异常气候对鲁西南冬小麦生产的影响*

张翠英, 林 坤, 李思同※

(1.菏泽市气象局，山东菏泽 274000； 2.菏泽市农业科学院，山东菏泽 274000)

0 引言

由于全球变暖对作物生长发育和作物产量将造成显著影响，国内许多学者在气候变化对农业生产的影响方面做了大量工作[1-5]。气候异常是指某一地区某一时期内气候要素围绕其多年平均值出现大的波动现象[6]，低温冷害是指农作物生育期内，某一时期或整个生育期间的气温低于作物的生长发育要求，引起农作物生育期延迟或生殖器官的生理机能受到损害，从而造成农作物减产的一种自然灾害[7]。据研究，近100年来中国年平均地表气温明显增加[8]，在全球变暖的背景下，异常与极端低温天气对冬小麦的生长发育仍然产生重大的影响。叶彩华等[9]采用对比分析方法，针对2009/2010年度北京地区出现的异常气候对冬小麦不同生育期产生的影响进行了分析。岳宏等[10]系统分析了冬小麦生育期内出现的阶段性低温天气使积温偏少，冬小麦生育期明显推迟。王日东等[11]研究得出低温天气延缓了春季小麦的正常生长发育。2015～2016年鲁西南出现了有史以来罕见的异常低温天气，文章分别选取了与冬小麦发育期相关的气温、积温、日照、降水等气象因子为指标，通过与常年(1981～2010年平均)值对比，分析了2016年度鲁西南冬小麦生育期间的异常低温天气对冬小麦生育的影响，为政府决策部门、鲁西南冬小麦生产管理、评估气候变化对冬小麦产量的影响等提供科学参考依据。

1 研究区域和方法

1.1 区域范围

鲁西南位于山东省西南部，属暖温带季风气候，四季分明，种植制度为一年两熟，农业资源丰富，冬小麦是鲁西南的主要粮食作物之一，适宜的气象条件对冬小麦的生长发育和产量影响较大。

1.2 数据来源

气象资料来自鲁西南国家一般气象站菏泽观测资料;作物物候观测资料来自鲁西南国家农业气象基本站观测资料;苗情和灾情资料来自鲁西南农业技术推广站监测点的调查数据;1981～2010年气候资料来自山东省气象信息中心。

1.3 分析方法

以气温、积温、降水和日照等气象因子为指标，主要采用数理统计方法，对比分析冬小麦生育期间的异常气象条件对生长发育及产量因素等造成的影响。

图1 冬小麦生育期旬平均气温演变

图2 2015年11月20～25日菏泽市降雪量分布(mm)

2 结果与分析

2.1 气候特征分析

2015～2016年冬小麦生育期间气候特征：播种期气温偏高，出现罕见暴雪，强降温，至返青前气温忽高忽低，返青后气温较常年普遍偏高； 前期降水偏多，后期出现阶段干旱。

由图1可见，菏泽市2015年10月气温较常年偏高，受强冷空气影响， 11月23日夜晚至24日，菏泽市普降暴雪，平均降水量33.9mm，成武县最大降水量40.7mm，郓城县最大雪深31cm，除成武县、单县雪深与历史极值持平外，其余县区均超过自1954年有气象资料以来最大值。气温明显下降，极端最低气温-8.9℃， 11月24～26日持续3d小时气温都在0℃以下。气温持续偏低，但冬小麦积雪覆盖，经大田调查没有出现气象灾害，确保冬小麦安全越冬并为农田储存了水资源。

由图1可见， 1月下旬出现强降温天气过程，极端最低气温-15.5℃，此期冬小麦正处于越冬期，前期降水偏多，农田墒情较好，没有气象灾害发生，冬小麦安全越冬，为春季生产打下良好的基础。

2月至冬小麦成熟期，菏泽市气温逐渐回升，除5月中、下旬平均气温较常年略偏低外，其余旬平均气温较常年同期均偏高， 2、3、4、5月平均气温较常年分别偏高1.5℃、3.1℃、3.0℃、0.1℃。3月上旬、4月上、中旬出现明显的倒春寒现象，此期正值冬小麦返青、抽穗期， 4月7、8日最低气温3.3℃、2.9℃，此时冬小麦已进入抽穗期，但由于降温幅度小，短暂的低温对冬小麦影响不明显，经大田调查没有出现明显的冻害灾害。

