北方冬小麥冬季凍害及播期延遲應(yīng)對(duì)

宋艷玲 周廣勝 郭建平 李 勇 潘亞茹 付 嚴(yán) 楊榮光 白曉英 徐金霞

1)(中國(guó)氣象科學(xué)研究院災(zāi)害天氣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081) 2)(中國(guó)氣象局-中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室， 北京 100081) 3)(貴州省氣象局， 貴陽(yáng) 550002) 4)(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國(guó)際交流服務(wù)中心， 北京 100125) 5)(山東省泰安市氣象局， 泰安 271001) 6)(陜西省咸陽(yáng)市氣象局， 咸陽(yáng) 712034) 7)(四川省氣象局， 成都 610072)

引 言

小麥?zhǔn)鞘澜缧缘闹匾任?，其種植面積、總產(chǎn)量和總貿(mào)易額均居各類作物之首[1]。中國(guó)是世界上最大的冬小麥生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，1978—2020年中國(guó)冬小麥總產(chǎn)量增加了1.7倍，其中冬小麥單產(chǎn)增加2倍，種植面積減少10%[2]。2020年冬小麥種植面積達(dá)到2.2×107hm2，總產(chǎn)量超過(guò)1.29×108t[2]，占世界總產(chǎn)量的15%[1]。冬小麥產(chǎn)量波動(dòng)影響我國(guó)國(guó)家糧食安全,其受氣象災(zāi)害、病蟲害和生產(chǎn)措施等[3-5]諸多因素影響。氣象條件影響冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育的物理、化學(xué)和生物過(guò)程，尤其是氣象災(zāi)害,如低溫凍害、干旱、漬害和干熱風(fēng)等，常導(dǎo)致冬小麥大幅減產(chǎn)。華北平原冬季干旱、多風(fēng)、少雪、氣溫變幅大，冬小麥經(jīng)常發(fā)生凍害,如1949—1994年北京有5年因嚴(yán)重凍害冬小麥減產(chǎn)30%以上。1980年河北省冬季發(fā)生嚴(yán)重凍害，冬小麥麥苗凍害死亡三成以上，其中滄州、衡水兩地70%以上麥田死苗超過(guò)五成[6]。黃淮平原冬季強(qiáng)寒潮南下時(shí)也可發(fā)生凍害，如1977年和1980年冬季強(qiáng)寒潮南下發(fā)生凍害，造成冬小麥減產(chǎn)。1988年山東凍害嚴(yán)重，濟(jì)寧有1.5×104hm2冬小麥絕產(chǎn)，江蘇北部和安徽北部也發(fā)生了凍害[6]。

受全球變暖影響，氣溫和降水等氣候要素及低溫凍害、高溫、干旱等災(zāi)害強(qiáng)度和頻率均發(fā)生變化，影響社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域[7-8]。2019年全球平均氣溫較工業(yè)化前(1850—1900年平均值)偏高約1.1℃，是有完整氣象觀測(cè)記錄以來(lái)的第二暖年[9]。1901—2019年中國(guó)地表年平均氣溫呈顯著上升趨勢(shì)，年平均氣溫上升1.27℃。1951—2019年中國(guó)地表年平均氣溫增溫速率為0.24℃/(10 a)，年平均最低氣溫增溫速率達(dá)到0.32℃/(10 a)，中國(guó)極端低溫事件發(fā)生頻次呈顯著減少趨勢(shì)，平均每10年減少239站日[10]。受全球變暖影響，北半球包括中國(guó)無(wú)霜期增加，終霜提前[11-13]。同時(shí)，氣候變暖導(dǎo)致北半球生長(zhǎng)季延長(zhǎng)，生長(zhǎng)季開始日期提前，結(jié)束日期延遲。植物和農(nóng)作物物候期(如返青、開花、灌漿、落葉)隨氣溫變化而變化[14]。研究表明：北半球過(guò)去幾十年中生長(zhǎng)季延長(zhǎng)了1～3周，且春季開始日期提前明顯[15]。我國(guó)生長(zhǎng)季也明顯延長(zhǎng)，特別是生長(zhǎng)季開始日期明顯提前，2001—2010年與20世紀(jì)50年代相比，生長(zhǎng)季開始日期提前7 d，其中北方地區(qū)生長(zhǎng)季開始日期提前7～14 d，生長(zhǎng)季結(jié)束日期延遲[13]。21世紀(jì)二氧化碳和其他溫室氣體如果不大幅度減排，全球增溫可能超過(guò)2℃，對(duì)農(nóng)業(yè)和社會(huì)影響更大[7]。

