不同生长因素变化对小麦产量及品质的影响——以驻马店市近10年小麦生产情况为例

朱统泉 宋全昊 孟祥锋

（驻马店市农业科学院，463000，河南驻马店）

河南省驻马店市地处亚热带与暖温带的过渡地带，属典型的大陆性季风型半湿润气候，阳光充足，四季分明，全市年平均气温为14.7℃～15.0℃，年平均日照时数1 900～2 100h，年平均降水量为850～980mm，适宜小麦生长，常年种植小麦面积66.67万hm2以上，总产稳定在50亿kg以上，是河南省乃至全国的小麦传统优势种植区和商品粮生产基地。同时，该地区的气候因素年际间变化较大，对小麦的产量和品质也有较大影响[1]。特别是2019年，驻马店全年降水量462.2mm，仅为往年的一半，总体旱情较重，但小麦生产却取得了产量品质双丰收。明确气象、土壤、病虫害和品种等关键因素对小麦产量及品质的影响，对小麦生产具有重要意义。

1 数据与方法

以河南省驻马店市2010-2019年的小麦产量、品种、土壤和病虫害等作为主要因素，数据由驻马店市农业农村局相关职能站采集，小麦品质数据由驻马店市粮食和物资储备局提供，气象数据由驻马店市气象局统计。使用SPSS数据处理系统分析数据，绘制图表。

2 结果与分析

2.1 气象因素

图1 降水量与平均单产的关系Fig.1 Relationship between precipitation and average yield per unit area

2.1.1 小麦单产与生育期降水量的关联性 2010-2019年驻马店小麦单产与生育期内降水量（图1）显示，该地区小麦生育期常年降水量较为充沛，年际间无明显变化规律。降水量在一定范围内与单产之间呈现明显负相关趋势。即降水量多的年份单产低，降水量较少的年份单产高，例如，2019年小麦生育期降水量仅为312.6mm，产量却为近10年次高，达6 754.1kg/hm2；2015年降水量仅为291.3mm，但单产最高达6 917.4kg/hm2；降水量最高的2018年，小麦单产仅6 447.9kg/hm2；降水量第三的2010年，单产仅6 397.2kg/hm2，为近10年次低产。不过降水量太低导致严重干旱，也不利于产量的形成（如2011年）。

分析分离度较大的2014、2016、2018和2019年各生育阶段（出苗－返青、返青－孕穗、孕穗－成熟）降水量、小麦生育期总降水量与单产的关系可知，小麦生长中后期降水量对其产量形成影响较大。驻马店市小麦生育期常年降水量为358.3mm，5月份降水量与小麦产量存在负向关联。2019和2014年5月降水量分别为42.9mm和98.0mm，是4年中降水量最少的两年，单产却是最高的两年，分别达6 608.6kg/hm2和6 754.1kg/hm2。2018和2016年5月降水较多，分别达202.1mm和107.5mm，而产量明显偏低。结合同期光照数据分析可知，“降水多则产量偏低”主要是因为中后期降水量偏大时，光照和积温较常年少，不利于小麦的灌浆，进而影响单产。反之，中后期降水量较常年少，只要不明显影响小麦的灌浆，由于光照与积温较常年偏多，有利于光合作用促进小麦的灌浆，提高粒重和品质。因此，考察小麦产量，应更加关注小麦灌浆期的光照与积温受降水的影响程度（表 1）。

表1 小麦生育期的降水量与单产的相关性Table 1 Correlations between precipitation in wheat growth period and yield per unit area

2.1.2 小麦单产与生育期平均气温的关联 由图2可知，平均气温与小麦单产存在明显的正向关联，平均气温低的年份，产量较低，如2010、2016和2018年，这可能与气温较低导致的冻害相关；单产较高的年份，平均气温较高，如2012和2017年，这是由于积温高有利于提升越冬期的干物质积累、冬前分蘖、中期成穗数和穗粒数以及促进中后期的孕穗和籽粒的灌浆。

图2 平均气温与平均单产的关系Fig.2 Relationship between average temperature and average yield per unit area

