馬美娟 陳小新 張云霞 郭倩 孫民 路漫漫

摘要： 為研究不同播期冬小麥農(nóng)田小氣候特征及其生育狀況，于2019-2020年在商丘國家基準(zhǔn)氣候站進(jìn)行冬小麥分期播種試驗，并通過方差分析、相關(guān)性分析等對試驗結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明：早播10 d（E10）、晚播10 d（L10）與正常播期（CK）冠層內(nèi)溫度差別不明顯，4月上旬晚播20 d（L20）冠層內(nèi)溫度高于CK， 5月上旬L20白天冠層內(nèi)溫度低于CK。4月上旬CK冠層內(nèi)相對濕度高于E10、L20、L10處理，5月上旬E10、L10處理冠層內(nèi)平均相對濕度低于CK，L20處理高于CK。不同播期冬小麥生育進(jìn)程不同，出苗期隨著播期的推遲而推遲，越冬后生育期逐漸趨于一致。隨著播期的推遲，冬前積溫呈遞減趨勢，株高逐漸降低。播期越晚，小穗數(shù)越少，L10、L20處理與CK的差異極顯著; L10處理的千粒質(zhì)量最大，CK次之，E10處理的千粒質(zhì)量最小，但處理間差異不顯著; CK的產(chǎn)量最大，E10處理次之，L10處理的產(chǎn)量最小，但處理間差異不顯著。

關(guān)鍵詞： 冬小麥;農(nóng)田小氣候;不同播期;產(chǎn)量構(gòu)成因素

中圖分類號： S521.1+10.47 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1000-4440（2021）03-0613-09

Analysis on field microclimate characteristics and growth of winter wheat under different sowing dates

MA Mei-juan1， CHEN Xiao-xin1， ZHANG Yun-xia1， GUO Qian1， SUN Min1， LU Man-man2

（1.Shangqiu Meteorological Bureau， Shangqiu 476000， China;2.Xingtai Meteorological Bureau， Xingtai 054000， China）

Abstract： To study the microclimate characteristics in the field and the growth condition of wheat with different sowing dates， sowing experiments at different stages were conducted at Shangqiu National Standard Climatic Station in 2019-2020. The experiment results were compared through variance analysis and correlation analysis. The results showed that， difference of canopy temperatures under treatments of sowing date for ten days earlier （E10）， sowing date for ten days later （L10） and normal sowing date （CK） were not obvious. The canopy temperature of sowing date for 20 d later （L20） in early April was higher than that of CK， the daytime canopy temperature of L20 in early May was lower than that of CK. The relative humidity in the canopy of CK treatment was higher than that of E10， L20 and L10 treatments in early April. The average relative humidity in the canopy of E10 and L10 treatments was lower than CK in early May， while the datum of L20 treatment was higher than that of CK. Winter wheats sowed at different dates were different in development stages before winter. The emergence date tended to postpone as the sowing date delayed， and the sowing dates of winter wheat tended to be consistent after wintering. With the delay of sowing date， the accumulated temperature before winter showed a decreasing trend， and the plant height decreased gradually. The later the sowing date， the fewer the spikelets， and the difference between L10， L20 treatments and CK were extremely significant. The thousand-grain weight of L10 treatment was the highest， followed by CK treatment， and the thousand-grain weight of E10 treatment was the lowest. The yield of CK treatment was the largest， followed by E10 treatment， while the yield of L10 treatment was the smallest， but there was no significant difference between different treatments.

Key words： winter wheat;farmland microclimate;different sowing dates;constitutional factors of yield

小麥?zhǔn)鞘澜缟戏N植最廣泛的作物之一，也是中國重要的糧食作物之一。黃淮冬麥區(qū)是中國最大的小麥產(chǎn)區(qū)，約占全國小麥總產(chǎn)量的65%[1]，是中國優(yōu)質(zhì)小麥生產(chǎn)和糧食安全的重要基地。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件密切相關(guān)，特別是受農(nóng)田小氣候的影響，農(nóng)田小氣候是以作物為下墊面的特殊小氣候，受外部氣候環(huán)境和作物自身活動的共同影響[2]。適宜的小氣候條件，有利于作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，反之則會抑制作物生長發(fā)育，滋生病蟲害最終造成減產(chǎn)[3]。研究結(jié)果表明種植方式、施肥、灌溉方式等均會對農(nóng)田小氣候產(chǎn)生影響[4-7]。王興亞等[7]發(fā)現(xiàn)溝播小麥田間的空氣溫度較平作低，相對濕度較平作高。雷鈞杰等[8]分析了不同施氮量對冬小麥群體內(nèi)部光、溫變化的影響。余衛(wèi)東等[9]發(fā)現(xiàn)灌溉可以提高作物冠層的最低氣溫。張娜等[10]探究了滴灌量與麥田小氣候特征和產(chǎn)量之間的關(guān)系。

