日照地区气候背景下冬小麦适播期分析

日照地区气候背景下冬小麦适播期分析
成兆金;陈蕾;徐淑米
【摘要】Climate change has changed the breeding environment of crops.More specifically,the increase of accu-mulative temperature in winter has changed the suitable sowing period of winter wheat(SSPWW).The spring frost and dry-hot wind have damaged the physiological function of wheat.To guide agricultural production better,it is important to determine the optimum sowing period of winter wheat in the context of climate change.Based on the daily meteorological data of 3 meteorological stations in Rizhao area from 1951 to 2016,using the methods of trend analysis and correlation test,the spring frosts duringthe SSPWW the effective accumulative temperature≥0 ℃ is 400-750 ℃·d before
winter,during the wheat's jointing stage and the temporal and spatial variation of high temperature dry-hot wind weather during the wheat's milk-ripe stage were investigated.The results show that the effective accumulative temperature ≥0℃ before winter i.e.the period during October 2 to December 20 in-creases w ith a ratio of 1.572℃·a-1at Donggang district in recent 62 years,of 1.339℃·a-1at Wulian County in re-cent 58 years and of 1.513 ℃·a-1at Ju County in recent 66 years.In addition,the SSPWW in Rizhao area does not occur an abrupt change.As a result,the SSPWWs at Donggang District,Wulian County and Ju County are con-firmed as the periods during October 20-25,October 17-20 and October 11-15,which are 5-10 days later than tradi-tional sowing periods
and theoretically avoid frost damage in the winter wheat's jointing stage
as well as decrease high temperature dry-hot wind damage for 69％,85％and 75％in the wheat's milk-ripe stage,respectively.In short,this study plays a positive role in guiding local winter wheat production.%气候变化改变了作物的生育环境,冬季积温的增加使冬小麦的适播期发生了变化,春季霜冻、干热风,使小麦的生理机能受到了损害.因此,给出气候变化背景下冬小麦最佳播期的窗口尤为
重要.本文利用日照地区3 个气象站1951—2016年的逐日气象数据,采用趋势分析、相关性检验等方法,对该地区冬小麦适播期(冬前≥0 ℃·d 有效积温为 400—
750 ℃·d)、拔节期间发生的春季霜冻以及乳熟期间发生的高温干热风天气的时间
变化进行了分析.结果表明:冬前(10月2日至12月20日)≥0 ℃·d有效积温,近62 a来大东港区以1.572(℃·d)·a-1的速度递增,近58 a来五莲县以1.339(℃·d)·a-1
的速度递增,近66 a来莒县以1.513(℃·d)·a-1的速度递增,日照地区冬小麦的适播
期均未发生突变过程.最终确定日照地区冬小麦适播期大东港为10月20—25日,
五莲县为10月17—20日,莒县为10月11—15日,比传统播期推迟5—10 d,理论上避免了冬小麦拔节期的霜冻危害,并分别以69％、85％、75％减少了小麦乳熟
期的高温、干热风危害.该研究对当地冬小麦生产可起到积极的指导作用.
【期刊名称】《气象与环境学报》
【年(卷),期】2018(034)003
【总页数】6页(P93-98)
【关键词】冬小麦;气候变化;适播期;有效积温;春霜冻;干热风
【作者】成兆金;陈蕾;徐淑米
【作者单位】日照市气象局,山东日照276826;天津市联合泰泽环境科技发展有限公司,天津300042;怀远县气象局,安徽蚌埠233040
【正文语种】中文
【中图分类】S161.2
引言
小麦产量除与品种自身的特性相关外，还与栽培措施、气候有密切关系，播期就直接影响了小麦的长势，对小麦的小穗数、穗粒数、千粒重具有一定影响，从而影响小麦最终品质和产量[1-2]。

研究表明，适期播种有利于小麦壮苗生长以及安全越冬，有利于提高小麦光能利用率进行糖分积累，增加小麦产量，提高小麦品质[3]。

朱统泉等[4]和郭春强等[5]研究表明，播期对小麦的产量性状影响较大，晚播导致
小麦冬前生长发育所需要的积温不足、幼苗不壮，不仅会造成小麦成穗数减少，而且对于穗粒数、千粒重均有不同程度的负效应。