2.1.3 小麦单产与生育期日照时数的关联性 日照时数影响小麦光合作用和生长发育，尤其是中后期小麦灌浆速率与容重。在扬花和灌浆期，当连续降水日数较长，旬日照时数不足时，会降低小麦的结实率和千粒重，直接导致小麦减产。由图3可知，小麦单产与生育期日照时数存在一致性趋势。

2.1.4 气候条件与品质的关系 驻马店小麦生育期近10年年均降水量为358.3mm，从表2可看出当超过年均降水量时（2010、2016、2017和2018年），或者5月份降水量偏大时（2016和2018年），小麦籽粒品质偏低，即中等麦以上所占比例小于90%；当年降水量小于年均降水量时（2011、2014、2015和2019年），籽粒品质偏高，中等麦以上所占比例高于90%，容重大于770g/L。

图3 日照时数与平均单产的关系Fig.3 Relationship between sunlight time and average yield per unit area

表2 2010-2019年气候条件（小麦生育期）及小麦品质变化表Table 2 Variations of climatic conditions (wheat growth period) and seed quality from 2010 to 2019

这充分说明，小麦生长期的降水量与小麦品质也有着较为明显的相关性，尤其是5月份的降水量对小麦最后的品质影响至关重要。原因可能是在灌浆期只要没有达到胁迫性干旱就不会影响籽粒灌浆，降水量与降水天数的减少可保证日照时数，从而促进光合作用，加快小麦的灌浆进程，提高粒重。

2.2 土壤因素

根据《耕地质量调查监测与评价办法》和《耕地质量等级》标准，2018年驻马店市耕地总面积84.56万hm2，二、三级耕地面积（27.77万hm2）占全市耕地面积的32.84%，四、五、六、七级耕地面积（47.51万hm2）占全市耕地面积的56.19%；八、九级耕地面积（9.28万hm2）占全市耕地面积的10.97%（图4）。

图4 驻马店土壤质量等级比例Fig.4 Proportion of variation soil quality grades in Zhumadian

由图4和图5可知，随着秸秆还田、种植结构调整、深耕和休耕等措施的逐年推行，驻马店的土壤质量类型也在发生变化。驻马店2005-2011年和2012-2018年土壤耕层养分变化明显，有机质含量由14.90g/kg提升至16.20g/kg，全氮含量由0.94g/kg提升至1.09g/kg，有效磷含量由17.60mg/kg提升至22.78mg/kg，速效钾含量由105.00mg/kg提升至115.00mg/kg。小麦单产由2011年的6 385.35 kg/hm2提升至2018年的6 447.9kg/hm2（图1），土壤养分的提升促进了小麦产量的提高。

结合图5土壤养分情况与表2品质数据，现有数据尚不能证明土壤养分的提升可以促进籽粒外在品质（如中等麦以上所占比例及容重）的提高，对小麦内在品质的影响也有待相关品质分析的数据支撑。

2.3 病虫害因素

驻马店的光、热、水等自然条件有利于小麦生产，同时也易发生各种病虫害。小麦主要的病虫害在驻马店各年度间均有不同程度的发生，如纹枯病、条锈病、叶锈病、赤霉病、叶枯病、白粉病、吸浆虫、蚜虫和麦蜘蛛等（表3）。

2.3.1 病虫害发生、防治与小麦产量的关系 由表4可知，驻马店常年发生面积在20.0万hm2（约占小麦种植面积30%）以上的病虫害为小麦纹枯病、小麦蚜虫和麦蜘蛛等3类，小麦叶枯病常年发生面积在13.33万hm2以上，小麦条锈病和叶锈病在6.67万hm2以上。驻马店2010-2019年，小麦病虫害防治面积占比呈现总体上升趋势，由2010年的87.41%上升到2019年的122.27%。特别是2019年，驻马店的小麦病虫害发生情况较往年明显偏轻，同时防治比例又是近10年最高，有力保证了小麦的产量和品质。

图5 耕层土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量变化Fig.5 Variation tendency of the contents of organic substance, total nitrogen,available phosphorus and available potassium in surface soil

