運城盆地不同播期小麥干熱風發生風險評價

王 健 許愛玲 楊 娜 王 珂 席吉龍 衛曉東 張建誠 席天元

（山西農業大學棉花研究所，044000，山西運城）

干熱風是影響北方冬小麥籽粒灌漿的主要農業氣象災害之一，嚴重時可造成10%以上的減產[1]。近年來全球氣溫升高，導致小麥生育進程加快，極端氣候頻發，春季冷害概率增加，嚴重影響小麥產量的穩定[2]。與20世紀六七十年代相比，黃淮麥區局部干熱風災害的強度和頻率呈減弱趨勢[3]，但干熱風仍是山西南部地區農業防災減災管理中不可忽視的災害。

國內關于干熱風對小麥生產系統的影響已有很長的研究歷史。如楊霏云等[4]通過構建干熱風強度風險指數和總和抗災指數等對華北冬小麥主產區干熱風災害進行評估，李香顏等[5]利用層次分析法制定了河南冬小麥干熱風災害風險區劃等，李潔等[6]利用歷史氣象資料和近幾年的區域試驗產量，分析了干熱風對當地小麥產量的影響。趙俊芳等[7]通過分析干熱風發生危害指數的時空分布，評價了晉南干熱風對小麥生產系統的影響。楊洪賓等[8]在干熱風災害指標和防御措施等方面已有較為成熟的研究成果，但以往的研究多集中于氣象資料對傳統播期小麥生產的影響，在當前氣候變暖的環境下，播期推遲勢在必行，因此分析不同播期的干熱風發生情況就顯得尤為重要。

晉南地區小麥耕作制度主要是小麥―玉米一年兩作[9-10]。研究[11]表明，適度晚收能顯著增加玉米的產量，合理調整玉米收獲期和小麥播種期，是充分利用光熱資源的有效途徑[12]。李豪圣等[13]研究表明，濟麥22的穗數隨播期的推遲而降低，穗粒數隨播期的推遲變化不大，千粒重隨播期的推遲先升高再降低。楊春玲等[14]研究發現，半冬性小麥品種適當推遲播期后，通過增加播量，也可以形成高產群體，進而保證較高的產量。張凡等[15]研究認為，不同生態類型的品種，隨播期推遲產量的變化不盡相同，應根據品種來確定播期。以往關于播期的研究多集中于產量及其構成的變化，對不同播期對氣候環境的適應性以及播期變化后干熱風發生風險的變化研究較少。

本研究選取半冬性偏冬性小麥品種濟麥22、半冬性偏春性品種周麥18及弱春性品種西農529，采用播期和品種二因素裂區設計，分析小麥物候期、籽粒灌漿規律、產量及其構成和干熱風發生風險，得出不同類型小麥在不同播期的生長發育特征，明確不同播期下小麥干熱風發生風險，為農業生產防災減災提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2017-2018、2018-2019、2019-2020年度在山西省農業科學院棉花研究所南花農場（110°52′E，35°0′ N）進行，該農場位于山西省運城市鹽湖區，地處華北高原，海拔372m，屬大陸溫帶季風氣候，光熱資源豐富，雨熱同季。試驗地土壤pH 8.49，0～20cm深土壤有機質13.72g/kg、全氮0.874g/kg、全磷0.760g/kg、全鉀24.76g/kg、堿解氮41.54mg/kg。小麥生育期平均氣溫及降雨量見圖1，2017-2018年度為豐雨年份，冬季氣溫低，1-3月升溫慢，且4月7日凌晨發生持續6h的-2.6℃的晚霜凍害；2018-2019年度為干旱年份，冬季氣溫低，1-3月回暖快、降雨少；2019-2020年度為豐雨年份，冬季氣溫高，1-3月份升溫慢、降雨多，4月24日發生持續1h的0℃低溫晚霜凍害。

圖1 3個試驗年份小麥生長季的逐月平均溫度與降雨量Fig.1 Monthly average temperature and rainfall of wheat growing season in three experimental years

