气候变化对四川东北部冬小麦产量的影响

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　　摘要    气象因子是影响冬小麦生长发育及产量的重要因素。南充市是四川东北部重要的小麦生产区域，小麦是南充第二大粮食作物，对成渝经济区的粮食安全至关重要。本研究采用1998—2019年气象数据和小麦生长发育及产量数据，较为系统地分析日照、温度、降雨三大气象因子对小麦生产的影响。结果表明，日照和降雨是影响川东北冬小麦生产的重要限制因子，该结果可为使用栽培和育种手段调控川东北地区小麦的生长发育使其高产稳产提供参考。
　　关键词    候;冬小麦;产量;四川东北气部
　　中图分类号    S512;S162        文獻标识码    A
　　文章编号   1007-5739（2020）08-0006-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）
　　Abstract    Meteorological factor is one of the most important factors that affect winter wheat growth and development and yield.Nanchong City locating on the northeast of Sichuan Province is a vital area for the grain production of winter wheat which is the second grain crop in Nanchong and is of great importance for the food security of Chengdu-Chongqing economic zone.In this study，the effects of meteorological factors including duration of day，temperature and precipitation on the growth and development and grain yield of winter wheat from 1998 to 2019 were analyzed.The results showed that the duration of day and precipitation were the main limiting factors that affected the grain production of winter wheat in the northeast of Sichuan，which provided a reference by breading and cultivation approaches to obtain a higher grain yield of winter wheat in the northeast of Sichuan.Key words    climate;winter wheat;yield;northeast of Sichuan Province
　　小麦是四川盆地重要的粮食作物，占四川省全年粮食总产量的20%左右[1]。近年来，受人为活动的影响，全球气候变化幅度较大，耕地面积减少，对小麦生产安全造成了严重影响。小麦生长发育及产量形成过程中，气候是影响其产量形成和品质的最重要因素。因此，研究气象因子对小麦生长发育及产量的影响具有重要意义[2]。
　　南充市是四川东北部重要的枢纽城市，处在成渝经济区的三角地带，是四川第二人口大市。小麦是南充第二大粮食作物，对成渝经济区的粮食安全至关重要。南充市多为低山丘陵区，属于亚热带湿润季风气候区，四季分明，雨热同季，冬季较暖，霜雪少，年均气温17 ℃左右，光、温、水时空分布不均。光、温、水均是影响小麦生产的重要限制因子，而目前对该地区小麦生产的影响分析还未见报道。本研究通过20年气象数据和小麦生长发育及产量数据较为系统地分析气象因子对小麦生产的影响，寻找川东北地区小麦生产的气候限制因子，以期为川东北小麦高产稳产提供参考。
　　1    材料与方法
　　1.1    资料来源
　　气象资料来源于南充市7个国家气象观测站、3个农业气象观测站和南充市统计局，包括1998—2019年连续22年小麦生产阶段南充市所有小麦主产区每个月的观测数据。搜集每月日照时长、每月日均温度、最高和最低温度、每月降水量等资料用于分析。小麦苗期及产量性状、产量数据来自南充市农业气象观测站，并结合南充市统计局数据进行搜集。
　　1.2    资料处理
　　对1998—2019年小麦生育期内日照时长、每月日平均温度及最高和最低温度、降水量、小麦性状及产量，根据前人研究方法使用SPSS统计分析，并用Excel作图[3-4]。
　　2    结果与分析 　　2.1    冬小麦生育期川东北生态区日照时长的变化
　　小麦是低温长日照植物，日照时长是影响小麦开花的重要因子。3月中下旬是川东北冬小麦开花的关键时期。由图1可以看出，1998—2019年小麦生育期每年总日照时长平均为656 h，年际间波动范围较大，最长时长为2000—2001年的817.1 h，最短时长为2018—2019年的529.0 h。小麦生育期内日照时数仅为500～850 h，仅为我国河南（1 200～1 300 h）的40%～60%[1]。其中，川东北冬小麦3月开花时期的日照时长最为关键，1999—2019年每年3月的日照时长波动范围也较大，平均日照时长为103.3 h，其中2004—2013年间波动范围较小。3月最长总时长为2000—2001年，达159.8 h;其次为2001—2002年，达158.4 h;第三为2012—2013年，达156.0 h;最短日照时长为2013—2014年，为54.8 h;次短为2016—2017年的63.8 h。由此可见，南充市为典型的四川盆地寡日照农业生态区。
　　2.2    冬小麦生育期川东北生态区温度的变化
