張翠英, 林 坤, 李思同※

(1.菏澤市氣象局，山東菏澤 274000； 2.菏澤市農(nóng)業(yè)科學院，山東菏澤 274000)

0 引言

由于全球變暖對作物生長發(fā)育和作物產(chǎn)量將造成顯著影響，國內(nèi)許多學者在氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響方面做了大量工作[1-5]。氣候異常是指某一地區(qū)某一時期內(nèi)氣候要素圍繞其多年平均值出現(xiàn)大的波動現(xiàn)象[6]，低溫冷害是指農(nóng)作物生育期內(nèi)，某一時期或整個生育期間的氣溫低于作物的生長發(fā)育要求，引起農(nóng)作物生育期延遲或生殖器官的生理機能受到損害，從而造成農(nóng)作物減產(chǎn)的一種自然災害[7]。據(jù)研究，近100年來中國年平均地表氣溫明顯增加[8]，在全球變暖的背景下，異常與極端低溫天氣對冬小麥的生長發(fā)育仍然產(chǎn)生重大的影響。葉彩華等[9]采用對比分析方法，針對2009/2010年度北京地區(qū)出現(xiàn)的異常氣候?qū)Χ←湶煌诋a(chǎn)生的影響進行了分析。岳宏等[10]系統(tǒng)分析了冬小麥生育期內(nèi)出現(xiàn)的階段性低溫天氣使積溫偏少，冬小麥生育期明顯推遲。王日東等[11]研究得出低溫天氣延緩了春季小麥的正常生長發(fā)育。2015～2016年魯西南出現(xiàn)了有史以來罕見的異常低溫天氣，文章分別選取了與冬小麥發(fā)育期相關(guān)的氣溫、積溫、日照、降水等氣象因子為指標，通過與常年(1981～2010年平均)值對比，分析了2016年度魯西南冬小麥生育期間的異常低溫天氣對冬小麥生育的影響，為政府決策部門、魯西南冬小麥生產(chǎn)管理、評估氣候變化對冬小麥產(chǎn)量的影響等提供科學參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 區(qū)域范圍

魯西南位于山東省西南部，屬暖溫帶季風氣候，四季分明，種植制度為一年兩熟，農(nóng)業(yè)資源豐富，冬小麥是魯西南的主要糧食作物之一，適宜的氣象條件對冬小麥的生長發(fā)育和產(chǎn)量影響較大。

1.2 數(shù)據(jù)來源

氣象資料來自魯西南國家一般氣象站菏澤觀測資料;作物物候觀測資料來自魯西南國家農(nóng)業(yè)氣象基本站觀測資料;苗情和災情資料來自魯西南農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站監(jiān)測點的調(diào)查數(shù)據(jù);1981～2010年氣候資料來自山東省氣象信息中心。

1.3 分析方法

以氣溫、積溫、降水和日照等氣象因子為指標，主要采用數(shù)理統(tǒng)計方法，對比分析冬小麥生育期間的異常氣象條件對生長發(fā)育及產(chǎn)量因素等造成的影響。

圖1 冬小麥生育期旬平均氣溫演變

圖2 2015年11月20～25日菏澤市降雪量分布(mm)

2 結(jié)果與分析

2.1 氣候特征分析

2015～2016年冬小麥生育期間氣候特征：播種期氣溫偏高，出現(xiàn)罕見暴雪，強降溫，至返青前氣溫忽高忽低，返青后氣溫較常年普遍偏高； 前期降水偏多，后期出現(xiàn)階段干旱。

由圖1可見，菏澤市2015年10月氣溫較常年偏高，受強冷空氣影響， 11月23日夜晚至24日，菏澤市普降暴雪，平均降水量33.9mm，成武縣最大降水量40.7mm，鄆城縣最大雪深31cm，除成武縣、單縣雪深與歷史極值持平外，其余縣區(qū)均超過自1954年有氣象資料以來最大值。氣溫明顯下降，極端最低氣溫-8.9℃， 11月24～26日持續(xù)3d小時氣溫都在0℃以下。氣溫持續(xù)偏低，但冬小麥積雪覆蓋，經(jīng)大田調(diào)查沒有出現(xiàn)氣象災害，確保冬小麥安全越冬并為農(nóng)田儲存了水資源。