1.2 試驗設計

選擇3個不同生態類型小麥品種，分別為半冬性偏冬性品種濟麥22（Ⅰ）、半冬性偏春性品種周麥18（Ⅱ）和弱春性品種西農529（Ⅲ）。采用二因素裂區設計，播期為主區，品種為副區，3次重復，小區面積4.14m2（1.38m×3.00m），采用小區寬幅播種耬播種，幅寬10cm，幅距23cm，幅間距13cm，播深3～5cm。每個品種設5個播期（B1～B5），播量依據設計粒數乘以品種千粒重播種，推遲播期時播量增加，達到540萬粒/hm2后不再增加，具體設計見表1。

表1 不同冬前積溫的試驗設計Table 1 Experiment design of different accumulated temperature before winter

播種前底施磷酸二銨（N 18%，P2O546%）390kg，尿素（N 46%）140kg，硫酸鉀（K2O 52%）145kg。返青期追施尿素140kg，灌漿期追施100kg。分別于返青期和灌漿期灌水 1次，灌水量均為70m3。采用常規管理方法防控病蟲草害，籽粒成熟后收獲。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 物候期觀測 從小麥播種后，定期觀測小麥的生長狀態，記錄小麥出苗、越冬、拔節、抽穗、揚花和成熟等主要生育期的起始日期。

1.3.2 籽粒灌漿速率 選擇標記當天開花的麥穗150穗，并在開花后5、10、15、20、25、30d從已標記植株上選取20個麥穗，105℃殺青0.5h，之后在60℃烘干至恒重，剝取麥粒，測定粒重。采用朱志敏等[16]的三次多項式方法測定灌漿速率，以開花后天數（t）為自變量，千粒重（y）為因變量，用三次多項式模型y=b0+b1t+b2t2+b3t3進行擬合，用其一階倒數和二階倒數計算相關灌漿參數。

1.3.3 干熱風風險計算 利用鹽湖區氣象站1987-2016年的氣象資料，從5月中旬開始，以5d為1個單元，依據QX/T 82-2019[17]的相關內容，統計各個時段各年份干熱風日發生的次數，以該時段發生次數占該時段總天數（150d）的比例，記為該時段發生干熱風的風險概率。小麥灌漿達到95%的日期所在時間段的風險概率記為該品種發生干熱風的風險值。

1.3.4 產量及其構成因素 每小區去除邊行，割取中間4行，割取面積為1.38m2（行距0.23m、行長1.5m），統計總穗數，折合為單位面積穗數。風干后脫粒、稱重，折算為含水量13%的標準產量，折算每公頃產量。從中隨機取樣5次500粒稱重，同時測定含水量，折算為含水量13%的標準千粒重。隨機取50穗統計穗粒數。

1.4 數據處理

采用Excel 2010處理數據，用SPSS 24進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同播期對小麥物候期的影響

由圖1和表2、3、4可以得出，不同年度的物候期受降雨和氣溫的影響存在一定差異。2017-2018年度，3月份氣溫較高，開花期較其他年份提前；2018-2019年度，4月份降雨較多，成熟期較其他年份推遲；2019-2020年度冬季氣溫較高，返青期較前2個年度提前。但不同年度隨著播期的推遲，冬前積溫的降低，小麥拔節期、揚花期和成熟期推遲，灌漿天數略有降低。

表2 2017-2018年度不同播期對不同品種小麥物候期的影響Table 2 Effects of different sowing dates on phenological stages of different wheat varieties in 2017-2018

表3 2018-2019年度不同播期對不同品種小麥物候期的影響Table 3 Effects of different sowing dates on phenological stages of different wheat varieties in 2018-2019

表4 2019-2020年度不同播期對不同品種小麥物候期的影響Table 4 Effects of different sowing dates on phenological stages of different wheat varieties in 2019-2020

