降水對冬小麥產量形成的影響研究

白廷洋　王悅勝　陳文暉

摘要：冬小麥在生長過程中很容易受到各種氣候因素的影響，其中降水因素對冬小麥生長的影響最為明顯。冬小麥 各個時期需水量不同，降水量對冬小麥各個時期的影響也各不相同。為了研究降水量對冬小麥產量的影響， 分析了影響河北省冬小麥產量的主要水資源問題，并以南宮市為主要研究對象，研究了南宮市冬小麥種植情 況、冬小麥生育期內需水量和降水量變化情況以及各生育期內降水量對冬小麥產量的影響。

關鍵詞：降水;冬小麥;產量;南宮市;河北省

文章編號：1005-2690（2022）10-0007-03?????? 中國圖書分類號：S512.ll??????????? 文獻標志碼：B

由于氣候變化和水資源短缺，包括河北省在內的 大部分地區冬小麥生產正面臨重大挑戰。河北省是我 國主要的冬小麥種植地區之一。冬小麥生長需要水資 源支持，但河北省部分地區水資源匱乏。以南宮市為 例，當地人均水資源量僅有180m，對農業種植提供的 水資源勢必逐年下降，因此降水量會很大程度決定冬 小麥的產量。

1影響河北省冬小麥產量的主要水資源問題

1.1城市化地區地下水大漏斗

目前，包括河北省在內的華北地區發展迅速，城市 化快速發展，水資源問題也隨之而來。部分城市地區地 下水出現嚴重超采現象。河北省以石家莊市為中心已 經出現了大面積的淺層地下水漏斗區，嚴重地區呈連 片地下漏斗區。地下水枯竭直接影響著河北省用水儲 備的安全性，甚至會引起海水入侵、地面沉降等問題叫 目前對于城市水循環機理的相關研究相對薄弱，城市 地下水漏斗問題有待解決。

1.2水污染問題

水污染一直以來都是水資源的主要問題之一。在 河北省南宮市，雖然@前水污染問題得到很大程度解 決，水質逐漸改善，但是前些年的水污染問題對農業發 展帶來了一定程度的影響。水污染問題導致部分地區 農業用水受到影響，對于水污染造成的后續問題需進 一步加以解決。

1.3經濟發展影響需水量

河北省經濟發展迅速，以工業化發展為主要特征， 城鎮化發展也在不斷推進。工業化和城鎮化在經濟發 展中占據重要地位，必然與水資源短缺發生矛盾沖突。 為了保證經濟發展，無論是生產還是生活方面的需水 量都在大幅度增加。如果不及時采取措施，那么經濟發 展帶來的需水量將嚴重影響水資源承載力，必將導致 為農業發展提供的水資源有所減少。

2南宮市冬小麥種植情況

南宮市屬暖溫帶濕潤季風氣候，四季分明，在季風 影響下，擁有較好的氣候條件，光熱資源比較豐富，雨 熱同期的氣候利于大多數農作物的種植和生長，是農 業生產發展的好地方。南宮市冬小麥種植面積和產量 非常可觀。冬小麥是南宮市主要的農作物之一，大部分 在平原種植，在從平原向山地過渡的丘陵地區也常有 種植。

3降水量對冬小麥產量形成的影響

冬小麥是耗水量較高的作物。研究降水量對冬小 麥產量形成的影響，對于冬小麥的生產和發展來說具 有重要的意義。到目前為止，已經有大量針對不同氣候 環境對作物產量造成影響的研究，包括不同地區不同 作物在不同自然環境下的生長情況，涉及光照、日照、 氣溫、降水等因素。很多學者深入研究了冬小麥在不同 氣候背景下的需水情況，例如楊曉林認為2009年之前 黃淮海地區冬小麥在其生育期需水量呈下降趨勢。大 部分學者將目光聚焦在作物生育期需水量研究上，缺 少具體分析降水量對冬小麥產量形成的影響㈣。本研究 結合之前的分析資料，對不同降水量下冬小麥產量進 行研究。

