我國干熱風(fēng)研究進(jìn)展

來有鵬

(青海省農(nóng)林科學(xué)院，青海省農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧 810016)

干熱風(fēng)是指小麥生育后期出現(xiàn)的一種高溫、低濕并伴有一定風(fēng)力的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。干熱風(fēng)是小麥特有的災(zāi)害類型，一般發(fā)生于小麥成熟前期，往往給小麥帶來嚴(yán)重?fù)p失。干熱風(fēng)在我國北方麥區(qū)經(jīng)常發(fā)生，一般會(huì)減產(chǎn)5%-10%，危害嚴(yán)重年份減產(chǎn)可達(dá)20%以上，對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響較大。干熱風(fēng)天氣的特點(diǎn)是干熱風(fēng)發(fā)生前后氣象要素有明顯的突變；干熱風(fēng)發(fā)生時(shí)氣象要素晝夜變化不大，白天干熱難忍，夜間繼續(xù)維持干熱，使受害小麥沒有“喘息”的機(jī)會(huì)，因此給小麥帶來嚴(yán)重危害[1]。

我國小麥干熱風(fēng)主要集中在黃淮平原，其余則分布在西北、華北、甚至云貴高原地區(qū)[2]。我國西部新疆、寧夏、青海、內(nèi)蒙古河套等地為干熱風(fēng)多發(fā)區(qū)，干熱風(fēng)發(fā)生程度隨海拔升高而降低，海拔1700-1800m以上幾乎無干熱風(fēng)出現(xiàn)，且盆地干熱風(fēng)重于山區(qū)干熱風(fēng)；國外干熱風(fēng)主要發(fā)生在俄羅斯、烏克蘭、美國、日本、北非撒哈拉、中東和澳大利亞[3]。青海省干熱風(fēng)氣象災(zāi)害主要集中在青海高原西北部和東部農(nóng)業(yè)區(qū)，尤其以海東地區(qū)的循化、海西地區(qū)的小灶火最為嚴(yán)重，干熱風(fēng)50年來循化出現(xiàn)了150次，占所有干熱風(fēng)日的15%，為干熱風(fēng)災(zāi)害最多的地區(qū)[4]。本文就近年來有關(guān)干熱風(fēng)發(fā)生的氣象標(biāo)準(zhǔn)、成災(zāi)機(jī)理、防御措施等方面進(jìn)行了綜述，在有效降低其危害、提高農(nóng)作物產(chǎn)量品質(zhì)和保障糧食安全生產(chǎn)方面有重要意義。

1 干熱風(fēng)發(fā)生的氣象標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)小麥?zhǔn)芨蔁犸L(fēng)危害情況，選用溫—濕—風(fēng)三要素組合確定干熱風(fēng)危害指標(biāo)，提出“三三三”制指標(biāo)，即日最高氣溫≥30℃，相對(duì)濕度≤30%，風(fēng)速≥3m/s[1]。同時(shí)，中國氣象局依據(jù)風(fēng)日、天氣過程和年型等，制定了《小麥干熱風(fēng)災(zāi)害等級(jí)》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(QX/T82-2019)對(duì)小麥干熱風(fēng)等級(jí)指標(biāo)進(jìn)行了劃分(見表1)[5]。但是，不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)小麥干熱風(fēng)發(fā)生的氣象指標(biāo)略有差別，如：寧夏灌區(qū)春小麥乳熟成熟期當(dāng)最高氣溫≥32℃，最小相對(duì)濕度≤30%，平均風(fēng)速≥2.5m/s時(shí)就會(huì)發(fā)生干熱風(fēng)[6]；而河南省小麥干熱風(fēng)發(fā)生的氣象指標(biāo)為：14時(shí)平均氣溫≥30℃、相對(duì)濕度≤30%、風(fēng)速≥2.0m/s[7]。

表1 小麥干熱風(fēng)等級(jí)指標(biāo)

干熱風(fēng)危害一般分為高溫低濕、雨后青枯和旱風(fēng)三種類型，以高溫危害為主。高溫低濕型干熱風(fēng)危害的氣象指標(biāo)：日最高氣溫≥32℃，14:00相對(duì)濕度≤30%，14:00風(fēng)速≥3m/s為輕干熱風(fēng)。日最高氣溫≥35℃，14:00相對(duì)濕度≤25%，14:00風(fēng)速≥3m/s為重干熱風(fēng)；雨后青枯型干熱風(fēng)危害的氣象指標(biāo)：小麥成熟前10d內(nèi)有1次小至中雨以上降水過程，雨后猛晴，溫度驟升，3d內(nèi)有1d同時(shí)滿足以下三項(xiàng)指標(biāo)：最高氣溫≥30℃，14:00相對(duì)濕度≤40%，14:00風(fēng)速≥3m/s；旱風(fēng)型干熱風(fēng)危害的氣象指標(biāo)：最高氣溫≥25℃，14:00相對(duì)濕度≤25，14:00風(fēng)速≥14m/s[8]。