据统计分析，自1951—2016 年
山东日照地区，莒县66 个冬季出现7 个单站暖冬，大东港区为45 个，五莲县为18 个[6]。

春霜冻也时有发生，若仍遵循古谚语“白露早寒露迟秋分种麦正当时”日期播种，小麦冬前易旺苗，遇倒春霜冻天气受冻减产，甚至绝产。

干热风天气是小麦乳熟时期发生的灾害天气，灾害发生时常造成小麦炸芒、青枯，甚至直接高温逼熟。

为应对气候变化，调整适播期成为当前小麦高产高效生产的必要措施[7]。

但仅凭调整适播期只能避免因气候变暖[8-11]带来的冬前积温过剩造成的冬前旺苗，没有考虑到拔节期常出现的春霜冻和小麦乳熟期的干热风灾害。

小麦的播期推迟，小麦生育期推迟[12-13]。

常规情况下大多采用对日平均气温进行5 d滑动平均方
法确定冬小麦停止生长日期，本文以5 d为单位，求12月5 d平均气温≥0 ℃的
日期，作为冬小麦停止生长的生物学下限温度，通过冬前积温、霜冻、高温干热风
等要素研究对冬小麦生育的影响，旨在寻求通过调整适播期尽量避免积温过剩、霜冻、干热风灾害以实现小麦持续高产。

1 资料与方法
1.1 研究区概况
日照地区所辖三个区域，大东港区、莒县和五莲县。

大东港区东部地处沿海，海岸线达100 km，东部沿海30 km条形地带属暖温带半湿润性季风气候，西部纵深
地区与莒县和五莲县接壤地处内陆，属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候。

受海洋影响，大东港区东部历年冬季平均气温比莒县偏高2.0 ℃，比五莲县偏高1.2 ℃，冬季气温明显偏高；春季平均气温比莒县偏低0.8 ℃，比五莲县偏低1.5 ℃。

大东港区西部和莒县大部区域土层深厚、土壤肥力较高，加之光热资源充足，雨热同期，光热水资源匹配较好，优于五莲和大东港区其他地区，是日照地区重要的粮食生产区域。

全地区平均年降水量为739.6—781.5 mm，年日照时数为2227.2—2428.3 h，≥0℃有效积温为4776.5—4973.6 ℃·d。

1.2 资料来源
数据来源于山东省气候中心整编的日照地区大东港(1955—2016年)、莒县(1959—2016年)、五莲县(1951—2016年)气候资料，1980—2016 年莒县国家
基准气候站观测的作物生育状况资料以及当地民政局调查统计的灾害资料。

包括日平均气温、冬前积温、霜冻资料、干热风资料、灾害资料等。

1.3 研究方法
采用积温指标法[14]对冬小麦适播期进行分析。

日照地区冬前壮苗标准定为越冬期主茎叶龄6 片、单株分蘖5 个[15]，越冬前所需积温为600—650 ℃·d，≥0 ℃·d 积温高于750 ℃·d易产生旺苗，低于400 ℃·d难以形成壮苗。

小麦播种—出苗期所需≥0 ℃·d积温采用式(1)[15]
∑t=50+10n+20
(1)
计算∑t=120 ℃·d。

式(1)中，n为播种深度，一般为5 cm，小麦越冬前每增加1 个分蘖一般需要
≥0 ℃·d积温80 ℃·d，达到壮苗下限必需400 ℃·d；如果≥0 ℃·d积温超过
750 ℃·d，即多于9 个分蘖，达到壮苗上限，就会形成旺苗。

利用山东省气候监
测系统软件求取各阶段积温数据，利用线性变化倾向率趋势分析、Mann-Kendall 突变检验[16]、DPS数据处理系统相关性检验等方法对越冬前积温进行统计分析，求取有效积温递增速度、检验其趋势突变及相关性。

由冬小麦适播期起始日期以及历年冬小麦生长期所需平均≥0 ℃·d有效积温可反演求取冬小麦成熟日期，然后根据反演的成熟日期以及历年冬小麦生长各发育期出现日期向前推求取冬小麦各主要发育期大致出现日期。

2 结果分析
2.1 日照地区冬小麦适播期的时间变化
2.1.1 冬前积温变化趋势
积温学说都是以界限温度来定义，都是以5 d滑动平均的日平均气温≥0 ℃作为稳定通过0 ℃终日，以此作为冬小麦越冬停止生长的日期。

考虑到日照地区从11月气温变化幅度加大，往往一次比较大的冷空气过境就会达到这个条件，但冷空气过后气温往往得到回升且持续时间较长，如果仅采取稳定通过0 ℃的终日判断小麦
越冬，往往人为提前了小麦的真正停止生长时间。

