冬小麥適宜播種期及其預(yù)測(cè)模型

漯河市郾城區(qū)氣象局 白紅霞

冬小麥適宜播種期及其預(yù)測(cè)模型

漯河市郾城區(qū)氣象局 白紅霞

近年來，全球氣候條件發(fā)生了明顯的變化，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響特別顯著，高溫對(duì)作物生產(chǎn)力可能產(chǎn)生不利影響。隨著氣候的改變，在郾城區(qū)冬小麥的播種問題上，適時(shí)早播這種種植方式是否適應(yīng)當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對(duì)冬小麥的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)將會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？針對(duì)此問題，本文從氣象學(xué)的角度進(jìn)行了認(rèn)真、細(xì)致的分析和研究，并作出適合當(dāng)前氣象條件的適宜播種期預(yù)報(bào)模型，為科學(xué)地指導(dǎo)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，冬小麥的合理種植以及高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

一、資料選取

利用1961年以來的氣象觀測(cè)資料和1981年以來的農(nóng)業(yè)氣象作物觀測(cè)資料。其中本文所用的產(chǎn)量資料是本站觀測(cè)地段實(shí)收產(chǎn)量，使數(shù)據(jù)更具有代表性。

二、冬小麥播種期氣候變化特征

（一）冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)溫度變化

利用郾城區(qū)1961—2013年冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)逐年平均溫度資料，采用相關(guān)分析法，并配合平均溫度變化曲線圖進(jìn)行分析。

相關(guān)系數(shù)公式：

（T為冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)逐年平均氣溫；t為時(shí)間）

當(dāng)r（T，t）＞0時(shí)，為正相關(guān)，表示平均氣溫隨時(shí)間序數(shù)的增加而升高；當(dāng)r（T，t）＜0時(shí)，為負(fù)相關(guān)，表示平均氣溫隨時(shí)間序數(shù)的增加而降低；當(dāng)r（T，t）=0時(shí)，為零相關(guān)，表示平均氣溫隨時(shí)間序數(shù)的增加基本無變化。

通過計(jì)算，r（T，t） = 0.16，說明隨著時(shí)間的逐年遞增，整個(gè)小麥生長(zhǎng)季的溫度也在逐漸升高。其中20世紀(jì)60年代至70年代初期溫度呈下降趨勢(shì)；20世紀(jì)70年代中期開始到20世紀(jì)80年代初期有所回升；20世紀(jì)80年代溫度基本無變化；20世紀(jì)90年代以后迅速升高，其升高幅度為50年來最高值?？梢娦←溕L(zhǎng)季內(nèi)溫度每10年一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，但整體趨勢(shì)是在升高，尤以20世紀(jì)90年代以后升高趨勢(shì)最為顯著。就季節(jié)而言，20世紀(jì)90年代以后，冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)各季節(jié)溫度較前30年都有不同程度的升高，冬季最為明顯，秋季、春季次之。

（二） 冬小麥播種期內(nèi)溫度變化

50年來，平均氣溫與時(shí)間序數(shù)之間呈明顯的正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.53，這說明了隨著時(shí)間的逐年遞增，冬小麥傳統(tǒng)播種期內(nèi)的溫度也在逐漸升高。

（三）適宜小麥播種的溫度條件變化

由于適宜半冬性小麥品種的溫度條件為15～17℃，適宜春性小麥品種的溫度條件為13～15℃。

采用5日滑動(dòng)平均，統(tǒng)計(jì)歷年秋季日平均氣溫穩(wěn)定下降到16℃（15～17℃的中值）的初日發(fā)現(xiàn)：20世紀(jì)80年代以前，日平均氣溫穩(wěn)定下降到16℃的初日平均在10月10—11日，20世紀(jì)90年代逐漸后延至10月14日，而1994年以后的近20年平均值則后延至10月16日，與80年代以前相比后延近7d。同樣秋季日平均氣溫穩(wěn)定下降到14℃（13～15℃的中值）的初日也推遲7d左右。

