运城盆地不同播期小麦干热风发生风险评价

王 健 许爱玲 杨 娜 王 珂 席吉龙 卫晓东 张建诚 席天元

（山西农业大学棉花研究所，044000，山西运城）

干热风是影响北方冬小麦籽粒灌浆的主要农业气象灾害之一，严重时可造成10%以上的减产[1]。近年来全球气温升高，导致小麦生育进程加快，极端气候频发，春季冷害概率增加，严重影响小麦产量的稳定[2]。与20世纪六七十年代相比，黄淮麦区局部干热风灾害的强度和频率呈减弱趋势[3]，但干热风仍是山西南部地区农业防灾减灾管理中不可忽视的灾害。

国内关于干热风对小麦生产系统的影响已有很长的研究历史。如杨霏云等[4]通过构建干热风强度风险指数和总和抗灾指数等对华北冬小麦主产区干热风灾害进行评估，李香颜等[5]利用层次分析法制定了河南冬小麦干热风灾害风险区划等，李洁等[6]利用历史气象资料和近几年的区域试验产量，分析了干热风对当地小麦产量的影响。赵俊芳等[7]通过分析干热风发生危害指数的时空分布，评价了晋南干热风对小麦生产系统的影响。杨洪宾等[8]在干热风灾害指标和防御措施等方面已有较为成熟的研究成果，但以往的研究多集中于气象资料对传统播期小麦生产的影响，在当前气候变暖的环境下，播期推迟势在必行，因此分析不同播期的干热风发生情况就显得尤为重要。

晋南地区小麦耕作制度主要是小麦―玉米一年两作[9-10]。研究[11]表明，适度晚收能显著增加玉米的产量，合理调整玉米收获期和小麦播种期，是充分利用光热资源的有效途径[12]。李豪圣等[13]研究表明，济麦22的穗数随播期的推迟而降低，穗粒数随播期的推迟变化不大，千粒重随播期的推迟先升高再降低。杨春玲等[14]研究发现，半冬性小麦品种适当推迟播期后，通过增加播量，也可以形成高产群体，进而保证较高的产量。张凡等[15]研究认为，不同生态类型的品种，随播期推迟产量的变化不尽相同，应根据品种来确定播期。以往关于播期的研究多集中于产量及其构成的变化，对不同播期对气候环境的适应性以及播期变化后干热风发生风险的变化研究较少。

本研究选取半冬性偏冬性小麦品种济麦22、半冬性偏春性品种周麦18及弱春性品种西农529，采用播期和品种二因素裂区设计，分析小麦物候期、籽粒灌浆规律、产量及其构成和干热风发生风险，得出不同类型小麦在不同播期的生长发育特征，明确不同播期下小麦干热风发生风险，为农业生产防灾减灾提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017-2018、2018-2019、2019-2020年度在山西省农业科学院棉花研究所南花农场（110°52′E，35°0′ N）进行，该农场位于山西省运城市盐湖区，地处华北高原，海拔372m，属大陆温带季风气候，光热资源丰富，雨热同季。试验地土壤pH 8.49，0～20cm深土壤有机质13.72g/kg、全氮0.874g/kg、全磷0.760g/kg、全钾24.76g/kg、碱解氮41.54mg/kg。小麦生育期平均气温及降雨量见图1，2017-2018年度为丰雨年份，冬季气温低，1-3月升温慢，且4月7日凌晨发生持续6h的-2.6℃的晚霜冻害；2018-2019年度为干旱年份，冬季气温低，1-3月回暖快、降雨少；2019-2020年度为丰雨年份，冬季气温高，1-3月份升温慢、降雨多，4月24日发生持续1h的0℃低温晚霜冻害。

图1 3个试验年份小麦生长季的逐月平均温度与降雨量Fig.1 Monthly average temperature and rainfall of wheat growing season in three experimental years

1.2 试验设计

选择3个不同生态类型小麦品种，分别为半冬性偏冬性品种济麦22（Ⅰ）、半冬性偏春性品种周麦18（Ⅱ）和弱春性品种西农529（Ⅲ）。采用二因素裂区设计，播期为主区，品种为副区，3次重复，小区面积4.14m2（1.38m×3.00m），采用小区宽幅播种耧播种，幅宽10cm，幅距23cm，幅间距13cm，播深3～5cm。每个品种设5个播期（B1～B5），播量依据设计粒数乘以品种千粒重播种，推迟播期时播量增加，达到540万粒/hm2后不再增加，具体设计见表1。

表1 不同冬前积温的试验设计Table 1 Experiment design of different accumulated temperature before winter