盡管氣候變暖及其對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)的影響已有大量研究，但農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化措施研究鮮見報(bào)道。氣候變暖，冬季氣溫升高，生長(zhǎng)季開始日期提前，結(jié)束日期延后，我國(guó)北方冬小麥冬季凍害是否還是主要?dú)庀鬄?zāi)害，冬小麥播期延遲是否能作為氣候變化的應(yīng)對(duì)措施，成為亟待解決的科學(xué)問題。本研究于2018—2021年連續(xù)4年在陜西咸陽(yáng)和山東泰安開展大田科學(xué)試驗(yàn)，研究氣候變暖背景下冬小麥播期延遲能否作為應(yīng)對(duì)氣候變暖的措施。

1 試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在陜西咸陽(yáng)和山東泰安的農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站開展。咸陽(yáng)站位于陜西省咸陽(yáng)市渭城區(qū)陵召村(34.4°N，108.7°E)，海拔高度為472.8 m，屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為13.1℃，年降水量約為522 mm，地勢(shì)平坦，土層深厚，土壤類型以粉壤土為主。泰安站位于山東省泰安市泰山區(qū)寧家結(jié)莊(36.2°N，117.2°E)，海拔高度為128.6 m，屬于暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫為13.3℃，年降水量約為685.6 mm，地勢(shì)平坦，土層深厚，土壤類型以砂壤土為主。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以當(dāng)?shù)爻Ｄ甏筇飳?shí)際播種期為界，設(shè)定正常播種期、比正常播種期晚播種10 d和晚播種20 d 3種方案，前后間隔20 d。各播種期重復(fù)4次(其中1個(gè)重復(fù)僅作為產(chǎn)量要素測(cè)定，不進(jìn)行任何觀測(cè)活動(dòng))。

各試驗(yàn)小區(qū)面積不小于20 m2，各小區(qū)間留有0.5 m 保護(hù)間隔。種植方式采用南北方向條播，保持良好的通風(fēng)透光，行距統(tǒng)一為20 cm。采用當(dāng)?shù)刂髟云贩N或新推廣的品種，不同播期種子一次性足量購(gòu)買，保證種子屬同一批次產(chǎn)品。山東泰安試驗(yàn)站2018—2019年使用紅地95，2020—2021年使用泰科麥31。陜西咸陽(yáng)試驗(yàn)站2018—2021年使用豫麥49-198，2020年使用周麥30。所有播期的播種量均與當(dāng)?shù)卣２シN期的播種量保持一致。田間管理措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理措施一致，保證冬小麥不受水分因素和病蟲害影響。

1.3 觀測(cè)內(nèi)容及方法

1.3.1 冬小麥發(fā)育期觀測(cè)

按順序觀測(cè)冬小麥播種、出苗、三葉、分蘗、越冬開始、返青、起身、拔節(jié)、孕穗、抽穗、開花、乳熟、成熟各發(fā)育期的普遍期日期。

1.3.2 冬小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量觀測(cè)

株高：從三葉期開始每個(gè)發(fā)育普遍期測(cè)定。將最長(zhǎng)葉片拉直,測(cè)至葉片頂端，抽穗后同時(shí)還測(cè)定穗頂端高度。每個(gè)小區(qū)順序測(cè)定10株(莖)，求平均后記錄株高，每個(gè)播期3個(gè)重復(fù)分別測(cè)定。