小麥的生產(chǎn)受到許多因素的制約，許多學(xué)者對氣候條件與小麥生育期、產(chǎn)量之間的關(guān)系進(jìn)行了研究分析[11-13]。成林等[14]研究了不同生育期氣候變化對河南省冬小麥生長和產(chǎn)量的影響。檀艷靜[15]發(fā)現(xiàn)不同生育期相對氣象產(chǎn)量的關(guān)鍵影響因子不同。李巧云等[16]研究結(jié)果表明不同的冬前積溫導(dǎo)致冬小麥發(fā)育進(jìn)程不同。除氣象條件外，水分脅迫、品種、土壤肥力和播期[17-19]等，都對小麥生產(chǎn)產(chǎn)生影響。調(diào)整播種日期可以改變作物生育期內(nèi)的氣象條件，可作為一種適應(yīng)氣候變化的方法[20]。學(xué)者對分期播種冬小麥進(jìn)行了大量試驗研究[21-23]。Sokoto等[24]研究了播期和品種對小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。Rezaei等[25]探究了播期和品種對小麥物候的影響。但針對不同播期冬小麥小氣候特征和生育狀況的研究較少。本研究對冬小麥進(jìn)行分期播種試驗，分析不同播期冬小麥小氣候特征、株高、生育期及產(chǎn)量因素的差異，以期為農(nóng)田管理、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測和評估等提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

于2019年10月-2020年5月在河南省商丘市的商丘國家基準(zhǔn)氣候站內(nèi)進(jìn)行田間分期播種試驗，試驗地位于北緯34°26′14″，東經(jīng)115°32′07″，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，日照充足，雨熱同期。年平均氣溫（常年值）14.3 ℃，年平均降水量751 mm，年日照時數(shù)2 060.3 h，無霜期208 d。該地年降水量季節(jié)分配不均，夏季降雨最多，約占全年降水量的54%;春季和秋季降水量分別占年降水量的21%和19%;冬季降水量最少，約占年降水量的6%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗品種為鄭麥366，屬強(qiáng)筋優(yōu)質(zhì)小麥。試驗采取分期播種方案，共4個播期。以多年來冬小麥平均播期10月11日為對照（記作CK），每個播期間隔10 d，早播日期為10月1日（記作E10），晚播日期分別為10月21日（記作L10）和10月31日（記作L20）。每個播期重復(fù)4次，行距20 cm，小區(qū)面積為20 m2，每小區(qū)播種量380 g，各小區(qū)間留0.5 m保護(hù)間隔。前茬為玉米，機(jī)收后秸稈留在田間，播種方式為南北條播，小區(qū)排列方式采用標(biāo)準(zhǔn)拉丁方設(shè)計。試驗地土壤類型為沙壤土，田間管理措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理措施一致，保證冬小麥不受水分因素和病蟲害影響。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生長指標(biāo)測定 按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》[26]觀測4個播期冬小麥從播種到成熟的各個生育期，同時進(jìn)行株高等生長量的測定。測定株高時，每個小區(qū)連續(xù)測定10株，取平均值。

1.3.2 氣象要素觀測 冬小麥拔節(jié)后（3月25日），在各小區(qū)安裝HOBO溫濕度記錄儀，測定冠層內(nèi)25 cm高度的溫度、濕度，每隔10 min記錄1次。其他常規(guī)氣象要素日照時數(shù)、氣溫、降水量等，由商丘國家基準(zhǔn)氣候站獲得，與試驗地距離小于50 m。

1.3.3 產(chǎn)量因素測定 在冬小麥成熟期進(jìn)行產(chǎn)量因素測定。每小區(qū)連續(xù)取20穗，數(shù)出小穗數(shù)和不孕小穗數(shù)，求平均值;將樣本脫粒，數(shù)其總粒數(shù)，求出平均穗粒數(shù);小麥籽粒晾曬風(fēng)干后，稱其千粒質(zhì)量，求平均值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用Python進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并制圖。通過ANOVA對不同播期的冬小麥生長量和產(chǎn)量要素進(jìn)行統(tǒng)計分析，經(jīng)過方差齊次性檢驗后，采用LSD法對F測驗顯著因子進(jìn)行多重比較;采用皮爾遜相關(guān)分析法進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬小麥生長季內(nèi)農(nóng)田氣象條件分析