表3 2010-2019年小麦病虫害发生及防治情况Table 3 Occurrence and control of wheat diseases and insect pests from 2010 to 2019 ×104 hm2

图6(a)显示，驻马店常年发生较重的纹枯病、麦蜘蛛和蚜虫等3种病虫害中，纹枯病和蚜虫发生面积呈下降趋势，但麦蜘蛛近2年呈上升趋势，需重视麦蜘蛛的防控工作。

图6(b)显示，小麦赤霉病发生规律明显，每2年发生1次重度危害，发病面积均在29.0万hm2以上。赤霉病年际间波动很大，但曲线规整，高点呈现逐年降低趋势。吸浆虫和叶枯病发生面积年际间变化不大，且呈逐年下降趋势，表明这两种病虫害与赤霉病一样，防控的长期效果显现，为驻马店小麦产量及品质提升奠定了基础。

图6 病虫害发生面积占总面积的比例与平均单产Fig.6 Proportion of pests and diseases to total area and average yield per unit area

图6(c)显示，常年发生面积13.33万hm2以下的条锈病、叶锈病和白粉病3种病害中，白粉病发生面积比例年际间波动不大，且呈逐年下降趋势；条锈病和叶锈病发生面积比例波动较大。条锈病发生最轻的2018年面积仅0.5万hm2，占比不足1%；发生最重的2017年面积为41.95万hm2，占比60%以上。叶锈病发生最轻的2014年面积为5.95万hm2，占比不足10%；发生最重的2015年面积为35.73万hm2，占比50%以上。这表明这2种病害的监测预警工作非常重要。

图7和图8显示，无论是小麦病虫害防治面积，还是小麦病虫害防治面积/发病面积，均与小麦的单产呈现出明显的正向关联，尤其是2010-2011和2013-2019等9个年份，趋势完全一致，充分说明了植保工作对小麦增产的重要作用性。

图7 病虫害防治面积、发病面积与单产的关系Fig.7 Relationship between control area and occurrence area of pest and disease with yield per unit area

图8 病虫害防治占比与单产的关系Fig.8 Relationship between percentage of control area of pest and disease with yield per unit area

2.3.2 小麦病虫害发生、防治与小麦品质的关系由图9可知，小麦病虫害综合防治占比与品质的变化曲线基本一致。防治面积/发病面积较低的2010年（87.41%）和2012年（81.86%）小麦品质均较低，中等麦以上比例分别只有82.7%和63.8%，容重分别是768和758g/L；防治面积/发病面积最高的2019年（122.27%）和2014年（120.04%）小麦品质最优，中等麦以上比例分别达到97.0%和93.0%，容重分别达784和776g/L。

图9 小麦病虫害防治与品质的关系Fig.9 Relationship between pest and disease control and seed quality in wheat

2.3.3 小麦赤霉病发生与气候、产量及品质的关系 小麦赤霉病是黄淮麦区主要病害之一，对驻马店的小麦生产影响很大，故单独予以分析。结合表2和表4，小麦赤霉病发生与降水量具有明显的正向关联性，生育期降水量偏多，则小麦赤霉病发生就相对较重，如2010、2016和2018年降水量分别达411.7、368.3和657.8mm，赤霉病发生面积分别达41.8、45.3和29.0hm2。小麦赤霉病发生与产量及品质存在明显负相关，发病面积大的年份，则小麦产量低，品质差。如发病较重的2010、2016和2018年，平均单产分别为6 397.2、6 590.8和6 447.9kg/hm2，中等麦以上占比分别为82.7%、75.0%和61.5%，容重分别为768、762和754g/L。其中，2010年产量为近10年最低，2018年品质为近10年最差。

表4 2010-2019年小麦赤霉病与产量的关系Table 4 Relationship between wheat gibberellic disease and yield in 2010-2019

由表4可知，2010-2019年驻马店每2年发生一次较大面积的赤霉病，发病面积均在29.0万hm2以上，发病最重的2012年，面积达57.8万hm2，当年产量6 424.05kg/hm2，中等麦以上占比只有63.8%，容重758g/L，为10年中品质倒数第二的年份。