由圖1可見， 1月下旬出現(xiàn)強降溫天氣過程，極端最低氣溫-15.5℃，此期冬小麥正處于越冬期，前期降水偏多，農(nóng)田墑情較好，沒有氣象災害發(fā)生，冬小麥安全越冬，為春季生產(chǎn)打下良好的基礎(chǔ)。

2月至冬小麥成熟期，菏澤市氣溫逐漸回升，除5月中、下旬平均氣溫較常年略偏低外，其余旬平均氣溫較常年同期均偏高， 2、3、4、5月平均氣溫較常年分別偏高1.5℃、3.1℃、3.0℃、0.1℃。3月上旬、4月上、中旬出現(xiàn)明顯的倒春寒現(xiàn)象，此期正值冬小麥返青、抽穗期， 4月7、8日最低氣溫3.3℃、2.9℃，此時冬小麥已進入抽穗期，但由于降溫幅度小，短暫的低溫對冬小麥影響不明顯，經(jīng)大田調(diào)查沒有出現(xiàn)明顯的凍害災害。

2015年11月中、下旬陰雨天氣較多，降水量較多，統(tǒng)計11月20～25日菏澤市降水量(圖2)，菏澤市南部成武縣、單縣最大降水量73.1mm，由南向北降水量逐漸減小，鄄城縣最小降水量49.0mm，降水較常年明顯偏多，降水為冬小麥后期生長儲備了水資源。

將冬小麥整個生育期分越冬前、越冬期、返青期、起身期、抽穗及成熟期，分別統(tǒng)計近10年的冬小麥生育期間的≥0℃積溫、累計降水量和累計日照時數(shù)，并統(tǒng)計其變異系數(shù)[12]，變異系數(shù)是一個衡量離散程度簡單而有用的統(tǒng)計指標，是衡量不同單位或平均數(shù)差異較大的樣本變異程度的一種常用統(tǒng)計量。

表1 2006～2016年菏澤市冬小麥生育期間氣象要素變化

播種—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 積溫變異系數(shù)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累計平均值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 量變異系數(shù)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累計平均值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 時數(shù)變異系數(shù)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可見，近10年冬小麥各發(fā)育期間≥0℃積溫較常年不同程度的偏多，整個生育期間積溫變異系數(shù)0.058 0，說明積溫整體變化不大，越冬期變異系數(shù)0.402 9，其余各發(fā)育期間變異系數(shù)較小，根據(jù)變異系數(shù)定義，在冬小麥越冬期由于越冬時間長短不一，積溫差別較大， 2011～2012年、2012～2013年冬小麥越冬期積溫為78.7℃、62.5℃， 2014～2015年積溫為238.1℃，數(shù)據(jù)差別較大，這與越冬時間的長短有關(guān)。2015～2016年冬小麥各生育期間積溫均較常年不同程度的偏多。

近10年各發(fā)育期間累計降水量差異較大，特別是春季降水不同程度的偏小，返青期變異系數(shù)1.701 5，最大降水量66.9mm，最小是沒有出現(xiàn)降水，起身期、抽穗期變異系數(shù)也較大，說明近10年返青期、起身期、抽穗期降水量差別較大。2015～2016年冬小麥越冬前及越冬期降水較常年偏多，但返青至成熟期降水量均較常年不同程度的偏少，特別是抽穗后期降水較常年偏少30mm。

近10年日照時數(shù)變異系數(shù)各發(fā)育期都較小，說明冬小麥各發(fā)育期間日照時數(shù)變化較小， 2015～2016年冬小麥越冬前及越冬期日照時數(shù)較常年明顯偏少，特別是越冬前由于陰雨日較多，累計日照時數(shù)偏少135.7h，越冬期也偏少55.9h。

圖3 1986～2014年菏澤市冬小麥逐年越冬開始日期變化

2.2 氣象條件對冬小麥的影響

2015～2016年菏澤市冬小麥生育期間異常氣象條件對冬小麥的生產(chǎn)和產(chǎn)量產(chǎn)生影響，該文從冬小麥生育期狀況、產(chǎn)量因素等方面分析氣象條件異常所造成的影響。

