全 文 ：中国生态农业学报 2011年 9月 第 19卷 第 5期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2011, 19(5): 1048−1053 农田耗水研究


* 国家自然科学基金项目(41001060)、河北省自然科学基金项目(D2010001870)、中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZCX2-YW-
448)和国家科技支撑计划课题(2008BAD95B12)资助
齐永青(1977~), 博士, 副研究员, 主要研究方向为气候变化对农业资源及粮食安全的影响。E-mail: qiyq@sjziam.ac.cn
收稿日期: 2011-03-21 接受日期: 2011-06-13
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.01048
太行山山前平原近 50年气候变暖特征及其
对冬小麦−夏玉米作物系统的影响*
齐永青 孙宏勇 沈彦俊
(中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 050022)
摘 要 气候变暖及其对作物系统的影响是农业应对全球变化领域的主要研究命题之一。本文以河北省石家
庄为例, 通过对近 50 年气温数据以及作物系统热量资源变化特征的分析, 探讨了太行山山前平原区气候变暖
对冬小麦−夏玉米作物系统的影响。山前平原区近 50年来明显变暖, 增温速率为 0.35 ℃·10a−1, 其中冬季增温
幅度最大, 为 0.51 ℃·10a−1。气候变暖对作物的影响主要体现在有效积温的增加。近 20 年来, >10 ℃积温较
基准时段增加明显, 农业热量资源条件改善, 相当于农作物有效生育期延长 10~20 d。由于较大的增温幅度及
季节不均衡性, 冬小麦−夏玉米作物系统受到显著影响: 1990 年以来, 冬小麦生长季积温较基准时段上升幅度
超过 10%, 冬前生长期积温增加易造成旺长, 影响其安全越冬能力, 需推迟冬小麦播种期以适应气候变暖导
致的不利影响; 气候变暖改善了夏玉米生育期热量条件, 综合考虑其收获期因小麦晚播而相应推迟的影响,
夏玉米生长季>10 ℃积温可超过 2 900 ℃, 满足中晚熟玉米品种平播的热量条件。
关键词 太行山山前平原 华北平原 气候变暖 积温 冬小麦−夏玉米作物系统
中图分类号: S162.5 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)05-1048-06
Characteristics and effects of climate warming on winter wheat/summer maize
cropping system in recent 50 years in the piedmont of Mount Taihang
QI Yong-Qing, SUN Hong-Yong, SHEN Yan-Jun
(Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology,
Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050022, China)
Abstract Climate warming and its impact on cropping systems constitute a major aspect of agricultural development research in
countering climate change. While the North China Plain (NCP) is one of the most important crop production bases of China, the
piedmont regions of Mount Taihang are the most productive zones in the plain. Winter wheat and summer maize constitute the basic
cropping system in NCP. In such a tight double-copping system, heat condition is the main factor that controls both sowing and har-
vesting dates of the crops. This paper established a case study on temperature and agricultural heat resources data for the last 50 years
in Shijiazhuang, a typical area of the piedmont regions of Mount Taihang, to discuss the characteristics of climate warming and the
related impacts on winter wheat/summer maize cropping system in the piedmont regions of Mount Taihang. For the last 50 years, an
obvious warming trend at 0.35 ℃·10a−1 was noted in the studied area. The trends in climate warming at the seasonal cycle were un-
equal, while a sharp increase (0.51 ℃·10a−1) in winter and a more moderate increase (0.20 ℃·10a−1) in summer. Climate warming in
the studied area caused an increase in effective accumulated temperature (AT). In the last 2 decades, annual >10 ℃ AT increased
obviously compared with the period of 1961~1990. The increased heat accumulation in recent years resulted in about 10~20 days
extension of the suitable growing season. That favored crop growth and higher potential grain productivity. The sharp and unbalanced
seasonal warming patterns resulting from regional climate warming distinctly impacted winter wheat/summer maize cropping system
in the studied area. The emergence and seedling stages of winter wheat were temperature sensitive periods, and the suitable >0 ℃ AT
was about 500~600 ℃ before overwintering stage. After 1990, the >0 ℃ AT in wheat season increased by 10% and the warmer seed-
第 5期 齐永青等: 太行山山前平原近 50年气候变暖特征及其对冬小麦−夏玉米作物系统的影响 1049