濟麥22在第1和第2個播期，冬前分蘗數最多，西農529次之，周麥18最低，隨著播期的繼續推遲，冬前積溫降低到200℃左右，各品種冬前均無分蘗。西農529在第1個播期的拔節期最早，周麥18次之，濟麥22最遲，隨著播期的推遲，西農529拔節期推遲天數最多，周麥18次之，濟麥22最少。3個品種的揚花期變化規律與拔節期一致，但變化幅度明顯低于拔節期，不同播期的揚花期接近，成熟期較揚花期差異又略有減小。說明隨著播期的推遲，小麥冬前葉齡和冬前分蘗在明顯減少，拔節期向后推遲最為明顯。小麥通過縮短各階段生長發育的時間，調節揚花期，縮短灌漿天數，使其成熟期基本維持在一個水平，其中以弱春性小麥對播期的響應最為敏感。

2.2 不同播期對小麥籽粒灌漿的影響

小麥的灌漿期一般分為漸增期、快增期和緩增期3個階段[18]，灌漿進程呈現“S”型變化趨勢，漸增期與緩增期持續時間短，灌漿速度慢，快增期持續時間長，灌漿速率快，三次多項式模擬漸增期與緩增期參數相同。由表5和表6可知，不同年型小麥對小麥灌漿參數影響較大，干旱年份小麥灌漿時長短，灌漿速率快，豐水年份小麥灌漿時長較長，灌漿速率慢。

表5 2018-2019年度不同冬前積溫處理的籽粒灌漿參數Table 5 The grain filling parameters of wheat under different accumulated temperatures before winter in 2018-2019

表6 2019-2020年度不同冬前積溫處理的籽粒灌漿參數Table 6 The grain filling parameters of wheat under different accumulated temperatures before winter in 2019-2020

2018-2019年度隨著冬前積溫的降低，濟麥22和周麥18的灌漿時長縮短，最大灌漿速率與平均灌漿速率均有所提高；西農529的灌漿時長表現為先增加后降低，最大灌漿速率與平均灌漿速率表現為先降低后升高。3個類型小麥品種在11月25日播種（冬前積溫63.7℃）時，灌漿時間均明顯降低。三次多項式擬合的漸增期與緩增期灌漿曲線規律一致，灌漿速率變化幅度小于快增期，小麥籽粒灌漿速率的變化主要表現在快增期上。

2019-2020年度，不同類型小麥品種灌漿規律隨播期的變化與上一年度基本一致，濟麥22不同播期的灌漿速率與上一年度一致，周麥18和西農529不同播期的灌漿速率較上一年度明顯提高，這說明半冬性偏冬性品種灌漿速率受氣候變化影響小，而半冬性偏春性和弱春性品種的灌漿速率受氣候變化影響較大。

2.3 運城地區干熱風發生時間分布

分析鹽湖區1987-2016年的氣象站記錄數據，依據輕度干熱風和重度干熱風發生條件，統計1987-2016年冬小麥成熟前 30d內的干熱風發生日數及占總天數的比例（圖2）。可以得出，隨著小麥成熟的推遲，輕度和重度干熱風發生概率呈逐漸增大趨勢。輕度干熱風在5月27日-6月10日3個統計單元發生概率分別達到16.67%、16.00%和20.00%，明顯高于前3個統計單元。重度干熱風主要分布在6月份，發生概率達到14.00%和11.33%，發生概率略低于輕度干熱風。這可能與鹽湖區6月份雨季來臨前的氣溫高、濕度低的天氣特征緊密相關。說明干熱風的危害主要影響小麥灌漿后期的籽粒建成，尤其成熟前10d是干熱風發生的高風險時段。

圖2 鹽湖區1987-2016年小麥干熱風發生和分布情況Fig.2 Occurrence and distribution of dry-hot wind in wheat in Yanhu area from 1987 to 2016

