摘要：利用華北平原冬小麥種植區55個氣象站點1961−2017年逐日地面觀測資料，借助壽星公式，以氣候傾向率的方法，選取冬小麥越冬期所需積溫為指標，分析了冬小麥越冬期、播種期所在的節氣時空分布和變化特征，并對冬小麥相關農事活動與節氣的對應及偏移進行探討。結果表明，近57a華北地區冬小麥越冬期推遲約3.7d，推遲趨勢顯著(P<0.05)。

　　華北平原冬小麥播種期所在的節氣由北向南逐漸推遲，與P1時段(1961−1990年)相比，P2時段(1991−2017年)冬小麥播種期界限顯著北移。氣候變化背景下華北平原冬小麥農事活動與二十四節氣出現了一定的偏差，部分地區以前指導農事活動的諺語已不再完全適用，如山東省中部地區冬小麥最適播種期終止日由秋分節氣的第3候推遲至寒露節氣的第1候;河南省北部部分地區最晚播種期由寒露節氣的第3候推遲至霜降節氣的第1候。

　　通過研究二十四節氣與冬小麥播種期的對應關系來調整農事活動，未來還需考慮冬小麥生育期內對應節氣的光、水等自然因素和農藝措施等人為因素的影響，科學指導農業生產以適應氣候變化。

　　關鍵詞：華北平原;冬小麥;節氣;冬前生育期

　　二十四節氣源自黃河流域，是中國古代勞動人民在長期的探索中總結出來的重要規律。二十四節氣結合了不同時期光溫水資源的大致特征，為農業生產準確把握天時提供了時間尺度，同時能夠預估短期內的氣候狀況，對各時期農事活動具有重要的借鑒意義[1−3]。

　　中國各地區長期以來積累了許多適合當地生產的農候諺語，這些圍繞二十四節氣形成的農候經驗知識易于掌握和傳播，至今仍在農業生產中發揮著重要作用[4−5]。氣候變化背景下，中國增溫趨勢顯著，唐國利等[6]研究表明，自1905年以來中國地表年平均氣溫增加速率約為0.08℃·10a−1，高于同期全球或北半球平均水平。1961−2009年華北地區四季氣溫日較差均呈現下降趨勢，其中冬季下降趨勢最明顯，春季次之[7]。

　　華北地區是中國冬小麥主產區之一，冬小麥生育期及相關農事活動無疑會受到氣候變暖的影響，原先的節氣與農事活動的對應關系可能已經不再準確。錢誠等[8]研究表明，季節性升溫階段的氣候節氣顯著提前6d以上，而季節性降溫階段的氣候節氣則顯著推遲5～6d，處于冬小麥生育期內的驚蟄、清明、小滿和芒種這四個節氣均存在明顯提前的趨勢。

　　趙芮芮等[9]研究同樣表明，華北平原二十四節氣中春季型節氣增溫最為顯著，驚蟄和清明增溫速率大于小滿和芒種，且季節型節氣在20世紀90年代之后增溫趨勢更明顯。目前已有學者探究了華北地區各節氣熱量資源變化、干濕氣候變化，以及冬小麥生育期變化等問題[10−14]，但針對氣候變化背景下二十四節氣與冬小麥農事活動變化的相關研究，特別是關于二者之間的對應及偏移的分析較為罕見。

　　本研究基于冬小麥生育期內各節氣的平均溫度及越冬前所需積溫，計算了1961−2017年華北地區冬小麥冬前生育期與節氣之間的對應關系，探討氣候變化對不同節氣內冬小麥農事活動偏移的影響，旨在指導華北平原冬小麥不同種植區的科學播種。

　　1資料與方法

　　1.1數據來源及預處理

　　選擇華北平原冬小麥種植區具有1961−2017年完整時間序列的逐日氣象資料的臺站，共計55個，分布于北京、天津、河北、河南和山東等5省市，根據趙廣才對于中國小麥種植區劃的研究[15]，以沿長城與其北的春麥區為北界，將華北平原冬麥區分為北部冬性麥區(Ⅰ區)及弱冬性和弱春性麥區(Ⅱ區)。

　　Ⅰ區屬于北部冬麥區，包括河北省境內長城以南的廊坊、保定、滄州、唐山、秦皇島市全部以及京津兩市全部;Ⅱ區大部分屬于黃淮冬麥區，包括山東省和河南省全部以及河北省中、南部(石家莊、衡水市以南)。氣象數據下載自中國氣象科學數據共享服務網的中國地面氣候資料日值數據集(V3.0)，該數據集經過嚴格質量控制和檢查，缺測率約1‰，缺測的氣象要素采用Matlab編程進行訂正：若缺測序列小于5d，缺測值采用線性插值方法代替;若缺測序列≥5d，則采用同一日值的多年平均值代替。

