李世峰,任海建,徐 云,郁 偉

(1 南通市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,南通226006;2 南通市氣象局,南通226018)

適期播種可以使冬小麥充分利用冬前溫光資源,積累較多的干物質(zhì),形成壯苗越冬,為實現(xiàn)高產(chǎn)打好基礎(chǔ)。隨著全球氣候變暖,暖冬年出現(xiàn)概率提高,部分年份早播冬小麥生育進程快,抗寒力弱,凍害現(xiàn)象時有發(fā)生[1-2]。陳維新等[3]研究認為,暖冬對江蘇淮南地區(qū)影響較大,對淮北地區(qū)影響較小;對春性品種影響較大,對半冬性品種影響較小。近年生產(chǎn)實踐表明,適期或適當推遲冬小麥播期,反而有利于冬前形成壯苗[4]。張佩等[5]發(fā)現(xiàn),適當推遲播期可避免麥苗冬前旺長。江蘇沿江地區(qū)以麥稻兩熟為主,受偏遲熟粳稻品種推廣、直播稻面積擴大及“養(yǎng)老稻”習慣等影響,水稻騰茬推遲,冬小麥播種過晚,冬前分蘗少甚至不能分蘗,稻麥周年均衡高產(chǎn)潛力得不到發(fā)揮[6-8]。高亮之等[9-10]在20 世紀70—80年代根據(jù)“年前有一定分蘗,年后不過早拔節(jié)”的原則,針對氣候要素變化對冬小麥播期影響開展一系列研究,認為江蘇沿江地區(qū)半冬性小麥播種期界限為10月20日—30日,春性小麥為10月20日—11月5日。徐暉等[11]研究認為,江蘇中下游麥區(qū)冬小麥適宜播期為10月23日—11月4日,比20 世紀90年代推遲7—10 d。李德等[12]研究表明,氣候變暖背景下冬小麥適宜播期比傳統(tǒng)播期上限推遲10 d,下限推遲5 d,且小麥適播期除了受熱量限制,還受土壤類型和墑情、小麥品種特性等制約。本研究利用江蘇省南通市近60年的小麥秋冬季節(jié)氣象觀測資料,分析冬小麥播種至越冬階段氣象要素變化情況,以尋求江蘇沿江地區(qū)冬小麥適宜播種時間。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選用江蘇省南通市1957—2016年氣象觀測資料,以20年作為1個時間段,分成1957—1976年、1977—1996年和1997—2016年3個階段。

1.2 傳統(tǒng)生育時期

傳統(tǒng)小麥適宜播期為10月25日—11月5日,越冬期為12月25日—2月15日。

1.3 適宜播種期

采用5 d 滑動平均法,在連續(xù)5 d日平均溫度≥13 ℃的時期內(nèi),挑取最后一個5 d 中最末一個日平均溫度≥13 ℃的日期(終日,下同),確定為春性小麥適宜播期。在連續(xù)5 d日平均溫度值≥15 ℃的時期內(nèi),挑取最后一個5 d 最末一個日平均溫度≥15 ℃的日期,確定為半冬性小麥適宜播期。

1.4 越冬始期

采用5 d 滑動平均法,在連續(xù)5 d日平均溫度出現(xiàn)第一個低于2 ℃的時期內(nèi),挑取最末一個日平均溫度≥2 ℃的日期確定為春性小麥越冬始期。在連續(xù)5 d日平均溫度值出現(xiàn)第一個低于3 ℃的時期內(nèi),挑取最末一個日平均溫度≥3 ℃的日期確定為半冬性小麥越冬始期。