圖1為試驗期間（2019年10月1日-2020年5月25日）農(nóng)田氣象要素逐日變化過程。日平均氣溫與日平均5 cm地溫變化趨勢一致，5 cm地溫平均值高于氣溫。E10處理生長季內(nèi)田間平均氣溫為9.7 ℃，隨著播期推遲，田間平均氣溫逐漸減少，L20處理田間平均氣溫為8.9 ℃。4個播期的5 cm地溫變化趨勢與氣溫一致，E10處理最大，L20處理最小。E10 、CK、L10、L20處理生長季內(nèi)的總降水量分別為306.1 mm、245.7 mm、242.6 mm和242.3 mm，越冬（1月8日）前降水量分別為144.7 mm、84.3 mm、81.2 mm和80.9 mm，較常年同期均偏多，冬小麥安全越冬;3月4個播期冬小麥陸續(xù)進(jìn)入拔節(jié)期，春季降水量127.3 mm，與常年同期相比持平略增，為冬小麥生長提供了充足的水分。E10 、CK、L10、L20處理生長季內(nèi)的總?cè)照諘r數(shù)分別為1 256.7 h、1 220.3 h、1 175.0 h和1 128.2 h。

2.2 不同播期冬小麥冠層內(nèi)溫度變化特征

圖2為不同播期冬小麥冠層內(nèi)4月上旬和5月上旬8個時間段溫度變化。結(jié)合圖3可知，不同播期冠層內(nèi)溫度日變化趨勢基本一致，白天氣溫較高，變化較大，均在14∶00達(dá)到最大值，夜間溫度低而穩(wěn)定，6∶00時達(dá)到最小，且5月上旬溫度明顯高于4月上旬。不同播期相同時間段冠層內(nèi)溫度不同，E10、L10處理8個時間段的冠層內(nèi)溫度與CK差異不明顯，L20處理冠層內(nèi)溫度高于CK處理，但差異不顯著。4月上旬各播期冬小麥逐漸進(jìn)入抽穗期，E10、CK、L10、L20處理抽穗期的有效莖數(shù)分別為1 m2 667.81個、701.19個、608.44個和556.52個，且L20的冬前積溫不足，植株較矮，分蘗少，密度較小，透光性較好，因此E10、CK、L10處理間冠層內(nèi)溫度差異不明顯，L20冠層內(nèi)溫度高于CK。白天9∶00-11∶00時間段的冠層內(nèi)溫度差值最大，E10、L10、L20處理分別比CK高0.11 ℃、0.47 ℃和1.17 ℃;夜間0∶00-2∶00時間段E10與CK冠層內(nèi)溫度基本相同，L10處理比CK低0.15 ℃，L20比CK高0.37 ℃。E10、CK、L10、L20處理的平均冠層內(nèi)溫度分別為10.43 ℃、10.44 ℃、10.44 ℃和10.94 ℃，L20處理比CK高0.5 ℃，L20處理的中位數(shù)均高于其他3個處理。5月上旬各播期冬小麥處于開花-乳熟期，密度變化趨勢與抽穗期一致，CK最大，L20最小。除15∶00-17∶00時間段外，5月上旬E10和L10處理其他時間段冠層內(nèi)溫度均高于CK，但差異不明顯;L20處理12∶00-14∶00和15∶00-17∶00時間段冠層內(nèi)溫度低于CK，分別比CK低1.06 ℃和0.85 ℃，這是由E10、L10的遮蔽度較小，而此時L20 的遮蔽度較大所致。從平均值來看，E10處理和L10處理均比CK高0.08 ℃，L20處理比CK低0.19 ℃。0∶00-2∶00和18∶00-20∶00時間段冠層內(nèi)溫度均出現(xiàn)異常值，12∶00-17∶00冠層內(nèi)最高溫度達(dá)到40 ℃以上，主要是因為5月3日出現(xiàn)高溫天氣。

