胶东半岛地区气象因子对冬小麦产量影响的研究

梁波++王冰++姜大奇++宋佳颖++王娜++林修栋

摘要：以胶东半岛的牟平农商里村试验田为研究区，结合当地气象资料对胶东半岛地区冬小麦最佳播期进行了研究。结果表明，小麦从播种至出苗需积温118.9 ℃，从出苗至越冬前每长1片叶需积温86.7 ℃；小麦在越冬期间仍在生长，一般生长1片叶上下，每长1片叶需积温43.4 ℃；从返青期的心叶算起到旗叶期主茎都是生长7片叶。为形成冬前6叶1心的壮苗标准且达到最高产量，需要在9月29日至10月5日间播种。小麦的穗数、每穗粒数、千粒重、产量与气候因素密切相关，在生长期间易受气象灾害的影响而导致产量降低。

关键词：气象因子；冬小麦；最佳播期；产量；影响；胶东半岛

中图分类号：S161；S512.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）01-0056-08

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.01.015

Research on Impact of Meteorological Factors on Winter Wheat Yield

in Jiaodong Peninsula

LIANG Bo1，WANG Bing2，JIANG Da-qi3，SONG Jia-ying1，WANG Na4，LIN Xiu-dong5

（1.Meteorological Observatory of Muping， Yantai 264100， Shandong， China； 2.Meteorological Bureau of Yantai， Yantai 264003，Shandong， China； 3.Agro-technical Station of Muping， Yantai 264100， Shandong， China； 4.Yantai Marine Environmental Monitoring & Forecasting Center， Yantai 264003， Shandong， China； 5.Meteorological Observatory of Shidao， Weihai 264309， Shandong， China）

Abstract：Taking Nongshangli village， Muping district， Jiaodong peninsula as study area， the optimum sowing date of winter wheat in Shandong peninsulacombined was analyzed combining with the local meteorological data. The results showed that wheat needed the accumulated temperature of 118.9 ℃ from sowing to seeding emergence， and each leaf needed accumulated temperature of 86.7 ℃ from seeding emergence to the previous winter. During the overwintering period， wheat was still growing， generally grew about a piece of leaf， and each leaf growing needs accumulated temperature of 43.4 ℃. From the heart leaves at returning green stage to the main stem at flag leaf expanding stage， leaves grew for 7. In order to reach the standard of strong seedling in the stage of six leaves a heart before winter and the highest yield，the sowing date was necessary to arrange in the September 29th to October 5th. The spike numbers， grains per ear，1 000-grain weight and yileld of wheat were close correlation with climatic factors. During the growth period， wheat was vulnerable to meteorological disaster， leading to the decrease of yield.

Key words： meteorological factors； winter wheat； optimum sowing date； yield； effect； Shandong peninsula

近年来，受全球气候暖化影响，极端气候事件增多，各类农业气象灾害频发[1，2]，多个国家、地区的气候条件对农作物的生长发育进程的影响正在发生变化，气象因子及气象灾害对农业生产的影响也越来越被研究人员和政府决策部门所重视[3，4]。目前，国内已经有不少关于气候变化对农作物生产影响的研究，如有学者从大范围的气候条件变化对农作物生产的影响进行了研究[5-8]，也有学者从实际生产的角度出发以小范围的县、市、区包括流域为对象研究当地气候条件对农作物生产的影响[9-13]。关于气象因子对小麦生育进程、病虫害、千粒重等间接影响产量的研究较多，如刘伟昌等[14]发现有8个关键性的旬气象资料和小麦千粒重的关系十分密切；李文峰等[15]研究了河南省许昌市近年来小麦吸浆虫成灾与气象因子的关系，从中找出关键性成灾气象因子并建立当地小麦吸浆虫发生程度的虫害预报方法；李奇穗等[16]发现种植品种、气象条件和条锈病菌源量是影响眉山小麦条锈病发生程度的主要因素，也有学者直接研究了气象因子对小麦生长发育的影响[17-20]。据多方调研，目前小麦的生长发育及产量、受灾害影响数据来源途径不一，农业局、农业技术服务站、统计局及各乡镇均可能为源数据产生地，给基于统计数据的研究造成困难。为了走出这种困境，在胶东半岛牟平农商里村高产田地进行了小麦种植试验，拟通过实地试验将胶东半岛地區冬小麦产量数据和当地气候相结合，在之前研究[21]的基础上试图发现对冬小麦单产影响较大的气象因子，从而优化基于气象因子的冬小麦产量预报模型，为实现地方粮食增产、农民增收提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验基本情况