2 干熱風(fēng)對(duì)小麥生長和產(chǎn)量的影響

小麥、枸杞等喜涼作物，易遭受干熱風(fēng)災(zāi)害的影響[2]。干熱風(fēng)天氣從小麥開花到成熟均可發(fā)生，輕者使芒尖干枯，炸芒，穎殼灰白，旗葉卷曲凋萎；重者使芒全部干枯，整個(gè)芒炸開，穗黃白無光澤；旱地小麥旗葉由黃變枯，卷曲，穗下節(jié)間干黃而有白色小斑點(diǎn)，整個(gè)植株呈黃白干枯狀態(tài)；灌區(qū)小麥呈青灰色，青枯致死；受干熱風(fēng)傷害的小麥，籽粒瘦秕，顏色發(fā)烏，腹溝深、粒重降低[9]。干熱風(fēng)出現(xiàn)時(shí)，溫度顯著升高，濕度顯著下降，并伴有一定風(fēng)力，植株蒸騰加劇，根系吸水能力下降，光合強(qiáng)度降低，干物質(zhì)積累提前結(jié)束，灌漿時(shí)期縮短，往往導(dǎo)致小麥灌漿不足，秕粒嚴(yán)重，甚至枯萎死亡。高溫還可使籽粒呼吸作用加強(qiáng)，消耗增加，積累減少，造成粒重進(jìn)一步降低[8]。

干熱風(fēng)傷害值株使灌漿速度降低，灌漿的時(shí)間縮短，造成“逼熟”，北方麥區(qū)灌漿時(shí)間縮短的天數(shù)與干熱風(fēng)的強(qiáng)度、持續(xù)日數(shù)、出現(xiàn)時(shí)間、作物長勢(shì)、前期的生態(tài)環(huán)境有關(guān)，一般一次重干熱風(fēng)天氣過程使成熟期提前3-5d，輕干熱風(fēng)天氣過程使成熟期提前l(fā)-2d[1]。干熱風(fēng)導(dǎo)致冬小麥灌漿速率不同程度下降，不同時(shí)期干熱風(fēng)的降幅表現(xiàn)為灌漿中期>灌漿后期>灌漿前期，重度干熱風(fēng)>輕度干熱風(fēng)。隨著干熱風(fēng)后冬小麥的自身修復(fù)和后續(xù)灌漿進(jìn)程，最終千粒重不同程度降低，降低幅度最大的是灌漿后期重度干熱風(fēng)，千粒重降低5.49%，降幅達(dá)14.5%；其次為灌漿中期重度和輕度干熱風(fēng)，千粒重分別降低9.7%和4.8%；再次為灌漿后期輕度干熱風(fēng)；而灌漿前期干熱風(fēng)對(duì)千粒重影響不顯著[10]。干熱風(fēng)對(duì)千粒重的危害是多種因素綜合影響的結(jié)果，而麥田土壤只要能滿足小麥對(duì)水分的需要，干熱風(fēng)來臨時(shí)能保持麥株體內(nèi)的水分平衡，就可極大地削弱干熱風(fēng)的危害程度，使千粒重下降減少，甚至不下降[11]。

3 干熱風(fēng)對(duì)小麥傷害的機(jī)理

干熱風(fēng)對(duì)小麥植株的傷害，不是原生的直接傷害，而是原生的間接傷害和次生的直接傷害。其中，原生的間接傷害主要是對(duì)葉綠素含量、光合速率、葉片蛋白質(zhì)和細(xì)胞膜系統(tǒng)等的影響，次生的直接傷害主要是對(duì)植株蒸騰、氣孔運(yùn)動(dòng)、根系活力等的影響。干熱風(fēng)對(duì)小麥的間接傷害和次生傷害集中表現(xiàn)是使小麥灌漿速度減慢和灌漿時(shí)間縮短。

3.1 影響葉綠素含量及光合速率

干熱風(fēng)引起葉綠體結(jié)構(gòu)破壞，加速了葉綠素的降解以及新的葉綠素的合成，又由于有關(guān)酶類因高溫飩化而受阻，致使葉片中葉綠素含量出現(xiàn)了大幅度的減少，其結(jié)果必然導(dǎo)致光合速率的降低[12]。在干熱風(fēng)脅迫下，小麥旗葉葉綠素含量急劇下降約16%[13]。