2.2.1 對越冬開始日期的影響

菏澤市冬小麥常年越冬開始日期[13]大部分在12月中、下旬(圖3)，近30年平均日期是12月14日，但2015年11月23～24日降雪后，氣溫驟降，最低氣溫達到-13.5℃，冬小麥提前進入越冬期，是近30年中自1993年、2009年之后第3個冬小麥越冬開始日期出現(xiàn)在11月的年份，較常年提前近20d，提前越冬致使冬小麥冬前抗寒鍛煉時間較短，冬前≥0℃積溫偏少，影響了冬小麥冬前形成壯苗，分蘗數(shù)偏少，大蘗數(shù)更少。冬小麥葉鞘中露出第一分蘗的葉尖約0.5～1.0cm為冬小麥分蘗，分蘗中具有3片或以上完整葉的分蘗為大蘗數(shù)[13]。

冬小麥進入越冬期時，對菏澤市大田冬小麥分蘗數(shù)、三葉以上大蘗數(shù)及次生根(條)等產(chǎn)量因素進行定點調(diào)查，數(shù)據(jù)顯示(表2)，由于越冬開始日期提前，所有調(diào)查點冬小麥單株分蘗、大蘗數(shù)和次生根數(shù)[14]均比2015年不同程度的減小。次生根是冬小麥的主要根系，發(fā)生在莖基部的分蘗節(jié)上，與分蘗同時形成，次生根對于鞏固植株，防止根倒伏具有重要作用。

表2 2016年菏澤市冬小麥冬前苗情 個/條

縣區(qū)總體苗情一類苗情二類苗情三類苗情旺苗苗情單株分蘗三葉以上大蘗單株次生根單株分蘗三葉以上大蘗單株次生根單株分蘗三葉以上大蘗單株次生根單株分蘗三葉以上大蘗單株次生根單株分蘗三葉以上大蘗單株次生根牡丹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 曹縣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 單縣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 鄆城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 東明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 合計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

據(jù)冬小麥冬前不同生育期田間調(diào)查，菏澤市冬小麥入冬前一類苗面積占38.4%，較2015年同期偏少1.153 3萬hm2，總莖數(shù)71.2萬/667m2，較2015年同期減少4.1萬/667m2； 二類苗面積占41.0%，較2015年同期偏多4 066.7hm2，總莖數(shù)55.7萬/667m2，較2015年同期減少2.4萬/667m2； 三類苗面積占16.7%，較2015年同期增加2.846 7萬hm2，總莖數(shù)39.6萬/667m2，較2015年同期增加0.5萬/667m2； 旺苗[15]面積占4.0%，較2015年同期偏少1.706 7萬hm2，總莖數(shù)93.2萬/667m2，較2015年同期減少6.5萬/667m2。

2.2.2 對越冬至春季生育期的影響

菏澤市1月下旬出現(xiàn)強降溫天氣過程，極端最低氣溫-15.5℃，此期冬小麥正處于越冬期，前期降水偏多，冬小麥安全越冬。3月上旬、4月上、中旬出現(xiàn)明顯的倒春寒現(xiàn)象，此期正值冬小麥返青、抽穗期，但由于降溫幅度小，經(jīng)調(diào)查沒有出現(xiàn)明顯的凍害。3月10日、11日最低氣溫-1.5℃、-1.0℃， 4月7、8日最低氣溫3.3℃、2.9℃，此時冬小麥已進入抽穗期，短暫的低溫沒有對冬小麥造成凍害。

表3 2016年菏澤市冬小麥返青期苗情

個/條

表4 2016年和近10年菏澤市冬小麥南、北部苗情

越冬前越冬后分蘗數(shù)(個)大蘗數(shù)(個)密度(1m2莖數(shù))分蘗數(shù)(個)大蘗數(shù)(個)密度(1m2莖數(shù))南部高產(chǎn)田3.11.91 365.904.22.21 432.0210年均值4.02.24.32.7中產(chǎn)田2.31.11 006.403.61.51 297.1010年均值2.81.43.61.9低產(chǎn)田1.80.5509.742.91.7827.5010年均值2.20.73.11.9北部高產(chǎn)田2.10.7982.932.91.11 215.6710年均值3.00.74.71.5中產(chǎn)田3.10.7898.766.91.51 220.5110年均值3.30.97.11.6低產(chǎn)田1.80.8593.251.80.8757.7510年均值2.91.04.41.5