ling stage in turn decreased the safety level of overwintering stage. For that reason, wheat seeding date had been postponed to adapt
to climate warming. Due to the higher heat resources and longer growing seasons, total >10 ℃ AT in maize season increased beyond
2 900 ℃. This was sufficient for mid-late maturity maize varieties in the piedmont regions of Mount Taihang.
Key words Piedmont region of Mount Taihang, North China Plain, Climate warming, Accumulated temperature, Winter
wheat/summer maize cropping system
(Received Mar. 21, 2011; accepted Jun. 13, 2011)
气候变暖对农业系统尤其是粮食作物的生产、
管理带来极大的影响, 因为作物生产直接依赖于热
量资源等气候条件, 并受其严格制约。气象灾害是
造成粮食产量波动的最大不确定因素, 也是影响最
突出的因素 [1−2], 而气候变暖的直接后果之一就是
导致各类气象灾害事件频度和强度的增加[3]。例如,
气候变暖会使作物水分利用效率降低, 需水量增加,
导致干旱程度上升; 暖干化情景下, 降雨量的减少,
则更进一步加剧了干旱程度, 导致农作物受灾加重,
粮食产量下降[4−5]。近几十年来, 我国绝大部分地区
呈气候变暖趋势, 华北地区变暖趋势尤其明显 [6−8],
特别是近 20年来增温趋势显著加速[9−10]。气候变暖
对作物影响的研究主要集中在对冬小麦播期、产量水
平的影响[11−13]和玉米对热量资源变化的区域适应方
面[14], 主要针对单个作物的特点开展研究, 针对气候
变暖对区域典型作物系统整体影响的研究较少[15]。
针对单个作物的研究无法查明气候变暖对作
物系统的整体影响, 因此针对典型区域和典型作物
系统的气候变暖特征研究就显得十分必要, 并且传
统的气象学研究无法替代; 在此基础上进一步明确
气候变暖对区域作物系统的影响特征, 将对阐明农
业适应气候变暖对策的气候学依据具有基础性作
用。本研究即针对华北平原太行山山前平原高产农
区最典型的冬小麦−夏玉米一年两熟作物系统 , 利
用近 50 年气温数据, 对本区气候变暖特征及其对
作物系统的整体影响进行了研究, 以期提高对气候
变暖背景下区域作物系统响应特征及调整策略的
认识水平。
1 研究区概况
太行山山前平原位于华北平原西北部, 太行山
东侧, 京广铁路沿线, 主要包括保定、石家庄、邢台
和邯郸等地。本区属暖温带半湿润半干旱气候, 年
均温 12~14 ℃, 年降水量约 500 mm。区内地势平坦
开阔, 土层深厚, 质地良好, 农耕历史悠久, 作物单
产水平较高, 是海河流域粮食主产区之一。区内典
型农作系统为冬小麦−夏玉米一年两熟制。年均实际
蒸散量约 800~900 mm, 明显高于同期降水量[16−17],
主要采用地下水灌溉以保证较高的产量水平。石家
庄位于山前平原区中部, 其气候特征、作物生产模
式及管理水平在山前平原高产农区具有较好的典型
性。本研究即以石家庄为例, 开展太行山山前平原
近 50年气候变暖特征及其对作物系统的影响分析。
2 数据与方法
本研究利用石家庄 1955~2007 年逐日平均温数
据, 以 1961~1990年为基准时段, 采用气候统计学、
农业气象学、距平分析及趋势分析等方法, 分别提
取: 年均温、年代际均温、季节均温等气象学参数;
>0 ℃和>10 ℃积温及对应的初始日期、终止日期、
持续日数以及作物生长季积温等农业气象学参数。
参考海河流域 38 个国家基准(基本)气象站点年均温
数据以及相应的农作物生育阶段热量资源需求等生
理参数, 对山前平原区气候变暖特征及其对作物系
统热量资源的影响进行分析。
3 结果与讨论
3.1 气候变暖的年际特征
图 1 显示了 1955~2007 年间石家庄、太行山山
前平原区和 1960~2001年间海河流域的年均温变化,
不同空间尺度的气温年际波动呈较高的一致性特征,
说明海河流域气温变化具有较高的区域均一性。石
家庄位于太行山山前平原中部地区, 年均温绝对值
和变化趋势与太行山山前平原区年均温数值非常接
近(图 1), 因此以石家庄为例可较好地代表太行山山
前平原区气候变暖特征。1961~1990 年基准时段内
石家庄多年平均温度为 13.09 ℃。与我国大部分地
区一样[6−8], 太行山山前平原地区近 50 年来呈明显
的变暖趋势(图 1), 增温速率为 0.35 ℃·10a−1, 高于
全国和华北地区平均水平 [6−7], 同时也高于海河流
域的平均增温趋势(0.30 ℃·10a−1), 这可能与本区处
于太行山东麓背风坡的特殊地形影响有关。由图 1
可见, 山前平原区 20 世纪 80 年代中期之前不同年
份气温在多年平均温上下波动; 而 1987 年之后, 气
温呈突变增高, 全部超过多年平均水平, 说明近期
增温趋势更加明显[9−10]。
1050 中国生态农业学报 2011 第 19卷




