氣象因素對冬小麥生育和產(chǎn)量影響研究

劉自成 楊虓 李浩

摘要 利用慶陽市氣象局氣象資料和隴東學院農(nóng)林科技學院冬小麥試驗田試驗資料，分析2003～2010年慶陽市冬小麥生育期的氣候變化特點及其對冬小麥產(chǎn)量的影響，并對該試驗區(qū)域冬小麥各生育階段主要氣象因素與小麥產(chǎn)量相關性分析。結(jié)果表明，該區(qū)氣象因素變化最大的是降水量，其次是日照和積溫，其中底墑水的變幅最大，其次是后期降水;對冬小麥生長影響而言，前中期日照不足，前期氣溫偏高（即暖冬），后期降水過多，氣溫偏低，以及前期干旱、后期大風雨天氣均對小麥生產(chǎn)不利，反之則有利。

關鍵詞 冬小麥;氣象條件;生育;產(chǎn)量;相關性分析

中圖分類號 S572 ?文獻標識碼 A ?文章編號 0517-6611（2014）34-12180-04

Effects of Meteorological Factors on Fertility and Yield of Winter Wheat

LIU Zicheng， YANG Xiao， LI Hao

（Agricultural College， Longdong University， Qingyang， Gausu 745000）

Abstract Using data of Qingyang City Meteorological Bureau and winter wheat experiment field of Agricultural College in Longdong University， the climate variation features of winter wheat growth period and the effects on winter wheat yield in Qingyang City during 2003-2010 were analyzed. The correlation between meteorological factors and wheat yield in each growth period of winter wheat was studied. The results showed that precipitation has most significant change， followed by sunshine and accumulated temperature. Insufficient sunshine， high temperature in early days and more precipitation， low temperature in later period， drought in early days and heavy rainstorm in later period is harmful to wheat production.

Key words Winter wheat; Meteorological conditions; Fertility; Yield; Correlation analysis

慶陽市位于甘肅東部，習稱“隴東”[1]，地處中緯度地帶，屬大陸性季風氣候，氣候干旱、寒冷，冬季寒冷而干燥，夏季溫和而濕潤，光照充足，水熱同期[2]，總面積27 119 km2，海拔885～2 082 m，年降水量480～660 mm，年平均氣溫7～10 ℃，無霜期140～180 d。冬小麥是隴東地區(qū)主要的糧食作物[3-4]，常年種植面積達15萬～20萬hm2 [5]，冬小麥產(chǎn)量除與小麥品種、種植方法、田間管理有關系外，與氣象因素也有很大關系[6]。

冬小麥從播種到成熟對光、熱、水的要求分別為日照時數(shù)1 300～1 600 h、>0 ℃積溫1 700～2 400 ℃·d;降水量400 mm左右[7]。由于冬小麥不同生育階段對氣候因素光、熱、水需求不一致，

為了提高冬小麥生產(chǎn)效率，做到高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)，筆者在此以慶陽市冬小麥主產(chǎn)區(qū)西峰氣象站和該區(qū)所轄的隴東學院農(nóng)林科技學院冬小麥試驗點試驗資料為依據(jù)，對冬小麥各生育階段氣候變化特點和影響冬小麥產(chǎn)量的主要氣象因素進行了分析，并提出在冬小麥品種選育、栽培管理等方面趨利避害。

1 資料與方法

選用2003～2010年慶陽市氣象局氣象資料和隴東學院農(nóng)林科技學院冬小麥試驗點試驗資料，由于不同品種對氣候條件的反應不同，為使研究具有代表性，取每年各品系比較試驗的對照品種資料值。在統(tǒng)計分析中，以日照時數(shù)作為光照指標，以>0 ℃積溫作為熱量指標，以降水量作為降水指標[8]，分析了該試驗區(qū)冬小麥各生育階段氣候變化的特點及對小麥生長的影響，并對小麥各生育階段主要氣象因子與小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素進行相關性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 慶陽市小麥生育期間氣候變化特點及其對小麥生長的影響