2015年11月中、下旬阴雨天气较多，降水量较多，统计11月20～25日菏泽市降水量(图2)，菏泽市南部成武县、单县最大降水量73.1mm，由南向北降水量逐渐减小，鄄城县最小降水量49.0mm，降水较常年明显偏多，降水为冬小麦后期生长储备了水资源。

将冬小麦整个生育期分越冬前、越冬期、返青期、起身期、抽穗及成熟期，分别统计近10年的冬小麦生育期间的≥0℃积温、累计降水量和累计日照时数，并统计其变异系数[12]，变异系数是一个衡量离散程度简单而有用的统计指标，是衡量不同单位或平均数差异较大的样本变异程度的一种常用统计量。

表1 2006～2016年菏泽市冬小麦生育期间气象要素变化

播种—越冬越冬期返青起身抽穗成熟全生育期≥平均值(℃)685.7 151.8 121.3 226.7 310.5 928.9 2 417.9 0℃距平55.5 22.7 23.1 41.4 11.8 115.1 189.5 积温变异系数0.080 5 0.402 9 0.240 9 0.140 0 0.105 0 0.037 0 0.058 0 2015～2016631.2187.4154.1243.3363.5912.12 421.7距平1.058.355.95864.898.3193.3累计平均值55.4 17.4 11.9 10.6 31.3 72.3 195.0 降水距平6.0 -2.1 0.4 -2.6 11.4 7.3 16.5 量变异系数0.888 6 0.598 2 1.701 5 1.088 4 1.080 1 0.476 8 0.217 9 2015～2016129.925.70.3011.135.0202.0距平80.56.2-11.2-13.2-8.8-30.023.5累计平均值325.8 365.9 106.2 138.7 152.7 367.5 1 456.7 日照距平-19.2 -8.3 -3.8 20.0 -3.1 44.3 29.8 时数变异系数0.200 1 0.157 0 0.234 5 0.160 2 0.129 8 0.060 0 0.084 3 2015～2016209.3318.3130.5167.4151.6312.41 289.5距平-135.7-55.920.548.7-4.1-10.8137.4

由表1可见，近10年冬小麦各发育期间≥0℃积温较常年不同程度的偏多，整个生育期间积温变异系数0.058 0，说明积温整体变化不大，越冬期变异系数0.402 9，其余各发育期间变异系数较小，根据变异系数定义，在冬小麦越冬期由于越冬时间长短不一，积温差别较大， 2011～2012年、2012～2013年冬小麦越冬期积温为78.7℃、62.5℃， 2014～2015年积温为238.1℃，数据差别较大，这与越冬时间的长短有关。2015～2016年冬小麦各生育期间积温均较常年不同程度的偏多。

近10年各发育期间累计降水量差异较大，特别是春季降水不同程度的偏小，返青期变异系数1.701 5，最大降水量66.9mm，最小是没有出现降水，起身期、抽穗期变异系数也较大，说明近10年返青期、起身期、抽穗期降水量差别较大。2015～2016年冬小麦越冬前及越冬期降水较常年偏多，但返青至成熟期降水量均较常年不同程度的偏少，特别是抽穗后期降水较常年偏少30mm。

近10年日照时数变异系数各发育期都较小，说明冬小麦各发育期间日照时数变化较小， 2015～2016年冬小麦越冬前及越冬期日照时数较常年明显偏少，特别是越冬前由于阴雨日较多，累计日照时数偏少135.7h，越冬期也偏少55.9h。