图 1 1955~2007年研究区年均温变化趋势
Fig. 1 Changes of mean annual temperature of the studied
areas from 1955 to 2007

年代际平均温消除了年际波动的影响, 能够更
好地显示数十年尺度上一个地区气温变化的实际趋
势。石家庄地区气温年代际变化趋势表明, 20 世纪
50年代以来, 年均温变化呈持续增高趋势, 由 20世
纪 50年代的 12.85 ℃增加到 21世纪初的 14.48 ℃;
更为突出的是年代际增温速率逐渐增强, 近 20年来
的增温过程明显高于之前各时段(表 1)。

表 1 石家庄地区 1955~2007年年代际平均温及距平值
Table 1 Decades’ mean annual temperature and anomaly
data of Shijiazhuang from 1955 to 2007 ℃
年份
Year
年均温
Mean annual temperature
距平值
Anomaly data
1961~1990 13.09 —
1950~1959 12.85 −0.24
1960~1969 13.00 −0.09
1970~1979 13.03 −0.06
1980~1989 13.24 0.15
1990~1999 14.09 1.00
2000~2007 14.48 1.39

3.2 气候变暖的季节特征
大量研究表明, 气候变暖过程中, 不同季节的
增温趋势是不平衡的[6−9]。太行山山前平原区基准时
段的四季平均温分别为: 14.24 ℃、25.76 ℃、13.29
℃和−1.22 ℃, 呈典型的暖温带季风区季节气候特
征。近 50 年来, 各季节温度均呈增长趋势, 其中冬
季增温幅度最大, 为 0.51 ℃·10a−1, 春、秋季增温幅
度分别为 0.37 ℃·10a−1、0.33 ℃·10a−1, 夏季增温幅
度最小, 为 0.20 ℃·10a−1(图 2)。
3.3 农业热量资源的变化
农业热量资源是决定区域内农作物类型、生长
期长短的品种配置和熟制的基本条件。积温是用于
量化农业热量条件的主要指标。太行山山前平原区
基准时段年均>0 ℃积温为 4 912 ℃, >10 ℃积温为


图 2 1955~2007年石家庄地区气温季节变化趋势
Fig. 2 Changes of seasonal temperature of Shijiazhuang
from 1955 to 2007

4 542 ℃。与年均温的变化趋势一致, 近 50 年来, 太
行山山前平原区积温呈明显增加趋势, 且以20世纪80
年代中期之后增加更为明显(图 3a, c)。1990~2000年、
2000~2007年两时段内, >10 ℃积温分别为4 807 ℃和
4 944 ℃, 较基准时段分别提高 265 ℃和 402 ℃。
适于作物生长的有效积温增加, 一方面是由于
气候变暖导致的日均温增高, 另一方面则是由于满
足临界温度的日数增加所导致。由图 3a 和图 3c 可
见, 年均>0 ℃与>10 ℃总日数也呈增加趋势, 其中
年均>10 ℃总日数由基准时段的 217.4 d 增加到
2001~2007 年的 234.4 d; 满足临界温度累积日数的
增加主要是由于初始日期提前造成的 (图 3b, d),
2001~2007 年时段的年均>0 ℃与>10 ℃初始日期
相对基准时段分别提前 9.6 d和 13.0 d, 而终止日仅
分别推迟 2.1 d和 4.0 d。综合分析表明, 太行山山前
平原区近年来由于温度升高, 农业热量资源条件改
善, 相当于农作物有效生育期延长 10~20 d。
3.4 气候变暖对农作系统的影响
太行山山前平原区最典型的作物种植模式为冬
小麦−夏玉米一年两熟。从地理位置和热量资源条件
看, 本区位于我国一年两熟区的北界附近, 传统的
品种配置以冬性小麦品种和中早熟玉米品种的组合
为主。根据传统的播种期和收获期时间, 本研究将
小麦生育期定为 10 月 1 日~次年的 6 月 7 日, 玉米
生育期定为 6 月 11 日~9 月 25 日, 并据此计算作物
生育期积温, 分析气候变暖对作物生产的影响。
按照传统的播种、收获期计算, 基准时段的冬
小麦和夏玉米生长季积温分别为 2 134 ℃(>0 ℃)和
第 5期 齐永青等: 太行山山前平原近 50年气候变暖特征及其对冬小麦−夏玉米作物系统的影响 1051