地上部分干鮮重：在三葉、分蘗、越冬開始、返青、拔節(jié)、抽穗、乳熟、成熟普遍期測(cè)定。每個(gè)小區(qū)順序挖取10株(莖)，將莖桿、葉鞘(拔節(jié)期開始)、葉、穗分開，分別稱取鮮重，烘干后稱取干重,并求取平均值。記錄單位(g/株(莖))，每個(gè)播期3個(gè)重復(fù)分別測(cè)定。

密度：在三葉期、越冬開始期、返青期、拔節(jié)期和乳熟期測(cè)定。在小區(qū)中部相鄰兩行錯(cuò)開位置各取0.5 m長(zhǎng)，分別數(shù)出小麥株(莖)數(shù)，并換算成單位面積(每平方米)株(莖)數(shù)。成熟期記錄有效莖數(shù)。每個(gè)播期如無(wú)大的差異，觀測(cè)1個(gè)重復(fù)。

產(chǎn)量因素測(cè)定：在冬小麥成熟期測(cè)定。測(cè)定項(xiàng)目包括小穗數(shù)、不孕小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。在每個(gè)小區(qū)連續(xù)取20穗。逐穗數(shù)出小穗總數(shù)和不孕小穗數(shù)，求取平均值。脫粒數(shù)出總粒數(shù)并求取穗粒數(shù)。晾曬風(fēng)干后稱取千粒重，每個(gè)播期3個(gè)重復(fù)分別測(cè)定。

氣象要素測(cè)定：氣象要素取站內(nèi)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括生長(zhǎng)季的逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速等。

1.4 農(nóng)業(yè)氣象站數(shù)據(jù)

為了研究冬小麥產(chǎn)量與冬季凍害的關(guān)系，搜集1981—2021年北方冬麥區(qū)農(nóng)業(yè)氣象站冬季日最低氣溫與冬小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)。農(nóng)業(yè)氣象站分布見圖1，河北省選取4個(gè)站，山西省選取5個(gè)站，陜西省選取5個(gè)站，山東選取4個(gè)站。

本文插圖中所涉及的中國(guó)國(guó)界及省界基于審圖號(hào)為GS(2020)4630號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無(wú)修改。

圖1 北方冬麥區(qū)選取的農(nóng)業(yè)氣象站分布Fig.1 Location of agro-meteorological stations over winter wheat in northern China

1.5 冬季凍害指數(shù)計(jì)算方法

北方冬麥區(qū)在日平均氣溫降到3℃以下時(shí)，冬小麥停止生長(zhǎng)。日平均氣溫低于0℃時(shí)，冬小麥進(jìn)入越冬期。冬小麥冬季凍害是指冬小麥越冬休眠到早春返青前受到長(zhǎng)期強(qiáng)烈低溫或劇烈變溫造成的傷害。冬小麥不同部位以次生根抗凍能力最弱，莖生長(zhǎng)點(diǎn)和老葉次之。莖生長(zhǎng)點(diǎn)受凍會(huì)導(dǎo)致該分蘗死亡，但其他莖仍然可以生長(zhǎng)。根系死亡則嚴(yán)重影響整個(gè)麥苗返青生長(zhǎng)，但仍有可能長(zhǎng)出新根恢復(fù)生長(zhǎng)。分蘗節(jié)一旦死亡，即使還有部分新葉和葉鞘存活，但由于與土壤水分養(yǎng)分的聯(lián)系切斷，整個(gè)植株隨即死亡。因此國(guó)內(nèi)外大多以冬小麥分蘗節(jié)臨界致死溫度作為冬小麥凍害的生理指標(biāo)。冬小麥安全越冬的臨界溫度因品種差異略有不同，冬性品種一般分蘗節(jié)能耐受的最低氣溫為-13℃[16]，本文采用日最低氣溫-13℃作為冬小麥越冬臨界溫度，冬季凍害指數(shù)(IKDD)作為冬小麥遭受凍害指標(biāo)。冬季凍害指數(shù)計(jì)算方法如下：