1.5 形成壯苗所需最低積溫

為保證冬小麥在越冬始期形成適齡壯苗,本地區(qū)播種至越冬始期至少需要≥0 ℃以上積溫450 ℃(春性小麥)及550 ℃(半冬性小麥)。

2 結(jié)果與分析

2.1 越冬前氣候指標變化特征

2.1.1 越冬前積溫變化情況

圖1 越冬前積溫變化情況Fig.1 Changes in accumulated temperature before overwintering

以傳統(tǒng)適宜播期和越冬期作為序時節(jié)點,比較近60年越冬前積溫(0 ℃以上有效積溫,下同)變化情況(圖1)。越冬前(10月25日—12月24日)積溫隨年份呈上升趨勢,1957—1976年平均積溫為579.6 ℃,1977—1996年上升至606.9 ℃,上升了27.3 ℃。1997—2016年 平 均 積 溫 達645.5 ℃, 比1957—1976年 高65.9 ℃,升幅11.4%,接近越冬前生長1 張葉片所需積溫。適宜播期(10月25日—11月5日)和播種后至越冬始期(11月6日—12月24日)積溫也隨年份呈上升趨勢,但后者積溫增幅高于前者。1957—1976年適宜播期平均積溫為 172.5 ℃, 1977—1996年上升到182.1 ℃,上升了9.6 ℃;1997—2016年平均積溫為188.9 ℃,比1957—1976年高16.4 ℃,升幅9.5%。1957—1976年播種后至越冬始期平均積溫為407.1 ℃,1977—1996年上升到424.7 ℃,上升了17.6 ℃;1997—2016年平均積溫為456.5 ℃,比1957—1976年高49.4 ℃,升幅12.1%。

2.1.2 越冬前日平均氣溫變化情況

從日平均氣溫變化情況(圖2)看,越冬前、適宜播期及播種后至越冬始期日平均氣溫均隨年份呈上升趨勢。1997—2016年越冬前日平均氣溫10.6 ℃,適宜播期日平均氣溫15.7 ℃,播種后至越冬始期日平均氣溫9.3 ℃,分別比1957—1976年增加1.1 ℃、1.4 ℃和1.0 ℃,比1977—1996年增加0.6 ℃、0.6 ℃和0.7 ℃。

圖2 越冬前日平均氣溫變化情況Fig.2 Changes in the average temperature before overintering

2.1.3 越冬前降水量變化情況

江蘇沿江地區(qū)秋播期間受活躍暖濕氣流影響,部分年份降雨較多,有的達100 mm 以上。比較近60年越冬前降水量變化情況(圖3),發(fā)現(xiàn)平均降水量呈U 型曲線特征趨勢。1957—1976年越冬前平均降水量為85.94 mm,1977—1996年平均降水量為68.85 mm,1997—2016年平均降水量為111.01 mm。從適宜播期降水量變化情況(圖4)看,1957—1976年平均降水量為21.72 mm,1977—1996年平均為16.5 mm,1997—2016年平均為23.64 mm。從播種后至越冬始期降水量變化情況(圖5)看,1957—1976年平均降水量為64.21 mm,1977—1996年平均為52.36 mm,1997—2016年平均為87.37 mm。將旬平均降水量＞30 mm作為該旬多雨或連陰雨的指標,分析越冬前各旬平均降水量＞30 mm 的年數(shù)?？傮w上看,10月下旬—11月中旬,1997—2016年旬平均降水量＞30 mm 的年數(shù)與1957—1976年和1977—1996年變化不大。11月下旬—12月中旬,各年代旬平均降水量＞30 mm 的年數(shù)差異較大,1997—2016年旬平均降水量＞30 mm 的年數(shù)高于1957—1976年和1977—1996年的年數(shù)(表1)。以上結(jié)果說明近20年冬小麥播種后至越冬始期降水量呈增多趨勢。

圖3 越冬前降水量變化情況Fig.3 Changes in rainfall before overwintering

圖4 適宜播期降水量變化情況Fig.4 Changes in rainfall during suitable sowing date

圖5 播種后至越冬始期降水量變化情況Fig.5 Changes in rainfall from sowing to the beginning of overwintering

表1 不同年代旬平均降水量＞30 mm 的年數(shù)Table 1 Years with an average rainfall ＞30 mm in different years