试验时间为2009年9月至2013年10月，观察时间为2009年9月至2015年7月。试验设在位于胶东半岛东部偏北的烟台市牟平区文化办事处农商里村，选取其中的0.53 hm2为试验田，南北长130 m，东西宽41 m。地势平坦，潮棕壤土，水浇条件好，小麦单产年均6 938 kg/hm2，实行小麦、玉米一年两作的耕作制度。自在该地块做试验研究以来，连续4年播前浅层取土，对土壤有机质、全氮、碱解氮等项目进行化验分析，结果如表1所示。综上可知，该地块能代表当地高产田生产水平。

1.2 试验材料与设计

每年选择适宜该生态区、不同分蘖成穗特性品种两个。试验品种2009年选择烟农5158、济麦22， 2010年选择烟农5158、洲元9369，2011和2012年选择济麦22、洲元9369。观察品种2013年选择济麦22，2014年选择烟农999。

试验采取裂区设计，主区为播期，副区为播种量，重复3次，每个品种45个小区。两个品种共设90个小区，每小区两畦，面积20 m2，每畦宽1.70 m，长5.89 m。每畦播种6行小麦。小区间间隔0.5 m。

播种量（基本苗）各设低、中、高3个水平，大穗型品种洲元9369每公顷设9万、18万、27万；中穗型品种烟农5158和济麦22每公顷设7.5万、15.0万、22.5万。播种量以基本苗为标准确定，具体根据小麦的千粒重、发芽率、田间出苗率等因素计算，计算公式为：每公顷播种量=每公顷计划基本苗数×千粒重/（1 000×1 000×种子发芽率×田间出苗率）。播前，分行称种包装，以保证播种量、出苗均匀。

以当地常规播期为参照，向前推6 d为1期，向后每推6 d为1期，共设5期。根据试验田常年产量水平，确定所需氮、磷、钾的数量。实际耕地时采取扬撒施肥；拔节后5～7 d和扬花期追施尿素。遇旱造墒播种、浇水引苗。中后期实施“一喷三防”。

观测记录内容包括群体结构、生育时期、主茎叶片数、冻害、倒伏、产量结构、子粒产量及农艺措施。具体实施方法见《农业气象观测规范》[22]。

气象数据来源于山东省烟台市牟平区国家气象观测站逐日气象资料，包括2009-2013年的光照时间、平均气温、极端最高气温、极端最低气温及降水量等数据。

1.3 分析方法

数据采用DPS数据分析软件和Microsoft Excel进行相关性分析；气象产量的分离及线性回归方法参见之前研究[21]所述。

2 小麦生产受气候变化影响的现状

2.1 气候变化对冬小麦适播期的影响

生产上一般以日平均气温稳定通过18 ℃的终日作为小麦适宜播种期的开始，播种过早易形成旺苗、越冬时易受冻害，播种过晚冬前苗小且弱，将影响各发育期生长，最终影响产量[23，24]。分析研究区1961-2013年近53年气象资料发现，稳定通过18 ℃终日，即小麦平均适播期为9月27日；2000年以后，平均适播期为9月30日。气候变暖造成当地小麦适播期呈推迟趋势，平均每10年推迟约2.0 d。