三、歷年冬小麥播種期分析

對(duì)郾城區(qū)1981—2013年冬小麥作物觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)：在20世紀(jì)90年代以前，除了80年代的1982年、1984年、1985年、1988年以外，其他年份的冬小麥都是在10月15日以前播種。與歷年冬小麥最適宜播種所達(dá)到的溫度指標(biāo)相比，有78%的年份播種偏早，特別是1994—1998年連續(xù)5年偏早10～22d，對(duì)當(dāng)年的產(chǎn)量也造成了不同程度的影響。自21世紀(jì)以后，冬小麥都是在10月15日以后播種，并且64%的年份播種日期在10月20日以后，小麥產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了10年連增。

四、氣候變化對(duì)冬小麥生育的影響

（一）氣溫偏高，越冬期不明顯，冬前積溫過剩，容易形成旺長(zhǎng)

郾城區(qū)冬前積溫一般在650℃.d左右，但是由于近幾年秋季氣溫逐漸升高，而我們依然按照傳統(tǒng)的適播期進(jìn)行播種，造成冬前積溫嚴(yán)重偏高。分析發(fā)現(xiàn)：20世紀(jì)80年代至90年代末，冬前積溫都在700℃.d以上，甚至超過800℃.d，冬前小麥旺長(zhǎng)；2000年以后，隨著播期的推遲，冬前積溫又逐步趨于合理。

近年來，郾城區(qū)冬小麥已沒有明顯的越冬期，其生長(zhǎng)高度在冬季還有微弱的上升。通常以每年第一次5日平均氣溫小于0℃的最后一天定為越冬開始期；或冬季氣溫常年在0℃之間擺動(dòng)的地區(qū)，以高度變化而定。通過對(duì)郾城區(qū)歷年逐日平均氣溫進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，80年代以前，12月下旬至2月的大部分時(shí)間里5日平均氣溫都在0℃以下或在0℃之間擺動(dòng)；而90年代以后，氣溫已發(fā)生明顯變化，1月至2月中旬也只有在個(gè)別年份的個(gè)別時(shí)段內(nèi)5日平均氣溫小于0℃，其他時(shí)段都在0℃以上；從生長(zhǎng)高度來看，越冬期內(nèi)，植株并沒停止生長(zhǎng)，而是有微弱的上升。因此近幾年來，在郾城區(qū)越冬開始期已很難確定。根據(jù)作物觀測(cè)，20世紀(jì)80年代越冬日期平均在1月2日，20世紀(jì)90年代以后越冬日期平均在1月8日，越冬期明顯滯后，尤其是2002年、2007年竟然無越冬現(xiàn)象。

（二）冬前小麥分蘗增加，群體過大

由于冬前積溫偏多，造成冬前小麥分蘗增加，群體過大。將1981年以后冬小麥冬前平均分蘗數(shù)進(jìn)行五年滑動(dòng)平均，其變化趨勢(shì)基本和溫度變化保持一致。20世紀(jì)80年代，冬前小麥平均分蘗數(shù)沒有太大變化；20世紀(jì)90年代以后，小麥分蘗數(shù)基本呈0.3個(gè)/株的遞增趨勢(shì)穩(wěn)定上升，并且除個(gè)別冷冬及播種較晚的年份外，其余年份的分蘗數(shù)總體高于20世紀(jì)80年代。小麥有效穗數(shù)的多少主要決定于冬前分蘗數(shù)的多少，因此分蘗個(gè)數(shù)的增加一方面對(duì)增加小麥有效穗數(shù)十分有利，但另一方面也容易造成冬前群體過大，影響壯苗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)90年代以后，越冬期平均密度和分蘗數(shù)一樣有明顯增大的趨勢(shì)，其平均值較20世紀(jì)80年代多14.8萬莖/667m2，其中1995—1996年度和1999—2000年度分別達(dá)154.6萬莖/667m2和103.0萬莖/667m2，創(chuàng)歷史記錄。這種分蘗增加，密度過大的趨勢(shì)對(duì)小麥安全越冬十分不利，一是容易造成小麥旺長(zhǎng)；二是使小麥抗寒能力減弱，一旦遇到強(qiáng)冷空氣過境，小麥極易被凍死，造成小麥減產(chǎn)。

