旱:2004—2008
中旱:1981—1989
中旱:1992—1997 中旱:2004—2008
播种—出苗期
Sowing to seeding stage 特旱:1991—1995 特旱:2005—2009
特旱:1989—1993
特旱:2003—2008
出苗—拔节期
Seeding to jointing stage 重旱:1995—2008
中旱:1981—1989
中旱:1992—1996
中旱:1981—1989
中旱:2000—2005
拔节—抽穗期
Jointing to heading stage
中旱:1985—1989
中旱:1999—2003 重旱:1981—1986 中旱:1995—2000
抽穗—成熟期
Heading to maturity statge 重旱:1993—1997
9672摇 10期 摇 摇 摇 徐建文摇 等:黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响 摇
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庄也在 1981—1986 持续发生了 6a 重旱;在抽穗—
成熟期,只有石家庄在 1993—1997 连续 5a 为重旱。
从区域分布来看,天津、石家庄的干旱持续较为严
重,而驻马店近 30年没有干旱的持续。
2.2摇 冬小麦生育期内气候因素的年际变化趋势
对黄淮海平原冬小麦主要生育阶段的气候要素
的变化率进行分析(表 4),从表中可以看出,在冬小
麦全生育期,各站点的平均温度均有增加的趋势,变
化范围在 0.02—0.06益之间,且除天津外,均通过 琢<
0.05的显著性检验,这与近些年来气候变暖的事实
相符[26],出苗—拔节期的温度变化情况与全生育期
相似;在拔节—抽穗期,各站点的温度均有降低的趋
势,且温度降低的趋势在抽穗—成熟期更为明显,变
化范围在-0.02—0.06益之间,除石家庄与莘县外均
通过 琢<0.01 的显著性检验;总的来说,在冬小麦生
育前期,温度有上升的趋势,生育后期有下降的趋
势,整个生育期温度呈显著升高的趋势。 太阳辐射
的变化与温度的变化趋势正好相反,在冬小麦全生
育期与出苗—拔节期,太阳辐射量为减少的趋势,变
化范围在-16.2—-6.34 MJ m-2 d-1之间,通过了 琢<
0.01的显著性检验,而在抽穗—成熟期,太阳辐射量
为增加的趋势。 另外,从各站点全生育期均值可以
看出,太阳辐射量存在由北向南逐渐递减的纬向分
布特征。 相对湿度的年际变化趋势并不明显,从表
中可以看出,石家庄与驻马店在冬小麦的 5 个生育
阶段相对湿度均有降低的趋势,且 5 个站点的相对
湿度在生育期后期有减小的趋势。 对风速的变化趋
势分析表明,黄淮海平原近年来在冬小麦生育阶段
的风速有降低的趋势,除天津外,其余站点在冬小麦
的各生育阶段的风速降低趋势通过了 琢<0.05 的显
著性检验,且风速的变化在冬小麦生育前期呈现由
南向北减幅递增的趋势。 降水量的分布从北向南有
明显的增加,冬小麦全生育期驻马店的降水量是天
津的 1倍多;莘县、徐州及驻马店除拔节—抽穗期降
水有增加的趋势外,其他生育阶段降水均有减少的
趋势,而天津与石家庄除出苗—拔节期外,变化趋势
与莘县、徐州及驻马店相反,降水量有增加的趋势,
这些趋势并不显著;因此,在黄淮海平原降水量的年
际变化趋势存在一定的南北差异。
表 4摇 黄淮海平原近 30年冬小麦生育阶段气候要素的年际变化趋势
Table 4摇 The annual variation of climate factor in five growth stages of winter wheat in 3H plain
站点
Station
全生育期
Whole growth
period
均值
Mean
变化率
Slope
播种—出苗期
Sowing to
Seeding stage
均值
Mean
变化率
Slope
出苗—拔节期
Seeding to
jointing stage
均值
Mean
变化率
Slope
拔节—抽穗期
Jointing to
heading stage
均值
Mean
变化率
Slope
抽穗—成熟期
Heading to
maturity statge
均值
Mean
变化率
Slope
平均温度 Mean temperature / 益
天津 8.0 0.02 18.4 0.04 4.0 0.01 16.4 -0.07 21.4 -0.06**
石家庄 9.2 0.06** 18.1 0.01 5.3 0.06** 15.8 -0.05** 21.4 -0.02
莘县 8.3 0.03* 15.8 -0.06 4.3 0.03 14.3 -0.03 19.7 -0.04
徐州 9.8 0.04** 17.8 0.06 6.0 0.04** 13.0 -0.07 20.1 -0.06**
