摘要 利用成县气象站1983—2015年观测资料，统计分析了成县冬小麦生长、发育成熟及可能增产的气候条件，以期为成县冬小麦种植提供技术参考，旨在通过利用有利的气候条件促进成县小麦稳产、高产、持续发展。
关键词 冬小麦；生长发育；气候条件；甘肃成县
中图分类号 S512.1；S162.54 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）11-0018-03
成县是陇南地区产粮大县，冬小麦是主要粮食作物，播种面积1 335 333.34～146 886.67 hm2，占粮食作物总播种面积的65%～70%，气候条件的变化对冬小麦生长发育影响较大[1-3]。因此，研究分析气候条件与冬小麦生长发育之间的关系对促进增产、稳产则显得尤为重要。充分利用有利的气候条件合理安排生产、调整种植结构和品种，势必会促进成县农业和农村经济的发展[4-6]。
1 资料来源与分析方法
利用成县国家一般气象站1983—2015年地面观测资料和农业气象观测资料，统计分析光、热、水及综合气候条件对成县冬小麦播种期、苗期、发育期及成熟期的影响情况。
2 气候条件分析
2.1 热量条件
2.1.1 适宜播种期温度条件。冬小麦从播种至出苗需≥0 ℃积温100～150 ℃。适宜播种期：犀牛江沿岸和南部河谷区在10月下旬至11月上旬，中部川坝区在10月20日左右，半山丘陵区在10月上、中旬，高半山区在9月下旬至10月上旬，从低到高有霜降、寒露、秋分、白露4个种麦节气。中部的川坝河谷区最迟应于10月底播种，播种过迟则影响小麦冬前分蘖，其他地区波动幅度在适播期前后的5 d左右。中部川坝地区在10月20日前后播种的小麦一般出苗期在10 d左右，出苗整齐，冬前分蘖正常，产量也较高，过早播种易出现冬前旺长现象，过迟则冬前分蘖不足，大蘖较少。
城关区10月中旬气温平均为12.5 ℃，10月下旬为10.4 ℃，上旬播种的小麦出苗期较下旬播种的早2～3 d（上旬一般在7 d左右出苗，下旬10 d左右）。
冬前壮苗一般要求株分蘖数平均3个以上。根据农业气象观测资料分析，分蘖数与播种期及出苗至气温稳定通过0 ℃之间的积温有关，同时与降水的关联度也高。10月20日前后播种的小麦，相应的≥0 ℃积温在220～350 ℃时，分蘖数较多，说明能达到壮苗的适宜播种期和热量条件。
当气温降至15 ℃以下时，树叶开始变色和初次落叶，海拔高的地方树叶先变色，当山上树叶部分泛黄并开始落叶时，即为小麥开始播种期。
小麦适宜播种期应根据每年秋播时的气温高低做相应的调整。由于小气候的差异，在同一地区、同一高度上，播种期还应按土壤好坏、阳坡、阴坡、肥力、品种等具体情况适当提前或推迟，一般阴坡早播3～5 d，冬性品种较半冬性品种早播3～5 d，可达到适宜播种的效果。
2.1.2 苗期温度条件与产量的关系。小麦播种后，温度的高低对苗期生长影响较大，苗期温度低，影响其发育进程，达不到分蘖普期，大蘖数也很少，播种偏迟的甚至出苗不齐，冬前部分不分蘖。气候温暖，早播的分蘖多，有的会出现冬前旺长，后期遭遇冻害现象，晚播的则有利于生长。苗期温度主要指11月上中旬的平均温度，其中11月上旬平均气温与产量的相关系数为0.376，信度0.05，相关性较显著（图1），11月下旬平均气温与产量相关性较差。