IKDD=∑JKDD，

(1)

(2)

其中，IKDD為冬季冬小麥凍害指數(shù)(單位：℃·d)，JKDD為逐日冬小麥凍害指數(shù)(單位：℃)，Tlow為冬小麥安全越冬臨界溫度(取-13℃)，Tmin,d為日最低氣溫(單位：℃)。

1.6 冬前積溫計(jì)算方法

冬前積溫是指冬小麥播種到越冬期開始時(shí)日平均氣溫大于0℃的溫度累積值，在本研究中冬小麥播種期為試驗(yàn)設(shè)定，冬小麥越冬期則與第1次強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)時(shí)間有關(guān)，如第1次強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)時(shí)間早，冬小麥很快進(jìn)入越冬期，冬前積溫少，但當(dāng)?shù)?次強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)偏晚，冬小麥進(jìn)入越冬期晚，冬小麥冬前積溫多。

Ct=∑T，T>0。

(3)

式(3)中，Ct為冬小麥播種期到越冬期積溫(單位：℃·d)，T為日平均氣溫(單位：℃)。

1.7 冬小麥減產(chǎn)率計(jì)算方法

冬小麥單產(chǎn)受到諸多因素影響，如冬小麥品種、種植措施、肥料使用以及氣候條件[17-18]。冬小麥品種改良、種植措施和施肥決定了冬小麥單產(chǎn)長(zhǎng)期增產(chǎn)趨勢(shì)，但冬小麥單產(chǎn)的年際波動(dòng)則受到病蟲害和氣象災(zāi)害的影響，如干旱[19-22]、干熱風(fēng)[23-24]和低溫凍害[25-30]等，單產(chǎn)越高說(shuō)明受氣象災(zāi)害和病蟲害的影響越小。一般冬小麥品種3年更換1次，連續(xù)3年單產(chǎn)受冬小麥品種和種植制度以及施肥變化的影響較小，同時(shí)連續(xù)3年單產(chǎn)中最高產(chǎn)量受到氣象災(zāi)害和病蟲害影響最小。本研究減產(chǎn)率采用當(dāng)年單產(chǎn)與前3年單產(chǎn)最高值差值的比值計(jì)算，這樣歸一化處理反映減產(chǎn)率主要受到氣象災(zāi)害和病蟲害的影響：

(4)

式(4)中，Yc為第i年冬小麥減產(chǎn)率(單位：%)，Yi為第i年冬小麥單產(chǎn)(單位：kg·hm-2)，Ym為第i年的前3年冬小麥最高產(chǎn)量(單位：kg·hm-2)。

2 結(jié)果分析

本研究基于1981—2021年北方冬麥區(qū)農(nóng)業(yè)氣象站冬季日最低氣溫與冬小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)，分析在氣候變暖背景下，冬小麥越冬期凍害與冬小麥單產(chǎn)的關(guān)系,并利用2018—2021年山東泰安和陜西咸陽(yáng)大田試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究冬小麥播期延遲能否作為應(yīng)對(duì)氣候變化的措施。

2.1 冬小麥越冬期凍害與冬小麥單產(chǎn)關(guān)系

受全球變暖影響，1961—1990年我國(guó)北方冬麥區(qū)年平均最低氣溫在6.7℃附近波動(dòng)，1991年后年平均最低氣溫持續(xù)上升，2001—2010年年平均最低氣溫為7.8℃,2011—2020年達(dá)到8.3℃，與1981—1990年相比，年平均最低氣溫升高1.3℃(圖2)。冬小麥生長(zhǎng)季(當(dāng)年10月—次年6月)平均最低氣溫也呈明顯升高趨勢(shì)，1962—1990年平均最低氣溫在2.9℃附近波動(dòng)，1991年以后平均最低氣溫升溫趨勢(shì)明顯，2001—2010年冬小麥生長(zhǎng)季平均最低氣溫為4.2℃,2011—2020年達(dá)到4.6℃，比1981—1990年升高1.4℃。1981—2000年大于0℃積溫變化不大，但2000—2021年大于0℃積溫明顯增加，受氣候變暖影響2011—2020年比1961—1970年積溫增加11.7%(圖2)。