播种前底施磷酸二铵（N 18%，P2O546%）390kg，尿素（N 46%）140kg，硫酸钾（K2O 52%）145kg。返青期追施尿素140kg，灌浆期追施100kg。分别于返青期和灌浆期灌水 1次，灌水量均为70m3。采用常规管理方法防控病虫草害，籽粒成熟后收获。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 物候期观测 从小麦播种后，定期观测小麦的生长状态，记录小麦出苗、越冬、拔节、抽穗、扬花和成熟等主要生育期的起始日期。

1.3.2 籽粒灌浆速率 选择标记当天开花的麦穗150穗，并在开花后5、10、15、20、25、30d从已标记植株上选取20个麦穗，105℃杀青0.5h，之后在60℃烘干至恒重，剥取麦粒，测定粒重。采用朱志敏等[16]的三次多项式方法测定灌浆速率，以开花后天数（t）为自变量，千粒重（y）为因变量，用三次多项式模型y=b0+b1t+b2t2+b3t3进行拟合，用其一阶倒数和二阶倒数计算相关灌浆参数。

1.3.3 干热风风险计算 利用盐湖区气象站1987-2016年的气象资料，从5月中旬开始，以5d为1个单元，依据QX/T 82-2019[17]的相关内容，统计各个时段各年份干热风日发生的次数，以该时段发生次数占该时段总天数（150d）的比例，记为该时段发生干热风的风险概率。小麦灌浆达到95%的日期所在时间段的风险概率记为该品种发生干热风的风险值。

1.3.4 产量及其构成因素 每小区去除边行，割取中间4行，割取面积为1.38m2（行距0.23m、行长1.5m），统计总穗数，折合为单位面积穗数。风干后脱粒、称重，折算为含水量13%的标准产量，折算每公顷产量。从中随机取样5次500粒称重，同时测定含水量，折算为含水量13%的标准千粒重。随机取50穗统计穗粒数。

1.4 数据处理

采用Excel 2010处理数据，用SPSS 24进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同播期对小麦物候期的影响

由图1和表2、3、4可以得出，不同年度的物候期受降雨和气温的影响存在一定差异。2017-2018年度，3月份气温较高，开花期较其他年份提前；2018-2019年度，4月份降雨较多，成熟期较其他年份推迟；2019-2020年度冬季气温较高，返青期较前2个年度提前。但不同年度随着播期的推迟，冬前积温的降低，小麦拔节期、扬花期和成熟期推迟，灌浆天数略有降低。

表2 2017-2018年度不同播期对不同品种小麦物候期的影响Table 2 Effects of different sowing dates on phenological stages of different wheat varieties in 2017-2018

表3 2018-2019年度不同播期对不同品种小麦物候期的影响Table 3 Effects of different sowing dates on phenological stages of different wheat varieties in 2018-2019

表4 2019-2020年度不同播期对不同品种小麦物候期的影响Table 4 Effects of different sowing dates on phenological stages of different wheat varieties in 2019-2020

济麦22在第1和第2个播期，冬前分蘖数最多，西农529次之，周麦18最低，随着播期的继续推迟，冬前积温降低到200℃左右，各品种冬前均无分蘖。西农529在第1个播期的拔节期最早，周麦18次之，济麦22最迟，随着播期的推迟，西农529拔节期推迟天数最多，周麦18次之，济麦22最少。3个品种的扬花期变化规律与拔节期一致，但变化幅度明显低于拔节期，不同播期的扬花期接近，成熟期较扬花期差异又略有减小。说明随着播期的推迟，小麦冬前叶龄和冬前分蘖在明显减少，拔节期向后推迟最为明显。小麦通过缩短各阶段生长发育的时间，调节扬花期，缩短灌浆天数，使其成熟期基本维持在一个水平，其中以弱春性小麦对播期的响应最为敏感。

2.2 不同播期对小麦籽粒灌浆的影响

小麦的灌浆期一般分为渐增期、快增期和缓增期3个阶段[18]，灌浆进程呈现“S”型变化趋势，渐增期与缓增期持续时间短，灌浆速度慢，快增期持续时间长，灌浆速率快，三次多项式模拟渐增期与缓增期参数相同。由表5和表6可知，不同年型小麦对小麦灌浆参数影响较大，干旱年份小麦灌浆时长短，灌浆速率快，丰水年份小麦灌浆时长较长，灌浆速率慢。

表5 2018-2019年度不同冬前积温处理的籽粒灌浆参数Table 5 The grain filling parameters of wheat under different accumulated temperatures before winter in 2018-2019

表6 2019-2020年度不同冬前积温处理的籽粒灌浆参数Table 6 The grain filling parameters of wheat under different accumulated temperatures before winter in 2019-2020