2.1.3 越冬期温度条件与越冬状况。成县冬小麦越冬期对冬小麦生长地区来说较短。川坝越冬期平均42 d，最长87 d，最短仅19 d，长短年差异较大。麦苗能否安全越冬，除与抗寒锻炼的时间长短及其温度条件有关外，与品种和播种期也有一定关系。日平均气温稳定下降到0～5 ℃时，进入糖分积累阶段，为第一抗寒锻炼期（日期为11月25日至12月24日，天数为30 d），据统计，平均为30 d，最长为53 d，最短仅17 d。抗旱锻炼期越短，越冬能力越差。日平均气温在 -5～0 ℃期间作物细胞脱水，原生质浓度增大，进入第二抗寒锻炼阶段（日期为12月25日至翌年2月8日，天数为45 d）。
成县冬季能够满足小麦抗寒锻炼的需要。≤-5 ℃时期是冬小麦越冬休眠期（日期为12月29日至翌年2月8日，天数为42 d），但冬季12月至翌年2月日平均气温在-5 ℃以下的日数较少，且很少连续出现，故小麦越冬过程中的休眠期和生长期往往相间出现。
从表1可以看出，冷冬年仅占15%。同时越冬期间最低气温不低于-14 ℃，越冬期短而不严寒。若隆冬12月下旬气温相对偏高时，对冬小麦越冬更为有利，12月下旬至翌年1月上旬气温过低时，则对冬小麦安全越冬不利，小麦会出现冻害，影响产量。据相关分析，1月上旬气温与产量成正相关，相关系数为0.213，小于11月上旬气温与产量的相关系数（0.376），说明1月上旬气温高有利小麦出苗和幼苗生长，对越冬抗寒有利。为保证小麦安全越冬，应适时播种和选择适宜的品种。
2.1.4 返青拔节期温度对产量的影响。小麦返青—抽穗是取得较好产量的关键时期，由营养生长为主转为营养生长与生殖生长并进的时期，热量条件的适宜与否对形成大穗、达到高产至关重要。
日平均温度稳定通过0 ℃时，冬小麦结束越冬期，4～5 ℃进入返青生长期，植株生长锥伸长，小穗开始分化，进入光照阶段。≥5 ℃进入起身阶段，≥10 ℃进入拔节盛期，此时以生长茎穗为主，对热量要求较为严格，适宜温度为10～15 ℃，有利于小穗增多，是获得穗大粒多、达到高产的最佳热量条件。据成县气象局农业气象观测资料统计（1996—2015年）分析，界限温度10～15 ℃的持续日数与小穗数有关，但相关性并不太明显，这个统计结果与过去的结论有所不同。
从表2可以看出，成县冬小麦各生育期温度条件与安徽淮北地区相比属基本适宜略偏低。根据有关研究结果，冬小麦在拔节—开花期这一段时间的温度适当偏低，有利于幼穗分化（拔节—开花期气温与产量成负相关，相关系数 -0.19），有利于长穗增粒，并且灌浆速度变缓，促使干物质积累，实现籽粒饱满，品质优良。因此，温度条件是成县冬小麦生产的气候优势之一。
2.1.5 抽穗至成熟期温度条件与产量。冬小麦抽穗至成熟期间以生殖生长为主，此时对温度要求仍较严格，温度过高或过低都会影响其正常生长发育，从而影响产量。据有关文献资料表明，小麦籽粒中的干物质90%是开花后积累的，只有10%是在开花前先储存在茎秆中，开花后再转运到籽粒中。因此，开花后气象条件的适宜与否，对灌浆形成籽粒和千粒重影响很大，成县冬小麦抽穗、开花至成熟的热量供给，基本能够满足。
冬小麦单位面积成穗数、穗粒数、千粒重是形成产量的3个基本因子，从播种至成熟的整个生育周期内受各种气象条件的影响。据有关试验资料表明，小麦从开花受精形成籽粒，气候温暖而不炎热，水分能满足生理需求的条件下，才能提高成穗率和结实率，促使穗大粒多，获得高产。
2.2 水分条件