2.4 品种应用因素

品种的应用情况与小麦高产优质的变化关系结果（图10）显示，驻马店2010-2019年小麦的主导品种总体上比较稳定，郑麦9023、西农979、矮抗58、百农207和衡观35一直稳居前5大主导品种之列，每年种植面积均在6.67万hm2以上。此外，常年种植面积在3.33万hm2以上的主导品种还有郑麦7698、豫麦70-36、西农9718、郑麦366、众麦1号、众麦2号、周麦27、百农4199和郑麦101。这些主导品种普遍具有丰产、稳产、优质和高抗的特点。

图10 2010-2019年主导品种种植面积与单产的关系Fig.10 Relationship between planting area of dominant wheat cultivars with yield from 2010 to 2019

2.4.1 小麦品种应用与产量间的关系 种植面积稳定在6.67万hm2以上的主导品种种植面积占比与单产之间（表5）、主导品种种植面积与单产之间总体上均呈现出一定的正向关联（图10）。主导品种面积占比排前两位的2014年和2010年分别达73.42%和66.76%。近10年西农979、矮抗58、衡观35和郑麦7698等主导品种的种植面积与全市单产的正向关联较为明显（图10）。这在一定程度上说明，优质高产抗逆的小麦主导品种的大面积推广应用增强了小麦生产抵御各种灾害性因素的能力，起到了稳产的作用。

表5 2010-2019年主导品种占总播种面积比率与单产Table 5 Ratio of dominant varieties to total sowing area with yield per unit area in 2010-2019

进一步分析可以看出，近几年小麦主导品种占比总体上还是呈现出“先高后低，总体走低”的趋势。2014年的面积占比曾经高达73.42%，随后2年急剧降到50.11%和50.12%的低位；2017年又反弹至63.80%，最后逐步降为2018年的55.33%和2019年的49.56%（表5）。结合品种审定制度的改革，这极大可能是因为市场上可供农民选择的小麦品种增多，导致“分流”的缘故。

2.4.2 小麦品种应用与品质间的关系 结合表2和表5可知，这些经过实践筛选的主导品种的大面积推广应用对稳定并提升小麦品质发挥了明显作用。除2019年较为特殊外（占比依然在平均值区间），基本上主导品种面积占比高的年份小麦品质都高于平均水平。主导品种具有较大面积占比，如优质强筋小麦西农979、郑麦366和郑麦7698等品种常年种植3.33万hm2以上，这也稳住了驻马店小麦品质的“基本盘”。在10年中有8个年份驻马店中等麦以上占比达75.0%以上，容重达760g/L以上，为驻马店小麦生产总量稳定在50亿kg左右做出了重要贡献。

3 讨论

3.1 生育期的适度干旱胁迫对小麦丰产提质具有促进作用

通过对驻马店市2010-2019年的数据统计分析可知，在小麦生育期内，适度干旱少雨（日照、积温同步提升）胁迫环境对小麦生长不仅不会造成负面影响，反而会对产量和品质的提升有一定促进作用。此研究结果对于科学有效指导驻马店区域的小麦生产、提升抗旱精准度、节约水资源、促进农业可持续发展、降低生产成本和提高农业生产效益等都具有重要意义。这与毛婧杰等[2]研究的陇中地区降水量对小麦产量的影响所得出的年降水量对小麦产量无明显影响的结果不太一致，可能与研究的区域及生态气候不同有关。本研究选择降水量作为主要研究对象，是基于在光、温、水因素中，水更具有“显性指标”特征的常规认识。在小麦生长期内，在能够保证基本生长所需前提下，光温因素比水因素对最终产量和品质的影响更大。

关于驻马店市地区小麦丰产提质的生育期干旱胁迫环境到何种程度为最佳，目前尚未见公开报道和定量研究，有待今后持续深入系统研究。驻马店市2010-2019年的气象数据和农业生产数据显示，小麦生育期的降水量年际间的变化规律尚不明显，这与刘芳等[3]的研究结果较为一致。从目前积累的数据看，平均降水量在280mm左右，特别是5月份降水量在40mm左右，有利于小麦产量提高和品质提升。5月份降水量大，则小麦品质就差，与戴廷波等[4]的研究结论一致。