2.1.1 播種前（9月下旬～10月上旬）。

播種前降水量直接影響到播種土壤墑情，對播種出苗影響很大。如果在播種階段天氣持續(xù)陰雨或干旱，土壤長期處于過濕或過干狀態(tài)，小麥播期會推遲（如10～15 d），則導致出苗發(fā)育期較常年推遲，苗情會相對較差。不能滿足種子的吸水量要求，就不能發(fā)芽[9]。試驗區(qū)播種期在9月下旬～10月上旬，2003～2010年這段時間降水量平均值為26.07 mm，其中2007年降水量最多，為94.6 mm，2009年降水量最少，為11.3 mm，標準差為23.06，變異系數(shù)為88.46%（表1）。2009年品種比較試驗對照品種西峰27號，平均產(chǎn)量為2 323.95 kg/hm2，相對于其他幾年的產(chǎn)量有明顯差異，且是8年中產(chǎn)量最低的一年，該年度土壤墑情差，導致出苗不齊、分蘗少、成穗不足、粒重降低、干旱歉收，造成很嚴重的減產(chǎn)[10]。相反，2007年品種比較試驗對照品種西峰27號平均產(chǎn)量為3 807.45 kg/hm2，相對于其他幾年明顯增產(chǎn)，正是由于播前底墑充足，小麥正常出苗，苗期降雨偏多，幼苗生長健壯。

2.1.2 苗期-越冬階段（10月中旬～次年2月中旬）。

分蘗數(shù)量的多少初步?jīng)Q定了小麥的收成好壞，如果小麥苗情較差，則分蘗數(shù)量會偏少。分蘗數(shù)量決定小麥的穗數(shù)，如果分蘗能力太強，則在收獲前遇到大風，容易形成倒伏，從而影響產(chǎn)量[10]。 越冬是小麥儲備能量的時期，如果能有幾場大雪，可有效補充土壤水分。降雪雖伴隨著較強的降溫過程，但大部地區(qū)有積雪覆蓋，對農(nóng)田起到了增墑、保溫作用，保證了冬小麥安全越冬。12月下旬～次年1月底正常生長的小麥進入越冬期以后，有較強的抗寒能力，而一旦氣溫回升，幼苗緩慢生長，抗寒力就會下降，這時若出現(xiàn)-13～-15 ℃的低溫，對小麥會造成較嚴重的凍害[11]。試驗區(qū)苗期-越冬階段在10月中旬～次年2月中旬，8年中這段時間降水量平均值為48.69 mm，其中2004年降水量最多為73.5 mm，2009年降水量最少，為22.1 mm，標準差為20.11，變異系數(shù)為41.31%;這一階段日照時數(shù)平均為797.1 h，其中2010年日照時數(shù)平均最多，為900.6 h，2008年日照時數(shù)平均最少，為725.2 h，標準差為53.75，變異系數(shù)為6.74%;>0 ℃積溫平均為365.60 ℃·d，其中2006～2007年度積溫最多，為475.2 ℃·d，2003～2004年度積溫最少，為301.4 ℃·d（表1）。在8年試驗分析中，以2008年最具有代表性，在秋季秋雨較多、氣溫偏低，冬小麥播種后生長緩慢，苗期到越冬時，氣溫明顯偏高，光照充足，導致冬小麥生長過程加快，冬季出現(xiàn)低溫、雨雪、冰凍天氣，氣溫異常偏低且持續(xù)時間長，降水量比歷年同期偏多3～6倍，是60年不遇的天氣現(xiàn)象，大田積雪厚度為10～20 cm，為冬小麥越冬安全提供了保障，同時也為來年土壤水分提供了良好的條件。后期出現(xiàn)高氣溫、干旱少雨的氣候，持續(xù)干旱導致冬小麥株高降低，抽穗提前、揚花集中、灌漿加速，對產(chǎn)量產(chǎn)生了一定影響[12]。