2.2 气候变化对冬小麦越冬期的影响

胶东半岛当地冬小麦越冬期一般在12月上旬至中旬，此期冷空气活动频繁，若前期气温偏高，进入越冬期偏晚，在有较强冷空气快速影响并出现低温雨雪天气时容易出现冻害。而进入越冬期以后，若气温偏高会导致小麦提前返青，气温偏低则会推迟返青。从当地12月至次年2月平均气温变化情况来看，整体呈变暖趋势，平均上升0.34 ℃/10年，尤其是1980年以來多数年份偏暖，气温上升趋势为0.85 ℃/10年；但2010年以后又呈下降趋势，如图1a所示。

越冬水对小麦越冬非常重要，由图1b近53年11月下旬至12月上旬的降水变化趋势来看，越冬水量呈不明显增多趋势；若去除偏离平均值较大的1997年越冬水量，则增多趋势更不明显。基本上近年来的越冬水量比较稳定。

2.3 气候变化对冬小麦生长发育期的影响

当地冬小麦历年发育期为上年10月上旬至当年6月中旬，对上年10月1日至当年6月20日作为冬小麦生长发育期气象因子变化情况进行分析，如图2所示。1971-2013年，胶东半岛地区冬小麦生育期平均气温（图2a）呈显著上升趋势，气候倾向率为0.39 ℃/10年，降水量（图2b）和日照时间（图2c）均呈减少趋势，气候倾向率分别为-3.92 mm/10年和-8.5 h/10年。

3 结果与分析

3.1 气候条件对冬小麦生育期的影响

由表2可以看出，在不同年度气候条件下，小麦生育期的进程并不一致。首先，同一年份同一品种不同播种期下，成熟期仅相差1 d，一般是后两期比前三期晚熟1 d，成熟期的差异远比播种期的差异要小；其次，同一年份不同品种，成熟期相差2～3 d，说明品种之间生长期是有差异的。需要注意的是，冬小麦成熟前若遇到干热风不管播种早晚都有枯死的可能性，如2012-2013年度试验地段冬小麦在生育后期的6月17日夜间降雨12.1 mm，同时气温偏高，出现雨后枯熟型干热风，济麦22于6月20日死亡，而正常成熟预计在6月23～24日。另外发现，冬小麦成熟期随越冬后气象因子的变化而变化，如2009-2010年当地3月气温较常年同期偏低1.6 ℃，较上年度同期低2.5 ℃，造成试验地段冬小麦拔节期明显推迟，并导致该年度为试验及观察期成熟期最迟的一年。2013-2014年度冬季偏暖，越冬期较常年同期偏高1.0 ℃，特别是1月气温较常年显著偏高达2.3 ℃，并导致小麦返青期比常年提前10～15 d。

综上可见气候条件变化对冬小麦生长发育的影响十分明显，试验期间生育期的观察记录也较好体现了胶东半岛地区冬小麦成熟的时间。各年度气候条件不同小麦成熟时间不同，根据常年观察结果，当地水浇地冬小麦正常成熟的时间应在6月21-24日。

3.2 积温对冬小麦主茎叶片数的影响

由表3可以看出，播种到出苗需积温109.6～127.8 ℃，4年年均需积温118.9 ℃，与当地小麦从播种到出苗所需积温120 ℃相一致。越冬前小麦每长1片叶需积温83.2～90.6 ℃，4年年均需积温86.7 ℃，较当地普遍的每长1片叶需积温75～80 ℃要高。这很可能是试验人员在试验操作时，未对出苗后至越冬前小麦较差的墒情进行人工干预，影响了小麦出苗后的生长，但这与当地农户种植小麦的习惯相符，更接近实际小麦生产活动。总体趋势是播种越晚，冬前每生长1片叶需积温逐渐降低，随播期的推迟，主茎叶片数递减。