驻马店 9.7 0.03* 16.9 -0.05 6.4 0.02 12.1 -0.04 18.8 -0.05**
太阳辐射量 Solar radiation / (MJ·m-2·d-1)
天津 3463 -12.7** 120 0.16 2138 -10.9** 387 -6.30** 819 4.35**
石家庄 3279 -6.34 100 1.06** 1914 -11.1** 414 -1.53 851 5.19**
莘县 3148 -6.98** 127 2.75** 1787 -10.1** 431 -0.74 804 1.11
徐州 3156 -10.4** 110 0.06 1633 -14.8** 554 3.11 859 1.22
驻马店 2766 -12.5** 118 0.15 1484 -16.2** 394 0.30 769 3.22
相对湿度 Relative humidit / %
天津 57.0 0.08 66.4 0.24 57.1 0.13 50.9 -0.12 57.4 -0.20
石家庄 56.2 -0.22* 65.2 -0.42 56.2 -0.24 51.1 -0.04 57.0 -0.21
莘县 66.6 0.03 73.4 -0.43* 66.0 0.04 63.4 0.19 69.3 -0.02
徐州 65.3 0.07 69.7 0.06 66.4 0.11 60.7 -0.01 63.8 0.02
驻马店 69.9 -0.19 70.7 -0.28 70.0 -0.13 70.6 -0.43** 69.7 -0.26
0772 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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续表
站点
Station
全生育期
Whole growth
period
均值
Mean
变化率
Slope
播种—出苗期
Sowing to
Seeding stage
均值
Mean
变化率
Slope
出苗—拔节期
Seeding to
jointing stage
均值
Mean
变化率
Slope
拔节—抽穗期
Jointing to
heading stage
均值
Mean
变化率
Slope
抽穗—成熟期
Heading to
maturity statge
均值
Mean
变化率
Slope
风速 Wind speed / (m / s)
天津 2.41 0.01 1.97 -0.00 2.33 0.01 3.03 0.01 2.61 0.05
石家庄 1.75 -0.02** 1.31 -0.02** 1.67 -0.02** 2.22 -0.03** 1.96 -0.02**
莘县 2.90 -0.02** 2.51 -0.03** 2.82 -0.02** 3.41 -0.04** 3.06 -0.04**
徐州 2.26 -0.02** 1.95 -0.03* 2.09 -0.02** 2.64 -0.02* 2.66 -0.02**
驻马店 2.34 -0.03** 2.09 -0.05** 2.33 -0.03** 2.48 -0.01 2.39 -0.03**
降水 Precipitation / mm
天津 136.1 0.31 14.58 1.20 50.70 -0.32 19.81 -0.74 50.99 0.17
石家庄 136.3 0.48 5.66 0.29 58.58 -0.36 14.99 0.14 57.05 0.42
莘县 143.2 -0.42 9.31 -0.23 55.99 -0.50 15.93 0.56 61.99 -0.24
徐州 256.5 -1.28 11.98 -0.90 118.0 -0.18 33.72 0.29 92.79 -0.49
驻马店 305.5 -1.59 17.99 -1.52* 145.3 -1.00 40.53 0.95 101.6 -0.02
2.3 摇 冬小麦不同生育阶段干旱特征的气候发展趋
势分析
为了探究黄淮海平原冬小麦生育阶段干旱的气
候影响因素,将各阶段的相对湿润度与相应时段的
各气候要素做相关分析。 由表 5 可以看出,相对湿
润度与温度的相关性在冬小麦的生育后期要大于生
育前期,在冬小麦全生育期,天津与石家庄的相对湿
润度与温度为负相关,相关系数分别为-0.19 与-0.
17,变化率为负值,即温度越高则相对湿润度越小,
表现为越干旱,结合表 4可知,黄淮海平原冬小麦全
生育期的温度是显著升高的,因此,天津和石家庄由
于温度的升高,会导致干旱化的加重,而莘县、徐州
和驻马店则正好相反,随着温度的升高而出现湿润
化的趋势,且莘县与徐州在播种—出苗与出苗—拔
节期也是如此;在拔节—抽穗期与抽穗—成熟期,相
对湿润度与平均温度的相关系数较大,徐州在这两
个生育阶段与驻马店在拔节—抽穗期都通过了 琢<0.