2.1.3 返青-抽穗階段（2月下旬～5月上旬）。

試驗區(qū)8年中2月下旬～5月上旬降水量平均值為40.56 mm，其中2010年降水量最多，為84.8 mm，2005年降水量最少，為16.9 mm，標準差為21.43，變異系數(shù)為52.84%;這一階段日照時數(shù)平均為603.5 h，其中2004年日照時數(shù)平均最多，為656.3 h，2010年日照時數(shù)平均最少，為562.9 h，標準差為37.32，變異系數(shù)為6.18%;>0 ℃積溫平均為756.31 ℃·d，其中2006年積溫最多，為789.1 ℃·d，2010年積溫最少，為668.7 ℃·d，標準差為41.74，變異系數(shù)為5.52%（表1）。在2月下旬，冬小麥開始陸續(xù)返青，4月上旬陸續(xù)進入拔節(jié)階段。由于返青后植株生長加快，抗寒力明顯下降，加之早春麥田氣候多變，凍害頻繁，影響小麥生長[11]。如果在返青-抽穗期遭受嚴重凍害襲擊，則部分已處于拔節(jié)期的冬小麥將會被凍死，冬小麥的單產(chǎn)水平將一定出現(xiàn)下降。因此，返青-抽穗期要提防“倒春寒”;期間如果干旱，則影響穗器官的發(fā)育，使穗粒數(shù)銳減，對產(chǎn)量影響最大。影響小麥正常抽穗的主要因素是每天有比較長的日照時數(shù)和一定的天數(shù)，其次要求比較高的溫度，以20 ℃左右通過光照階段最快，如果溫度低于10 ℃，光照階段對溫度的要求則得不到滿足，不能正常發(fā)育和抽穗。在5月份，冬小麥生長進入需水最關鍵時期，如果旱情不僅沒有緩解，反而繼續(xù)發(fā)展，則抑制籽粒灌漿及干物質(zhì)向籽粒的運輸與積累，導致粒重下降，會直接影響到小麥單產(chǎn)水平;如果出現(xiàn)大風天氣，則對小麥揚花不利，容易使花粉流失，小麥授粉程度減弱，影響小麥質(zhì)量，使容重降低[13]。

2.1.4 抽穗-灌漿成熟階段（5月中旬～6月下旬）。

試驗區(qū)8年中5月中旬～6月下旬降水量平均值為62.20 mm，其中2005年降水量最多，為100.7 mm，2006年降水量最少，為28.9 mm，標準差為26.74，變異系數(shù)為42.98%;這一階段日照時數(shù)平均為332.7 h，其中2004年日照時數(shù)平均最多，為406.6 h，2007年日照時數(shù)平均最少，為280.9 h，標準差為45.96，變異系數(shù)為13.81%;>0 ℃積溫平均為826.98 ℃·d，其中2005年積溫最多，為864.2 ℃·d，2009年積溫最少，為787.3 ℃·d，標準差為27.25，變異系數(shù)為3.29%（表1）。冬小麥灌漿充實籽粒階段，如果水分適中，則小麥會充分灌漿;如果天氣嚴重干旱和高溫，則會造成小麥灌漿期縮短，千粒重下降，不完善粒增加;如果出現(xiàn)強降雨和大風天氣，則容易形成倒伏現(xiàn)象，影響后期生長和正常收割;一般小麥抽穗前后倒伏造成產(chǎn)量損失30%～40%，灌漿期倒伏減產(chǎn)10%～30%[14]。如果出現(xiàn)干熱風，則會使小麥灌漿受到影響，容易早衰，影響籽粒飽滿。干熱風輕者造成減產(chǎn)5%左右，重則減產(chǎn)10%～30%或更多。如果在收獲前或收獲中遭受大范圍降雨天氣，則小麥容易生芽。

在研究的8年中，2005年是一個典型的欠收年份，平均產(chǎn)量僅為2 974.95 kg/hm2。由于前期降水偏少，進入4月初各地干旱即露頭，這對正處在關鍵生長期的冬小麥造成了一定影響，上旬后期出現(xiàn)的寒潮降溫天氣、中旬旱情的持續(xù)發(fā)展和前期出現(xiàn)的強霜凍天氣，威脅著冬小麥的安全生產(chǎn);下旬無降水，氣溫異常偏高，吹風天氣比較頻繁，土壤水分蒸散加劇，旱情持續(xù)發(fā)展，絕大部分地方均處于重旱狀態(tài)，嚴重威脅著冬小麥正常生長。2005年5月30日慶陽市特大冰雹災害，這次降雹路徑自北向南，最強中心位于慶陽市城區(qū)，冰雹天氣來勢之猛、持續(xù)時間之長、強度之大，是有氣象記錄以來所罕見的。這次冰雹災害對冬小麥抽穗、灌漿產(chǎn)生了嚴重影響，導致大范圍冬小麥受災、倒伏，影響后期生長和收割，對產(chǎn)量、千粒重等也產(chǎn)生較大影響，同時也縮短了冬小麥的灌漿期、成熟期和生育期，造成嚴重減產(chǎn)[15]。

