張素芳 高 爽 劉 芳 寧瑞斌 劉華君 張長慶
(1.聊城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站 山東聊城252000;2.聊城市氣象局 山東聊城252000;3.聊城市農(nóng)作物新品種推廣中心 山東聊城252000;4.聊城市自然資源和規(guī)劃局 山東聊城252000)
聊城市地處魯西黃泛平原, 是山東省冬小麥主產(chǎn)市之一,常年種植冬小麥面積超過40 萬hm2,居山東省第3 位。 “冬小麥—夏玉米”一年兩熟種植是聊城市的主要栽培方式。 小麥播期是否適宜及越冬期氣象變化, 直接影響小麥能否形成冬前壯苗和能否安全越冬,影響有效分蘗及分蘗成穗率的提高。 隨著全球氣候變暖趨勢明顯[1],未來全球性氣候變暖對我國的種植制度將產(chǎn)生明顯的影響, 預計我國各地的熱量資源將有不同程度的增加[2],聊城市熱量資源同樣呈上升趨勢,特別是近十幾年以來,年平均氣溫較常年持續(xù)偏高,氣候變暖現(xiàn)象尤為突出。 目前,許多學者針對氣候變化對小麥播種期的影響做了大量研究[3-6],但對氣象變化對聊城市小麥適播期及越冬期生長的影響還未見報道。 為此,筆者從不同農(nóng)業(yè)氣象指標的角度進行分析, 探討小麥適宜播期、 最佳播期,以便為形成冬前壯苗、保障小麥安全越冬提供參考依據(jù)。
分析資料為1980-2020 年每年的9 月至次年3 月,40 年間的逐日平均氣溫資料(來源于山東省氣象信息中心)(由于10 月至次年3 月數(shù)據(jù)為跨年度數(shù)據(jù),為簡便敘述,下文及圖表中所涉跨年度年份均由元旦前年份代表)。 2004-2019 年小麥種植品種來源于聊城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站歷年資料。
冬性小麥播種要求日平均氣溫穩(wěn)定下降到 18~16℃,半冬性小麥品種適播期為日平均氣溫16~14℃[3],一般冬小麥從播種至出苗約需0℃以上的積溫120℃,以后每長出 1 個葉片需要積溫 70~80℃。 冬前五日滑動平均氣溫穩(wěn)定達到0℃時小麥進入越冬期,這時冬性和半冬性品種的冬前壯苗標準為主莖葉齡6 葉至 6 葉 1 心,達到 7 葉以上為旺苗。 余振文[4]指出,在山東省冬前0℃以上小麥積溫以650℃為宜,考慮到近10 年麥苗綠體越冬,越冬期間仍緩慢生長現(xiàn)象出現(xiàn)概率增加,結(jié)合當?shù)厣a(chǎn)實際,確定聊城市小麥冬前壯苗所需合適積溫為 540~650℃。
采用Excel 軟件進行分析處理2010-2019 年逐日平均氣溫的平均值與1980-2009 年逐日平均氣溫的平均值,用五日滑動平均法[7]確定穩(wěn)定通過18℃、16℃、14℃、0℃各界限溫度的日期;利用積溫指標法[8]從近10 年日平均氣溫穩(wěn)定降至0℃的日期向前推算,將逐日平均氣溫高于0℃的溫度累加到小麥形成壯苗所需的0℃以上積溫之日, 將近10 年冬前高于0℃達到形成壯苗所需的積溫最早和最晚出現(xiàn)日期作為適宜播期[9],結(jié)合界限溫度法,確定適宜播期和最佳播期。
氣象學判定小麥進入越冬期標準為初(終)日,從春(秋)季日平均氣溫第1 次出現(xiàn)高(低)于某界限溫度之日起, 按日序依次計算出連續(xù)5 d 的平均氣溫,并從中選出第1 個大于或等于(小于)該界限溫度, 且在其后不再出現(xiàn)平均氣溫低(高)于該界限溫度的連續(xù)5 d(由此可以理解為五日滑動平均氣溫數(shù)據(jù)出現(xiàn)最多的一段),此5 d 中第1 個(最后一個)日平均氣溫大于或等于該界限溫度的日期[10]。
需要說明的是,隨著氣候變暖,秋季天氣多變,氣溫時高時低, 往往日平均氣溫降低到某一界限溫度以下,又會升高到這一界限溫度以上,經(jīng)常起伏多次,且各次變化的幅度、相距的時間不一致,給客觀確定界限溫度的起止日期帶來困難。