01的显著性检验,且石家庄、徐州、驻马店在这两个
生育阶段与莘县在抽穗—成熟期相对湿润度与平均
温度都呈负相关,变化率为负值,其中徐州与驻马店
在抽穗—成熟期的变化率达-0.19 与-0.12,而结合
表 4 可知,黄淮海平原在冬小麦拔节—抽穗与抽
穗—成熟期温度有降低的趋势,因此,以上站点在相
应生育阶段的干旱程度将会随着温度的降低有所减
弱。 对相对湿润度与太阳辐射量的相关分析可以看
出,在播种—出苗与抽穗—成熟期两者为负相关,且
相关系数较其他生育阶段大,其中石家庄在抽穗—
成熟期的相关系数达-0.50,且通过了 琢<0.01 的显
著性检验,而在全生育期则为正相关,相对湿润度随
太阳辐射量的变化率除播种—出苗期都为负值,其
他生育阶段变化率基本为 0,即太阳辐射量的增减不
会引起相对湿润度的变化,在播种—出苗期,天津与
徐州的相关系数通过了 琢<0.05 的显著性检验,分别
为-0.39和-0.37,结合表 4 可知,在播种—出苗期黄
淮海平原的太阳辐射量为增加的趋势,所以这一阶
段这两个地区将会随着太阳辐射量的增加而呈干旱
化的趋势;在出苗—拔节期,其他站点相对湿润度与
太阳辐射都为正相关,而徐州则为负相关,相关系数
为-0.36,且通过了 琢<0.05 的显著性检验。 从表中
可以看出,相对湿度与相对湿润度的相关性最大,各
生育阶段的相关系数都通过了 琢<0.01 的显著性检
验,且变化率均为正值,结合表 4 可知,石家庄与驻
马店在各生育阶段的相对湿度均为减小的趋势,因
此,这两个站点将会随着相对湿度的减小而有干旱
化的趋势;另外,徐州在各生育期的相关系数大于其
他站点,即干旱程度与相对湿度的相关性最大。 相
对湿润度与风速也表现出一定的相关性,这主要是
由于风速对下垫面的蒸发状况的影响而造成的,在
全生育期与生育后期,两者呈负相关关系,变化率为
负值,在拔节—抽穗与抽穗—成熟,天津与石家庄呈
显著的负相关,而在生育前期大多站点为正相关,且
生育后期与风速的相关系数要大于生育前期;结合
1772摇 10期 摇 摇 摇 徐建文摇 等:黄淮海平原典型站点冬小麦生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响 摇
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表 4可知,在全生育期和抽穗—成熟期,莘县、徐州
和驻马店的风速为减小的趋势,由此可知,黄淮海南
部地区在冬小麦全生育期和抽穗—成熟期将会随着
风速的减小而呈湿润化的趋势。
表 5摇 黄淮海平原近 30年冬小麦生育阶段相对湿润度与气候要素的相关系数
Table 5摇 The correlation coefficient of relative moist index with climate factors in growth stages of winter wheat in 3H Plain
站点
Station
全生育期
Whole growth
period
变化率
Slope
相关系数
Correlation
coefficient
播种—出苗期
Sowing to
Seeding stage
变化率
Slope
相关系数
Correlation
coefficient
出苗—拔节期
Seeding to
jointing stage
变化率
Slope
相关系数
Correlation
coefficient
拔节—抽穗期
Jointing to
heading stage
变化率
Slope
相关系数
Correlation
coefficient
抽穗—成熟期
Heading to
maturity statge
变化率
Slope
相关系数
Correlation
coefficient
平均温度 Mean temperature / 益
天津 -0.03 -0.19 0.06 0.05 -0.00 -0.01 -0.05 -0.23 0.00 0.00
石家庄 -0.03 -0.17 -0.09 -0.21 -0.03 -0.21 -0.07 -0.34 -0.09 -0.29
莘县 0.01 0.05 0.00 0.01 0.04 0.27 0.02 0.10 -0.07 -0.30
徐州 0.06 0.15 0.01 0.01 0.10 0.26 -0.06 -0.37** -0.19 -0.44**
驻马店 0.02 0.04 -0.09 -0.08 -0.04 -0.11 -0.12 -0.41** -0.12 -0.25
太阳辐射量 Solar radiation / (MJ m-2 d-1)
天津 0.00 0.30 -0.03 -0.39* 0.00 0.10 -0.00 -0.22 -0.00 -0.24
石家庄 0.00 0.33 -0.01 -0.15 0.00 0.18 0.00 0.10 -0.00 -0.50**
莘县 0.00 0.15 -0.01 -0.33 0.00 0.05 -0.00 -0.25 -0.00 -0.25