由于春季氣溫出現(xiàn)較長時間低溫，返青期調(diào)查冬小麥產(chǎn)量因素(表3)，各類苗情分蘗、大蘗和次生根數(shù)與冬前調(diào)查結(jié)果相近。氣溫偏低但沒有出現(xiàn)明顯的凍害，旺苗大蘗數(shù)和次生根出現(xiàn)較去年略有減小。

據(jù)冬小麥春季不同生育期田間調(diào)查，菏澤市冬小麥春季一類苗面積占43.1%，較冬前增加3 133.3hm2，總莖數(shù)75.7萬/667m2，較冬前增加4.5萬/667m2； 二類苗面積占42.3%，較冬前增加866.7hm2，總莖數(shù)60.3萬/667m2，較冬前增加4.6萬/667m2； 三類苗面積占7.2%，較冬前減少6333.3hm2，總莖數(shù)44.3萬/667m2，較冬前增加4.7萬/667m2； 旺苗面積占7.4%，較冬前增加2 266.7hm2，總莖數(shù)88.6萬/667m2，較冬前減少4.6萬/667m2。春季旺苗略有增加，分蘗遲遲不向兩極分化，總莖數(shù)超過1 500萬/hm2甚至更高，單株分蘗7個以上，單株次生根10條以上，麥苗基部通風透光不良，葉片過早發(fā)黃，節(jié)間伸長過快，莖稈黃白不健壯。

2.2.3 對產(chǎn)量因素的影響

作物在整個生育期內(nèi)不同時期依次或重疊出現(xiàn)產(chǎn)量因素[13]，在其形成過程中產(chǎn)量因素具有自動調(diào)節(jié)現(xiàn)象，產(chǎn)量因素受周圍環(huán)境的影響最終會影響作物的產(chǎn)量，實踐證明氣象條件對產(chǎn)量因素的影響較大。根據(jù)中國氣象局觀測規(guī)范[13]，在縣境范圍內(nèi)，作物高、中、低產(chǎn)量水平的地區(qū)選擇3類有代表性的地塊進行觀測調(diào)查記錄。

由表4可見，由于冬季氣溫偏低，冬小麥提前越冬，越冬時菏澤市南北部冬小麥分蘗數(shù)、大蘗數(shù)較常年明顯偏少， 1m2莖數(shù)也較少，越冬期冬小麥停止生長。返青后冬小麥恢復生長，冬小麥分蘗數(shù)、大蘗數(shù)增加明顯較常年偏少， 1m2莖數(shù)也較少。統(tǒng)計菏澤市南、北部不同產(chǎn)量地塊越冬前和越冬后近10年分蘗數(shù)和大蘗數(shù)的平均值(表4)， 2016年各類冬小麥分蘗數(shù)和大蘗數(shù)與近10年平均值不同程度的偏小，最大偏多2.6個分蘗，最小偏小為0。如越冬后北部低產(chǎn)田1.8個分蘗數(shù)，比近10年偏少2.6個分蘗； 越冬前南部高產(chǎn)田大蘗數(shù)0.7個，越冬后南部中產(chǎn)田分蘗數(shù)3.6個，與近10年平均值相同。由此可見， 2016年異常天氣對冬小麥影響，特別是低產(chǎn)田影響較大，返青后分蘗數(shù)明顯偏少。

2.2.4 對管理措施的影響

(1)冬季

異常天氣對冬小麥生長影響較大，冬、春季農(nóng)田管理措施與近年相比也相應有所變化。2015年菏澤市播種小麥后持續(xù)連日氣溫偏低、陰雨天氣的影響，冬小麥停止生長較早、麥苗葉片纖細根系不發(fā)達，總體抗逆性較差，再加上剛剛遭受了雨雪奇襲，對冬小麥的分蘗造成嚴重的影響。南、北調(diào)查顯示，不同產(chǎn)量地塊冬小麥分蘗數(shù)和大蘗數(shù)與近10年相比出現(xiàn)不同程度的減小。因此，積溫不夠是影響冬前小麥壯苗的主要因素，冬前生長期短，積溫不足，導致麥苗生長瘦弱，分蘗少。田間管理要以促為主，由于目前農(nóng)田墑情較好，冬前一般不要追肥澆水，以免降低地溫，對麥田普遍進行一次中耕，以松土、增溫保墑，壅土圍根，消滅田間雜草，促進根、蘗發(fā)育，確保冬小麥安全越冬。