3.2 土壤肥力提升对小麦生产具有基础性作用

陆晓松等[5]研究表明，提升施氮量和土壤肥力综合质量指数，有利于增加小麦产量。通过提升土壤综合肥力质量、削减氮肥施用量，实现粮食与生态安全双重目标，培育和提升耕地土壤质量显得更为基本和重要。随着高标准农田建设、秸秆还田和测土配方施肥等措施的不断实施，驻马店市土壤不断改善、肥力呈稳步提升趋势，为小麦产量和品质提升奠定了坚实基础。

由于土壤取样和分析化验劳动量大、耗时多、成本高，现有的土壤资料还不够系统详细。建议加大对土壤质量监测普查工作的重视和支持力度，摸清农业生产底数，为长远农业生产的精准施策和科学管理提供科学依据。

3.3 植物保护发挥了止损增效的积极作用

张德奇等[6]研究结果表明，豫中南地区在气候上具有一定的独特性，也是病虫害易发区，其中赤霉病和吸浆虫对小麦产量影响较大，通过防治赤霉病和吸浆虫，可分别提高产量13.30%和8.17%。通过对2010-2019年的统计数据分析，发现驻马店的小麦病虫害虽多发常发，但大力度的植保工作发挥了有效的防控作用，明显降低了病虫害对小麦生产的影响，对提高单产、稳定总产、保证品质等都起到了止损增效的作用。2019年防治力度（防治面积与发生面积的比值）最大，单产次高，品质最佳；2010、2012年防治力度低，对应的单产和品质也都明显偏低。建议持续加强植物保护工作，特别是加强病虫害监测预警，切实做到“综合防治、预防为主”，最终实现防治效果明显、农药施用减量与生产效益提升的有机统一。

3.4 品种的改良提升对小麦增产提质具有决定性作用

肖世和[7]指出，良种是各种农业技术措施中贡献最大、效益最显著的技术因素。根据联合国粮农组织的统计，良种在全球粮食单产提高中的作用占到25%以上，美国等发达国家达到40%，我国也已达到30%以上。良种的作用不仅是提高产量，还可改善产品品质，提高抗逆稳产性能等，本研究的统计结果很好地印证了此观点。

驻马店市地理位置和气候环境决定了本区域内影响小麦生长的光、温、水、土、病、虫等因素的多变，由此也成就了驻马店市作为小麦品种产量、品质、抗逆性、抗病虫性等综合性状检验鉴定的天然平台。通过对驻马店小麦品种利用情况分析表明，郑麦9023、西农979、矮抗58、百农207和衡观35等这些丰产稳产、优质高抗的品种逐渐脱颖而出，成为驻马店市的主导品种，共同为实现驻马店小麦生产稳产、高产、优质并成为全国重要粮食生产基地做出了重要贡献。这些品种也由此推广至河南全省乃至全国。这也表明，凡是能在驻马店经受实践考验的品种，基本都具备高度的适应性，适宜大范围推广。建议充分利用驻马店适宜品种性状鉴定的天然平台优势，将其打造成为国家级的小麦品种试验鉴定推广示范区域中心，更多地承担国家相应的科研试验和示范推广任务，以更快更好地选拔出更多更好品种。

4 结论

根据对驻马店市2010-2019年的统计数据分析，在小麦生育期内，适度干旱少雨对小麦生长不仅不会造成负面影响，反而会对产量和品质的提升有一定促进作用。大力度的植保工作明显降低了病虫害对小麦生产的影响，对提高单产、稳定总产、保证品质等都起到积极作用。郑麦9023、西农979、矮抗58、百农207和衡观35等这些丰产稳产、优质高抗的品种为驻马店实现小麦生产稳产、高产、优质并成为全国重要粮食生产基地做出了重要贡献，良种推广效果显著。