2.2 氣象因素對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素影響

為了進一步弄清試驗區(qū)氣象條件對小麥生產(chǎn)的影響，對該試驗區(qū)小麥各生育階段主要氣象因素對小麥產(chǎn)量、畝穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重影響進行相關性分析[16]。

2.2.1 氣象因素對小麥產(chǎn)量的影響。

小麥產(chǎn)量除了與品種因素和栽培水平有關外，受當?shù)貧夂驐l件影響也很大。從小麥各生育階段光、熱、水等氣象因素與產(chǎn)量的相關程度分析（表1），就日照來看，前中期的日照條件越好，產(chǎn)量一般越高，而后期日照影響相對較小;對于積溫而言，后期的積溫與產(chǎn)量呈較強的正相關，而前期積溫與產(chǎn)量呈負相關，因前期溫度偏高（即暖冬）易造成早播冬小麥生長過旺，以致于遭受凍害而造成減產(chǎn);對于降水量而言，后期降水量呈較強的負相關，降水量過大時則容易造成小麥產(chǎn)量降低。2010年，品種比較試驗對照品種西峰27號平均畝產(chǎn)3 906.75 kg/hm2，從這一年的氣象資料分析來看，播前降水偏少，但土壤墑情尚可，播后小麥出苗正常，生長良好;越冬期氣溫雖較歷年值偏低，但光照充足，小麥仍然安全越冬;返青期光、熱、水適宜，返青快、起身早;3月下旬～4月氣溫較歷年值偏低，降水較多，出現(xiàn)了長時間的低溫寡照天氣，有利于小穗分化，形成較多的穗粒數(shù)（477.00萬粒/hm2）;灌漿成熟期，氣溫正常，光照較好，灌漿時間長，有利于粒重提高，由于這一年度氣象條件適宜，從而小麥產(chǎn)量、畝穗數(shù)、千粒重等性狀指標均達到較好的目標[12]。所以，當前中期日照充足、前期氣溫較低、后期氣溫較高、降水量偏少時，小麥產(chǎn)量較高。這也表明限制小麥產(chǎn)量的主要氣象因素是前中期日照不足、氣溫偏高，后期降水過多、氣溫偏低，以及前期干旱和后期大風、大雨造成倒伏。

2.2.2 氣象因素對小麥畝穗數(shù)的影響。

小麥畝穗數(shù)取決于成穗蘗的多少，而成穗蘗則首先受前期氣候條件的影響，但成穗蘗是否成穗還取決于中后期的氣象條件。從表1可知，在光、熱、水三要素中，返青-抽穗期的積溫對畝穗數(shù)的影響最大，相關系數(shù)為-0.867，且達到顯著水平;其次是苗期-越冬期和抽穗-灌漿期的日照時數(shù)，相關系數(shù)分別為0.714和-0.699;播種前的降水量嚴重影響畝穗數(shù)，相關系數(shù)為-0.697。

2003年，品種比較試驗對照品種西峰20號有效畝穗數(shù)為525.45萬穗/hm2，從這一年的氣象因素分析來看，該年度氣溫正常偏高，光照充足，試驗點日照時數(shù)較歷年同期偏多5%～10%，降雨前多后少，乳熟到黃熟期降水量少，導致生育期縮短、千粒重下降（30 g），即使這樣，由于前期氣象條件優(yōu)異，小麥平均產(chǎn)量為3 720.00 kg/hm2，處于研究8年中的中上水平（表2）。說明當前期日照充足、中期積溫較低、后期降水較少時，成穗數(shù)將增加。因為前期日照不足不利于分蘗增長，而中期溫度過高、后期降水過多則導致病害和漬害加重，使成穗數(shù)降低，畝穗數(shù)減少。

安徽農(nóng)業(yè)科學 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2014年

表2 試驗區(qū)2003～2010年冬小麥對照品種產(chǎn)量等性狀指標

品種名稱年份小區(qū)試驗產(chǎn)量∥kgⅠⅡⅢ小區(qū)面積

m2平均產(chǎn)量

kg/hm2穗粒數(shù)

粒千粒重

g有效穗數(shù)

