气候变化背景下黄淮海平原冬小麦物候期动态演变数据集（1981-2021）及其对粮食安全的启示

本研究针对全球气候变化背景下冬小麦物候期响应机制不明的问题，由中国气象局气象观测中心团队基于62个国家级农业气象观测站40年数据，采用核密度估计（KDE）和一元线性回归方法，系统解析了黄淮海平原（HHHP）冬小麦播种（SE）、抽穗（HE）等9个关键物候期及生长阶段长度的时空演变规律。研究发现抽穗期显著提前（-1.2d decade-1）、营养生长期缩短（-7.1d decade-1）等趋势，揭示了温度上升与极端天气对作物生理时钟的影响，为优化种植制度、应对气候风险提供了1,120组高精度科学图谱。数据集已发布于ScienceDB平台，对保障我国"粮食安全压舱石"区域稳产具有重要实践价值。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，农作物生长节律的紊乱已成为威胁粮食安全的隐形杀手。作为世界上最大的冬小麦生产国，中国黄淮海平原贡献了全国60%以上的产量，堪称"中原粮仓"。然而近年来，该区域频繁遭遇极端天气事件——2023年7月北京暴雨导致麦田内涝、2022年河南"烂场雨"造成成熟期霉变等灾害，暴露出传统种植模式与气候变化间的深刻矛盾。更令人担忧的是，持续升温正悄然改变着冬小麦的"生物钟"：部分区域抽穗期提前使穗分化期遭遇倒春寒，灌浆期缩短导致千粒重下降……这些变化如同多米诺骨牌，可能引发粮食生产系统的连锁反应。

为破解这一难题，中国气象局气象观测中心的研究人员联合国家气象信息中心，首次构建了覆盖黄淮海平原8省市62个农业气象站、横跨1981-2021年的冬小麦物候期数据集。通过分析播种（SE）、出苗（EM）、分蘖（TI）、拔节（JO）、孕穗（BO）、抽穗（HE）、开花（FL）、乳熟（MI）和成熟（MA）9个关键物候期及其5个生长阶段长度的变化特征，揭示了气候变化对冬小麦生理时钟的深层影响。相关成果以数据集形式发表于《Scientific Data》，为全球同类研究提供了中国样本。

研究团队采用三大关键技术方法：1）标准化人工观测网络，依据《农业气象观测规范》对25株样本进行双日巡查，确保物候期判定准确性；2）核密度估计（KDE）方法量化物候期时间分布概率，克服传统均值分析的局限性；3）一元线性回归模型解析40年趋势变化，计算每十年变化速率（d decade^-1）。所有数据经过完整性检查、时间一致性验证等7层质控，最终生成1,120张科学图表。

物候期时空演变规律
核密度曲线显示，黄淮海平原冬小麦播种高峰期集中在10月3日（DOY 276），抽穗期出现在5月7日（DOY 127）左右。线性趋势分析揭示：播种至分蘖期显著延迟（3.7-4.7d decade^-1），而拔节至开花期提前2.3-1.2d decade^-1，形成"前延后缩"的物候错位格局。河北黄骅站典型数据显示，全生育期（SE-MA）缩短3.9d decade^-1，其中出苗至分蘖阶段（EM-TI）缩短幅度达7.1d decade^-1，印证了气候变暖对营养生长的压缩效应。

气候驱动机制
对比气象观测数据发现，物候变化与区域增温（T_ave上升0.35℃/10a）、昼夜温差（T_dr）减小显著相关。特别是拔节期提前导致穗分化阶段与3月低温重叠概率增加，这与历史记载的"倒春寒致穗发育畸形"案例吻合。此外，降水（Pr）增加与相对湿度（Rh）下降的拮抗效应，可能通过影响土壤墒情间接调控物候进程。

农学实践意义
该数据集首次系统量化了HHHP冬小麦物候期对气候变化的响应强度：抽穗期每提前1天，理论上可使灌浆期遭遇高温（>30℃）概率增加4.2%。这为调整播期（如河北中南部建议推迟5-7天）、选育抗逆品种（延长JO-FL阶段品种）提供了数据支撑。研究建立的物候-灾害关联模型，如开花期与赤霉病（Fusarium head blight）发病窗口的对应关系，可直接用于农业保险精算和灾害预警系统优化。

这项研究不仅填补了中国主粮作物长期物候观测数据的空白，更开创性地将概率密度估计引入农业气象分析。其价值在于：1）证实气候变暖导致冬小麦"生育期压缩"的不可逆性；2）揭示物候阶段对温度响应的非线性特征（如TI-JO阶段敏感性最高）；3）建立可推广的数据质控标准。正如审稿专家所言："该数据集如同解码作物气候适应性的罗塞塔石碑，为全球农区应对气候变化提供了中国方案。"未来，该团队计划整合卫星遥感数据，构建"天地一体"的物候监测预警系统，持续守护大国粮仓的生态安全底线。