圖2 1961—2021年北方冬麥區(qū)年平均最低氣溫、冬小麥生長(zhǎng)季平均最低氣溫和積溫變化Fig.2 Average annual minimum temperature,average minimum temperature of growing season and accumulated temperature of winter wheat in northern China from 1961 to 2021

續(xù)圖2

在氣候變暖背景下，冬季凍害是否還是造成冬小麥減產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害，為了研究這一問題，本文分析1981—2000年和2001—2021年兩個(gè)時(shí)間段凍害指數(shù)與冬小麥減產(chǎn)率的關(guān)系。結(jié)果表明：在北方冬麥區(qū)各省偏北地區(qū)(河北定州和涿州、陜西旬邑、山西交城和安澤冬季凍害指數(shù)超過(guò)100℃·d),1981—2000年冬小麥減產(chǎn)率隨著冬季凍害指數(shù)增加而增加，凍害指數(shù)與減產(chǎn)率相關(guān)系數(shù)為0.62(達(dá)到0.001顯著性水平)，表明1981—2000年冬季低溫凍害是冬小麥減產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，如山西交城1983/1984年冬季凍害指數(shù)為524.6℃·d，交城站冬小麥減產(chǎn)達(dá)60.6%。在上述研究樣本中，1981—2000年北方冬麥區(qū)偏北地區(qū)凍害指數(shù)平均為307.9℃·d，造成冬小麥平均減產(chǎn)32.8%。凍害指數(shù)每增加100℃·d，冬小麥減產(chǎn)7.3%。2001—2021年北方冬麥區(qū)偏北地區(qū)冬小麥減產(chǎn)率雖然隨著凍害指數(shù)的增加而增加，但兩者的相關(guān)系數(shù)僅為0.29，表明氣候變暖后冬季凍害已不再是冬小麥減產(chǎn)的主要影響因子(圖3)。在北方冬麥區(qū)偏南地區(qū)(冬季凍害指數(shù)小于100℃·d),1981—2000年冬季凍害指數(shù)與冬小麥減產(chǎn)率相關(guān)系數(shù)僅為0.25，且大多數(shù)年份凍害指數(shù)為0。2001—2021年冬季凍害指數(shù)與冬小麥減產(chǎn)率相關(guān)系數(shù)更低，僅為0.08，說(shuō)明氣候變暖后，北方冬麥區(qū)偏南地區(qū)冬季凍害對(duì)冬小麥影響很小(圖4)。

圖3 1981—2000年(a)、2001—2021年(b)北方冬麥區(qū)偏北地區(qū)冬季凍害指數(shù)和冬小麥減產(chǎn)率關(guān)系Fig.3 The correlation between freezing injury index and yield reduction during 1981-2000(a) and 2001-2021(b) over northern winter wheat region

圖4 1981—2000年(a)、2001—2021年(b)北方冬麥區(qū)偏南地區(qū)冬季凍害指數(shù)和冬小麥減產(chǎn)率關(guān)系Fig.4 The correlation between freezing injury index and yield reduction during 1981-2000(a) and 2001-2021(b) over southern winter wheat region

2.2 冬小麥播期延遲應(yīng)對(duì)氣候變暖措施

氣候變暖導(dǎo)致我國(guó)氣溫升高、生長(zhǎng)季延長(zhǎng)、冬小麥生長(zhǎng)季積溫增加，冬季凍害已不是冬小麥減產(chǎn)的主要影響因子。為了研究冬小麥適應(yīng)氣候變化措施， 2018—2021年在山東泰安和陜西咸陽(yáng)開展大田試驗(yàn)，研究冬小麥播期延遲對(duì)冬小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響。