小麦越冬期间在低温条件下也在生长，一般生长1片叶上下，每长1片叶需积温39.9～47.1 ℃，年均需积温43.4 ℃，比越冬前86.7 ℃显著降低。试验还发现，所有试验品种从返青期的心叶算起到挑旗期，冬前无论何时播种都是生长7片叶，挑旗期最终主茎总叶片数的不同主要是由返青期之前播期不同和个体之间发育差别引起的。早播的冬前有效积温多，主茎叶片多，叶片长且宽；晚播的冬前有效积温少，主茎叶片少，叶片短且窄。越冬前小麦叶片数的多少与积温有关，同时也与地块墒情有关，二者共同决定越冬前小麦的叶片数。

有研究表明，冬前麦苗长成6叶1心是壮苗的标准[25，26]。以表3中冬前叶片数为自变量（x），越冬前积温为因变量（y），做回归分析，结果如图3所示，分别得出：y1=88.209x+129.05，R2=0.994 6；y2=89.266x+82.133，R2=0.988 8；y3=104.03x-40.63，R2=0.996 9；y4=101.7x+39.32，R2=0.980 6；y1、y2、y3和y4分别代表2009-2010年、2010-2011年、2011-2012年和2012-2013年的叶片情况。建立的4个一元线性回归方程其相关系数R都达到了极显著水平（P<0.01），通过建立的回归模型计算得出，若达到冬前麦苗6叶1心的壮苗标准，平均需积温640～740 ℃。通过当地气候资料常年值，冬小麦最佳播种期应在9月29日至10月5日。

3.3 气候条件对小麦株高和倒伏的影响

由表4可知，气候条件对各年度的株高影响趋势保持一致，同一播期随着播种量的增加株高增加，同一播种量随着播期的推迟株高降低。说明过早播种且播种量大易造成茎秆长得高、细弱，遇到异常气候条件易发生倒伏，晚播植株矮、抗倒伏性增强，播种越晚株高降低幅度越大。

播种量大、播种早导致年前群体过大、个体发育细弱、植株直立旺长，为后期倒伏埋下隐患。倒伏一般发生在小麦开花期之后，局部或大部分倒伏，严重影响小麦正常的子粒灌浆成熟，降低千粒重，造成不同程度的减产。据实地测量考察，局部倒伏减产5%～10%，大部分倒伏则会造成严重减产，减产在50%～70%，如2009-2010年度种植的烟农5158品种，2010年5月29日受大风的影响，前两期低播种量没有倒伏现象，中播种量倒伏5%～20%，高播种量倒伏10%～30%。其他播期没有倒伏现象；同年试验的另一个品种济麦22比烟农5158矮6 cm，各播期都没有倒伏现象。2012年6月2日浇水，浇水后刮风小麦倒伏少部分，没浇水的没倒伏；6月13日夜至14日出现阵型降水，降水量18.8 mm，并伴随着大风，造成济麦22倒伏较重；2013年5月27日降水30.3 mm，风力较大，当地少部分高产地块有倒伏现象，而试验地块株高比上年度降低2～8 cm，没有形成旺苗、长势健壮，株高降低，因此试验没有倒伏现象发生。以上表明小麦是否倒伏与气候因素密切相关，也与播种量、播期、麦田浇水、植株高度相关。寒露之前和之后播种的小麦，大多數年份植株高度差异显著。高产地块长势旺的，应在小麦起身至拔节期喷施植物生长调节剂，降低植株高度，防止倒伏。

3.4 气候条件对小麦越冬期枯叶率的影响

不同播期、不同播种量之间枯叶率差异明显，播期越早、播种量越大，抗寒性越低，越冬期的枯叶率越高。从表5可以看出，济麦22在2012-2013年度的枯叶率比2011-2012年的减少21.1～52.1个百分点。分析这一现象，发现遭受冻害是冬小麦枯叶的主要原因，首先2011年9月中下旬降雨141.4 mm，小麦底墒充足，冬前积温467.8～837.0 ℃，积温较多，早播的小麦生长较旺，越冬期间不抗冻，播种早的有小部分弱分蘖被冻死；而2012年9月中下旬仅降雨8.5 mm，试验地段底墒差、浇水不及时，冬前积温比上一年度降低61.4～102.7 ℃，所以小麦出苗较上年度缓慢。其次小麦越冬期间，2011-2012年度降雨（雪）量仅32.9 mm，整体偏少且分布不均，由于前期没有经历低温锻炼，越冬期麦苗受冻害较重；2012-2013年度降雨（雪）偏多，达87.1 mm，特别是入冬时降雨（雪）量达19.0 mm，为小麦安全越冬创造了有利条件。越冬期小麦枯叶率与播期、气温、降水量和低温及越冬水出现时间有关。