3.1研究對象

為了具體研究降水量對冬小麥產量的影響，本研 究選擇的主要對象為南宮市。南宮市位于河北省南部、 邢臺市東北部，屬溫帶大陸性季風氣候，具有大陸性季 風顯著、四季分明的氣候特點，光照充足，雨熱同季，年 均降水量483.2 mm（2000—2015年）。冬小麥是南宮市 主要種植作物之一。

3.2研究方法

首先，使用氣候傾向率分析某一特定時間序列下 某氣象因素的變化速率，這里用來分析降水這一氣象 因素的變化速率。

其次，釆用SIMETAW模型來模擬冬小麥在生育 期的需水量和有效降水量。這一模型的工作原理是參 考作物系數乘以參考作物蒸散量。該模型在之前研究 中已經通過校驗，確定其具備模擬每天作物需水量和 有效降水量的能力。在模型使用過程中，將冬小麥生育 起止日期輸入其中，就可以有效實施。這里的日期主要 以中國氣象局記錄的作物物候期數據為參考標準，將 多年記錄值計算出平均數確定為生育期。經計算后，冬 小麥生育期為每年10月10日一次年6月15日，10月 10日一次年3月6日為播種一越冬期，3月7日一 4月23日為返青一拔節期，4月24日一6月15日為 孕穗一成熟期。

再次，使用降水耦合度計算在特定時間內有效降 雨量對作物需水量的滿足情況，計算出的數值用0 - 1 表示

試驗結束后，借助SPSS 17.0和Excel軟件進行數據分析。

3.3數據來源

研究數據全部來自于南宮國家基本氣象站，包括 2000—2015年氣象數據，以及當日的日照時數、平均 風速、最低氣溫、最高氣溫、平均氣溫、相對濕度和降水 量等。

3.4研究結果

3.4.1冬小麥生育期內需水量和降水量變化情況

根據SPSS軟件分析結果可以得出，冬小麥生育期 內總降水量為62.5 ～ 300.5 mm。各年份之間降水量波 動較大，在研究年份區間中，最高降水量值是最低降水 量值的近5倍。由于各年季風活動與高空槽脊活動情 況各異，造成南宮市各年降水量有較明顯差別。

通過總結冬小麥全部生育期內的需水量情況可以 看出，南宮市冬小麥生育期內需水量變化主要分成兩 個不同階段，2000—2008年冬小麥生育期內的需水量 呈下降變化的趨勢，2008—2015年冬小麥生育期內的 需水量呈上升變化的趨勢，整體變化在365 - 490 mm 之間，各年份生育期平均需水量為425 mm。通過各年 份需水量對比可以發現，2001年冬小麥生育期需水量 相較于其他年份時期低。研究年份區間的平均降水量 為182 mm，通過數據可以看出，僅通過降水不能滿足 冬小麥生長的水分需求。相關數據顯示，南宮市降水耦 合度偏低，研究年份區間對小麥生育期內降水利用率 偏低，僅24%左右，因此降水量很難滿足冬小麥生長 需求。

通過對冬小麥播種一越冬時期的需水量統計可 知，在這一生育期小麥需水量呈逐年上升趨勢，從最開 始的118 mm增至 mm，并且各年份之間這一時期 冬小麥需水量各有差異。在這一生育時期，每年降水量 逐漸增多，降水量呈現不斷上升的趨勢，甚至2012年 該地區有效降水量直接超過了這一時期小麥需水量。 2007年、2014年降水耦合度也就是降水利用率甚至高 達90%。有降水耦合度如此高的年份，也存在降水耦 合度過低的年份，降水耦合度低于20%的年份有8個， 降水耦合度大于50%的年份只有3個，可見歷年降水 耦合度差距之大既