(2)春季

① 各類麥田在氣溫回升土壤解凍后及時中耕劃鋤，以保墑增溫滅草，促苗早發(fā)快發(fā)，促進根系發(fā)育。

② 由于2015年冬小麥提前進入越冬期，導致小麥群體偏弱，春季應肥水早攻，在拔節(jié)初期進行肥水管理，以促弱轉(zhuǎn)壯； 對地力水平較好、群體適宜的麥田，要在拔節(jié)中期追肥澆水，以控旺促壯，確保小麥穩(wěn)健生長，促進分蘗多成穗、成大穗。

③ 2016年菏澤市早春也出現(xiàn)不同程度的低溫天氣，但冬小麥是具有分蘗特性的作物，遭受早春凍害的麥田不會將全部分蘗凍死，另外還有小麥蘗芽可以長成分蘗成穗，只要加強管理，仍可獲得好的收成。因此，主要補救措施：一是抓緊時間追施肥料。對遭受凍害的麥田，根據(jù)受害程度，抓緊時間追施速效化肥，促苗早發(fā)，提高小分蘗的成穗率。二是中耕劃鋤保墑，提高地溫，能有效增加分蘗數(shù)，彌補主莖損失。三是葉面噴施植物生長調(diào)節(jié)劑。冬小麥受凍后，及時葉面噴施植物生長調(diào)節(jié)劑，可促進中、小分蘗的迅速生長和潛伏芽的快發(fā)，明顯增加冬小麥成穗數(shù)和千粒重，顯著增加冬小麥產(chǎn)量。

④“一噴三防”技術(shù)是小麥后期防病、防蟲、防干熱風，增加粒重、提高單產(chǎn)的關(guān)鍵措施，也是防災、減災、增產(chǎn)最直接、最簡便、最有效的措施。2015年底和2016年年初低溫天氣對冬小麥分蘗及大蘗影響較大，加強后期小麥田間管理，明顯增加小麥成穗數(shù)和千粒重，顯著增加小麥產(chǎn)量。

以上措施是針對2015～2016年出現(xiàn)低溫天氣對冬小麥產(chǎn)生影響采取的科學管理有效措施。

3 討論與結(jié)論

通過對魯西南冬季和春季氣象條件分析，結(jié)合冬小麥實時觀測和調(diào)查資料，分析了異常天氣對冬小麥冬季和春季生長發(fā)育的影響。

(1)魯西南冬小麥遭遇越冬前強降溫、冬季氣溫偏低、春季低溫霜凍等異常天氣的影響，冬小麥從個體發(fā)育到群體狀態(tài)都比上一年長勢差。冬前強降溫降雪、冬季和春季氣溫偏低，使冬小麥生長緩慢，冬前單株分蘗、大蘗、次生根，返青后單株分蘗、大蘗、次生根及植株密度值等較小，增長數(shù)值偏小。

(2)通過冬季和春季異常低溫對冬小麥生長發(fā)育的分析，得出溫度是影響冬小麥生長的主要氣象因子，因此，在氣候變暖背景下，關(guān)注低溫天氣對冬小麥的影響[16]，對冬、春季農(nóng)田管理有促進作用。

(3)魯西南春季低溫、寒潮天氣對冬小麥影響時有發(fā)生，但冬季異常天氣發(fā)生較小，異常低溫對冬小麥的影響尚未有研究報道，異常天氣的農(nóng)田管理難以到位，對冬小麥正常生長確實造成了一定影響，這一點值得關(guān)注。2015年冬季的異常低溫使冬小麥提前進入越冬期并安全越冬， 2016年春季短暫的低溫對冬小麥影響不明顯。調(diào)查發(fā)現(xiàn)2016年度異常低溫沒有形成明顯的氣象災害。

(4)該研究還是根據(jù)以往冬小麥農(nóng)田管理建議應對異常天氣對冬小麥的影響所使用的措施，有一定的局限性，今后應做一些對比試驗，進一步開展異常低溫對冬小麥生長的影響研究，確定異常低溫下冬小麥應如何適應環(huán)境生長的管理措施。