文章信息
- 林兆华, 余会康, 陈小英
- LIN Zhaohua, YU Huikang, CHEN Xiaoying
- 宁德市地温特征及与早稻产量的关系
- The ground temperature characteristics and its relationship to the yields of early maturing rice in Ningde City
- 亚热带农业研究, 2016, 12(4): 264-267
- Subtropical Agriculture Research, 2016, 12(4): 264-267.
- DOI: 10.13321/j.cnki.subtrop.agric.res.2016.04.009
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文章历史
- 收稿日期: 2016-07-04
在全球气候变暖的背景下,人们不仅关注气温的变化[1-4],也关注气候上的地温(土壤温度)变化。地温是衡量地表土壤热能的物理量,其变化比气温变化更具保守性和滞后性[5]。地-气系统的相互作用在气候变化中起重要作用。据研究[6],土壤受太阳辐射的影响,地球内部自身的热流变化,在经过一段时间后,都必然会对大气中天气气候变化产生反馈作用。气候变化所导致的动植物生境变化,将影响物种分布及其生态系统过程[7-8]。气候变化带来气象因子变化,其对各生长期的水稻(Oryza sativa, Oryza glaberrima)有影响[9]。地温对水稻等农作物的影响主要有:一方面影响土壤微生物的活跃性, 影响土壤有机质的腐殖化过程和矿质化过程, 从而影响作物生长;另一方面影响播种、出苗和根系生长[10], 进一步影响农作物营养生长和生殖生长。此外, 地温偏低时, 水稻等农作物会降低养分和水分的吸收, 同时也降低体内养分和水分的输导能力, 进而缓滞其生长进程,影响水稻产量。本文对宁德市地温、气温等变化特征和对早稻产量影响进行研究,以期为宁德市农业的可持续发展提供气候变化背景依据。
1 资料与方法研究所用的资料来自福建省宁德市气象局提供的1980-2014年宁德市9个站(蕉城、霞浦、福安、福鼎、古田、寿宁、周宁、柘荣和屏南)的逐月平均地温、20 cm地温和逐月平均气温以及统计局提供的早稻产量等资料。采用线性倾向估计、t和F检验等统计方法研究地温分布特征,分析地温与宁德市早稻气象产量的关系。使用MATLAB软件对1980-2014年宁德市9个县市各层月平均地温、早稻产量进行统计分析。
2 地温特征 2.1 年平均地温的年际变化趋势根据福建省宁德市9个站地温分析,宁德市的蕉城、霞浦年平均地温逐年呈下降趋势,其他7个站表现出不同程度的上升趋势(表 1),其中福安、古田、寿宁、屏南通过α=0.05时的显著性检验(相关系数R>Rc=0.349)(图 1)。其上升趋势与全球气温变暖趋势一致[1-2, 11]。年平均地温变化趋势是各季度平均地温变化趋势的总体反映。
℃·a-1 | |
站点名 | 升温率 |
蕉城 | -0.015 |
霞浦 | -0.266 |
福安 | 0.533 |
福鼎 | 0.113 |
古田 | 0.300 |
寿宁 | 0.573 |
柘荣 | 0.108 |
周宁 | 0.013 |
屏南 | 0.270 |
宁德市各季平均地温变化趋势和通过α=0.05时的显著性检验(R>Rc=0.349)如下。冬季(12-2月)倾向率在-0.059~0.591 ℃·a-1,寿宁倾向率最高,福安次之,仅霞浦略有下降趋势(表 2),其中福安、寿宁、古田、屏南通过显著性检验。春季(3-5月)倾向率在-0.049~0.711 ℃·a-1,也仅霞浦略有下降趋势,其中福安、寿宁、古田、屏南也通过显著性检验。夏季(6-8月)倾向率在空间分布上较复杂,但东部沿海大多年际变化为下降趋势,倾向率在-0.672~-0.138 ℃·a-1,其中福安、寿宁、周宁通过显著性检验。秋季(9-11月)地温除宁德、霞浦、周宁的年际变化为下降趋势外,其余县市为上升趋势,倾向率在0.109~0.694 ℃·a-1,其中仅福安、寿宁通过显著性检验。从各季度平均地温变化趋势看,大部分站呈现上升趋势;但霞浦一年四季都为下降趋势,印证了其年平均地温将是逐年走低的。
℃·a-1 | ||||
站点 | 冬季 | 春季 | 夏季 | 秋季 |
蕉城 | 0.130 | 0.226 | -0.396 | -0.017 |
霞浦 | -0.059 | -0.049 | -0.672 | -0.280 |
福安 | 0.499 | 0.602 | 0.317 | 0.694 |
福鼎 | 0.166 | 0.306 | -0.138 | 0.109 |