　　温度是影响小麦生长的最重要气候条件中最重要的因素。由图2可以看出，1998—2019年每年10月至次年5月小麦生育期平均积温为3 242.6 ℃。川东北冬小麦播种期为10月下旬至11月上旬。10月的平均温度为17.7 ℃，11月的平均温度为12.7 ℃，二者差异非常显著。冬前≥0 ℃积温为1 290.9～1 592.5 ℃·d，处于较为稳定的状态，其中≥0 ℃积温最低为2010—2011年1月。1998—2019年，冬小麦生育期冬前最低温度为2011年1月的0.4 ℃，越冬时最高温度为2016年的12.9 ℃，但该温度持续时间较短，不能影响小麦的春化作用。最高温度均在2000年5月中旬，高达31.7 ℃，该季节小麦处于成熟期，理论上对小麦产量无影响。综上所述，川东北小麦生育期内，温度总体趋于较为平稳的状态，可通过天气预测等方式提前调播期，使该地区冬小麦顺利越冬和正常生长发育。
　　2.3    冬小麦生育期川东北生态区降水的变化
　　降雨量也是影响冬小麦生长发育及产量形成的重要气候生态因子。由图3可以看出，川东北冬小麦生育时期内，总降水量差异波动较大。1998—2019年间，冬小麦生育期内平均降雨量为369.9 mm，其中2017—2018年降量水最多，达513.5 mm，2013—2014年降水最少，为261.3 mm。降水相对较少的年份为1999—2000年、2008—2009年、2000—2001年、1998—1999年、2009—2010年、2014—2015年。小麦播种需要在雨季，土壤墒情达到小麦播种条件才能播种，否则可能错过最适温度等条件而错过最佳播种期。1998—2019年川东北地区小麦的播种时期一般集中在10月下旬至11月中旬，其间的降水直接影响到播种时间。由图4（a）可以看出，1998—2019年期间，每年10月下旬降水差异天数差异较大，最少为1998年的2.3 d，最多为2018年的5.4 d;每年11月上旬降水最多的是2017年，达5.1 d，降水最少的為2.0 d;每年11月中旬降水最少的为1.8 d，降水最多的为2005年和2017年，达5.1 d;11月下旬降水最少为1998年的1.7 d，最多为2017年的5.9 d。由此可见，播种和出苗期间，1998年的干旱最严重，2017年降水量最多，可能会对自然生长条件下小麦生长发育及产量造成影响。
　　2.4    川东北生态区冬小麦产量性状及产量情况
　　经1998—2019年期间的调查分析结果表明，小麦单株平均粒数、小穗数、分蘖数及单位面积产量存在年际间波动（图5）。1998—2019年，年际间单株平均粒数为50.7粒，最大单株平均粒数为2005年，为58.5粒;最小单株平均粒数为1999年，为35.5粒。年际间平均小穗数为18.7个，小穗数最多的为2005年，为22.6个;小穗数最少的为1999年，为15.6个。年际间平均分蘖数为4.7个，最大平均分蘖数为2005年的7.2个，最少平均分蘖数为1999年的2.7个。1999—2019年，冬小麦平均产量为4 204.6 kg/hm2，2005年最高，为4 864 kg/hm2;1999年产量最低，为3 506.6 kg/hm2。1999年产量低的主要原因是1998年秋冬季发生了一次较为严重的干旱，导致播期参差不齐以及苗期受到较为严重的干旱胁迫。2003—2005年，冬小麦产量呈上升趋势，2005—2018年产量较为稳定，并略呈上升趋势，小穗数、分蘖数及单株粒数与该年单位面积产量呈现出较为一致的趋势。由此说明，总体上该年小麦在苗期的长势与该年小麦单位面积产量的高低变化幅度较为一致。
　　3    结论与讨论
　　气候生态条件是影响小麦分布、栽培、生长发育和产量形成的重要因素。有效穗数、每穗粒数、千粒重协调发展才能有效提高小麦产量[5-6]。近22年，川东北地区冬小麦以2003—2005年单产最高，产量构成因素中单株粒数、小穗数等均相应较高。小麦是长日照植物，较长的日照时数对小麦开花灌浆至关重要。在川东北地区，3—4月是小麦开花灌浆的重要时节，日照量直接影响冬小麦的高产。在此期间，四川常出现阴雨寡日照天气，限制了四川冬小麦的高产和高品质[4]。2003—2005年3—4月日照较多，其间降雨较少，越冬前降雨量较为充足，既保障了苗期健康生长，又保证了开花抽穗期的光照量，促进了产量提高。
　　小麦是喜温耐寒怕热作物。全球温度的变化可能会在一定程度上影响农作物的物候期及生长发育等[3，7-8]。前人研究表明，温度又是冬小麦生长过程中特别是越冬前后时期最重要的气候因素[9-10]。温度对冬小麦播期、拔节及开花灌浆等起着至关重要的作用[1，9]。灌浆期温度过高，也不利于冬小麦的高产[11]。冬小麦不同生育阶段的适宜温度不尽相同[1，12]。本调查结果中，1998—2019年小麦播种期的积温均较为平稳，越冬前后及越冬后至灌浆期均未受到冷害或冻害，最高温度也未达到对冬小麦生产造成负面影响的程度。虽然每年10月与11月之间的平均温度差异显著，但在气象和农业管理部门的科学指导下，根据农民的经验调节播期，最大程度上避免了温度对川东北地区冬小麦产量的负面影响。 　　降雨量也是影响小麦生产极为重要的气候生态条件。小麦是地中海式农业的优势作物之一，一般要等到雨季到来后土壤墒情达到小麦播种标准才能播种[1]。小麦灌浆结实期遇到阴雨寡日照条件，也会限制小麦产量的提升[4]。近20年来，川东北地区降雨量年际间和月份间差异较大，可能是造成冬小麦产量差异的最主要因素之一。1998—1999年，虽然越冬后降雨量较多，但越冬前降雨量极少，长期干旱胁迫造成了幼苗大量死亡，导致小麦产量达近20年来历史最低。2000—2001年恰好与1998—1999年的趋势相反，前期雨量充沛，越冬后则干旱，也导致最终产量相对较低。2003—2005年降雨量总量及月季间分布较为合理，再结合光照及温度的优势，最终导致冬小麦产量的提升。近年来，农业管理部门根据降水及丘陵地区农业灌溉需水特点，修建了充足的蓄水池，在干旱季节来临时能充分利用蓄水池进行合理灌溉，避免了季节性干旱对川东北冬小麦产量的负面影响。
　　综上所述，近20年来，日照、温度和降雨均不同程度影响川东北冬小麦的产量，其中光照和降水是其中的两大主要气象影响因子。而目前在科学灌溉条件下，日照是小麦产量提升的重要限制因子。在当前气象规律下，通过育种手段培育高光效冬小麦品种或通过因地制宜的栽培措施，可为未来川东北小麦高产高效提供保障。
　　4    参考文献
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