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。

2.2 各季地温的年际变化趋势

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。

2.3 月平均地温与气温关系

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，F_α=0.550，可见F>F_α, 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]。

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。