湖北省冬小麥生長后期濕害分區研究

劉銀秀，匡曉為，張祖潛

（1.湖北省氣象信息與技術保障中心，武漢 430070；2.湖北省仙桃市氣象局，湖北 仙桃 433000）

冬小麥是湖北省主要糧食作物之一。全省現有耕地面積達335萬hm2［1］，其中小麥種植面積71萬hm2，面積較大。湖北處于中國地勢第二級階梯向第三級階梯過渡地帶［1］，地勢呈三面隆起中間低平、向南敞開、北有缺口的不完整盆地。因地貌類型多樣［2］，地勢高低相差懸殊，西部神農頂海拔達3 105 m，東部平原的監利市譚家淵附近地面高程卻為0。西、北、東3面為山地及山前丘陵崗地；中南部為江漢平原，與湖南省洞庭湖平原連成一片，地勢平坦，土壤深厚肥沃，除平原邊緣崗地外地區，海拔偏低。平原地區由于河湖交叉沖積、沉積，形成了很多大平小不平、蜂窩狀、盆碟式的洼地［3］，加上降水充沛，常在小麥生長發育中發生濕害并誘發病害，易遭受嚴重損失。如何根據較長年代的氣象資料，統計分析氣候規律，助力種植業合理布局，盡量規避可能出現的災害，是一項較有意義的農業氣象研究工作。

湖北省植物保護總站2021年4月21日資料顯示，全省赤霉病累計發生面積為29萬hm2。2021年小麥赤霉病在江漢平原地區大發生，在鄂北地區為中等偏重發生。2021年麥收后，仙桃市農業氣象人員到當地湖區農村訪問調查，鄉親們反映赤霉病嚴重，收獲的基本是病麥，家禽都拒食。早年劉銀秀等［4］就曾對江漢平原陰濕害進行過專題研究，發現濕害對小麥產量的影響主要表現在小麥進入生殖生長后，多雨寡照天氣削弱了小麥光合作用，地下水位過高降低了麥苗的根系活力，進而阻礙了其干物質積累。不少專家學者對江淮地區冬小麥生長中后期濕害進行過分區研究［5-9］，因湖北地區緯度與江淮地區差別不大，同屬亞熱帶季風氣候，因此，可借鑒江淮地區的濕段天氣標準［5］、澇漬災害風險評估方法［6］，對湖北小麥生長后期的濕害情況進行評估分析，這項研究尤其對于沒有農業氣象觀測的地區是有裨益的。

1 資料與方法

1.1 資料

所用資料：湖北省23站1971—2020年共計50年氣象觀測數據，江蘇省溧陽、啟東2站1980—1990年的氣象觀測數據，均來源于湖北省氣象信息保障中心。仙桃市2013—2020年共計8年赤霉病資料來源于仙桃市農業局。湖北23個站代表片區：鄖西為鄂西北山區代表站；老河口為鄂西北山區向平原過渡地帶站；建始為鄂西南山區代表站、當陽為鄂西山區向平原過渡地帶站；麻城、大悟為鄂大別山區代表站；蘄春為大別山南緣丘陵；赤壁為幕阜低山丘陵；隨州為桐柏山、大洪山以及山地向平原過渡地帶站；襄陽、棗陽、宜城為江漢平原北部站；荊州、天門、漢川、仙桃、孝感、應城為江漢平原中部站；嘉魚、咸寧、公安為江漢平原南部站；江夏、武漢為江漢平原東部站。

1.2 方法

1.2.1 濕段天氣系數濕段天氣的標準［5］：每年4—5月氣象站日觀測資料中2、8、20時相對濕度達到85%，14時相對濕度達到82%，且日平均氣溫≥12.0℃，持續30 h以上。馮成玉等［5］統計的是1980—1990年資料，該時期每天只有4個時次（2、8、14、20時）的小時相對濕度資料，故“持續30 h”實際上是“連續2 d”。