2.2.1 冬小麥延遲播種后積溫和凍害分析

冬前積溫是指冬小麥播種到越冬期開始時(shí)大于0℃的積溫。大田試驗(yàn)結(jié)果顯示:冬小麥秋季播期推遲10 d和20 d，冬前積溫和整個(gè)生長(zhǎng)季積溫均明顯減少。咸陽(yáng)站冬小麥播種推遲10 d，冬前積溫平均減少27.9%，2018年減少最多，達(dá)30.4%;冬小麥播種推遲20 d，冬前積溫平均減少54.6%(圖5)。泰安站冬小麥播種推遲10 d，冬前積溫平均減少24.6%，推遲20 d，冬前積溫平均減少47.3%(圖5)。冬前積溫與12月強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)時(shí)間有關(guān)，12月強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)早，平均氣溫很快降到0℃以下，冬小麥進(jìn)入越冬期，冬小麥冬前積溫少。反之，12月強(qiáng)冷空氣出現(xiàn)晚，冬小麥冬前積溫多。如2019年12月8日泰安站冬小麥進(jìn)入越冬期，冬小麥晚播10 d，冬前積溫為407.4℃·d。2020年12月31日泰安站進(jìn)入越冬期，冬小麥晚播10 d，冬前積溫為467.5℃·d。對(duì)于整個(gè)生長(zhǎng)季而言，咸陽(yáng)站冬小麥播種推遲10 d，積溫平均減少5.6%，推遲20 d，積溫減少12.4%(圖6)。泰安站冬小麥播種期推遲10 d，積溫平均減少5.6%，推遲20 d，積溫平均減少11.2%(圖6)。

圖5 2018—2021年咸陽(yáng)站和泰安站正常播期、晚播10 d和晚播20 d冬前積溫變化Fig.5 Accumulated temperature before winter for normal sowing date,sowing date delaying for 10 days and sowing date delaying for 20 days at Xianyang and Taian stations from 2018 to 2021

2019/2020年冬季泰安站日最低氣溫均在-13℃ 以上，凍害指數(shù)為0。2017/2018年、2018/2019年和2020/2021年冬季日最低氣溫低于-13℃ 的日數(shù)分別為4 d，1 d和4 d，凍害指數(shù)分別為2.5℃·d，0.9℃·d和6.5℃·d，凍害指數(shù)較小，對(duì)冬小麥生長(zhǎng)影響不大。咸陽(yáng)站2018/2019年和2019/2020年冬季日最低氣溫均在-13℃以上，凍害指數(shù)均為0。2017/2018年冬季僅有1 d日最低氣溫低于-13℃，凍害指數(shù)為3.6℃·d，2020/2021年也僅有1 d日最低氣溫低于-13℃，凍害指數(shù)為0.8℃·d。因此2018—2021年咸陽(yáng)站冬季凍害對(duì)冬小麥影響不大。試驗(yàn)期間兩站均無(wú)明顯凍害發(fā)生。

圖6 2018—2021年咸陽(yáng)站和泰安站正常播期、晚播10 d和晚播20 d生長(zhǎng)季積溫變化Fig.6 Accumulated temperature of growing season for normal sowing date, sowing date delaying for 10 days and sowing date delaying for 20 days at Xianyang and Taian stations from 2018 to 2021

2.2.2 冬小麥延遲播種對(duì)生長(zhǎng)影響

研究顯示:冬小麥播種期推遲，冬小麥成熟時(shí)植株高度減少。咸陽(yáng)站冬小麥播種期推遲10 d，冬小麥株高平均減少4.6 cm，推遲20 d減少10.4 cm(圖7)。泰安站冬小麥播期推遲10 d，冬小麥株高平均減少3.2 cm，推遲20 d減少5.2 cm(圖7)。試驗(yàn)結(jié)果表明：目前北方冬麥區(qū)種植的冬小麥品種，播種期推遲10 d和20 d，生長(zhǎng)季積溫減少，導(dǎo)致冬小麥植株比正常播期的植株偏矮。