（三）造成小麥生長(zhǎng)速度加快，發(fā)育期明顯提前

前期積溫的增多勢(shì)必造成后期小麥生育進(jìn)程的加快。20世紀(jì)90年代以后從種到收的各個(gè)時(shí)期，除了拔節(jié)期—抽穗期和開花期—乳熟期由于受春季寒潮及低溫連陰雨天氣影響，生長(zhǎng)期有所延長(zhǎng)外，其他時(shí)期，尤其是拔節(jié)期以前，分蘗期延長(zhǎng)，其他各發(fā)育期相對(duì)縮短，標(biāo)志著小麥生育進(jìn)程的加快以及小麥冬前生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)。同時(shí)也說明了發(fā)育期的明顯提前，特別是2000年以后，有7年拔節(jié)期—開花期發(fā)育期提前7～15d的時(shí)間，為歷年罕見。這種發(fā)育期嚴(yán)重超前的現(xiàn)象擾亂了小麥正常的生長(zhǎng)秩序，例如，小麥一般在年前完成幼穗分化，而冬溫偏高，小麥幼穗分化在冬前就已完成，甚至拔節(jié)，使小麥抗寒能力減弱；春溫偏高，使穗花分化提前，分化期縮短，易引起不育小穗增多，這些不利因素對(duì)小麥產(chǎn)量均可造成不同程度的影響。

（四）播種時(shí)墑情不足，影響出苗

由于冬小麥傳統(tǒng)播種期內(nèi)降水量有所減少，因此如果按照傳統(tǒng)的播種觀念，勢(shì)必造成小麥播種時(shí)墑情不足，影響苗齊、苗全、苗勻、苗壯，對(duì)小麥的后期生長(zhǎng)及產(chǎn)量的提高十分不利。

五、冬小麥適宜播種期的確定

通過以上分析，得出結(jié)論：由于近幾年河南中西部地區(qū)秋冬季氣溫升高，特別是氣候適宜播種期的逐漸推遲以及傳統(tǒng)播種期內(nèi)降水量的逐漸減少，冬小麥的適宜播種期已不能參照傳統(tǒng)的播種期觀念來選擇，而應(yīng)該向后推遲，適當(dāng)晚播。根據(jù)當(dāng)前適宜冬小麥播種的溫度、日期，并結(jié)合郾城區(qū)種植情況，建議半冬性小麥品種向后推遲近7d播種，而弱春性和春性小麥品種推遲至霜降依次播種，這樣才有利于冬小麥產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。同時(shí)也有利于延長(zhǎng)秋作物的生長(zhǎng)期以及秋作物的收獲和晾曬，從而進(jìn)一步提高秋作物的產(chǎn)量。使麥田的休閑期延長(zhǎng)，延長(zhǎng)了復(fù)種作物的生長(zhǎng)期，為提高氣候資源的利用率和單位面積的產(chǎn)量提供了保證。

但是針對(duì)某一年，降溫有早有晚，具體何時(shí)播種最為合適，我們還要對(duì)當(dāng)年的適宜播種期作出一個(gè)具體的預(yù)報(bào)。目前長(zhǎng)期預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)冬小麥適播期大都是預(yù)報(bào)9月25日至11月初的降水過程、溫度趨勢(shì)等，但具體哪一天播種最合適，并沒有一個(gè)明確的預(yù)報(bào)結(jié)果。播種的早晚直接影響著小麥的產(chǎn)量，而溫度條件是決定小麥播種的主要因素，因此本文主要從適宜小麥播種的溫度條件入手，利用氣象觀測(cè)資料和作物觀測(cè)資料來預(yù)測(cè)最適宜冬小麥播種的具體日期。