根據馮成玉等［5］“江蘇省38個站（點）1980—1990年小麥赤霉病易感期氣象資料統計”表，將其中的“統計系數”作為本研究的“濕段天氣系數”，濕段天氣系數（S）計算式：

式中，S為濕段天氣系數，N為統計年數，i為年序，Yi=0或1（某年沒出現濕段天氣取0，否則取1），Ti為每年出現濕段天氣的次數，Di為每年濕段天氣的天數合計。

為了驗證“持續30 h”是否為“連續2 d”，本研究利用江蘇省的氣象資料對文獻［5］中溧陽、啟東2站的統計系數進行了驗算，分別為383.85和243.06，結果完全符合。

1.2.2 澇漬指數小麥澇漬災害主要是由降雨、日照因子綜合影響導致的結果，澇漬災害的危害程度還與陰雨寡照的時間長短密切相關。因此，考慮降水量、降水日數和日照時數綜合作用，構建澇漬指數模型［6］：

式中，式中Qwi為第i時間段（本研究以旬為單位）的小麥澇漬指數，Ri、Rdi、Si分別為第i時段的降水量、降水日數、日照時數；Rmax、Rdmax、Smax分別為序列內旬降水量、旬降水日數和旬日照時數的最大值。a1、a2、a3分別表征降水量、雨日和日照時數對形成澇漬災害貢獻的經驗系數。盛紹學等［6］研究表明，在淮河以北區將a1、a2、a3取值為1、0.75、0.75，在淮河以南區，a1、a2、a3取值為1、1、0.5。

最終計算結果，當Qwi≤0.5時，表示無澇漬；當0.51≤Qwi≤0.80時，表示輕度澇漬；當0.81≤Qwi≤1.10時，表示中度澇漬；當Qwi＞1.10時，表示重度澇漬。

利用1971—2020年每站3月下旬至5月下旬資料，計算得到每站的小麥澇漬指數。以淮河以南區標準［6］，將a1、a2、a3取值為1、1、0.5，計算湖北的Qwi。在計算過程中，采取分旬統計。為了使各旬全省范圍內的站站之間Qwi具有可比性，Rmax、Rdmax、Smax需要統一標準：旬降水日數的最大值，除3月下旬、5月下旬取11外，其他旬均取10；旬日照時數的最大值：取23站50年當旬的最大值；旬降水量的最大值：先取23站50年當旬的最大值，因為站與站之間該值之間的差別太大，再取23站最大值的平均值。

計算得到每站的小麥澇漬指數，并分別統計了Qwi＞0.5、Qwi＞0.8、Qwi＞1.10出現的旬數。

2 結果與分析

2.1 濕段天氣系數結果分析

赤霉病已成為部分地區小麥減產、品質低劣的主要因素，以長江中下游冬麥區發生頻率最高、損失最大。赤霉病不僅能導致作物減產和品質下降，還能產生毒素，嚴重時使人畜中毒。赤霉病發生具有間歇性和爆發性，能夠在短時間內突然成災，其發生、發展、流行都和氣象條件密切相關或與氣象災害相伴發生。溫度適宜時濕度就成為赤霉病發生流行的制約因子［10］。

4—5月是長江流域冬小麥孕穗成熟期，小麥生長旺盛。根據湖北荊州農業氣象試驗站多年觀測資料，小麥抽穗期單株葉面積平均約145 cm2，該階段葉面積指數可達6.6。研究表明，赤霉病是由多種鐮刀菌侵染引起的，其流行程度與菌量、品種及小麥揚花灌漿期間的氣候條件密切相關，在溫暖潮濕和半潮濕地區尤其嚴重［7］。