据统计分析，日照地区12月11—15日日平均温度≥1.1 ℃，12月16—20日日平均温度≥0.5 ℃，12月21—25日日平均温度≥-0.1 ℃。

由此可见，12月20日以后日平均气温较低，小麦基
本停止生长，12月20日前温度较高，仍能缓慢分蘖生长，而莒县观测站基本以
当时日平均气温达到0 ℃为小麦开始越冬，冬小麦历年越冬开始日期为12月13日，显然有些偏早；据历史资料显示，莒县稳定通过0 ℃的终日为12月5日，也
较莒县历年冬小麦停止生长期提前了8 d。

因此，本文将12月20日定为越冬停止生长的最后日期，具有生物学意义，比较合理。

图1 1951—2016 年大东港(a)、莒县(b)、五莲(c)冬前≥0 ℃有效积温变化趋势Fig. 1 Variations of effective accumulative temperature ≥0 ℃ before winter at Donggang district(a),Ju county(b),Wulian county(c) during 1951 to 2016
对日照地区大东港区、莒县、五莲等站1951—2016 年冬前(10月2日至12月20日)≥0 ℃·d有效积温进行统计结果表明(图1)，无论是内陆还是沿海，其有效积温均呈递增趋势。

大东港区以1.572 d·a-1的速度递增，积温与年际相关性
R=0.430，R0.05=0.250；莒县以1.513 d·a-1的速度递增，相关性R=0.364，R0.05=0.258；五莲县以1.339 d·a-1的速度递增，相关性R=0.453，
R0.05=0.242。

在积温与年际的相关性检验中均通过了0.05显著性检验，这说明日照地区由于气候变化影响，≥0 ℃有效积温均变化显著。

从图1的趋势变化来看，3个站的历史积温数据均呈上下交错缓慢上升的趋势，不存在大的或小的突变现象，Mann-Kendall检验不存在突变。

2.1.2 越冬前积温变化特征
表1 日照地区冬小麦不同播期越冬前≥0 ℃有效积温Table 1 The effective accumulated temperature ≥0 ℃ before winter for different sowing periods of winter wheat in Rizhao area ℃·d日期/(d/m)大东港五莲莒县区域平均
26/9至20/12932.2837.3760.4836.52/10至20/12814.5726.3654.6725.66/10至20/12740.4656.8588.5656.011/10至20/12650.5571.8508.6571.716/10至20/12565.8493.2433.7492.721/10至20/12486.5419.2-418.826/10至
20/12412.5---
在日照地区，平原地区习惯于10月1日后开始播种，对丘陵山地习惯于9月下旬
播种，正所谓“白露早寒露迟秋分种麦正当时”，每年公历9月23—24日之间
为秋分日，10月8—9日之间为寒露节。

对日照地区采用以5 d步长的时间跨度
求算越冬前≥0 ℃有效积温(表1)。

由表1可以看出，大东港区9月25日至10月
5日播种，冬前≥0 ℃有效积温多于740.4 ℃·d，宜产生旺苗，越冬期易产生冻害；10月25日后播种，冬前≥0 ℃有效积温少于400 ℃·d，分蘖少，苗弱，不易安全越冬，其适播期为10月10—25日，冬前≥0 ℃·d有效积温≥412.5 ℃·d的保证
率为73%；五莲县9月25日至10月1日播种，冬前≥0 ℃有效积温多于
726.3 ℃·d，宜产生旺苗；10月20日后播种，冬前≥0 ℃有效积温少于400 ℃·d，苗弱，其适播期为10月5—20日，冬前≥0 ℃有效积温≥419.2 ℃·d的保证率为75%；莒县早于10月1日播种，冬前≥0 ℃有效积温多于654.6 ℃·d，宜产生旺苗，10月15日后播种，冬前≥0 ℃有效积温基本少于400 ℃·d，弱苗，其适播期为10月1—15日，冬前≥0 ℃有效积温≥433.7 ℃·d的保证率为72%。

具体播期可根据当年的气候状况、日平均气温稳定通过15—18 ℃实际情况适当调整。

根据日照地区气候条件，适合种植弱冬性冬小麦品种，根据莒县1980—2016 年
观测地段其冬小麦生育状况观测资料统计显示，最早播种日期为10月1日，最晚10月20日，平均播种日期10月11日；成熟日期最早6月4日，最晚6月18日，平均成熟日期6月13日，其生长期≥0 ℃·d有效积温平均为1970.0 ℃·d。