2 643 ℃ (>10 ℃ ), 受气候变暖的影响 , 近期
(2001~2007年)的生长季积温分别增加到 2 435 ℃和
2 741 ℃。由于冬小麦的春化过程需要一定的低温条
件才能实现, 因此, 气候变暖, 尤其是冬季气候变暖
对于冬小麦的品种选择以及安全越冬均带来了一定
的影响[13]。由图 4a可见, 20世纪 90年代以来, 冬小
麦生长季积温明显偏离基准时段平均值水平, 上升
幅度超过 10%。20世纪 90年代中期以来, 即使推迟
1周时间播种(10月 8日), 各年份冬小麦生长季内的
积温条件仍满足安全成熟的需要。玉米起源于热带
地区, 是典型的暖季作物, 其生长季内对日均温和
总积温的要求较高。20世纪 90年代之前, 本区夏玉
米生长季>10 ℃积温仅能满足中早熟品种平播的积
温需求, 部分地区为追求玉米高产, 采用了提前套
种的模式, 但对小麦机收和玉米机播带来较大影响,
且费工费时, 无法满足农业生产水平提高和机械化
作业的要求。受气候变暖影响, 20世纪 90年代以后,
玉米生长季积温条件有一定提升, 若考虑夏玉米收
获日期因小麦晚播而相应推迟 , 则夏玉米生长季
>10 ℃积温可超过 2 900 ℃, 满足中晚熟玉米品种
平播的热量条件, 可显著提高夏玉米单产水平[18]。
基于冬小麦的生理特点, 以越冬期为界, 其整
个生长季可划分为冬前生长期和冬后生长期两段 ,
冬前生长期的栽培管理目标主要是培育合理苗情 ,
提高安全越冬水平。在当前栽培模式下, 山前平原
区冬小麦冬前阶段的适宜积温为 550±50 ℃, 小麦
植株可达到 5~6叶龄的壮苗标准[19−20]。由图 5可见,
近 50 年来, 小麦冬前生长期积温呈波动增高趋势,



图 3 1955~2007年石家庄地区主要积温指标变化趋势
Fig. 3 Changes of major factors of accumulated temperature (AT) in Shijiazhuang from 1955 to 2007



图 4 1955~2007年石家庄地区冬小麦(a)、夏玉米(b)生长季积温变化
Fig. 4 Changes of growing seasonal accumulated temperature (AT) of winter wheat (a) and summer maize
(b) in Shijiazhuang from 1955 to 2007
1052 中国生态农业学报 2011 第 19卷




图 5 1955~2007年石家庄地区冬小麦冬前生长期积温变化
Fig. 5 Changes of >0 ºC accumulated temperature (AT) before
overwintering stage of winter wheat in Shijiazhuang from 1955
to 2007