馮成玉等［5］根據小麥赤霉病實際區域病情，將江蘇省氣候分區指標分為4級：S≥130為1級，80≤S＜130為2級，30≤S＜80為3級，S＜30為4級。

根據式（1），利用湖北省23站1971—2020年50年4—5月的日氣象資料，計算濕段天氣系數（S）（圖1）。從圖1可以看出，赤壁、咸寧、嘉魚氣候分區指標分為1級，漢川、仙桃、應城、蘄春、江夏、公安為2級，大悟、建始、隨州、宜城、武漢、荊州、天門、孝感為3級，鄖西、棗陽、麻城、當陽、老河口、襄陽為4級。

圖1 湖北省1971—2020年50年的濕段天氣系數分布

小麥赤霉病與氣溫和相對濕度均有關，徐云等［7］定義指標為氣象站2、8、14、20時4個時次記錄同時滿足氣溫T≥14.3℃、相對濕度U≥64.7%，其高溫高濕的標準與馮成玉等［5］的濕段天氣的標準類似，所以濕段天氣的標準也是可以根據各地情況進行調整的。

考慮到馮成玉等［5］在計算時，基本以1980年的資料為主，其氣候分區指標有時間和空間上的局限性。為了慎重起見，本研究以10年為時間段計算了1971—1980、1981—1990、1991—2000、2001—2010、2011—2020年5個年代的濕段天氣系數，并挑選了每個站點5個年代的最大值（圖2），以便對50年的濕段天氣系數分區結果加以補充。

圖2 湖北省1971—2020年5個年代的最大濕段天氣系數分布

從圖2可見，利用濕段天氣系數5個年代的最大值，將標準提高到≥200為1級，除赤壁、咸寧、嘉魚氣候分區指標分為1級外，增加江夏、仙桃、漢川6個站。

如將標準提高到＜50為4級，鄖西、老河口、當陽、麻城、大悟共5個站為4級（表1）。

表1 23個站1971—2020年4—5月濕段天氣系數分級統計

從圖1、圖2可見，鄂西南山區為濕害較重區。除了鄂西的中、南部山區外，從鄂西北到咸寧南部呈逐漸增加趨勢，以荊門市北部—孝感市北部—武漢市以北為主分界線，往南等值線密集程度迅速增加。

2.2 結果與分析

2.2.1 旬澇漬指數的旬數分級統計濕段天氣系數只考慮了空氣溫度和相對濕度同時偏高造成的小麥濕害，沒有考慮降水和日照的影響，澇漬指數正好可以彌補該方面的不足。

根據湖北鄖西、天門、鐘祥、隨州等多個站1990—2013年的小麥生育期觀測資料，一般情況下，孕穗普遍期位于3月下旬至4月中旬、抽穗普遍期位于4月上旬至4月下旬、乳熟期位于4月下旬至5月中旬、成熟期位于5月中旬至5月下旬。上述時期正是湖北小麥植株茂盛且易感病時期。因此，選用23個代表站每站1971—2020年3月下旬至5月下旬（累計350旬）的旬降水量、降水日數和日照時數進行歷年各站各旬的澇漬指數統計。圖3為由各站1971—2020年共50年3月下旬—5月下旬達輕、中、重度澇漬標準（澇漬指數Qwi＞0.5、Qwi＞0.8、Qwi＞1.1）的旬累計旬次數組成的序列圖。從圖3可見，各站3個級別的旬次數在站點排序中的序數基本一致：其中，鄂西北的鄖西、棗陽、老河口旬次數基本屬于最少，鄂南的嘉魚、赤壁、咸寧旬次數基本屬于最多。

圖3 各站1971—2020年3月下旬至5月下旬達輕、中、重度澇漬標準的累計旬數

為了與濕段天氣系數法分區進行比照，用4級標準進行了澇漬指數分區。圖4、圖5分別為澇漬指數＞0.8的旬數和＞1.1的旬數站點分布圖。

從圖4、圖5可見，咸寧、赤壁、嘉魚、蘄春、建始、江夏、公安旬澇漬指數＞0.8的旬數大于82次，＞1.1的旬數大于32次；鄖西、棗陽、老河口、宜城、襄陽、隨州、大悟旬澇漬指數＞0.8的旬數大于40次，＞1.1的旬數大于16次。