徐州 0.00 0.03 -0.02 -0.37* -0.00 -0.36* 0.00 0.13 -0.00 -0.30
驻马店 0.00 0.13 -0.01 -0.21 0.00 0.15 0.00 0.04 -0.00 -0.12
相对湿度 Relative humidit / %
天津 0.01 0.23 0.14 0.56** 0.00 0.23 0.03 0.64** 0.02 0.60**
石家庄 0.02 0.70** 0.04 0.41** 0.02 0.75** 0.02 0.61** 0.02 0.73**
莘县 0.01 0.36* 0.07 0.59** 0.01 0.47** 0.02 0.55** 0.02 0.52**
徐州 0.05 0.73** 0.13 0.59** 0.06 0.75** 0.03 0.73** 0.05 0.75**
驻马店 0.03 0.65** 0.22 0.72** 0.03 0.56** 0.03 0.45** 0.05 0.71**
风速 Wind speed / (m / s)
天津 -0.09 -0.33 0.08 0.02 -0.05 -0.21 -0.27 -0.37* -0.12 -0.23
石家庄 -0.25 -0.46** -0.94 -0.30 -0.18 -0.35 -0.22 -0.42* -0.47 -0.55**
莘县 -0.06 -0.13 0.02 0.01 0.00 0.00 -0.14 -0.27 -0.11 -0.20
徐州 -0.01 -0.01 0.88 0.29 0.06 0.05 -0.12 -0.12 -0.29 -0.17
驻马店 -0.05 -0.08 2.18 0.47** 0.06 0.09 -0.01 -0.01 -0.16 -0.15
3摇 结论与讨论
(1)黄淮海平原冬小麦除苗期外其它生育阶段
干旱由北向南逐渐减轻,在冬小麦播种—出苗期黄
淮海平原南部有干旱化的趋势,而北部有干旱减弱
的趋势,全生育期也有相同的微弱的趋势;在出苗—
拔节期干旱最为严重,呈现北部微弱干旱化而南部
湿润化的趋势,抽穗—成熟期呈干旱化的趋势,且从
北向南干旱变化幅度递增。
(2)在冬小麦全生育期,天津与石家庄主要以中
旱和重旱为主,而莘县轻旱、中旱和重旱的频率相
当,徐州与驻马店则以轻旱为主。 天津、石家庄的干
旱持续较为严重,而驻马店近 30年无干旱的持续。
(3)在拔节—抽穗期和抽穗—成熟期,徐州、驻
马店的干旱程度随着温度的降低有减弱趋势。 播
种—出苗期,天津与徐州随着太阳辐射量的增加将
呈干旱化的趋势;另外,石家庄与驻马店在冬小麦各
生育阶段将会随着相对湿度的减小而有干旱化的趋
势;黄淮海南部地区在冬小麦全生育期和抽穗—成
熟期将会随着风速的减小而呈湿润化的趋势。
近 30年黄淮海平原冬小麦的各生育阶段,不仅
中等干旱程度以上频率较高,且在时间上也有持续
性,持续的干旱更会影响冬小麦的生产,导致产量下
降。 从区域分布来看,天津、石家庄的干旱持续较为
2772 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 34卷摇
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严重,这与气象灾害记载资料相符[27鄄28]。 在播种—
出苗期,特旱发生的频率非常高,这与实际的农业气
象干旱有所差异,因为黄淮海平原降水主要集中在
7—8月,至冬小麦播种与苗期时,土壤或因水分滞存
或因灌溉而有一定的底墒[29],实际生产中干旱程度
并不严重。 这一现象主要是由于相对湿润度是根据
作物参考蒸散量计算而得,而在冬小麦播种—出苗
期植株覆盖度小,按照参考作物来计算的相对湿润
度显然夸大了这一时期的干旱实情。 另外,本文主
要是从气象干旱的角度,探究了黄淮海平原冬小麦
生育阶段的干旱特征及气候趋势的影响,在气候变
化的背景下为冬小麦具体关键生育期的生产实践提
供更为明确的抗旱依据,但是由于黄淮海平原大部
分冬小麦种植区域都有灌溉的措施,并且前期的降
水对当前的土壤墒情有着重要的影响,气象干旱的
发生不一定会伴随农业干旱的发生[30],因此,在生
产过程中还要根据实际的小麦受旱状况而进行科学
的抗旱。
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
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本期责任副主编摇 祖元刚摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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主摇 摇 编摇 王如松
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