研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥播期推遲，冬小麥成熟時(shí)地上總干重(包括葉、莖、葉鞘和穗干重)減少。2018—2021年咸陽(yáng)站試驗(yàn)中，冬小麥播種期推遲10 d，成熟時(shí)地上總干重平均減少16.7%，推遲20 d，減少25.5%。2021年冬小麥成熟時(shí)地上總干重減少最多，播種期推遲10 d和推遲20 d地上總干重分別減少38.2%和55.7%。2018—2021年泰安站冬小麥播種期推遲10 d，成熟時(shí)地上總干重平均減少7.8%，推遲20 d，減少10.9%。

葉面積指數(shù)是冬小麥群體結(jié)構(gòu)的重要量化指標(biāo)?？傮w上，冬小麥播期推遲，葉面積指數(shù)減少。2018—2021年咸陽(yáng)站冬小麥播期推遲10 d，抽穗時(shí)葉面積指數(shù)平均減少33.6%，推遲20 d，減少57.5%。2018—2021年泰安站冬小麥播期推遲10 d，抽穗時(shí)葉面積指數(shù)平均減少11%，推遲20 d，減少31.3%。

圖7 2018—2021年咸陽(yáng)站和泰安站正常播期、晚播10 d和晚播20 d冬小麥成熟株高變化Fig.7 Winter wheat height during mature for normal sowing date,sowing date delaying for 10 days and sowing date delaying for 20 days at Xianyang and Taian stations from 2018 to 2021

2.2.3 冬小麥延遲播種對(duì)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)影響

冬小麥推遲播期導(dǎo)致目前種植的冬小麥品種單產(chǎn)減少。2018年、2019年和2021年咸陽(yáng)站冬小麥品種為豫麥49-198，在其他生產(chǎn)條件相同情況下，播期推遲10 d，分別減產(chǎn)6.4%，31%和14.8%；2020年冬小麥品種為周麥30，推遲播種10 d，減產(chǎn)64.5%。冬小麥推遲播種20 d，2018—2021年單產(chǎn)分別減少28.2%,76.2%,72.0%,39.0%(圖8)。2018年和2019年泰安站種植冬小麥品種為紅地95，2020年和2021年種植品種為泰科麥31，冬小麥播期推遲10 d，分別減產(chǎn)11.5%，14.6%，12.7%和23.5%；播期推遲20 d，2018—2019年分別減產(chǎn)19.8%，31.9%，2021年減產(chǎn)60.9% (圖8)。總體上，當(dāng)前冬小麥種植的品種，播期推遲普遍減產(chǎn)，播期推遲10 d平均減產(chǎn)22%，推遲20 d平均減產(chǎn)40%。

圖8 2018—2021年咸陽(yáng)站和泰安站正常播期、晚播10 d和晚播20 d冬小麥單產(chǎn)變化Fig.8 Yield for normal sowing date,sowing date delaying for 10 days and sowing date delaying for 20 days at Xianyang and Taian stations from 2018 to 2021

冬小麥播期推遲，對(duì)冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)造成影響。2018—2021年咸陽(yáng)站冬小麥播期推遲10 d，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重分別平均減少17.2%，11.9%，10.0%；冬小麥播期推遲20 d，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重分別平均減少32.5%，25.4%，17.1%(表1)。2018—2021年泰安站冬小麥播期推遲10 d，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)分別平均減少5%，10.2%；冬小麥播期推遲20 d，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)分別平均減少21.3%，12.1%,千粒重變化不明顯(表2)。總體上，冬小麥播期推遲，對(duì)冬小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)均造成不利影響，播期推遲越多，造成的不利影響越顯著。

表1 2018—2021年咸陽(yáng)站冬小麥正常播期和推遲播期積溫和產(chǎn)量要素變化Table 1 Accumulated temperature and yield of winter wheat for nornal sowing date and sowing date delaying for 10 days and 20 days at Xianyang Station from 2018 to 2021