圖4 湖北省1971—2020年3月下旬至5月下旬澇漬指數＞0.8的旬數分布

圖5 湖北省1971—2020年3月下旬至5月下旬澇漬指數＞1.1的旬數分布

湖北旬澇漬指數＞0.8、＞1.1的旬數分布情況（表2）：鄂西南山區為高值區；除了鄂西的中、南部山區外，從鄂西北到咸寧南部呈逐漸增加趨勢，以荊門市北部—孝感市北部—武漢市以北為主分界線，往南等值線相對密集，增加較迅速。

表2 湖北省1971—2020年3月旬至5月下旬澇漬指數分區（以＞0.8的旬數為主）

2.2.2 仙桃市2013—2020年赤霉病情與旬澇漬指數對應分析統計仙桃市2013—2020年3月下旬至5月 下旬 每旬 澇漬 指數Qwi＞0.5合計 值、旬Qwi最大值，生成仙桃市2013—2020年旬澇漬指數與赤霉病情 統計表。由 表3可見，2013年 旬Qwi＞0.5合計值1.82、旬Qwi最大值0.74為8年最小，病穗率最小、病情指數次小；2020年旬Qwi＞0.5合計值1.94為8年次小值，病穗率11.3為次小、病情指數3.3最小；2016年旬Qwi＞0.5合計值3.81、旬Qwi最大值1.72為8年最大，病穗率為71、病情指數23為8年最大；2017年病穗率、病情指數均為8年次大，除了與旬Qwi最大值1.47較大有關外，2016年的病源基數大是重要因素。總之，仙桃市2013—2020年赤霉病情與旬澇漬指數對應較好。

表3 仙桃市2013—2020年旬澇漬指數與赤霉病情統計

2.3 湖北地形地勢對澇漬影響分析

湖北4—5月的連續陰雨天氣，將影響小麥灌漿，降低結實率和粒重，還極易引起赤霉病、銹病的發生和流行［11］。陳協清等［12］指出，江漢平原是長江、漢水及其支流交匯的三角洲地帶沖積平原，這里4—5月常出現連陰雨天氣，這時正值小麥孕穗、揚花、灌漿階段，降雨引起的澇漬災害致使小麥減產，并提出用小麥受淹時間、地表淹水深度、田間土壤漬水3個主要指標，反映小麥在不同階段的受澇減產函數。小麥抽穗、乳熟期發生漬害，會使小麥根系早衰，嚴重的甚至發黑腐爛、植株水分供水失調，引起生理干旱，綠色葉片減少，葉片功能期縮短，植株早枯，灌漿成熟期縮短，子粒變小，粒重降低致使產量減少。

對南方易澇易漬地域而言，在植物生長季節，當一場雨引起的地面澇解除后，往往地下水位尚未降落到適宜的埋深，又會遇到另一場降雨，從而客觀上存在著先澇后漬，澇去漬存或澇漬交替發生的現象，簡稱為“澇漬相隨現象”。在生產上很難將澇漬作用對作物的影響截然分開［13］。湖北被稱為千湖之省，眾多的湖泊主要分布在面積較小的平原地區。在生產上，農田排水通常先排澇后排漬。當遇到連續的強降水天氣過程時，湖北的城市道路積水已經屢見不鮮。一般農田相較城市地勢低，特別是歷史上大規模圍湖造田形成的眾多“湖田”，排凈田間漬水需要花更多時間。

前述計算討論，均是圍繞氣象站觀測資料，沒有考慮地形地勢的影響。如果田間澇漬時間過長，必然造成濕度過大的田間小氣候，故地形地勢也要引起高度重視。

一般說來，特別是在平原地區，縣級氣象站海拔高度高于當地農田的海拔高度。圖6是湖北省氣象站海拔高度圖。利用湖北省氣象站海拔高度（因利川、神農架站海拔高度＞1 000 m，為了看圖方便，在圖中去掉了2個站的信息），蘄春、石首、公安、蔡甸、大冶、陽新、赤壁、浠水、枝江9站海拔高度＜50 m；黃梅、黃岡、武漢、武穴、漢川、孝感、嘉魚、新洲、洪湖、仙桃、監利、應城、潛江、鄂州、黃陂、云夢、荊州、黃石、天門19站海拔高度＜35 m（表4）。