萬/hm2

西峰20號20035.394.574.9313.343 720.0025.430.0525.45

西峰20號20041.801.201.254.203 374.7041.537.5289.50

西峰20號20051.902.401.656.672 974.9532.037.3386.25

西峰20號20066.005.804.6713.344 117.5031.735.2361.50

西峰27號20074.535.205.5013.343 807.4528.732.6433.05

西峰27號20083.884.764.2413.343 220.0530.339.0355.50

西峰27號20093.002.972.8112.602 323.9528.336.2360.00

西峰27號20104.684.955.1312.603 906.7532.336.9477.00

2.2.3 氣象因素對小麥穗粒數(shù)的影響。

穗粒數(shù)的多少除了與品種自身特性有關外，在很大程度上受氣象條件制約。在光、熱、水三要素中以日照時數(shù)的影響最為明顯，其次是積溫和降水量。日照時數(shù)對穗粒數(shù)影響最大是在生育后期，抽穗-灌漿成熟期相關系數(shù)高達0.820，達顯著水平，其次是返青-抽穗期，相關系數(shù)為0.707。苗期-越冬期的積溫和降水量對畝穗數(shù)也有較大影響，相關系數(shù)分別為-0.694和0.660。分析穗粒數(shù)較低的2007年可知，2007年小麥拔節(jié)-成穗期的關鍵時期氣溫偏高，伴有晚霜凍害和干熱風危害，導致試驗品種發(fā)生春季凍害，影響成穗，且長時間無有效降雨，造成成穗數(shù)下降3～4成，乳熟后期又發(fā)生長達一周的陰雨天氣，導致參試品種穗發(fā)芽，嚴重影響產(chǎn)量[12]。說明小麥生育后期的濕澇是限制穗粒數(shù)的主要因素，如果后期降水偏少，前中期日照充足，穗粒數(shù)就會增加。

2.2.4 氣象因素對小麥千粒重的影響。

千粒重的大小一方面與品種本身特性有關，另一方面更大程度上受氣象因素影響，光、熱、水三要素對千粒重均有很大影響，尤其小麥生育的中、后期影響最大（表1）。2003年參試對照品種西峰20號千粒重為30.0 g，2007年參試對照品種西峰27號千粒重為32.6 g，均是試驗8年來千粒重較低的年份（表2）。究其原因，最主要的是小麥生育的中后期積溫低，后期降水量少、日照不足，嚴重影響小麥灌漿、縮短了生育期。所以，小麥生育的中期積溫、降水和中后期日照時數(shù)對千粒重影響最大，當后期日照充足、中后期積溫較高、后期降水充沛的時候，千粒重最大。

3 結(jié)論與討論

通過分析，試驗區(qū)小麥生育期間氣象要素變化最大的是降水量，其次是日照和積溫，其中底墑水的變幅最大，變異系數(shù)高達88.46%，其次是中、后期降水。就降水而言，冬前比冬后變化大，形成生育前期旱澇影響、中后期濕澇為主的特性，對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成有一定限制作用;對于熱量而言，前期氣溫偏高的暖冬造成早播小麥旺長苗遭受凍害影響，后期氣溫偏低，限制了粒重和產(chǎn)量的增加，前中期光照不足不利于小麥生長，后期光照不足則不利于灌漿充實，使粒重降低，另外小麥生育期間遭受災害性天氣也對小麥產(chǎn)量等有很大影響[17-18]。為了更好地提高慶陽市冬小麥產(chǎn)量及品質(zhì)，在了解和掌握氣象條件的變化對冬小麥生育和產(chǎn)量的影響的基礎上，培育適合當?shù)貧庀髼l件的良種，選用抗逆性強、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的品種，通過對自然因素分析指出，在隴東黃土高原旱地干旱少雨、低溫寡照、病蟲危害是該區(qū)冬小麥生產(chǎn)的主要影響因子。結(jié)合小麥育種實踐，提出隴東黃土高原旱地小麥育種目標為培育適應旱地栽培的品種特征特性和抗旱、抗寒、抗病、優(yōu)質(zhì)的冬小麥新品種[19]。采用合理、恰當、相對應的手段，合理調(diào)整冬小麥播種期和播種量，使用科學、恰當?shù)母鞣椒?，如冬前?zhèn)壓、對旺長苗深鋤防止凍害，從而確保冬小麥的生育，有效地提高產(chǎn)量。

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