2.2.1 全生育期降水量。成县小麦从10月播种至翌年6月成熟，9个月的生长期内降水量平均为294.4 mm，称气候降水量，生长期实际被利用的降水量平均只有206.5 mm，称实际降水量。城关小麦生育期（10月至翌年6月）气候降水量合计为294.4 mm，其中10—11月为65.4 mm，12月至翌年1月为10.5 mm，2—3月为28.7 mm，4—6月为189.8 mm；实际用去降水量总计为206.5 mm，其中播种至越冬用去38.7 mm，返青至拔节用去28.3 mm，拔节至成熟用去139.5 mm。冬小麦生育期气候降水量只占年降水量的47.5%，而实际被冬小麦利用的降水量更少，仅占年降水量的33.3%，降水量不多且被利用的更少。另外，因生育期间降水量的年际变幅较大，多雨年达328.8 mm（1989年），最少年仅116 mm（2008年）极差近3倍。近33年（1983—2015年）来冬小麦全生育期降水量少于平均值的占57.6%，其中偏多年占18.2%，偏少年占12.1%。因此，在需水临界期内往往降水量分配不均或不适时，导致水分供需失衡，影响冬小麦生育和产量，是影响成县小麦产量的主要因素。
2.2.2 各生育期耗水量与降水量的差额。1961—2010年全国冬小麦全生育期降水量平均267 mm，降水量低于250 mm为低值区，250～450 mm为中值区，高于450 mm为高值区。冬小麦需水量在300～400 mm之间，成县冬小麦生育期正处一年中的少雨季节，年均降水量仅206.5 mm。离小麦适宜需水量下限值尚差近100 mm（-45%），可见小麦生育期需水量明显不足。从表3可以看出，成县小麦产量的高低关键在于冬、春季的降水量，其中冬季雨雪不足，往往由于秋雨丰沛，土壤墒情较好可以弥补；另外，冬季气温低，蒸发少，麦苗耗水少，水分供需矛盾相对小。最重要的是春雨不足，进入21世纪以来，由于全球气候的暖干化趋势，春旱频次明显增加，所以春季小麦水分供求矛盾就显得更为突出。
2.2.3 关键期的降水量与产量分析。为了较准确地分析水分条件与产量之间的相关关系，现对农业气象观测到的实际产量进行数学处理，将实际产量分离为趋势产量和气候产量，趋势产量又叫技术产量，是由土壤改善、水肥施用、品种更新、耕作技术和管理水平提高等人为因素构成的，这里以实际观测产量的5年滑动平均作为趋势产量，气候产量的计算公式为：
ΔY=Yi-Yi′
式中，Yi为实际观测的成县城关区小麦产量（1983—2015年），Yi′為实际产量5年滑动平均值。
从图2可以看出，城关区小麦趋势产量较为平缓，实测产量和气候产量变化趋势一致且比较接近，而全县趋势产量变化幅度明显大于城关区，实际产量和气候产量的变化幅度差异也比较大。说明城关区小麦无论从品种的适应性、适播期，还是耕作工艺上均能合上气候变化的节拍。
2.2.4 水分关键期及其临界值与产量关系。水分条件影响小麦产量最主要的时段称为水分关键期，降水量多（少）于某界限而影响产量增（减）的数值称为临界值。经相关分析，2月中旬小麦返青期降水量与产量的相关性最高，相关系数为0.342，信度0.05，2月下旬返青至起身期降水量与产量的相关系数为0.238，4月下旬孕穗期降水量与产量的相关性也较明显，相关系数为0.214，无明显的降水临界指标。无论从冬小麦生长发育的特点，还是发育期降水量与常年的相关性分析来看，小麦返青起身期和孕穗期降水量对其生长发育都很关键，川坝河谷区在此时段若遇缺水时可进行灌溉，对提高小麦产量有决定作用。
2.2.5 10～50 cm土层有效水分储存量与小麦产量关系。土壤中的有效水分是指供作物根系直接吸收的部分，有效水分贮存与降水补给对冬小麦都有直接影响。一年中有效水分贮存量以9—10月为最高，4—6月最低，随深度增加，9—10月有效水分贮存量呈下降趋势，1—2月呈增加趋势。土壤有效水分贮存量随降雨过程而增加，往往变化幅度比较大，有效水分贮存量多则有利小麦根系水分供应，作物生长良好；反之，则不利于小麦生育。