冬季五日滑動氣溫數(shù)列中出現(xiàn)>0℃數(shù)據(jù)概率增多,且有的年份會連續(xù)出現(xiàn)。 按照傳統(tǒng)方法判斷進入越冬期時間, 并不能準確反映小麥越冬期氣溫變化狀況。以2017 年為例(表1),五日滑動氣溫數(shù)列連續(xù)出現(xiàn)<0℃數(shù)段 3 次,分別為Ⅰ段 12 月 12~20 日、Ⅱ段1 月 4~16 日、Ⅲ段 1 月 23 日至 2 月 12 日,持續(xù)時間分別為9 d、13 d、21 d, 如果按照傳統(tǒng)判定方法則應推出1 月21 日為穩(wěn)定通過0℃日期, 根據(jù)田間觀測及考慮到Ⅱ段持續(xù)時間較長,以及Ⅱ段、Ⅲ段間隔數(shù)據(jù)6 個, 筆者從Ⅱ段數(shù)據(jù)推算平穩(wěn)通過0℃日期為1月1 日。
2.1.1 正負積溫變化趨勢 通過對近40 年聊城市每年10 月至次年3 月逐日平均氣溫數(shù)據(jù)資料的整理顯示(圖1),隨著時間推移,期間正積溫可用方程y=5.499 6x-9 964.2(R2=0.377 4,n=40)進行擬合。 可見每年10 月至次年3 月正積溫年均增加5.499 6℃。負積溫可用方程y=1.697 5x-3 525.4(R2=0.150 3,n=40)進行擬合,可見負積溫年均減少1.697 5℃。 由此可知, 聊城市近40 年每年10 月至次年3 月正積溫增加、負積溫減少趨勢明顯。
圖1 1980-2019 年秋冬正負積溫變化趨勢
圖2 1980-2009 年秋冬正負積溫變化趨勢
圖3 2010-2019 年秋冬正負積溫變化趨勢
將 1980-2009 年(圖 2)和 2010-2019 年(圖 3)數(shù)據(jù),分別進行線性方程擬合,可得,1980-2009 年作為常年對比數(shù)據(jù), 正積溫擬合方程y=7.175 6x-13 300(R2=0.336 8,n=30),負積溫擬合方程y=2.263 2x-4 649.9 (R2=0.140 8,n=30);1999-2018 年正積溫擬合方程y=20.763x-40 736(R2=0.548 3,n=10),負積溫擬合方程y=9.617x-19 489(R2=0.325 1,n=10)。 可見近10 年較常年年均秋冬正積溫增加、負積溫減少幅度加大,趨勢更為明顯。
聊城市冬小麥適宜播期可用近10 年平均氣溫與常年平均氣溫進行對比分析, 其結(jié)果將更切合氣候變化趨勢,有利于指導今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。
2.1.2 負積溫出現(xiàn)天數(shù)變化 整理秋冬逐日平均氣溫數(shù)據(jù)整理(圖4)發(fā)現(xiàn),聊城市日平均氣溫出現(xiàn)<0℃溫度天數(shù)逐漸減少, 可用方程y=-0.316 8x+681.15(R2=0.133 1,n=40)進行擬合,可見 40 年間年均日平均氣溫<0℃天數(shù)減少 0.316 8 d。 每年<-5℃溫度天數(shù),可用方程 y=-0.165 1x+336.92(R2=0.133,n=40)進行擬合,可見40 年間年均日平均氣溫<-5℃天數(shù)減少0.165 1 d。 期間在 1994 年、2006 年、2014 年、2016 年冬季,日平均氣溫<-5℃天數(shù)為0,可見出現(xiàn)冬季逐日平均氣溫全部≥-5℃年份逐漸增多,從側(cè)面證明冬季變暖趨勢明顯。
圖4 <0℃及<-5℃溫度天數(shù)變化趨勢
2.1.3 極端低溫出現(xiàn)概率 根據(jù)1979-2019 年10 月至次年3 月日平均氣溫數(shù)據(jù),我們將聊城市日平均氣溫<-10℃定義為該地區(qū)的極端低溫。 當出現(xiàn)日平均氣溫<-10℃天氣時,日最低氣溫將會更低(如2016 年1 月 23 日全市平均氣溫-12.1℃, 最低氣溫則達-19.5℃),對小麥安全越冬是一種重大考驗,對出現(xiàn)極端低溫概率進行分析研判是非常必要的。 由表2可知, 出現(xiàn)<-10℃低溫間隔年份顯著拉長。 最低溫出現(xiàn)時間,以1 月下旬出現(xiàn)頻率最高(僅有1985 年出現(xiàn)在12 月上旬,2001 年出現(xiàn)在1 月中旬),最低溫度略有升高, 并且不排除年度間連續(xù)出現(xiàn)極端低溫的情況。