图3 1986～2014年菏泽市冬小麦逐年越冬开始日期变化

2.2 气象条件对冬小麦的影响

2015～2016年菏泽市冬小麦生育期间异常气象条件对冬小麦的生产和产量产生影响，该文从冬小麦生育期状况、产量因素等方面分析气象条件异常所造成的影响。

2.2.1 对越冬开始日期的影响

菏泽市冬小麦常年越冬开始日期[13]大部分在12月中、下旬(图3)，近30年平均日期是12月14日，但2015年11月23～24日降雪后，气温骤降，最低气温达到-13.5℃，冬小麦提前进入越冬期，是近30年中自1993年、2009年之后第3个冬小麦越冬开始日期出现在11月的年份，较常年提前近20d，提前越冬致使冬小麦冬前抗寒锻炼时间较短，冬前≥0℃积温偏少，影响了冬小麦冬前形成壮苗，分蘖数偏少，大蘖数更少。冬小麦叶鞘中露出第一分蘖的叶尖约0.5～1.0cm为冬小麦分蘖，分蘖中具有3片或以上完整叶的分蘖为大蘖数[13]。

冬小麦进入越冬期时，对菏泽市大田冬小麦分蘖数、三叶以上大蘖数及次生根(条)等产量因素进行定点调查，数据显示(表2)，由于越冬开始日期提前，所有调查点冬小麦单株分蘖、大蘖数和次生根数[14]均比2015年不同程度的减小。次生根是冬小麦的主要根系，发生在茎基部的分蘖节上，与分蘖同时形成，次生根对于巩固植株，防止根倒伏具有重要作用。

表2 2016年菏泽市冬小麦冬前苗情 个/条

县区总体苗情一类苗情二类苗情三类苗情旺苗苗情单株分蘖三叶以上大蘖单株次生根单株分蘖三叶以上大蘖单株次生根单株分蘖三叶以上大蘖单株次生根单株分蘖三叶以上大蘖单株次生根单株分蘖三叶以上大蘖单株次生根牡丹2.3 1.6 4.6 2.6 1.7 5.2 2.1 1.6 4.3 1.5 1.0 2.9 3.0 1.6 5.2 曹县3.0 1.7 5.1 3.7 2.1 5.5 2.5 1.4 4.9 1.6 0.9 4.0 4.1 2.5 6.1 定陶2.4 1.9 4.0 3.1 2.4 4.9 2.4 2.1 4.1 1.4 0.8 2.1 3.0 2.5 5.1 成武2.7 1.8 3.4 3.6 2.2 4.9 2.7 1.8 3.1 1.2 1.0 1.6 2.4 0.8 3.1 单县3.2 2.1 4.4 3.9 2.7 5.4 2.9 1.7 3.6 1.4 0.9 2.3 3.9 2.8 6.2 巨野2.7 1.2 4.0 4.0 1.9 4.7 2.3 1.1 4.0 1.5 0.3 3.2 3.1 2.6 4.3 郓城2.5 1.8 4.1 3.2 2.5 4.8 2.1 1.1 4.1 1.5 0.7 2.2 3.4 3.1 5.5 鄄城1.7 1.0 3.9 2.4 1.2 5.0 2.0 1.0 4.5 1.2 0.8 3.0 0.0 0.0 0.0 东明2.7 1.8 3.6 3.3 2.5 4.3 2.5 1.8 3.5 1.8 0.3 2.3 3.8 2.8 4.2 合计2.7 1.7 4.2 3.3 2.2 5.0 2.4 1.5 4.1 1.4 0.7 2.7 3.5 2.5 5.3 2015年3.0 2.1 4.1 3.7 2.5 4.9 2.6 1.8 3.8 1.5 0.9 2.6 3.9 2.6 6.7 差值-0.3 -0.3 0.1 -0.4 -0.3 0.1 -0.2 -0.3 0.3 -0.1 -0.2 0.1 -0.4 -0.1 -1.4

据冬小麦冬前不同生育期田间调查，菏泽市冬小麦入冬前一类苗面积占38.4%，较2015年同期偏少1.153 3万hm2，总茎数71.2万/667m2，较2015年同期减少4.1万/667m2； 二类苗面积占41.0%，较2015年同期偏多4 066.7hm2，总茎数55.7万/667m2，较2015年同期减少2.4万/667m2； 三类苗面积占16.7%，较2015年同期增加2.846 7万hm2，总茎数39.6万/667m2，较2015年同期增加0.5万/667m2； 旺苗[15]面积占4.0%，较2015年同期偏少1.706 7万hm2，总茎数93.2万/667m2，较2015年同期减少6.5万/667m2。