六、冬小麥適宜播種期預(yù)測(cè)

（一）挑選因子，建立方程

由于適宜冬小麥播種的溫度、日期與前期的大氣溫度、降水以及大氣環(huán)流等氣象因 素都有不可分割的聯(lián)系，因此挑選因子時(shí)著重參考了前期的地面氣象觀測(cè)資料和國(guó)家氣候中心發(fā)布的大氣環(huán)流氣象資料，從中挑選出相關(guān)程度比較高的9個(gè)氣象因子，采用逐步回歸的基本原理，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行逐步引進(jìn)和剔除，最后選出幾個(gè)方差貢獻(xiàn)最大的最佳因子建立方程，并通過信度為0.05的F檢驗(yàn)。

對(duì)半冬性小麥品種適宜播種日期預(yù)報(bào)的最佳因子有：X1：8月份平均緯向環(huán)流指數(shù)（亞洲地區(qū)45～65。N，90～150。E）；X2：8月份平均經(jīng)向環(huán)流指數(shù)（亞洲地區(qū)45～65。N，60～150。E）；X3：8月份平均西太平洋副熱帶高壓面積指數(shù)（110～180。E，10。N以北）。

半冬性小麥品種適宜播種日期預(yù)報(bào)方程：Y=-25.86+26.62X1+ 31.29X2+0.28X3

復(fù)相關(guān)系數(shù)RG=0.65＞R0.05= 0.42，回歸效果顯著。

對(duì)春性小麥品種適宜播種日期預(yù)報(bào)的最佳因子有：X1：8月份平均緯向環(huán)流指數(shù)（亞洲地區(qū)45～65。N，90～150。E）；X2：6月上旬平均氣溫；X3：6月下旬平均氣溫；X4：8月中旬平均氣溫。

半冬性小麥品種適宜播種日期預(yù)報(bào)方程：Y=38.37+18.5X1-1.83X2+3.93X3-3.43X4

復(fù)相關(guān)系數(shù)RG=0.78＞R0.05= 0.47，回歸效果顯著。

（二）回報(bào)與試報(bào)

由于預(yù)報(bào)對(duì)象是以半冬性和春性小麥適宜播種的溫度指標(biāo)的中值16℃和14℃為標(biāo)準(zhǔn)，因此依照半冬性小麥最適宜播種的溫度區(qū)間15～17℃和春性品種最適宜播種的溫度區(qū)間13～15℃，將預(yù)報(bào)值與歷年氣候適宜播期進(jìn)行擬合。利用預(yù)報(bào)方程進(jìn)行回代，其中半冬性小麥品種預(yù)報(bào)方程的擬合率為35/42=83%，春性小麥品種預(yù)報(bào)方程的擬合率為37/42=88%，對(duì)2011年、2012年進(jìn)行試報(bào)，兩個(gè)方程的試報(bào)準(zhǔn)確率均為100%。

七、小結(jié)

（一）通過對(duì)郾城區(qū)氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可知：郾城區(qū)50 年來氣候條件發(fā)生明顯變化，冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)溫度每10年一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，但整體趨勢(shì)是在升高，尤以20世紀(jì)90年代以后升高趨勢(shì)最為顯著。同時(shí)，冬小麥傳統(tǒng)播種期內(nèi)的溫度逐漸升高；降水量有所減少。

（二）通過分析發(fā)現(xiàn)，郾城區(qū)有67%的年份播種偏早，對(duì)冬小麥的生育造成不利影響。

（三）結(jié)合本地的氣候特點(diǎn)，適當(dāng)推遲播種期，有利于冬小麥產(chǎn)量的進(jìn)一步提高?？梢愿鶕?jù)小麥品種屬性向后推遲近7d播種。

（四）運(yùn)用逐步回歸分析建立了半冬性小麥和春性小麥的適宜播種期預(yù)報(bào)模型，回報(bào)與試報(bào)效果良好。該方法可以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)出冬小麥適宜播種的具體日期，避免播種時(shí)的盲目性。