2.4 不同播期下小麥干熱風發生風險分析

根據鹽湖區1987-2016年不同時段干熱風條件發生概率和試驗年度灌漿模擬方程 95%灌漿完成時間，得出不同播期小麥干熱風發生風險（表7），隨著播期的推遲和冬前積溫的降低，小麥灌漿起始日期推遲且灌漿時長縮短，使小麥在一定播期范圍內，95%灌漿結束時間相近，干熱風風險保持一致。繼續推遲播期，小麥輕度干熱風發生風險無明顯變化，重度干熱風發生風險明顯提高。

表7 不同年度各處理小麥干熱風發生風險Table 7 The risk of dry-hot wind of wheat in different years

2018-2019年度，10月 5日播種（冬前積溫616.2℃），西農529的干熱風發生風險略低于其他2個品種。隨著播期的推遲，3個品種的干熱風發生風險保持一致，且與10月5日播種差異不明顯。播期推遲到11月25日（冬前積溫63.7℃）時，3個品種的重度干熱風發生風險由4%上升為14%，輕度干熱風發生風險無明顯變化。

2019-2020年度，西農529與周麥18隨著播期的變化，輕度干熱風發生風險保持一致。濟麥22在11月12日（冬前積溫114.2℃）時，輕度干熱風發生風險有所升高。濟麥22播期推遲至10月23日（冬前積溫380.1℃）時，重度干熱風發生風險明顯提高，周麥18播期推遲至11月2日（冬前積溫114.2℃）時，重度干熱風發生風險明顯提高，西農529播期推遲至11月12日（258.9℃）時重度干熱風發生風險明顯提高。

2年的干熱風發生風險分析結果表明，不同品種的干熱風發生風險穩定范圍不同，濟麥22在380℃～680℃冬前積溫、周麥18和西農529在250℃～680℃冬前積溫范圍播種，輕度和重度干熱風發生風險保持一致，繼續降低冬前積溫，小麥重度干熱風發生風險加大。

2.5 不同播期處理對小麥產量及其構成因素的影響

由圖3可知，2017-2018年度3個品種的產量均隨著播期的推遲而升高，其中以濟麥22的產量最高，周麥18次之，西農 529最低，這可能是由于2018年春季發生的嚴重低溫對小麥產量造成影響。冬前積溫越高，品種春性越強，受春季低溫的影響越大。

圖3 3個年度不同播期處理對小麥產量及其構成因素的影響Fig.3 Effects of different sowing dates on wheat yield and its components in three years

2018-2019年度隨冬前積溫的降低，西農529產量先升高后降低，在冬前積溫187℃時產量最高，濟麥22與周麥18產量呈下降趨勢，但616.2℃與390.3℃差異不顯著，這可能是由于春季2-3月春季溫度回暖快，且未發生春季低溫，使得早播（616.2℃）和適度晚播（390.3℃）的光合性能穩定，干物質積累豐富。

2019-2020年度，隨冬前積溫的降低，3個類型品種的產量均呈先升高后降低的趨勢，濟麥22和周麥18在10月23日（冬前積溫380.3℃）播種，產量最高，11月2日播種產量下降明顯，可能與2020年4月24日發生罕見的超晚霜凍有關。西農529在11月2日（冬前積溫258.9℃）播種產量最高。

3個年度的不同類型小麥品種穗數均呈先升高后降低的趨勢。隨著冬前積溫降低，增加播量成熟期穗數增多，但冬前積溫降低到100℃以下時繼續增加播量，成熟期穗數明顯降低。

3個年度的穗粒數變化不盡相同，2017-2018年度隨著冬前積溫降低，穗粒數顯著增多。2018-2019年度隨著冬前積溫的降低，濟麥22與周麥18穗粒數減少，西農529穗粒數呈先升高后降低的趨勢。2019-2020年度3個不同類型品種小麥冬前積溫的穗粒數均呈先升高后降低的趨勢。不同年型的千粒重變化趨勢也不盡相同，春季低溫主要影響了小麥的穗粒數和千粒重。

通過以上結論得出，傳統播期（冬前積溫600℃以上）播種，小麥受氣候變化影響明顯，周年產量穩定性較差，尤其以弱春性品種西農529產量下降最為明顯。適度推遲播期，降低冬前積溫，能顯著提高小麥對不良氣候條件的響應，保證周年產量的穩定。