3 冬小麦光、热、水利用状况分析
3.1 光能利用率
成县冬小麦全生育期（10月至翌年6月）日照时数为1 145 h，占年日照时数的73%。其中返青至成熟期（3—6月）是小麦对光照较为敏感期，日照时数达620 h，占年时数的40%，占全生育期日照时数的54%。城关地区冬小麦全生育期实测日照时数年均1 010 h，占年总量的64.7%。小麦全生育期太阳生理辐射量为143.57 kJ/cm2，出苗至成熟实际生育期间（<0 ℃越冬期除外）生理辐射量只有84.32 kJ/cm2，占全年生育期的64.4%，说明光能资源较丰富。多年实际观测表明，中部川坝区小麦光能利用率仅为1.0%～1.8%，而理论上光能利用率可以达到6.0%～8.0%，说明即使在成县冬小麦高产的中部川坝区，光能利用率还相当低，尚有较大的利用潜力。因此，增加复种、套种、设施栽培面积，能提高光能利用率，提高单位面积总产。
不同产量水平下，各地光能利用率如表4所示。可以看出，近年来成县平均产量3 000～4 500 kg/hm2，光能利用率也仅在0.8%～1.3%之间，最高产量在6 000～6 750 kg/hm2时也只接近2%，与其他地方相比也属较低地区，说明光资源对小麦增产还有相当的潜力。光能利用率以川坝河谷区为高，西部地区次之，南北阴湿山区最低。
3.2 光、热、水的实际利用率
以城关区为例，在冬小麦实际生育期内，光、热、水各占年总量的百分比，称实际利用率，公式如下：
平均状况下，光、热利用率相当，而降水利用率则较低（约30%），因冬小麦生育期恰值一年当中的少雨期，故显得光热有余，水分不足。丰年与平均年比较，在光、热均减少但水分增加时依然可获丰收，这是因为光、热、水匹配良好，尤其降水量适时适量。说明影响成县小麦产量的主要因素是关键期水分供给，而光热资源能够满足小麦生长发育的需求。
4 结论与讨论
统计近15年小麦产量对比情况：减产4年，丰收11年，丰收年占73.33%，说明气候条件多数年份适宜冬小麦生长发育，减产年主要是因需水关键期降水不足干旱所致，光热条件能够满足小麦生育需求。因此，应充分利用光、热资源以弥补水分不足的缺陷。
适时播种，选育良种，掌握适度的种植密度，7—9月雨量充沛时应减少下籽量；反之，适当增加下籽量，以保持适度的密度，保持良好的田间通风，提高光合效率，降低倒伏风险和小麦病虫害蔓延，提高光能利用率。
调整种植结构，兴修水利，在冬小麦需水关键期的3月上中旬和4月下旬至5月上旬进行灌溉，充足的水分供给能明显提高光、热资源的利用率，以提高小麦单产。
深耕、施用农家肥、秸秆还田均能改善土壤结构，提高有机质含量，增强其对水分的涵养性，降低干旱威胁。成县位于陇南东南部，属西秦岭南麓徽成盆地，小麦属耐寒性较强的作物，光及热量条件完全满足小麦生长发育需求。
多年气象资料记载表明干旱是影响成县农业生产主要的气象灾害，对小麦影响最大的是春末初夏旱，应种植耐旱小麦品种，以预防干旱对小麦生长的影响。
成县降水主要集中在4—10月，总的水分条件能满足小麦分蘖、生长、扬花、成熟各生育期的需求。同时，6月中下旬至7月上旬成县小麦全线收割期恰是雨量较多、连阴雨多发期，特别要防范阴雨天气致使小麦霉变。山区种植耐霉变品种潘林麦（N-斯特拉姆潘列）占比较大，但产量相对较低，需改良品种。
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