2.3 不同播期冬小麥冠層內(nèi)相對濕度變化特征

從圖4和圖5可以看出，不同播期冠層內(nèi)相對濕度日變化趨勢基本一致，且與溫度相反，白天冠層內(nèi)相對濕度較小，變化較大，在14∶00或15∶00達(dá)到最小值，夜間相對濕度較大且變化較小，均在7∶00達(dá)到最大值。不同播期相同時間段冠層內(nèi)相對濕度不同，白天差異較夜間明顯。4月上旬不同時間段冠層內(nèi)相對濕度CK基本都高于其他3種處理，此時CK的密度高于其他3種處理，且植株較高，故相對濕度較大。夜間0∶00-2∶00時間段CK比E10、L20處理均高0.75%，與L10處理相差較小。白天9∶00-11∶00時間段CK分別比E10、L10、L20處理高2.83%、3.73%和9.13%。E10、CK、L10、L20處理的冠層內(nèi)平均相對濕度分別為86.28%、87.60%、86.58%和84.00%。8個時間段中，9∶00-11∶00時間段的L20處理冠層內(nèi)相對濕度與CK的差異達(dá)極顯著水平（P<0.01），12∶00-14∶00時間段的L20處理與CK的差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。與4月上旬冠層內(nèi)溫度相比，冠層內(nèi)相對濕度異常值增多。5月上旬E10、L10處理冠層內(nèi)相對濕度均低于CK，L20處理除6∶00-11∶00時間段外，其他時間段均高于CK。9∶00-11∶00時間段CK分別比E10、L10、L20 處理高1.21%、2.89%和2.85%。從平均值來看，E10處理和L10處理分別比CK低0.44%、0.74%，L20處理比CK高0.33%。

2.4 不同播期冬小麥生育期差異

不同播期冬小麥生育期見圖6。E10、CK、L10和L20 4種處理的出苗日期分別為10月7日、10月18日、10月30日和11月11日，表現(xiàn)為隨著播期的推遲而推遲，播期越晚，出苗需要時間越長。E10、CK、L10處理均在11月上中旬進(jìn)入分蘗期，而L20處理12月18日才進(jìn)入分蘗期。不同播期冬小麥均在1月8日進(jìn)入越冬期，植株基本停止生長。越冬后不同處理生育期逐漸趨于一致，E10處理4月17日開花，CK和L10處理均在4月18日開花，L20處理開花較晚，在4月23日開花。除L20處理外，其他3種處理在5月16日進(jìn)入乳熟期;不同處理冬小麥均在5月25日成熟。

不同播期處理各生育期天數(shù)明顯不同，4種處理的播種-分蘗天數(shù)差異明顯，L20明顯高于其他3種處理，E10、CK、L10、L20處理的分蘗-越冬天數(shù)分別為64 d、61 d、54 d和21 d，表現(xiàn)為隨著播期推遲而縮短。越冬后拔節(jié)-抽穗和抽穗-乳熟天數(shù)隨著播期推遲而減少，E10、CK、L10、L20處理的抽穗-乳熟天數(shù)分別為42 d、40 d、38 d和36 d，處理間差異較越冬前小，這主要是因為越冬后不同播期冬小麥的生長逐漸趨于一致。全生育期天數(shù)隨著播期的推遲而減少。生育期天數(shù)與氣象因素的相關(guān)性（表1）來看，播種-分蘗天數(shù)與日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、冠層內(nèi)溫度和5 cm地溫呈負(fù)相關(guān)，與日照時數(shù)呈正相關(guān)。分蘗-越冬天數(shù)與日平均氣溫、日最高氣溫、冠層內(nèi)溫度和5 cm地溫呈顯著正相關(guān)，與日平均相對濕度和冠層內(nèi)相對濕度呈極顯著負(fù)相關(guān)，與降水量和日照時數(shù)呈極顯著正相關(guān)。越冬-拔節(jié)天數(shù)與日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、冠層內(nèi)溫度、5 cm地溫和日照時數(shù)呈極顯著正相關(guān)。拔節(jié)-抽穗天數(shù)與日最低氣溫、冠層內(nèi)溫度和5 cm地溫呈顯著負(fù)相關(guān)。抽穗-成熟天數(shù)與日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、冠層內(nèi)溫度和5 cm地溫呈顯著負(fù)相關(guān)。

2.5 不同播期冬小麥冬前積溫及株高差異

不同播期冬小麥冬前積溫不同，隨著播期的推遲，冬前積溫呈遞減趨勢，E10、CK、L10、L20處理的冬前積溫分別為833.4 ℃、664.1 ℃、515.2 ℃和379.7 ℃，有研究結(jié)果表明，河南省適宜播種的冬前積溫為650～750 ℃[16]。L10處理冬前積溫略微不足，而L20處理冬前積溫嚴(yán)重不足，不利于冬前壯苗的形成。

由圖7可知，不同播期冬小麥株高變化趨勢一致，且生育后期生長速度較快，乳熟期株高達(dá)到最大值。E10、CK、L10、L20處理乳熟期株高分別為81.6 cm、79.9 cm、78.3 cm和70.8 cm，L20處理與其他3種處理的差異均在0.01水平上顯著。整個生育期不同播期的株高均表現(xiàn)為E10>CK>L10>L20，即隨著播期的推遲，株高逐漸減少，這是因為晚播冬小麥冬前株高生長量不足，不利于分蘗和形成壯苗。三葉期E10、CK處理株高差異不顯著，L10、L20處理與CK差異極顯著（P<0.01）。分蘗、越冬和返青期4種處理間的株高差異均達(dá)到極顯著水平，開花期L20處理與E10、CK處理的株高差異極顯著。