古田 | 0.330 | 0.443 | 0.111 | 0.290 |
寿宁 | 0.591 | 0.711 | 0.429 | 0.570 |
周宁 | 0.328 | 0.112 | -0.381 | -0.010 |
柘荣 | 0.258 | 0.273 | -0.208 | 0.120 |
屏南 | 0.372 | 0.346 | 0.102 | 0.266 |
对1-12月月平均地温、月平均气温分别求取35 a平均值,并算出各月平均地温与月平均气温差,结果如图 2所示。可以看出宁德月平均地温与月平均气温成正比,比气温大多高1~4 ℃,4-6月汛期两者月平均温差都大于1.7 ℃,月最大温差达3.8 ℃。上半年1-6月随着月份增大,月平均地温与月平均气温之差呈增大趋势;下半年7-12月随着月份增大,呈减小趋势。
3 地温与早稻产量关系 3.1 地温对早稻产量的影响文献[12]表明:地温差异对水稻产量的提高有显著影响。宁德市3月下旬播种早稻, 播种深度3~4 cm,各县市春季平均5 cm地温为11.7~15.2 ℃, 符合播种育秧期土温12.0 ℃以上的要求。当地早稻移栽返青期、分蘖期气温和地温也较高、光照足,对早稻生长发育有利。旱稻6月孕穗抽穗期和7-8月结实阶段, 80%左右的根系部分大多分布在0~20 cm土层中。计算表明:宁德市各地夏季(6-8月)平均0、5、10、15和20 cm地温分别为25.2~32.5、25.0~31.1、24.6~30.7、24.2~30.2和24.0~29.6 ℃, 也符合早稻根系生长的土壤最适温度(25~30 ℃)。因此宁德市各季平均地温条件有利早稻生长、发育、成熟,从而有利提高产量。
3.2 地面平均温度与早稻气象产量的关系据1980-2014年宁德市早稻产量,用MATLAB软件做出多项式方程:y=0.000 2x3-0.013 1x2+0.290 5x+3.449 7,复相关指数R=0.82。对多项式作了F检验:F=48.262,查复相关系数临界值表,当分子自由度P=3、分母自由度(n-p-1)=32、置信度α=0.01时,Fα=0.550,可见F>Fα, 因此认为多项式方程是显著的。
再计算出早稻气象产量增减率, 步骤如下:
(1)用多项式方程y=0.000 2x3-0.013 1x2+0.290 5x+3.449 7算出早稻趋势产量。
(2)早稻气象产量等于早稻实际产量减去早稻趋势产量。
(3)早稻气象增减率等于早稻气象产量与早稻趋势产量的比值;其值为正时,早稻气象产量有增产趋势,反之,有减产趋势。
最后进行1980-2014年宁德市早稻气象产量增减率与早稻5段生育期的平均地温值的相关分析(表 3),其中5段生育期指播种育秧期(3月下旬到4月中旬)、移栽返青期(4月下旬到5月上旬)、分蘖期(5月中旬到5月下旬)、孕穗抽穗期(6月上旬到6月下旬)和灌浆成熟期(7月上旬到7月下旬),平均地温值为宁德市各站平均地温的平均。统计分析表明,宁德市早稻气象产量增减率与播种育秧期、移栽返青期、分蘖期、灌浆成熟期的平均地温无显著相关,原因之一是这些时期受光照、降水等气象因子影响权重更大[9]。
℃·a-1 | ||||
生育期 | 相关系数 | 显著性 | 样本年数 | |
播种育秧期 | -0.122 | 0.489 | 35 | |
移栽返青期 | -0.316 | 0.065 | 35 | |
分蘖期 | 0.179 | 0.303 | 35 | |
孕穗抽穗期 | 0.389* | 0.021 | 35 | |
1)*在0.05水平(双侧)上显著相关。 |
但由表 3可知:孕穗抽穗期的平均地温与早稻气象产量增减率的相关通过0.05水平(双侧)的显著性检验,相关系数为0.389。这表明宁德市早稻气象产量与孕穗抽穗期平均地温呈正相关,当平均地温升温趋势时,早稻气象产量有增产趋势,反之,有减产趋势。这是由于地温与气温有关(图 2),而早稻的抽穗开花期是决定实粒数的重要时期,对温度特别敏感[9],最适宜温度为25~30 ℃;温度低于23 ℃连续3 d以上杂交稻易形成空壳和瘪谷。
4 结论宁德市年平均地温、季平均地温的年变化几乎都呈上升趋势,仅局部地方,如霞浦县年平均地温呈下降趋势。宁德市月平均地温比月平均气温基本上要高1~4 ℃,其中上半年1-6月随着月份增大,月平均地温与月平均气温之差呈增大趋势;下半年7-12月随着月份增大,其温差呈减小趋势。宁德市早稻气象产量增减率与播种育秧期、移栽返青期、分蘖期、灌浆成熟期的全市平均地温无显著相关,但孕穗抽穗期的全市平均地温与早稻气象产量增减率呈显著正相关,表明孕穗抽穗期平均地温呈升温趋势,早稻气象产量有增产趋势,反之,有减产趋势。孕穗抽穗期平均地温变化对早稻产量预测有一定的参考意义。
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