表2 2018—2021年泰安站冬小麥正常播期和推遲播期積溫和產(chǎn)量要素變化Table 2 Accumulated temperature and yield of winter wheat for nornal sowing date and sowing date delaying for 10 days and 20 days at Taian Station from 2018 to 2021

試驗(yàn)表明：雖然當(dāng)前冬季凍害指數(shù)較小，對(duì)冬小麥影響不大，但冬小麥推遲播期后，冬前積溫減少，生長(zhǎng)季積溫減少，導(dǎo)致冬小麥株高比正常播期偏矮，地上總干重和葉面積指數(shù)偏小，使得有機(jī)物積累顯著減少，從而使有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重顯著減少，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。

3 結(jié)論與討論

本文利用北方地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象站數(shù)據(jù)以及2018—2021年陜西咸陽(yáng)和山東泰安連續(xù)4年大田科學(xué)試驗(yàn)，研究冬小麥產(chǎn)量與冬季凍害的關(guān)系以及適應(yīng)氣候變化措施。研究發(fā)現(xiàn)：

1) 受全球變暖影響，1961—1990年我國(guó)北方冬麥區(qū)年平均最低氣溫在6.7℃附近波動(dòng)，此后持續(xù)上升，2011—2020年年平均最低氣溫比20世紀(jì)80年代升高1.3℃。冬小麥生長(zhǎng)季平均最低氣溫升溫趨勢(shì)與年平均最低氣溫升溫趨勢(shì)一致，2011—2020年平均最低氣溫比20世紀(jì)80年代升高1.4℃。受氣候變暖影響北方冬麥區(qū)積溫也明顯增加，2011—2020年比1961—1970年大于0℃積溫增加11.7%。進(jìn)一步研究表明，2000年前低溫凍害是北方冬小麥減產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。受氣候變暖影響，2000年后低溫凍害與冬小麥減產(chǎn)率相關(guān)不顯著，冬季凍害已不再是冬小麥減產(chǎn)的主要因子。

2) 山東泰安和陜西咸陽(yáng)主栽的冬小麥品種播期推遲，冬前積溫和整個(gè)生長(zhǎng)季積溫明顯減少，延遲播種對(duì)冬小麥后期生長(zhǎng)有不利影響，表現(xiàn)為播期推遲后，冬小麥成熟時(shí)植株高度減少，地上總干重減少，葉面積指數(shù)減小；且播期推遲后對(duì)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)造成不利影響，有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均分別減少，導(dǎo)致減產(chǎn)，播期推遲10 d平均減產(chǎn)22%，推遲20 d平均減產(chǎn)40%。

氣候變暖背景下，我國(guó)北方冬麥區(qū)積溫增加、凍害減少，但冬小麥推遲播期，卻對(duì)產(chǎn)量有不利影響。說(shuō)明陜西咸陽(yáng)和山東泰安地區(qū)當(dāng)?shù)囟←溒贩N更換較快，試驗(yàn)4年平均2～3年更換一次品種，同時(shí)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)調(diào)整了冬小麥播期，使陜西咸陽(yáng)和山東泰安冬麥區(qū)冬小麥播期和主栽的冬小麥品種能夠適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓?。如果前茬夏玉米受連陰雨或低溫因素影響，成熟收獲較晚，導(dǎo)致冬小麥播期被迫推遲10 d以上，可能造成冬小麥減產(chǎn)。由于冬小麥秋季播種前，6—10月夏玉米生長(zhǎng)，冬小麥提前播期在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可行。但在實(shí)際生產(chǎn)中，播期推遲可通過(guò)增加播種密度抵消由于播期推遲造成的不利影響。此外，在本試驗(yàn)中冬小麥播期推遲10 d，冬小麥的生長(zhǎng)和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)均受到不利影響，在以后的大田試驗(yàn)中，試驗(yàn)設(shè)計(jì)冬小麥播期推遲小于10 d，可能會(huì)得到更有意義的結(jié)果。