2018-2019年度随着冬前积温的降低，济麦22和周麦18的灌浆时长缩短，最大灌浆速率与平均灌浆速率均有所提高；西农529的灌浆时长表现为先增加后降低，最大灌浆速率与平均灌浆速率表现为先降低后升高。3个类型小麦品种在11月25日播种（冬前积温63.7℃）时，灌浆时间均明显降低。三次多项式拟合的渐增期与缓增期灌浆曲线规律一致，灌浆速率变化幅度小于快增期，小麦籽粒灌浆速率的变化主要表现在快增期上。

2019-2020年度，不同类型小麦品种灌浆规律随播期的变化与上一年度基本一致，济麦22不同播期的灌浆速率与上一年度一致，周麦18和西农529不同播期的灌浆速率较上一年度明显提高，这说明半冬性偏冬性品种灌浆速率受气候变化影响小，而半冬性偏春性和弱春性品种的灌浆速率受气候变化影响较大。

2.3 运城地区干热风发生时间分布

分析盐湖区1987-2016年的气象站记录数据，依据轻度干热风和重度干热风发生条件，统计1987-2016年冬小麦成熟前 30d内的干热风发生日数及占总天数的比例（图2）。可以得出，随着小麦成熟的推迟，轻度和重度干热风发生概率呈逐渐增大趋势。轻度干热风在5月27日-6月10日3个统计单元发生概率分别达到16.67%、16.00%和20.00%，明显高于前3个统计单元。重度干热风主要分布在6月份，发生概率达到14.00%和11.33%，发生概率略低于轻度干热风。这可能与盐湖区6月份雨季来临前的气温高、湿度低的天气特征紧密相关。说明干热风的危害主要影响小麦灌浆后期的籽粒建成，尤其成熟前10d是干热风发生的高风险时段。

图2 盐湖区1987-2016年小麦干热风发生和分布情况Fig.2 Occurrence and distribution of dry-hot wind in wheat in Yanhu area from 1987 to 2016

2.4 不同播期下小麦干热风发生风险分析

根据盐湖区1987-2016年不同时段干热风条件发生概率和试验年度灌浆模拟方程 95%灌浆完成时间，得出不同播期小麦干热风发生风险（表7），随着播期的推迟和冬前积温的降低，小麦灌浆起始日期推迟且灌浆时长缩短，使小麦在一定播期范围内，95%灌浆结束时间相近，干热风风险保持一致。继续推迟播期，小麦轻度干热风发生风险无明显变化，重度干热风发生风险明显提高。

表7 不同年度各处理小麦干热风发生风险Table 7 The risk of dry-hot wind of wheat in different years

2018-2019年度，10月 5日播种（冬前积温616.2℃），西农529的干热风发生风险略低于其他2个品种。随着播期的推迟，3个品种的干热风发生风险保持一致，且与10月5日播种差异不明显。播期推迟到11月25日（冬前积温63.7℃）时，3个品种的重度干热风发生风险由4%上升为14%，轻度干热风发生风险无明显变化。

2019-2020年度，西农529与周麦18随着播期的变化，轻度干热风发生风险保持一致。济麦22在11月12日（冬前积温114.2℃）时，轻度干热风发生风险有所升高。济麦22播期推迟至10月23日（冬前积温380.1℃）时，重度干热风发生风险明显提高，周麦18播期推迟至11月2日（冬前积温114.2℃）时，重度干热风发生风险明显提高，西农529播期推迟至11月12日（258.9℃）时重度干热风发生风险明显提高。

2年的干热风发生风险分析结果表明，不同品种的干热风发生风险稳定范围不同，济麦22在380℃～680℃冬前积温、周麦18和西农529在250℃～680℃冬前积温范围播种，轻度和重度干热风发生风险保持一致，继续降低冬前积温，小麦重度干热风发生风险加大。

2.5 不同播期处理对小麦产量及其构成因素的影响

由图3可知，2017-2018年度3个品种的产量均随着播期的推迟而升高，其中以济麦22的产量最高，周麦18次之，西农 529最低，这可能是由于2018年春季发生的严重低温对小麦产量造成影响。冬前积温越高，品种春性越强，受春季低温的影响越大。

图3 3个年度不同播期处理对小麦产量及其构成因素的影响Fig.3 Effects of different sowing dates on wheat yield and its components in three years

2018-2019年度随冬前积温的降低，西农529产量先升高后降低，在冬前积温187℃时产量最高，济麦22与周麦18产量呈下降趋势，但616.2℃与390.3℃差异不显著，这可能是由于春季2-3月春季温度回暖快，且未发生春季低温，使得早播（616.2℃）和适度晚播（390.3℃）的光合性能稳定，干物质积累丰富。

2019-2020年度，随冬前积温的降低，3个类型品种的产量均呈先升高后降低的趋势，济麦22和周麦18在10月23日（冬前积温380.3℃）播种，产量最高，11月2日播种产量下降明显，可能与2020年4月24日发生罕见的超晚霜冻有关。西农529在11月2日（冬前积温258.9℃）播种产量最高。