　　1.2研究方法及數據處理

　　1.2.1二十四節氣日期及節氣內氣溫計算

　　為方便編程計算，首先采用壽星公式確定每年小寒日期(Date)，其后節氣日期順次增加15d，即Date=Y×D+C−[L](1)式中，Y為年份的后2位，無量綱常數;D為常數0.2422;L為20世紀初迄今的閏年數，普通年能被4整除且不能被100整除的為閏年;[]為取整符號;C為常數，20世紀為6.11，21世紀為5.4055。

　　1.2.2氣候傾向率計算

　　用X表示樣本量為n的某一氣候要素，用t表示對應的年序，采用最小二乘法擬合得到一元線性回歸方程，即X=at+b(t=1,2,3,…,n)(2)式中，a為回歸系數，以a的10倍作為要素的氣候傾向率，a值為正代表要素隨年序增加，為負代表要素隨年序減少。采用F檢驗法對擬合的回歸方程進行顯著性檢驗(P<0.05)。

　　1.2.3冬小麥冬前生育期理論推算

　　將最低氣溫穩定低于0℃作為冬小麥植株地上部分基本停止生長進入越冬期的標志，結合55a來各個站點的氣溫觀測值，用5日滑動平均法計算華北地區冬小麥越冬期初日及其所在的節氣。冬小麥越冬期前所需積溫為400～700℃·d，一般認為，Ⅰ區冬小麥形成高產壯苗所需冬前≥0℃積溫應高于570℃·d[16−17]，其中最適積溫為550～600℃·d;而Ⅱ區冬小麥冬前≥0℃最適積溫為500～550℃·d[18−21]。

　　根據該指標，由越冬期初日開始向前推算大于0℃的積溫，直至越冬前的積溫達到所需積溫和最適積溫的區間，由此得到冬小麥最早播種期、最晚播種期、最適播種期初日和最適播種期終日及其所在節氣。

　　1.2.4數據處理

　　分別計算研究區各站逐年冬小麥生長季內各節氣的平均氣溫(15日平均)、≥0℃活動積溫和冬小麥越冬期初日，并推算冬小麥播種期，統計分析1961−2017年冬小麥播種期與各節氣(包括第1、2、3候)對應及偏移情況。同時為比較其時段變化特征，將1961−2017年劃分為2個時段，時段1(P1)：1961−1990年;時段2(P2)：1991−2017年。數據處理均利用Matlab2014軟件實現;空間分布圖利用ArcGIS10.1軟件反距離權重插值法(InverseDistanceWeightedInterpolation，IDW)制作，分辨率為0.02°。

　　2結果與分析

　　2.1華北平原冬小麥生長季內節氣平均氣溫和冬小麥越冬前積溫分析

　　華北平原冬小麥生長季內可能包含的節氣共20個，分別為白露、秋分、寒露、霜降、立冬、小雪、大雪、冬至、小寒、大寒、立春、雨水、驚蟄、春分、清明、谷雨、立夏、小滿、芒種和夏至。平均氣溫隨節氣變化呈現單谷型的特點，大部分站點從雨水節氣開始高于2℃，從大雪節氣開始低于0℃。

　　華北平原冬小麥在14～18℃時播種較適宜，其中北京地區冬小麥適宜播種的溫度指標為17～18℃[18]，計算研究區域內55個站點1961−2017年各節氣至冬小麥越冬期初日≥0℃積溫，并對每個站點求多年平均。華北平原霜降日、寒露日、秋分日和白露日至越冬期初日≥0℃積溫分別為330～520、570～790、830～1070和1140～1420℃·d。根據冬小麥播種期理論推算方法，越冬前所需積溫為400～700℃·d，對應的最早播種期和最晚播種期分別平均在寒露節氣和霜降節氣。

　　2.2華北平原冬小麥越冬期初日與節氣的對應與偏移

　　2.2.1冬小麥越冬期初日變化趨勢及氣候傾向率

　　計算研究區域內55個站點1961−2017年冬小麥逐年越冬期初日，并將平均后的日序與節氣對應，1961−2017年華北平原冬小麥平均越冬期初日推遲了約3.7d，變化率為0.65d·10a−1，并通過顯著性檢驗(P<0.05)，主要在小雪節氣內并上下波動。計算研究區域內各站點越冬期初日的氣候傾向率并進行顯著性檢驗。