按照传统播期 , 基准时段内冬小麦冬前生长期(10
月 1日~11月 30日)积温为 603.2 ℃, 而 2001~2007
年增加到 676.5 ℃, 已明显超过适宜积温范围, 植
株达 7 叶龄, 易造成旺苗和冬春季冻害死苗。为适
应气候变暖的影响, 必须调整冬小麦播种期, 保证
冬前稳健生长和安全越冬。若 10月 1日左右的传统
小麦播期不做适当调整, 由于冬前积温过多, 小麦
出苗后易旺长 , 消耗营养过多 , 次年麦苗弱 , 不利
于丰产。因此适当推迟冬小麦播种期, 是应对气候
变暖, 降低其不利影响的适应措施之一。
4 结论
本文以石家庄地区为例, 通过对近 50年气温数
据以及作物系统热量资源变化特征的分析, 探讨了
太行山山前平原区气候变暖对冬小麦−夏玉米作物
系统的影响。太行山山前平原区近 50年来明显变暖,
增温速率为 0.35 ℃·10a−1, 且近 20年来变暖趋势更
强。不同季节的增温趋势不平衡, 其中冬季增温幅
度最大, 为 0.51 ℃·10a−1, 春、秋季次之, 夏季增温
幅度最小, 为 0.20 ℃·10a−1。气候变暖对作物的影响
主要体现在有效积温的增加, 近 20 年来, >10 ℃积
温较基准时段增加较明显, 适于作物生长的日数也
有一定增加, 综合考虑增温及适宜生长季延长, 太
行山山前平原区近年来农业热量资源条件改善, 相
当于农作物有效生育期延长 10~20 d。由于较大的增
温幅度及季节不均衡性 , 冬小麦−夏玉米作物系统
受到显著影响。对于冷季作物冬小麦, 20世纪 90年
以来, 其生长季积温明显偏离基准时段平均值水平,
上升幅度超过 10%, 其中冬前生长期积温增加导致
按照传统播种期播种易造成冬小麦冬前旺长, 影响
其安全越冬能力。以太行山山前平原区冬小麦冬前
阶段适宜积温为参考, 冬小麦播种期必须推迟以适
应气候变暖导致的不利影响。相应的, 对于暖季作
物夏玉米, 气候变暖改善了其生育期热量条件, 且
夏玉米收获期因小麦晚播可相应推迟, 夏玉米生长
季>10 ℃积温可超过 2 900 ℃, 满足中晚熟玉米品
种平播的热量条件。
气候变暖是全球气候变化的主要平均态表现形
式 , 但气候变化最突出的特征却是非平均态过程 ,
例如气候波动加剧, 极端气候事件频率增加, 灾害
性事件频度和强度增加。农业是受气候变化影响最
直接和最深刻的产业, 气候变化对作物系统的影响
是复杂的, 不仅是本研究初步讨论的区域热量资源
变化对作物播种期和收获期的影响, 还包括季节非
平衡性增温、昼夜非平衡性增温对作物的影响, 暖
冬背景下寒潮所致低温冷害对冬小麦安全越冬的影
响, 气候波动和灾害性气象事件对作物生产稳定性
的影响以及作物生产适应性对策的气候风险等多个
方面。从全球变化和区域粮食生产的角度看, 作物
系统的适应性调整是一个长期过程, 通过历史气象
资料的深入挖掘和未来情景模拟深刻认识区域气候
变化特征以及基于长期定位试验的农作物响应气候
变化机理将是本领域研究的两个主要命题。只有深
刻认识气候变化特征及作物的响应机理, 才能不断
提高农业生产适应气候变化和应对气候灾害的能力,
保障区域和国家粮食安全。
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中国科学院遗传与发育生物学研究所
农业资源研究中心研究生教育简介
1 概况
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(以下简称中心)的前身为始建于 1978年的中国科学院石家
庄农业现代化研究所。中心拥有中国科学院院士 1人, 研究员 17人, 引进中国科学院“百人计划”人才 3名。在读硕
士和博士研究生 80人。
中心沿北纬 38度带分别在河北省元氏县、栾城县和南皮县建立了 3个野外试验台站, 形成了具有不同生态类型的
山地丘陵区—山前平原区—滨海平原区农业科学研究基地。其中栾城农业生态系统试验站已于 2005年晋升为国家野外
试验台站, 同时也是中国科学院生态网络台站成员和国际 GTOS成员。中心拥有中国科学院农业水资源重点实验室、
河北省节水农业重点实验室和中国科学院小麦转基因研究试验基地。
自 2002年进入中国科学院知识创新工程以来, 中心面向国家水安全、粮食安全、生态环境安全的重大战略需求和农
业资源与生态学前沿领域, 以农业水资源高效利用为重点, 在节水理论与技术、农业生物技术、生态系统及信息管理等领
域, 开展应用基础研究, 集成创新资源节约型现代农业模式, 为区域农业持续发展做出了基础性、战略性、前瞻性贡献。
2 招生与培养
2.1 招生
每年秋季招收 1次生态学博士、学术型硕士和生物工程全日制专业学位硕士研究生。每年 8月左右开展免试生接
收工作。通过中心复试并获得拟接收资格的免试生, 若最终未获所在校外推指标者, 只要统考成绩通过中心的复试线,
可免复试直接录取。
2.2 培养与就业
中心十分注重培养质量, 改善人才成长环境, 努力提高学生的综合素质。每年有多位学生荣获中国科学院和中国科
学院遗传与发育生物学研究所的各种冠名奖学金。学生毕业后赴国内外大学和科研院所等企事业单位就职或从事博士
后研究工作。近 5年毕业生就业率达 96.59%, 其中 2010年毕业生就业率达 100%, 按期毕业率达 96%。
2.3 学生待遇
学生在学期间不仅不收取任何学费, 还享有相应的研究助理薪金, 硕士生奖/助学金 25000 元/年左右, 博士生 35000
元/年左右。优秀学生每年除可获得中国科学院研究生院奖学金、冠名奖学金等奖励外, 还可享有研究所设立的“振声
奖学金”和“益海嘉里奖学金”等。
学生拥有宽敞明亮并备有单独卫生间的住宿(两人间)环境和价位适中的学生食堂。
热忱欢迎地球科学、生物学、农学和林学等相关专业有志青年踊跃报考及推免！
3 联系方式
单位网址: http://www.sjziam.ac.cn 电话: 0311-85801050 传真: 0311-85815093
联系人: 王老师 E-mail: yzb@sjziam.ac.cn 邮政编码: 050022