2.2.2 对越冬至春季生育期的影响

菏泽市1月下旬出现强降温天气过程，极端最低气温-15.5℃，此期冬小麦正处于越冬期，前期降水偏多，冬小麦安全越冬。3月上旬、4月上、中旬出现明显的倒春寒现象，此期正值冬小麦返青、抽穗期，但由于降温幅度小，经调查没有出现明显的冻害。3月10日、11日最低气温-1.5℃、-1.0℃， 4月7、8日最低气温3.3℃、2.9℃，此时冬小麦已进入抽穗期，短暂的低温没有对冬小麦造成冻害。

表3 2016年菏泽市冬小麦返青期苗情

个/条

表4 2016年和近10年菏泽市冬小麦南、北部苗情

越冬前越冬后分蘖数(个)大蘖数(个)密度(1m2茎数)分蘖数(个)大蘖数(个)密度(1m2茎数)南部高产田3.11.91 365.904.22.21 432.0210年均值4.02.24.32.7中产田2.31.11 006.403.61.51 297.1010年均值2.81.43.61.9低产田1.80.5509.742.91.7827.5010年均值2.20.73.11.9北部高产田2.10.7982.932.91.11 215.6710年均值3.00.74.71.5中产田3.10.7898.766.91.51 220.5110年均值3.30.97.11.6低产田1.80.8593.251.80.8757.7510年均值2.91.04.41.5

由于春季气温出现较长时间低温，返青期调查冬小麦产量因素(表3)，各类苗情分蘖、大蘖和次生根数与冬前调查结果相近。气温偏低但没有出现明显的冻害，旺苗大蘖数和次生根出现较去年略有减小。

据冬小麦春季不同生育期田间调查，菏泽市冬小麦春季一类苗面积占43.1%，较冬前增加3 133.3hm2，总茎数75.7万/667m2，较冬前增加4.5万/667m2； 二类苗面积占42.3%，较冬前增加866.7hm2，总茎数60.3万/667m2，较冬前增加4.6万/667m2； 三类苗面积占7.2%，较冬前减少6333.3hm2，总茎数44.3万/667m2，较冬前增加4.7万/667m2； 旺苗面积占7.4%，较冬前增加2 266.7hm2，总茎数88.6万/667m2，较冬前减少4.6万/667m2。春季旺苗略有增加，分蘖迟迟不向两极分化，总茎数超过1 500万/hm2甚至更高，单株分蘖7个以上，单株次生根10条以上，麦苗基部通风透光不良，叶片过早发黄，节间伸长过快，茎秆黄白不健壮。

2.2.3 对产量因素的影响

作物在整个生育期内不同时期依次或重叠出现产量因素[13]，在其形成过程中产量因素具有自动调节现象，产量因素受周围环境的影响最终会影响作物的产量，实践证明气象条件对产量因素的影响较大。根据中国气象局观测规范[13]，在县境范围内，作物高、中、低产量水平的地区选择3类有代表性的地块进行观测调查记录。

由表4可见，由于冬季气温偏低，冬小麦提前越冬，越冬时菏泽市南北部冬小麦分蘖数、大蘖数较常年明显偏少， 1m2茎数也较少，越冬期冬小麦停止生长。返青后冬小麦恢复生长，冬小麦分蘖数、大蘖数增加明显较常年偏少， 1m2茎数也较少。统计菏泽市南、北部不同产量地块越冬前和越冬后近10年分蘖数和大蘖数的平均值(表4)， 2016年各类冬小麦分蘖数和大蘖数与近10年平均值不同程度的偏小，最大偏多2.6个分蘖，最小偏小为0。如越冬后北部低产田1.8个分蘖数，比近10年偏少2.6个分蘖； 越冬前南部高产田大蘖数0.7个，越冬后南部中产田分蘖数3.6个，与近10年平均值相同。由此可见， 2016年异常天气对冬小麦影响，特别是低产田影响较大，返青后分蘖数明显偏少。