在返青一拔節時期，冬小麥在此階段的需水量呈 現逐漸增長趨勢，且變化范圍要比播種一越冬時期還 要大，最少需水量為115 mm，最多則達到189 mm，并 且各個年份之間的冬小麥需水量各有不同。2002年， 冬小麥在返青一拔節時期的需水量低于其他年份。與 上一生育時期相似的是，在這一時期內，每年降水量也 呈上升趨勢，例如2007年有效降水量超過冬小麥的需 水量，但是這一時期降水耦合度要整體低于上一個生 育時期。降水耦合度高于50%的只有2個年份，降水 耦合度低于20%的多達11個年份，甚至在2008年返 青一^節時期有效降水量低至0。

數據顯示，在孕穗一成熟階段，冬小麥需水量呈現 不斷上升的趨勢，各年之間的需水量均值在115 mm以 上，有些年份超過1 000 mm。除3個年份的需水量沒有 較為明顯差距外，其余年份都有明顯差距。在這一發育 時期，歷年降水量差別很大，2002年有效降水量成功 超過冬小麥的需水量。這一發育時期的整體降水耦合 度偏高，其中降水耦合度高于50%的有9個年份，低 于20%的只有1個年份，2002年、2005年降水耦合度 達到90%以上。

總結以上各生育時期的需水量和降水量指標可以 看出，在返青一拔節時期冬小麥需水量要明顯高于其 他生育期階段的需水量，平均需水量達到155 mm以 上，但是在返青一拔節時期有效降水量較少，最終導致 這一時期降水耦合度最小。平均有效降水量最高的時 期是冬小麥的孕穗一成熟期，達80 mm以上，遠高于其 他階段有效降水量。相對應的，降水耦合度也和有效降 水量一樣，在孕穗一成熟期最高。

3.4.2各生育期內降水量對冬小麥產量的影響

利用SPSS分析軟件將以上幾年內冬小麥在各個 生育期間的降水量和產量進行分析得出，在播種一越 冬時期的降水系數為-0.1，在返青一拔節時期的降水 系數為0.06，在孕穗一成熟時期的降水系數為0.25由 此可以看出，在不同生育時期內降水量各不相同，且降 水量對于冬小麥的產量影響也各不相同。在一些階段， 降水量與產量形成正效應;在一些階段，降水量與產量 成反效應。當降水量不能達到冬小麥的生長需求時，冬 小麥生長很大程度上依賴底墻水，底墻水的值與冬小 麥產量成正比。

降水量對冬小麥不同生育期的產量影響各不相 同，因此選擇關鍵時段進行具體分析。冬小麥在其不同 生育時期內對水分的敏感度是不同的，冬小麥的產量 不僅與降水量的具體情況有關，還與降水量在各個時 期的分配情況密切相關。在整個生育期內，降水量都對 冬小麥的生長具有重要的作用。數據顯示，拔節時期屬 于冬小麥對降水最為敏感的階段，在這一時期冬小麥 需水量較大，對于水分的要求比較高，如果缺水會對冬 小麥后期的生長造成很大影響%根據冬小麥的生長特 點，將降水情況對其產量的影響主要分為5個階段，并 使用SPSS軟件分析不同時段降水量和產量之間的 關系。

通過上述計算可以得出，在10月1日一次年6月 10日、4月11日一5月31日、9月11日一 10月10日， 降水量對冬小麥產量的影響比較大，在10月1日一次 年6月10日期間降水量對冬小麥的產量影響最大。

為了具體研究關鍵時段內的降水量變化情況，將 降水情況主要分為全生育期的降水情況、拔節時期的 降水情況和播種前的降水情況進行研究。通過研究結 果可以得出，在2002年和2009年，冬小麥全生育期降 水出現了兩次明顯的波動;在2005年和2011年，冬小 麥的拔節時期降水出現波動。播種前期的降水變化情 況和以上兩個時期的變化情況出現了明顯的不同， 2002年前后降水情況呈現上升趨勢，在此時期冬小麥 播種前降水呈逐年增加趨勢;2002—2007年，降水量 呈現下降趨勢，在2005年后降水量甚至出現負值; 2007—2015年再一次呈現上升趨勢。通過以上對降水 量的統計，可以總結出降水量變化自2007年以來呈現 不斷上升的趨勢，這一時期降水量對冬小麥產量的影 響也在不斷減小。