由该积温反演求取冬小麦成熟日期，进而获得各主要发育期大致出现日期(表2)。

2.2 春霜冻时空分析
表2 日照地区冬小麦各生长日期和有效积温Table 2 The occurrence dates and effective accumulative temperature of winter wheat growth stages in Rizhao area地点播种/(d/m)拔节/(d/m)抽穗/(d/m)乳熟/(d/m)成熟/(d/m)全生
育期≥0 ℃有效积温/℃大东港10—25/107—18/428/4至9/526/5至6/69—
20/61968.8—1986.3五莲5—20/1031/3至10/421/4至1/519—29/52—
12/61978.3—1968.8莒县1—15/104—14/425/4至5/523/5至2/66—
16/61973.5—1980.1
春霜冻是指春季出现的霜冻，是由于土壤表面、植物表面及近地层的温度下降到0—5 ℃以下，引起小麦遭受冻害或者死亡的现象[17]。

日照地区冬小麦一般4月
上旬至5月上旬进入拔节、抽穗生长期，此期是小麦生长发育关键期，也是春霜
冻高度危害期，常造成小麦叶片、生长锥、主茎、幼穗受冻，严重影响小麦产量和质量。

通过多年实地调查经验来看，日最低气温<-2.0 ℃冬小麦发生冻害，减产损失较大，小麦拔节期发生霜冻的上限温度为日最低气温达到2 ℃以下，日最低气温≥-2 ℃，一般对冬小麦造成比较轻微的霜冻，减产损失较小。

由日照地区1951—2016年
3月31日至5月10日逐日最低气温统计显示(表3)：大东港区62 a中日最低气
温≥-2 ℃日数9次，概率(样本数2542)0.4%，日最低气温<-2.0 ℃日数2次，即出现较重霜冻2次，属极小概率事件；五莲县58 a中日最低气温≥-2 ℃日数32次，概率(样本数2378)1.3%，日最低气温<-2.0 ℃日数6次，即出现较重霜冻6次，属较小概率事件；莒县66 a中日最低气温≥-2 ℃天数78次，概率(样本数2706)2.9%，日最低气温<-2.0 ℃日数38次，概率1.4%，即出现较重霜冻38次，属较大概率事件，对春季冬小麦的生产造成较大危害。

表3 1951—2016 年(3月31日至5月10日)日照地区不同日最低气温范围出现频次Table 3 The frequencies of daily minimum temperatures at different scopes during March 31 to May 10 from 1951 to 2016 in Rizhao area日最
低气温/℃≥-1.0-1.1～-2.0-2.1～-3.0-3.1～-4.0-4.1～-5.0<-5.0大东港 631100
五莲2483120莒县4434201071
表4 日照地区日最低气温<2 ℃日期Table 4 Dates of daily minimum temperature<2.0 ℃ in Rizhao area站名日期大东港1962.04.03、1972.04.01
五莲1962.04.03、1972.03.31、1976.04.03、1987.03.31、1991.03.31、1991.04.01莒县1953.03.31、1953.04.12、1954.04.08、1955.03.31、1955.04.04、1956.04.03、1957.03.31、1957.04.02、1957.04.03、
1960.04.01、1960.04.05、1961.04.09、1962.04.03、1962.04.04、
1965.04.01、1969.03.31、1971.04.04、1972.03.31、1972.04.01、
1972.04.09、1975.04.01、1975.04.02、1980.04.14、1981.04.02、
1985.03.31、1985.04.04、1987.03.31、1988.04.07、1991.03.31、
1991.04.01、1993.04.05、1993.04.08、1993.04.09、1993.04.11、
2001.03.31、2007.04.03、2011.04.03、2011.04.04
由表4可以看到，出现低温冻害的频次大东港、五莲、莒县依次递增。

其中，大东港日最低气温<-2.0 ℃日数只出现2次，出现在4月1—3日；五莲日最低气温<-2.0 ℃日数出现6次，出现在3月31日至4月3日；莒县日最低气温<-2.0 ℃日数出现38次，出现在3月31日至4月12日，其中29次出现在3月31日至4月5日，占76%，6次出现在4月6—10日，占16%，3次出现在4月11—15日，占8%。

2.3 高温时空分析
由历史资料统计分析，进入5月，往往发生1—2次日最高气温≥32 ℃的高温天气，一般出现在下旬，高温天气极易带来干热风危害。

干热风是造成大量蒸散的综合气象灾害，表现为高温、低湿和伴有一定的风力，主要在小麦乳熟期造成危害[18]。

发生时最高气温可达32 ℃以上，甚至可达37—38 ℃，空气相对湿度可降至25%—35%，风速≥3 m·s-1，表现为干尖炸芒，呈灰白或青灰色，造成小麦大面积干枯逼熟死亡，产量下降[19]。