3个年度的不同类型小麦品种穗数均呈先升高后降低的趋势。随着冬前积温降低，增加播量成熟期穗数增多，但冬前积温降低到100℃以下时继续增加播量，成熟期穗数明显降低。

3个年度的穗粒数变化不尽相同，2017-2018年度随着冬前积温降低，穗粒数显著增多。2018-2019年度随着冬前积温的降低，济麦22与周麦18穗粒数减少，西农529穗粒数呈先升高后降低的趋势。2019-2020年度3个不同类型品种小麦冬前积温的穗粒数均呈先升高后降低的趋势。不同年型的千粒重变化趋势也不尽相同，春季低温主要影响了小麦的穗粒数和千粒重。

通过以上结论得出，传统播期（冬前积温600℃以上）播种，小麦受气候变化影响明显，周年产量稳定性较差，尤其以弱春性品种西农529产量下降最为明显。适度推迟播期，降低冬前积温，能显著提高小麦对不良气候条件的响应，保证周年产量的稳定。

3 讨论

3.1 播期对不同类型冬小麦茎蘖动态及产量的影响

播期是小麦健壮群体构建的重要影响因素，以气温升高为主要特征的气候变化使小麦生长发育的环境条件发生了变化，必然导致区域最佳播期发生变化[8,19]。不同播期的小麦，其冬前分蘖、物候期、穗粒数以及千粒重等都有一定的差异[20-21]。小麦产量随播期的推迟，不同年型变化不同[22]。有研究[23-24]认为，穗数随着播期推迟而下降，晚播增加播量可以提高成穗数，适当晚播可以提高小麦穗粒数，也有学者[25]认为适度晚播，穗粒数降低，不同地域、播期和品种的产量及其三因素结果不尽相同。本研究通过3个年度的试验表明，随着播期的推迟，小麦冬前叶龄和分蘖数减少，拔节期明显推迟，而开花期推迟较少，成熟期略有推迟，小麦通过缩短各生育阶段时长，以保证灌浆时间。3个年度的产量表现，济麦22和周麦18以380℃左右冬前积温的周年产量最高，西农529以250℃冬前积温的周年产量最高，且该冬前积温下，对气候变化的适应性明显提高。适度推迟播期，增加播量，不同类型小麦均以穗数和千粒重的增加来提高产量，穗粒数呈降低趋势。这与前人研究[26-27]的冬小麦最适冬前积温570℃～645℃、冬前叶龄6～7壮苗的冬前指标不尽相同。在气候变暖大环境下，小麦的最适冬前指标已经发生改变。

3.2 播期对不同类型冬小麦灌浆规律的影响

籽粒灌浆进程与小麦的籽粒产量密切相关，尤其对产量要素中的千粒重影响最大[28]。本研究表明，相同播期下，半冬性偏春性品种周麦18灌浆速率最快，半冬性偏冬性品种济麦22与弱春性品种西农529的灌浆速率相近。随着播期的推迟，不同类型品种灌浆时长降低的同时灌浆速率增加，保证了不同播期下千粒重的稳定（2017-2018年度），且在水分条件适宜的情况下（2019-2020年度），随着播期推迟，千粒重显著提高，这与程西永等[29]研究结果不尽相同，这可能是在气候变暖的大环境下，适度晚播虽然缩短了籽粒灌浆时长，灌浆速率加快，灌浆期光热资源利用率较早播更高，从而提高了小麦籽粒千粒重。

3.3 播期对不同类型冬小麦干热风发生风险的影响

盐湖区1987-2016年的小麦干热风主要集中在5月下旬和6月上旬。以籽粒灌浆达到95%的时间，讨论干热风发生风险，丰水年（2019-2020年度）籽粒灌浆时间较长，干热风发生风险较干旱年（2018-2019年度）略有提高。2个年度灌浆结果表明，380℃冬前积温下的不同品种干热风发生风险与 600℃冬前积温发生风险一致。济麦 22在低于380℃冬前积温时干热风发生风险提高，而周麦18和西农529低于250℃冬前积温后，干热风发生风险才有所提高。适度推迟播期，干热风发生风险并未提高，而小麦周年产量的稳定性显著提高。本研究提出了可适度推迟播期，但与之配套的品种选择、水肥运筹和播种方式等还需进一步研究。

4 结论

适度推迟播期，冬前积温减少到380℃左右，冬前分蘖数为2～4时，冬前生长量少，可减少冬前养分和水分消耗，且灌浆速率加快，提高了千粒重，而干热风发生风险没有明显提升，小麦产量较传统播期（冬前积温约600℃）显著提升。本地区的主推品种为半冬性偏冬性品种，在约380℃冬前积温时，半冬性偏春性品种以及弱春性品种在本地区也可种植。