日平均氣溫穩(wěn)定通過界限溫度的日期是確定小麥適宜播期的重要因素。 2010-2019 年10 月至次年3 月日平均氣溫資料分析表明(表3),平均氣溫穩(wěn)定通過 18℃、16℃、14℃、0℃日期均較常年推遲。 聊城市穩(wěn)定通過小麥播種上限溫度18℃的平均日期為10 月6 日,較常年推遲3 d;穩(wěn)定通過適宜溫度16℃的平均日期為10 月16 日,較常年推遲5 d;穩(wěn)定通過下限溫度14℃的平均日期為10 月23 日, 較常年推遲2 d;穩(wěn)定通過0℃(進入越冬期)的平均日期為12 月29 日,較常年推遲6 d。從小麥播種適宜溫度考慮,冬性品種小麥適播期為10 月6~16 日;半冬性小麥為 10 月 16~23 日。
表2 極端低溫情況
由表4 可知, 聊城市2010-2019 年氣溫穩(wěn)定降至0℃的平均日期為12 月29 日,從此日期向前推算,積溫達到 540~650℃的平均日期為 10 月 5~10 日,按照上下限播期為10 月3~13 日。
由表5 可知, 若從穩(wěn)定通過18℃的日期開始播種, 到穩(wěn)定通過0℃的≥0℃積溫統(tǒng)計來看,2010-2019 年平均積溫為613.8℃,比常年低45.3℃,比小麥冬前壯苗所需適宜積溫上限650℃低了36.2℃。 若從穩(wěn)定通過16℃的終日開始播種,到停止生長0℃日的≥0℃積溫統(tǒng)計來看,2010-2019 年平均積溫為453.2℃,比常年值524.4℃低71.2℃,已經(jīng)低于小麥冬前壯苗所需540~650℃的積溫區(qū)間要求。 從穩(wěn)定通過14℃的終日到穩(wěn)定通過停止生長0℃日期間的≥0℃積溫統(tǒng)計來看,2010-2019 年, 積溫均在540℃以下,平均積溫為359.6℃, 比常年值376.5℃低16.9℃,比小麥冬前壯苗所需下限積溫540℃少180.4℃, 積溫顯著偏少。 從越冬前形成壯苗所需積溫考慮,小麥播種期為平均氣溫穩(wěn)定在18℃時即10 月6 日前后3 d(10 月 3~9 日)為宜。
表4 2010-2019 年播種至穩(wěn)定通過0℃推算達到540~650℃積溫日期
表5 穩(wěn)定通過18℃、16℃、14℃的終日至穩(wěn)定通過0℃的≥0℃積溫
通過界限溫度法推算出的穩(wěn)定通過18℃、16℃、14℃終日至穩(wěn)定通過0℃日的平均積溫均較常年顯著偏少,這和氣候變暖趨勢明顯相悖。 這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與秋季氣溫時高時低, 日平均氣溫降低到某一界限溫度以下,又會升高到這一界限溫度以上,有的年份會起伏多次,且各次變化幅度、相距時間拉長有很大關(guān)系[11-12]。 運用五日滑動平均法確定秋季穩(wěn)定通過界限溫度的終日,導致界限溫度終日至穩(wěn)定通過0℃的≥0℃積溫偏少。 今后這種方法在指導作物生產(chǎn)中應謹慎使用, 或通過科學測算適時對穩(wěn)定通過界限溫度的推定方法做出調(diào)整修改再加以應用。 綜合以上兩種方法的對比結(jié)果, 運用積溫指標法進行小麥播種適期的推算更科學。
由于氣候變暖, 根據(jù)聊城市積溫條件和近年來小麥越冬期田間表現(xiàn), 半冬性品種更適合在當?shù)胤N植。 據(jù)聊城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站歷年生產(chǎn)資料統(tǒng)計,2014-2019 年主要品種有濟麥 22、魯原 502、良星 77、鑫麥296、泰農(nóng)18 等,多為半冬性品種,冬性品種占比很小,其中以濟麥 22、魯原 502 占主導地位。 在這種情況下, 今后進一步加大對半冬性品種適宜播期的研究非常必要。
綜合聊城市冬小麥播種適宜溫度、 形成冬前壯苗所需積溫、氣候變暖趨勢、小麥品種特性和生產(chǎn)實踐等因素研究分析,在目前氣候條件下,聊城市小麥適宜播種期可以確定為10 月3~16 日, 最佳適宜播期為10 月6~9 日。 冬小麥播期還受前茬作物收獲期早晚、土壤含水量、土壤質(zhì)地、播種期間降水及天氣變化等多種因素制約, 所以在播種時還要在適宜播期的指導下,綜合考慮多方因素,結(jié)合調(diào)整播量進行播種,爭取形成冬前壯苗,保障小麥安全越冬。