　　華北平原大部分站點近57a冬小麥越冬期初日呈顯著推遲的趨勢(P<0.05)，山東北部一些地區甚至推遲約8.8d。

　　2.2.2冬小麥越冬期初日與節氣的偏移

　　計算55個站點兩個時段冬小麥越冬期初日并與所在的節氣和候對應，38°N以北的河北省中北部、北京和天津大部分地區冬小麥越冬期初日在立冬節氣;河北省南部、山東省大部分地區和河南省北部地區冬小麥越冬期初日處于小雪節氣;河南省中部、河南省南部和山東省東南部沿海地區冬小麥越冬期初日處于大雪節氣。兩時段中越冬期初日由北至南分別都處于立冬、小雪和大雪3個節氣，但與P1時段相比，P2時段各節氣每一候之間的界限都發生了明顯的北移。

　　山東省南部地區越冬期初日由小雪節氣的二候推遲至三候;河北省中部及天津南部的部分地區由立冬節氣的三候推遲至小雪節氣的一候。

　　2.3華北平原冬小麥播種期與節氣的對應和偏移

　　2.3.1冬小麥播種期年際變化趨勢

　　根據各站點的越冬期初日及Ⅰ區、Ⅱ區冬小麥各自所需的≥0℃積溫的上下限及適宜范圍，對各站點進行平均，計算得到55個站點1961−2017年最早播種期、最晚播種期、最適播種期初始日和最適播種期終止日的逐年變化，并與所在節氣進行對應，1961−2017年華北平原冬小麥平均最早播種期、平均最晚播種期、平均最適播種期初始日和平均最適播種期終止日總體均呈現推遲趨勢，分別推遲了約4.5d、3.5d、3.9d和3.9d，且均通過顯著性檢驗(P<0.05)。最早播種期和最晚播種期分別主要在秋分節氣和寒露節氣內并上下波動，最適播種期初始日和終止日則在秋分節氣和寒露節氣之間波動。

　　2.3.2冬小麥播種期氣候傾向率的空間分布

　　計算研究區域內各站點播種期初終日的氣候傾向率并進行顯著性檢驗，華北平原大部分站點近57a冬小麥播種期初終日都呈顯著推遲趨勢(P<0.05)。最早播種期的推遲最為廣泛，山東省北部一些地區甚至推遲了約8.8d;最適播種期初始日推遲最多的地區也是山東省北部，約8.6d;而最晚播種期和最適播種期終止日推遲最多的地區均出現在河南省西部，分別推遲約8.6d和8.3d。

　　對于最早播種期、最晚播種期和最適播種期初始日、終止日，將所有呈顯著推遲趨勢的站點進行平均，得到其氣候傾向率平均值分別為1.06、1.02、1.06、1.04d·10a−1。

　　2.3.3冬小麥播種期與節氣的偏移

　　根據各站點的越冬期初日及Ⅰ區、Ⅱ區冬小麥各自所需的≥0℃積溫的上下限及適宜范圍，分別在P1時段(1961−1990年)和P2時段(1991−2017年)內計算每個站點該時段內的平均最早播種期、最晚播種期、最適播種期初始日和終止日，并與當年所在的節氣和節氣內的候對應，進行空間插值。

　　3討論與結論

　　3.1討論

　　氣候變化背景下，全球地表氣溫呈波動上升趨勢[22]，中國氣溫增暖尤其明顯，近幾十年增溫速率明顯高于全球或北半球同期，增暖趨勢更顯著[23−25]。氣候增暖使得二十四節氣內熱量資源發生了顯著變化，1961−2017年華北平原所有節氣內氣溫均呈現上升趨勢[10]，各節氣內的農業生產和農事活動等都將受到一定的影響[26]。本研究以二十四節氣為切入點，選取冬小麥生育期≥0℃活動積溫為指標，對氣候變化背景下1961−2017年華北平原冬小麥冬前生育期與節氣的對應及偏移進行分析。

　　3.2結論

　　在氣候變化背景下華北平原二十四節氣與農事活動出現了一定的偏差，單就冬小麥冬前的生育期來說，播種期和越冬期已經出現了推遲的變化趨勢，其所在節氣的空間分布界限都有一定程度北移。因此過去節氣對農事活動的指導已經不夠準確，需要進行相應的調整。本研究結果是對站點進行了多年平均得到的，典型年份可能會有較大差異。

　　此外，目前冬小麥的許多新品種對冬前積溫的要求也有明顯變化，本研究僅從溫度單方面分析了冬小麥冬前生育期的變化，并沒有將光照、降水等多種氣候要素以及冬小麥新品種的影響考慮進去，所以結果僅能提供參考，未來研究還需要綜合考慮多方面的因素，為農作物增產增收提供科學依據。

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