3.5 品种、播种量、播期对产量及产量性状的影响

3.5.1 品种对产量的影响 试验发现，各小麦品种中，烟农5158和济麦22等多穗型品种分蘖力强，成穗率高，光能利用率高，对环境适应性广，在中等肥力以上条件下，小麦容易实现高产；而大穗型品种州元9369成穗率低，单位面积穗数不够多，因为成穗数是决定产量的关键因素，所以州元9369相比烟农5158和济麦22等品种较不易实现高产。

3.5.2 播种量对产量及产量性状的影响 以2010-2011年度品种烟农5158为例进行分析。经方差分析，播种量对产量及产量性状的影响均达极显著水平。进一步利用SSR法[27]进行多重比较，结果（表6）表明，随播种量的增加，产量和成穗数增加，每穗粒数和千粒重降低。75万株/hm2的播种量，成穗数不足，产量最低，同150万株/hm2和225万株/hm2相比，产量差异均达极显著水平，但后两者之间产量差异未达显著水平，这说明在150万株/hm2播种量基础上再增加播种量，对产量已经没有明显的提高，反而会提高倒伏的风险。

3.5.3 播期对产量及产量性状的影响 经方差分析，播期对产量及产量性状的影响达极显著水平。进一步利用SSR法[27]进行多重比较，结果如表7所示。由表7可以看出，9月30日至10月3日播种的穗数和产量较高，结合表3发现，这期间播种的冬前植株叶片为6.0～7.0片，处于壮苗，这一结论与前面用一元线性回归模型推导出的最佳播期在9月29日至10月5日结论基本一致，可以认为，这期间播种产量最高。

在正常年景随着积温减少、播期推迟，穗粒数和千粒重在后三期逐渐提高，考虑是因为穗数降低，通风透光条件好，有利于授粉和灌浆。2012-2013年度在小麦收获前遇到干热风，各播期小麦同时成熟，所以播期越晚千粒重越低。

3.6 气候条件对小麦产量的影响

以济麦22为例，将2011-2012年度和2012-2013年度产量3要素进行比较，如表8所示。可以看出，2012-2013年度与2011-2012年度相比，穗数、每穗粒数、产量都升高，千粒重降低，这与气候条件密切相关。

3.6.1 试验期气候因子对穗数增加的影响分析 由播种至越冬期，2011-2012年度比2012-2013年度多3 d，从表9可以看出，2011-2012年度积温高、降水多，易旺长，这决定了2012-2013年度比2011-2012年度早期播种的生长健壮。从图3可以看出，2011-2012年度第一、二期明显旺长，越冬易受冻害，越冬期生长慢，不利于产生壮蘖。结合表5可知，2011-2012年度越冬期间冻害重，枯叶率高。2012-2013年度小麦生长健壮，越冬期间降雪明显较多，麦田被雪覆盖时间长有利于安全越冬，冻害轻、枯叶率低。越冬期间积温高、雨水充足，生长较快，有利于返青后的大蘖生长，提高成穗率。以上因素有利于提高2012-2013年度穗数，所以济麦22穗数增加了66.0万/hm2。

3.6.2 试验期气候因子对穗粒数增加的影响分析 小麦返青期至拔节期，2011-2012年度为33 d（2012年3月12日至4月13日）；2012-2013年度为41 d（2013年3月3日至4月12日），比上年度延长了8 d，即穗分化延长了8 d，为形成大穗提高穗粒数奠定了基础，所以济麦22每穗粒数比上年增加，增加了2.7粒。