3.2 破壞葉片蛋白質(zhì)

干熱風(fēng)使小麥旗葉總氮、蛋白質(zhì)氮的含量減少，非蛋白質(zhì)氮的百分含量增多。這樣使蛋白氮與非蛋白氮的比例由原來的3∶1降到4∶1，反映出蛋白氮受到明顯破壞。

3.3 損傷細(xì)胞膜系統(tǒng)

干熱風(fēng)造成葉片傷害的明顯生理指標(biāo)之一，是葉組織電解質(zhì)的大量外滲。干熱風(fēng)越重，電解質(zhì)外滲量越多，說明膜系統(tǒng)受到的損傷越嚴(yán)重。由于膜的損傷使細(xì)胞對(duì)內(nèi)含物失去控制，從而引起細(xì)胞的死亡[14]。

3.4 干擾作物代謝酶

干熱風(fēng)脅迫后對(duì)超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)等酶系有明顯的影響。不僅影響SOD、POD、CAT的含量[15],還影響酶的活性，如：干熱風(fēng)脅迫蔗糖磷酸合成酶(SPS)及蔗糖合成酶(SS)活性下降53%-70%[16]。

3.5 影響植株蒸騰失水及氣孔運(yùn)動(dòng)

干熱風(fēng)使蒸騰強(qiáng)度增加，從而引起了葉片細(xì)胞的失水，水勢(shì)下降，自由水含量減少，降低了植株的生命力。在干熱風(fēng)條件下氣孔開度加大，隨著干熱風(fēng)持續(xù)，氣孔開度明顯變小。干熱風(fēng)引起光合速率降低是影響粒重的重要原因；而蒸騰強(qiáng)度的增加是加重了對(duì)植株的傷害。干熱風(fēng)可以顯著降低葉片光合速率35.4%-86.6%、蒸騰速率35.6%-67.5%、氣孔導(dǎo)度36.4%-69.4%[17]。

3.6 導(dǎo)致根系活力減弱

干熱風(fēng)不僅傷害植株地上部分，而且也影響到根系的活力。干熱風(fēng)使根系傷流量減少，干熱風(fēng)的強(qiáng)度越強(qiáng)，根系傷流量越小。反映出根系活力減弱越明顯。在高溫干旱條件下植株體輸送養(yǎng)分的機(jī)能不能正常進(jìn)行，小麥根系的吸收能力大大下降，并且易造成根系早衰[14]。

總之，干熱風(fēng)對(duì)小麥的傷害機(jī)理可以用圖概括如下(見圖1)：

圖1 干熱風(fēng)對(duì)小麥的損傷機(jī)理圖

4 防御干熱風(fēng)的措施

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，必須重視干熱風(fēng)災(zāi)害的防御，采取生物措施、農(nóng)業(yè)措施和化學(xué)措施等，減少干熱風(fēng)對(duì)小麥生產(chǎn)的影響和危害。

4.1 生物措施

干熱風(fēng)的生物防御是利用生物對(duì)干熱風(fēng)的抑制作用，通過培植生物改善生態(tài)環(huán)境來抵御干熱風(fēng)。林帶在減低風(fēng)速、降低溫度、提高空氣濕度、減少農(nóng)田蒸發(fā)和植被蒸騰等方面效果顯著，能減弱干熱風(fēng)的強(qiáng)度，縮短干熱風(fēng)的持續(xù)時(shí)間，減少干熱風(fēng)的出現(xiàn)頻率。冬小麥與泡桐間作有降低溫度、增加濕度、削弱風(fēng)速和減少蒸發(fā)的作用，實(shí)行桐—麥間作能有效防御或減輕黃淮海地區(qū)干熱風(fēng)的危害[18]。果糧間作系統(tǒng)對(duì)災(zāi)害性的干熱風(fēng)(特別是小麥成熟期)能起到抗逆作用。并且能改善農(nóng)田小氣候，如：降低風(fēng)速，調(diào)節(jié)空氣溫濕度，增加土壤含水量。果糧間作系統(tǒng)使干熱風(fēng)危害的天數(shù)減少85%左右，高溫危害的天數(shù)減少70%左右[19]。

4.2 農(nóng)業(yè)措施

(1)適時(shí)適量灌溉。噴灌能有效改善田間小氣候，干熱風(fēng)狀況下能明顯降低冠層溫度。同時(shí)，適時(shí)澆足灌漿水，適量澆灌“麥黃水”，均可達(dá)到以水養(yǎng)根，以根護(hù)葉，延長葉片功能期，加快灌漿速度，延長灌漿期，調(diào)節(jié)田間小氣候，抑制麥田溫度上升，防避干熱風(fēng)的目的[20]。土壤相對(duì)濕度對(duì)冬小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的影響顯著，當(dāng)10-20cm土層土壤相對(duì)濕度大于60%時(shí)，可降低干熱風(fēng)災(zāi)害對(duì)冬小麥的影響[21]。