2.2 越冬期氣候指標變化特征

從傳統(tǒng)越冬期(12月25日—2月15日)積溫變化情況(圖6)看,越冬期積溫隨年度呈上升趨勢,1957—1976年平均積溫為161.9 ℃,1977—1996年為196.3 ℃,1997—2016年為220.9 ℃,近20年積溫分別比1957—1976年和1977—1996年增加59 ℃和24.6 ℃。從越冬期平均降水量變化情況(圖7)看,1957—1976年平均降水量為72.37 mm,1977—1996年為64.88 mm,1997—2016年為86.12 mm。從不同年代傳統(tǒng)越冬期≥0 ℃和≥3 ℃天數(shù)看(表2),≥0 ℃和≥3 ℃天數(shù)均隨年份呈增多趨勢。1997—2016年≥0 ℃的天數(shù)達46.2 d,占越冬期的87.2%;≥3 ℃天數(shù)達42.5 d,占越冬期的80.2%,說明江蘇沿江地區(qū)目前已無明顯越冬期。

圖6 越冬期平均積溫變化情況Fig.6 Changes in the average accumulated temperture during overwintering

圖7 越冬期平均降水量變化情況Fig.7 Changes in the average rainfall during overwintering

表2 不同年代越冬期≥0 ℃和≥3 ℃天數(shù)Table 2 The days with the temperature ≥0 ℃and ≥3 ℃in the overwintering period in different years d

2.3 適宜播種期調(diào)整

2.3.1 穩(wěn)定通過13 ℃和15 ℃的終日變化情況

江蘇沿江地區(qū)冬小麥多為半冬性和春性品種。春性品種播種期需要日平均溫度為13—15 ℃,半冬性品種為15—17 ℃。將穩(wěn)定通過13 ℃和15 ℃的終日作為江蘇沿江地區(qū)冬小麥播期的重要指標。從越冬前穩(wěn)定通過13 ℃的終日(圖8)看,通過13 ℃的終日隨年代推遲。1957—1976年和1977—1996年穩(wěn)定通過13 ℃的終日均為11月4日;1997—2016年穩(wěn)定通過13 ℃的終日平均為11月8日,推遲了4 d。從越冬前穩(wěn)定通過15 ℃的終日(圖9)看,1957—1976年穩(wěn)定通過15 ℃的終日平均為10月25日;1977—1996年平均為10月28日,推遲了3 d;1997—2016年穩(wěn)定通過15 ℃的終日平均為11月1日,比1957—1976年推遲了7 d。因此,從適宜播種溫度來看,江蘇沿江地區(qū)冬小麥半冬性品種最晚適播期為11月1日,春性品種最晚適播期為11月8日。

2.3.2 穩(wěn)定通過2 ℃或3 ℃的終日變化情況

由圖10 可知,將冬前日平均溫度下降至3 ℃作為越冬始期時,越冬始期隨年份呈延后趨勢。1957—1976年越冬始期平均為12月16日,1977—1996年平均為12月23日;1997—2016年越冬始期平均為12月27日,較1957—1976年推遲11 d,較1977—1996年推遲4 d。若以2 ℃作為越冬期分界點[13],由圖11可知,1957—1976年越冬始期平均為12月24日,1977—1996年、1997—2016年越冬始期均為1月1日,較1957—1976年推遲8 d。用日平均溫度3 ℃和2 ℃作為分界點推算的越冬始期分別比12月25日傳統(tǒng)越冬始期推遲2 d 和7 d。江蘇沿江地區(qū)12月下旬至來年1月上旬平均氣溫為3.8 ℃,若越冬始期推遲4 d,冬前積溫相差近15 ℃。