3.6.3 试验期气候因子对千粒重增加的影响分析 根据2012-2013年度小麦生长情况和往年经验，预计该地块小麦正常成熟时间应在2013年6月24日， 6月17日夜间降雨12.1 mm，发生雨后枯熟型干热风，造成小麦枯熟，6月20日小麦全部死亡，千粒重比上年度正常成熟的降低4.8 g。

2012-2013年度同2011-2012年度相比，受干热风的影响，千粒重降低，但气候因素有利于穗数、穗粒数增加，最终济麦22产量增加，比上年增加702.0 kg/hm2。

3.7 气象灾害对小麦生长发育的影响及对策建议

3.7.1 干旱对小麦成穗影响 2014年1月1日至4月20日冬小麦抽穗期之前降水量仅22.0 mm，比常年降水量73.5 mm减少51.5 mm，小麦农业干旱比较严重，成穗数仅是常年的1/3，4月26-28日降暴雨79.9 mm，使一些萎焉退化的大分蘖生长得到缓解，能够继续发育成穗，但对挽回小麦产量损失影响较小，因为降雨后成穗的比先前成穗的生育期相差15 d左右，二者不能同时成熟。在干旱年份要提高小麦成穗率，一是逐步提高土壤肥力，加强土壤保水保肥的能力；二是能在拔节期浇一遍“救命水”[28，29]。

3.7.2 冷害对小麦开花期授粉的影响 冬小麦开花期要求最低温度为9～11 ℃，最适温度为18～20 ℃，若温度长时间在9 ℃以下，会引起雌雄蕾受冻，小花退化，不能正常开花授粉而形成不孕小穗。麦穗的开花一般是先从中部小穗开始，然后是上部和下部小穗，单穗开花持续期3～5 d，同一块麦田开花持续6～7 d。2014年当地小麦开花期比往年提前了10多天，而同期冷空气活动频繁，小麦遭遇低温冷害。5月3、5、6日最低气温分别达6.6、6.3、6.7 ℃，此时正是小麦开花期，影响了小麦结实率。试验人员调查发现水道村受冷害重的小麦穗粒数比正常（35.8粒/穗）减少了14.2粒/穗，受害率达13%，南部山区重于北部沿海地区，减产4%～7%。做好小麦花期防御冷害，一要掌握该地小麦的抽穗日期和天气变化情况，预报有低温影响时，可提前浇水，防御冷害的效果好；二是使用烟熏法，即在出现低温时点燃带有一定濕度的草末，可防御冷害[30，31]。

3.7.3 小麦后期遇连阴雨 2013-2014年度小麦生长后期的6月1-3日连续3 d无日照，伴随阵性降水。6月上旬降雨13.7 mm、日照时间45.8 h，而常年降雨6.5 mm、日照91.5 h。连阴雨使2014年小麦成熟前日照严重不足，造成部分试验地块小麦穗发霉，不能进行正常的光合作用，导致千粒重降低。所以在小麦收获期遇连阴雨，应抢打抢收，关注降雨间隔的晴好天气。

4 结论

分析试验结果，结合当地气象资料，胶东半岛地区小麦最佳播期在9月29日至10月5日，这期间播种能形成冬前6叶1心的壮苗标准，并且产量最高。气候条件不同，成熟期也不一致，试验记载成熟期在6月12-27日，与常年6月20-24日成熟有所不同。

研究发现，小麦从播种至出苗需积温118.9 ℃。从出苗至越冬前每长1片叶需积温86.7 ℃。小麦在越冬期间仍在生长，一般生长1片叶上下，每长1片叶需积温43.4 ℃。从返青期的心叶算起至旗叶期主茎都是生长7片叶。

小麦的穗数、每穗粒数、千粒重、产量与气候因素密切相关。小麦在生长期间易受干旱、冻害、冷害、干热风、连阴雨等不良气候条件的影响而导致产量降低，应采取多举措做好气象灾害防御工作。

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