3 討論

3.1 播期對不同類型冬小麥莖蘗動態及產量的影響

播期是小麥健壯群體構建的重要影響因素，以氣溫升高為主要特征的氣候變化使小麥生長發育的環境條件發生了變化，必然導致區域最佳播期發生變化[8,19]。不同播期的小麥，其冬前分蘗、物候期、穗粒數以及千粒重等都有一定的差異[20-21]。小麥產量隨播期的推遲，不同年型變化不同[22]。有研究[23-24]認為，穗數隨著播期推遲而下降，晚播增加播量可以提高成穗數，適當晚播可以提高小麥穗粒數，也有學者[25]認為適度晚播，穗粒數降低，不同地域、播期和品種的產量及其三因素結果不盡相同。本研究通過3個年度的試驗表明，隨著播期的推遲，小麥冬前葉齡和分蘗數減少，拔節期明顯推遲，而開花期推遲較少，成熟期略有推遲，小麥通過縮短各生育階段時長，以保證灌漿時間。3個年度的產量表現，濟麥22和周麥18以380℃左右冬前積溫的周年產量最高，西農529以250℃冬前積溫的周年產量最高，且該冬前積溫下，對氣候變化的適應性明顯提高。適度推遲播期，增加播量，不同類型小麥均以穗數和千粒重的增加來提高產量，穗粒數呈降低趨勢。這與前人研究[26-27]的冬小麥最適冬前積溫570℃～645℃、冬前葉齡6～7壯苗的冬前指標不盡相同。在氣候變暖大環境下，小麥的最適冬前指標已經發生改變。

3.2 播期對不同類型冬小麥灌漿規律的影響

籽粒灌漿進程與小麥的籽粒產量密切相關，尤其對產量要素中的千粒重影響最大[28]。本研究表明，相同播期下，半冬性偏春性品種周麥18灌漿速率最快，半冬性偏冬性品種濟麥22與弱春性品種西農529的灌漿速率相近。隨著播期的推遲，不同類型品種灌漿時長降低的同時灌漿速率增加，保證了不同播期下千粒重的穩定（2017-2018年度），且在水分條件適宜的情況下（2019-2020年度），隨著播期推遲，千粒重顯著提高，這與程西永等[29]研究結果不盡相同，這可能是在氣候變暖的大環境下，適度晚播雖然縮短了籽粒灌漿時長，灌漿速率加快，灌漿期光熱資源利用率較早播更高，從而提高了小麥籽粒千粒重。

3.3 播期對不同類型冬小麥干熱風發生風險的影響

鹽湖區1987-2016年的小麥干熱風主要集中在5月下旬和6月上旬。以籽粒灌漿達到95%的時間，討論干熱風發生風險，豐水年（2019-2020年度）籽粒灌漿時間較長，干熱風發生風險較干旱年（2018-2019年度）略有提高。2個年度灌漿結果表明，380℃冬前積溫下的不同品種干熱風發生風險與 600℃冬前積溫發生風險一致。濟麥 22在低于380℃冬前積溫時干熱風發生風險提高，而周麥18和西農529低于250℃冬前積溫后，干熱風發生風險才有所提高。適度推遲播期，干熱風發生風險并未提高，而小麥周年產量的穩定性顯著提高。本研究提出了可適度推遲播期，但與之配套的品種選擇、水肥運籌和播種方式等還需進一步研究。

4 結論

適度推遲播期，冬前積溫減少到380℃左右，冬前分蘗數為2～4時，冬前生長量少，可減少冬前養分和水分消耗，且灌漿速率加快，提高了千粒重，而干熱風發生風險沒有明顯提升，小麥產量較傳統播期（冬前積溫約600℃）顯著提升。本地區的主推品種為半冬性偏冬性品種，在約380℃冬前積溫時，半冬性偏春性品種以及弱春性品種在本地區也可種植。