干热风是北方麦区常发的农业气象灾害。

表5 1951—2016年(5月20日至6月10日)日照地区日最高气温Table 5 The daily maximum temperature during May 20 June 10 from 1951 to
2016 in Rizhao area日最高气温32.0—34.935.0—39.0概率/%大东港35次7
次1.7%五莲139次32次7.2%莒县153次26次6.6%
由表4可知，大东港区发生35 ℃以上高温天气7次，可能产生重干热风7次，发生32—35 ℃高温天气35次，可能产生轻干热风35次，62 a中高温天气概率为1.7%，出现几率较小；五莲发生35 ℃以上高温天气32次，可能产生重干热风
32次，发生32—35 ℃高温天气139次，可能产生轻干热风139次，58 a中高
温天气概率为7.2%，出现几率较大；莒县发生35 ℃以上高温天气26次，可能产生重干热风26次，发生32—35 ℃高温天气153次，可能产生轻干热风153次，66 a中高温天气概率为6.6%，出现几率较大。

2.4 日照地区冬小麦适播期综合分析
为改变气候变化给农业生产带来的负面影响，尽量减小春霜冻、干热风给冬小麦生产带来的灾害损失。

可通过调整冬小麦的适播期来尽量避免春霜冻和干热风对冬小麦关键发育期的危害。

拔节后是小花分化期，此期霜冻会造成小花大量受冻、退化，造成穗粒数减少，如果春霜冻错过这个关键时期，就会避免小花受损，减小小麦的产量损失；乳熟期前后是小麦子粒达到正常大小，充满白色灌浆液的关键时期，此期发生高温天气，极易生成干热风，造成小麦子粒干瘪、高温逼熟、产量及品质严重下降。

日照地区春霜冻主要发生在4月第一侯前，只要在适播期稍微延迟播种，使拔节
期出现在4月5日之后(莒县尽量出现在4月10日之后)就可避免春霜冻对小麦拔节期的生理危害，极大降低小麦的损失。

根据莒县冬小麦历年拔节期遭受的春霜冻天数，作为冬小麦适播期内后延的天数，确定避免小麦拔节期遭受霜冻的适播期(表5)。

表6 日照地区冬小麦适播期及各发育期Table 6 The suitable sowing periods and the occurrence dates of growth stages of winter wheat in Rizhao area
地点播种/(d/m)拔节/(d/m)抽穗/(d/m)乳熟/(d/m)成熟/(d/m)全生育期≥0 ℃有
效积温/℃·d大东港20—25/1013—18/44—9/51—6/616—20/61972.2—1986.3五莲17—20/107/3至10/428/4至1/526—29/510—12/61966.4—1968.8莒县11—15/1010—14/41—5/529/5至2/613—16/61970.0—1980.1 作为正响应，小麦的乳熟期也得到后延。

考虑避免春霜冻灾害的适播期确定后，大东港区在拔节期遭受春霜冻灾害就由11次变为0次，遭受干热风灾害就由42次
变为13次，减少了69%；五莲县在拔节期遭受春霜冻灾害就由38次变为0次，遭受干热风灾害就由171次变为25次，减少了85%；莒县在拔节期遭受春霜冻
灾害就由116次变为0次，遭受干热风灾害就由179次变为44次，减少了75%。

这样，通过在适播期内调整播种日期，既保证了冬前壮苗，又避免了拔节期的霜冻危害，又极大减少了干热风在小麦乳熟期的严重危害。

很大程度上减少了小麦的产量、品质损失，对小麦生产意义明显。

表7 延迟播种前后霜冻、干热风减少频次对比Table 6 Comparison of the reduced frequencies of frost and dry-hot wind damage between before and after the planting delayed地点霜冻(频次)延迟前延迟后减少/(%)干热风(频次)延迟前延迟后减少/(%)大东港110100421369五莲3801001712585莒县11601001794475
3 结论与讨论
(1)本文以5 d为单位，分析12月5 d平均气温≥0 ℃的日期，作为冬小麦停止生长的生物学下限温度，得出以12月20日为越冬停止生长的最后日期，比常规使
用5 d滑动平均气温降到0 ℃作为冬小麦停止生长日期更具符合实际生产管理意义。

(2)许多学者均是从壮苗、安全越冬意义上来考虑小麦适播期的确定，本文从冬前
积温、拔节期春霜冻以及乳熟期高温、干热风等因素综合考虑冬小麦的适播期，减
少了冬前过度旺苗、避开了小麦在拔节期易受到的春霜冻灾害、减少了乳熟期发生的高温、干热风灾害，对小麦的产量和品质具有积极意义。

(3)在避免冬小麦拔节期的霜冻危害以及减小小麦乳熟期的高温、干热风危害情况下，确定的日照地区冬小麦适播期，大东港区为10月20—25日，五莲县为10月17—20日，莒县为10月11—15日，比传统播期推迟了5—10 d。

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