2.6 不同播期冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素差異

對不同播期冬小麥的產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行比較分析（表2），CK和E10處理的小穗數(shù)分別為20.93個和20.13個，L10、L20處理的小穗數(shù)都不足20個，晚播處理的小穗數(shù)明顯減少，4種處理中CK的小穗數(shù)最多，且與L10、L20處理呈極顯著差異。E10處理和CK的不孕小穗數(shù)較L10、L20處理多，且與L10、L20處理呈顯著差異。4種處理中L20處理的穗粒數(shù)最大，為37.80粒，與其他3種處理呈極顯著差異，這是因為L20處理的不孕小穗數(shù)最少。CK的有效穗數(shù)最大，L20的有效穗數(shù)最小，這是因為晚播處理冬前積溫不足，不利于分蘗和形成壯苗，且CK與L10、L20處理呈極顯著差異。L10處理的千粒質(zhì)量最大，CK次之，E10處理的千粒質(zhì)量最小，處理間差異均不顯著。4種處理中，CK的產(chǎn)量最大，E10處理次之，L10處理的產(chǎn)量最小。

3 討論

作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成與農(nóng)田小氣候密切相關(guān)。不同播期相同時間段冠層內(nèi)溫度不同，4月上旬，E10、L10處理與CK的冠層內(nèi)溫度差別不明顯，L20處理的冠層內(nèi)溫度高于CK，這是因為CK的密度最大，L20處理的冬前積溫不足，植株較矮，分蘗少，透光較高。5月上旬，E10、L10處理與CK的冠層內(nèi)溫度差別較小，而L20處理白天冠層內(nèi)溫度低于CK，這是由E10、L10處理的遮蔽度較小，而此時L20處理的遮蔽度較大所致。與冠層內(nèi)溫度變化不同，4月上旬CK的冠層內(nèi)相對濕度基本都高于其他3種處理，5月上旬E10、L10處理的冠層內(nèi)平均相對濕度均低于CK，L20處理的冠層內(nèi)平均相對濕度高于CK，這與作物外部氣候環(huán)境和自身生長狀況有關(guān)[27]。本研究只對部分關(guān)鍵生育期的某一高度小氣候特征進(jìn)行了分析，具有一定的局限性，今后可考慮研究冬小麥整個生育期群體內(nèi)的小氣候特征。

本研究中，不同播期冬小麥發(fā)育進(jìn)程不同。出苗期隨著播期的推遲而推遲，越冬后發(fā)育期逐漸趨于一致，這與信志紅等[19]的研究結(jié)果相似。播種-分蘗天數(shù)與溫度呈負(fù)相關(guān)，分蘗-越冬天數(shù)與溫度呈顯著正相關(guān)，拔節(jié)-抽穗天數(shù)與日最低氣溫、地溫呈顯著負(fù)相關(guān)，抽穗-成熟天數(shù)與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)。在成林等[14]的研究中也有類似的結(jié)果。適宜的冬前積溫對小麥生長發(fā)育有重要作用[28]。隨著播期的推遲，冬前積溫呈遞減趨勢，株高逐漸減少，這是因為晚播冬小麥冬前生長量不足，不利于分蘗和形成壯苗。小麥產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因素密切相關(guān)[29]。不同播期冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素不同，CK的小穗數(shù)最多，播期越晚，小穗數(shù)越少，這與Sokoto等[24]的研究結(jié)果一致。E10處理和CK的不孕小穗數(shù)較L10、L20處理多，這可能與3月30日出現(xiàn)的晚霜凍有關(guān)，冠層內(nèi)的最低氣溫達(dá)0 ℃以下，造成穗尖受凍。有研究者指出，拔節(jié)后隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，小麥的抗寒性不斷下降[30]。因此E10處理和CK的不孕小穗數(shù)較多。CK的有效穗數(shù)最多，L20處理的有效穗數(shù)最小，這是因為晚播處理冬前積溫不足，不利于分蘗和形成壯苗。4種處理中，CK的產(chǎn)量最高，E10處理次之，L10處理的產(chǎn)量最小，各處理間差異不顯著，這可能是由于霜凍引起CK穗尖受凍，使穗粒數(shù)減少所致。

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