通過對冬小麥3個不同生育時期的降水量進行分 析，建立回歸方程，進一步分析在這3個關鍵時期內降 水量對冬小麥產量的影響。結果表明，在全生育期內降 水量達到118 mm，拔節期內降水量達到39 mm，播種 前降水量達到36 mm時，降水量對于冬小麥產量的影 響作用不大。當降水量低于這3個指標值時，冬小麥產 量就會低于基準產量，導致產量減少。當降水量高于以 上3個指標值時，冬小麥產量會高于基準產量，促進產 量增加凱因此該指標數值可以作為冬小麥所需降水量 的臨界值。

除對以上關鍵時段進行分析得出相應結論外，對 各個時期冬小麥產量情況與降水量之間的關系進行 分析，結果如下。

在冬小麥出苗前，降水量對冬小麥產量有較大的 影響。通過數據可以得知，當降水量大于16.8 mm時， 會導致冬小麥減產48% ;當降水量小于16.8 mm時，會 減產32%，也就是說在這一時期降水量過高或過低都 會對冬小麥產量造成影響。如果在這一時期降水量過 少，就很容易出現旱象，使冬小麥生長階段缺少營養， 導致出苗率降低，影響產量。如果降水量過多，連日陰 雨，會導致土壤濕度過大，很容易出現爛種的情況，也 會影響產量。

孕穗期是小麥生長速度最快的時期，是葉、穗、莖 等共同發育的關鍵時期。在這一時期，水分是主要的營 養載體，是冬小麥借助水分吸收營養的重要方式。這一 時期降水量對冬小麥產量的影響也是十分明顯的，既 需要保證充足的水分，又不能過多。

在拔節時期，冬小麥對水分的需求較為敏感。如果 水分不夠，會導致成穗率較低，影響產量。

成熟期是冬小麥生育的關鍵時期，這一時期降水 量情況會直接影響冬小麥的粒數和粒的質量，決定冬 小麥的產量。這一時期降水量和降水持續時長都會對 冬小麥有很大的影響。

4結論

降水量是影響冬小麥產量的重要因素。以南宮市 冬小麥為分析對象，對冬小麥需水量和不同降水量對 冬小麥各生長時期的影響進行詳細研究。降水量過多 或過少都會在一定程度上影響冬小麥的產量。在播種 期，降水量過大很容易影響小麥的出苗情況，影響最終 的有效穗數。在越冬期，較多的降水量有利于冬小麥安 全越冬，避免凍根死苗。降水量對冬小麥各個發展階段 都有很大影響。要想保證冬小麥的產量，應該在研究降 水量對產量影響的基礎上，在降水利用、種植期間有效 控制降水因素等方面加強研究。

參考文獻：

[1 ]孫蕊，董心亮，趙長龍.氣候x基因型x水分管理對河北平原冬小麥產量和WUE的影響[J].中國生態農業學報（中 英文），2020，28（2）：200-210.

[2]李正鵬，宋明丹，馮浩.不同降水年型水氮運籌對冬小麥耗水和產量的影響[J].農業工程學報，2018，34（18）： 160-167.

[3]杜玲，徐長春，尹小剛.氣候變化對河北低平原冬小麥需水量及水分生態適應性的影響[J].中國農業大學學報， 2017，22（12）：1-9.

[4]劉暢.氣候變化對京津冀冬小麥的影響研究[D].南京：南京信息工程大學，2017.

[5]趙稷偉.河北省冬小麥生產區域分布及其影響因素分析[D].石家莊：河北師范大學，2017.

（編輯：郭瑞）