圖9 穩(wěn)定通過15 ℃的終日Fig.9 Final date with temperature above 15 ℃

圖10 穩(wěn)定通過3 ℃的終日Fig.10 Final date with temperature above 3 ℃

圖11 穩(wěn)定通過2 ℃的終日Fig.11 Final date with temperature above 2 ℃

2.3.3 調(diào)整播期后冬前積溫變化情況

以半冬性小麥通過15 ℃和春性小麥通過13 ℃的終日作為最晚適播期,以穩(wěn)定通過2 ℃或3 ℃的終日作為越冬始期,計算播種后至越冬前的0 ℃以上有效積溫。1997—2016年,半冬性小麥11月1日播種,至12月27日(通過3 ℃終日)有效積溫550.5 ℃,至1月1日(通過2 ℃終日)有效積溫568 ℃。春性小麥11月8日播種,至12月27日有效積溫443.5 ℃,至1月1日有效積溫461.1 ℃(表3)。與越冬前小麥壯苗所需≥0 ℃最低有效積溫標準基本吻合。說明根據(jù)越冬前積溫變化調(diào)整適宜播期,將11月1日和11月8日分別作為半冬性小麥和春性小麥的最晚適播期,能夠滿足形成冬前壯苗所需的積溫。江蘇沿江地區(qū)10月下旬—11月上旬日平均氣溫15.2 ℃,若將小麥播種后的冬前積溫上限設(shè)定為600—700 ℃,則最早適播期可定為最晚適播期的前10 d。因此,江蘇沿江地區(qū)半冬性小麥和春性小麥適宜播期可分別調(diào)整為10月22日—11月1日、10月29日—11月8日。

表3 不同年代調(diào)整播期后冬前有效積溫變化情況Table 3 Changes in effective accumulated temperature before overwintering after adjusting sowing dates in different years ℃

3 討論

3.1 江蘇沿江地區(qū)冬小麥適宜播期的調(diào)整

持續(xù)偏暖天氣是造成江蘇麥作生產(chǎn)大面積“葉齡超生、個體超高、群體超大、生育期超前”的主要原因,而暖冬對春性品種的影響大于半冬性品種[3]。早播易造成冬小麥年前群體發(fā)展過旺,年后早衰易倒伏,且經(jīng)不起凍害。遲播易導(dǎo)致年前無分蘗或很少分蘗,生長量不足、主穗小、分蘗成穗低[9]。在全球氣候變暖背景下,江蘇沿江地區(qū)冬小麥越冬前積溫明顯增加,為適當推遲播期創(chuàng)造了條件。1997—2016年該地區(qū)冬前積溫達645.5 ℃,比1957—1976年上升11.4%;日平均氣溫10.6 ℃,比1957—1976年上升11.6%。本研究表明,江蘇沿江地區(qū)半冬性小麥適宜播期為10月22日—11月1日,春性小麥適宜播期為10月29日—11月8日,越冬前的有效積溫能基本滿足冬前壯苗需要。春性小麥適宜播期為10月28日—11月8日,比徐暉等[11]研究結(jié)論上限推遲5 d,下限推遲4 d。結(jié)果間的差異可能與研究采取的時間跨度不一致有關(guān)。

3.2 近20年小麥播種至越冬降水量的變化及應(yīng)對措施

張佩等[5]研究認為,干旱是影響江蘇冬小麥播種的主要因子。許博等[15]研究發(fā)現(xiàn),1990年后宿遷市冬前和越冬期降水量較20 世紀70年代呈升高趨勢,其中冬前降水量升高相對明顯。本研究表明,江蘇沿江地區(qū)近20年播種至越冬期平均降水量呈增加趨勢,平均為111.01 mm。從降水時間分布看,10月下旬—11月中旬各年代變化不大;近20年降水量增加主要集中在冬小麥播種后(11月下旬—12月中旬)。未來江蘇沿江地區(qū)冬小麥生產(chǎn)需注意開好麥田內(nèi)外“三溝”[16],防治漬害濕害[17-18]。另外,提高播種質(zhì)量也刻不容緩。江蘇沿江地區(qū)以稻茬小麥為主,秸稈還田是水稻秸稈綜合利用的主要途徑,稻草還田數(shù)量普遍在7500 kg∕hm2以上[19],如小麥播種質(zhì)量不高,容易使秸稈富集于淺層,造成土壤疏松,影響麥苗根系發(fā)育,形成弱苗[20],冬前積溫利用率降低。