表4 湖北省23個氣象站高度與所在縣（市）地形地勢

圖6 湖北省氣象站海拔高度（不含利川、神農架站）

湖北省氣象站海拔高度分布情況：除了山區外，全省從西北到長江沿線呈逐漸降低趨勢，以荊門市北部-孝感市北部-武漢市以北為主分界線，分界線以南的漢水近岸到長江近岸之間的區域為湖北省的低洼地區。

2.4 綜合影響分析

利用1971—2020年50年4—5月的濕段天氣系數、5個年代濕段天氣系數的最大值、3月下旬至5月下旬旬澇漬指數＞0.8的旬數、旬澇漬指數＞1.1的旬數。對這4種結果的分級見表5，表中4級表示濕害最輕，1級表示濕害最重。濕段天氣系數法、澇漬指數法在不考慮地形地勢的情況下，鄂西北山區及向平原過渡區、桐柏山大洪山及向平原過渡區、鄂東北大別山與丘陵區、江漢平原北部區、鄂西山區向平原過渡區是濕害4級或3?4級區，濕害輕和較輕。鄂西南山區為濕害較重區。以荊門市北部—孝感市北部—武漢市以北為主分界線（圖7），主分界線以北為濕害較輕區，且越往北濕害越輕；主分界線以南為濕害較重區，且越往南越重。

圖7 湖北省小麥生長后期濕害4級分區圖

表5 湖北省小麥生長后期濕害分區

3 小結與討論

由濕段天氣系數法、澇漬指數法進行統計綜合分析，鄂西北山區及向平原過渡區、桐柏山大洪山及向平原過渡區、鄂東北大別山與丘陵區、江漢平原北部區、鄂西山區向平原過渡區是濕害4級或3?4級區，濕害輕和較輕。鄂西南山區為濕害較重區。以荊門市北部—孝感市北部—武漢市以北為主分界線，主分界線以南為濕害較重區，基本上是越往南越重。

在考慮地形地勢的情況下，江漢平原除北部以外的地區，縣城海拔高度一般在50 m以下，尤其是湖區低洼田塊，為容易產生較長時段澇漬的區域；湖北偏南丘陵地區的谷地沖田，也有易澇漬地。

鑒于以上分析，為了提高糧食產量，在進行土地種植規劃時，對濕害較輕地區，可盡量增加小麥種植面積；對濕害較重地區，最大限度地調減小麥面積；對濕害嚴重地區的濕害嚴重地段，種植小麥易遭遇較重赤霉病，造成豐產不豐收，即小麥產量越高，“赤字”越大，建議轉向增加雙季稻、再生稻面積，也可以一季稻后種植油菜或綠肥或利用冬炕培養地力。

對于濕害的防治，第一，在工程措施上加強農田水利建設，實行排灌分家，對一些低洼田，不僅要明排，還可在地下埋設暗管，對地下水位施行暗降。第二，在農藝措施上，開好并疏理“三溝”，經常中耕松土，以切斷土壤毛細管，抑制地下水上升，防止耕作層過濕。第三，在生態對策上，根據生物間共生互利原則，進行作物高矮間套。提高光能利用率，降低田間濕度。如需要種植棉花的地方，可發展“小麥/平菇/棉”生態間套種植模式，不僅鮮菇產量可達22 500 kg/hm2，而且通風透光，減輕小麥濕害。平菇收后菌渣一部分留田，增加了土壤肥力和有機質，可促進棉花增產；另一部分還可加工菌糠飼料，發展畜牧業。