(2)優(yōu)化作物布局、調(diào)整種植制度。在這些地方的干熱風(fēng)危害最嚴(yán)重可種植早熟品種，使小麥的揚(yáng)花灌漿期能盡量躲開干熱風(fēng)，以減輕干熱風(fēng)的危害；還可以調(diào)整播種期，在條件允許的情況下適時(shí)早播，躲開干熱風(fēng)危害小麥的關(guān)鍵期。設(shè)防護(hù)林可以改善農(nóng)田生態(tài)小環(huán)境，在干熱風(fēng)期間大約能降低風(fēng)速30%，降低蒸發(fā)量19%，提高相對(duì)濕度4%，降低溫度0.3℃提高土壤濕度3%[22]。

(3)選育抗干熱風(fēng)品種。培育后期抗干熱風(fēng)、千粒重高的小麥新品種是提高產(chǎn)量的有效途徑。田間試驗(yàn)表明，高中稈小麥品種忍耐干熱風(fēng)災(zāi)害的能力比矮桿品種強(qiáng)，抗寒性偏弱的品種抵抗干熱風(fēng)的能力比抗寒性強(qiáng)的小麥品種強(qiáng)，早熟或早中熟品種在華北地區(qū)能夠避開干熱風(fēng)的危害[23]。黃淮麥區(qū)小麥主推品種山農(nóng)19、山農(nóng)23、洛旱7號(hào)、長4738和良星77等高抗干熱風(fēng)脅迫；濟(jì)南17、濟(jì)麥20、周麥24和師欒02-1等品種對(duì)干熱風(fēng)敏感；山農(nóng)23、良星77、山農(nóng)20、濟(jì)南17和濟(jì)麥20對(duì)干熱風(fēng)抗性表現(xiàn)穩(wěn)定[24]。

(4)加強(qiáng)田間管理。深施肥(20-40cm)能促進(jìn)冬小麥中、下層根系生長發(fā)育，顯著提高土壤水分利用效率和冬小麥的產(chǎn)量?？稍黾臃柿Α⒚鐝?qiáng)苗壯、提高抗逆性，減輕干熱風(fēng)的危害[18，25]。

4.3 化學(xué)措施

抗干熱風(fēng)制劑能調(diào)節(jié)小麥生理機(jī)能，減少細(xì)胞膜電解質(zhì)外滲，抑制蒸騰，減少體內(nèi)水分損耗，提高細(xì)胞活力和光化學(xué)效率，增強(qiáng)抗干熱風(fēng)能力，提高小麥千粒質(zhì)量和產(chǎn)量[26]。

常用的抗干熱風(fēng)制劑有磷酸二氫鉀、草木灰水、硼等；還有播種種子處理劑，如：氯化鈣和阿司匹林等，播前進(jìn)行悶種處理。在小麥灌漿初期和中期，向植株各噴1次0.2%-0.3%的磷酸二氫鉀溶液，能提高小麥植株體內(nèi)磷、鉀濃度，增大原生質(zhì)黏性，增強(qiáng)植株保水力，提高小麥抗御干熱風(fēng)的能力[8]。通過噴施激發(fā)元素制劑、微量元素制劑和磷胺制劑等小麥灌漿中后期旗葉可溶性蛋白和可溶性糖含量分別增加7.43%-167.87%和8.88%-77.59%，超氧化物歧化酶和過氧化物酶活性分別提高了10.42%-62.99%和6.94%-76.29%，丙二醛含量降低6.58%-22.29%。各制劑均能顯著提高小麥穗粒數(shù)和千粒重，增幅分別為4.22%-10.36%和1.05%-5.16%[27]。

5 展望

近年來我國對(duì)小麥干熱風(fēng)災(zāi)害的研究工作涉及方方面面，取得了一系列豐碩成果，對(duì)積極防御干熱風(fēng)危害起了重要作用。但研究中也存在一些問題，例如：對(duì)干熱風(fēng)長時(shí)間跨度上對(duì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)體系不完善；對(duì)災(zāi)害機(jī)理尤其是生理生化及分子生物學(xué)方面，研究尚有待加強(qiáng)；災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警技術(shù)研究尚不成熟，不能為農(nóng)業(yè)提供及時(shí)有效的災(zāi)情信息，很大程度上阻礙了科學(xué)開展防災(zāi)減災(zāi)。