2.2.4 对管理措施的影响

(1)冬季

异常天气对冬小麦生长影响较大，冬、春季农田管理措施与近年相比也相应有所变化。2015年菏泽市播种小麦后持续连日气温偏低、阴雨天气的影响，冬小麦停止生长较早、麦苗叶片纤细根系不发达，总体抗逆性较差，再加上刚刚遭受了雨雪奇袭，对冬小麦的分蘖造成严重的影响。南、北调查显示，不同产量地块冬小麦分蘖数和大蘖数与近10年相比出现不同程度的减小。因此，积温不够是影响冬前小麦壮苗的主要因素，冬前生长期短，积温不足，导致麦苗生长瘦弱，分蘖少。田间管理要以促为主，由于目前农田墒情较好，冬前一般不要追肥浇水，以免降低地温，对麦田普遍进行一次中耕，以松土、增温保墒，壅土围根，消灭田间杂草，促进根、蘖发育，确保冬小麦安全越冬。

(2)春季

① 各类麦田在气温回升土壤解冻后及时中耕划锄，以保墒增温灭草，促苗早发快发，促进根系发育。

② 由于2015年冬小麦提前进入越冬期，导致小麦群体偏弱，春季应肥水早攻，在拔节初期进行肥水管理，以促弱转壮； 对地力水平较好、群体适宜的麦田，要在拔节中期追肥浇水，以控旺促壮，确保小麦稳健生长，促进分蘖多成穗、成大穗。

③ 2016年菏泽市早春也出现不同程度的低温天气，但冬小麦是具有分蘖特性的作物，遭受早春冻害的麦田不会将全部分蘖冻死，另外还有小麦蘖芽可以长成分蘖成穗，只要加强管理，仍可获得好的收成。因此，主要补救措施：一是抓紧时间追施肥料。对遭受冻害的麦田，根据受害程度，抓紧时间追施速效化肥，促苗早发，提高小分蘖的成穗率。二是中耕划锄保墒，提高地温，能有效增加分蘖数，弥补主茎损失。三是叶面喷施植物生长调节剂。冬小麦受冻后，及时叶面喷施植物生长调节剂，可促进中、小分蘖的迅速生长和潜伏芽的快发，明显增加冬小麦成穗数和千粒重，显著增加冬小麦产量。

④“一喷三防”技术是小麦后期防病、防虫、防干热风，增加粒重、提高单产的关键措施，也是防灾、减灾、增产最直接、最简便、最有效的措施。2015年底和2016年年初低温天气对冬小麦分蘖及大蘖影响较大，加强后期小麦田间管理，明显增加小麦成穗数和千粒重，显著增加小麦产量。

以上措施是针对2015～2016年出现低温天气对冬小麦产生影响采取的科学管理有效措施。

3 讨论与结论

通过对鲁西南冬季和春季气象条件分析，结合冬小麦实时观测和调查资料，分析了异常天气对冬小麦冬季和春季生长发育的影响。

(1)鲁西南冬小麦遭遇越冬前强降温、冬季气温偏低、春季低温霜冻等异常天气的影响，冬小麦从个体发育到群体状态都比上一年长势差。冬前强降温降雪、冬季和春季气温偏低，使冬小麦生长缓慢，冬前单株分蘖、大蘖、次生根，返青后单株分蘖、大蘖、次生根及植株密度值等较小，增长数值偏小。

(2)通过冬季和春季异常低温对冬小麦生长发育的分析，得出温度是影响冬小麦生长的主要气象因子，因此，在气候变暖背景下，关注低温天气对冬小麦的影响[16]，对冬、春季农田管理有促进作用。

(3)鲁西南春季低温、寒潮天气对冬小麦影响时有发生，但冬季异常天气发生较小，异常低温对冬小麦的影响尚未有研究报道，异常天气的农田管理难以到位，对冬小麦正常生长确实造成了一定影响，这一点值得关注。2015年冬季的异常低温使冬小麦提前进入越冬期并安全越冬， 2016年春季短暂的低温对冬小麦影响不明显。调查发现2016年度异常低温没有形成明显的气象灾害。

(4)该研究还是根据以往冬小麦农田管理建议应对异常天气对冬小麦的影响所使用的措施，有一定的局限性，今后应做一些对比试验，进一步开展异常低温对冬小麦生长的影响研究，确定异常低温下冬小麦应如何适应环境生长的管理措施。