基于高筋含量的宁夏优质小麦农业气候区划

2019-12-11张德有李阳王勇

河北农业科学 2019年4期

张德有，李阳，王勇

（1.中国气象局旱区特色农业气象灾害监测预警与风险管理重点实验室，宁夏银川 750002；2.宁夏气象防灾减灾重点实验室，宁夏银川 750000；3.中卫市沙坡头区气象局，宁夏中卫 755000；4.宁夏气象科学研究所，宁夏银川 750000；5.宁夏气象台，宁夏中卫 755000）

宁夏是西北地区重要的商品粮生产基地，也是中国五大平原灌区之一。近几年，随着宁夏围绕“提质增效转方式、稳粮增收可持续”的农业发展主线，大力发展优质粮，深入推进绿色高产高效增产模式，“十三五”期间逐步形成不同区域各具特色的优质小麦产业格局。但影响小麦品质的因素有很多，如选种、种植区域、农业技术等。优质品种种植在适宜区域，实施科学的种植管理技术，才能实现优质小麦的高效生产。宁夏回族自治区优质粮食产业发展“十三五”规划中，将宁夏划分为以引黄灌区为主的中强筋适宜种植区和中南部山区中筋适宜种植区2个分区[1]，为发挥区域资源优势，优化小麦品种布局，因地制宜发展优质小麦提供了科学依据。但是宁夏地处西北内陆高原，地形构造复杂，气候差异较大，在实际生产过程中急需进一步细化与完善优质小麦区。

1 材料与方法

1.1 数据来源

数据主要包括气象数据、地理信息数据和灌溉数据。气象数据来源于宁夏气象局，主要包括1981～2017年宁夏国家级地面观测站的降水、气温、日照时数；地理信息数据来源于宁夏国土资源局，主要有宁夏境域内1∶25万等高线数据；灌溉数据来源于宁夏水利厅，主要包括2018年宁夏境域内农田灌溉条件。

1.2 研究方法

（1）建立数字地形模型。运用地理信息系统（GIS）技术将宁夏1∶25万等高线数据转成1 km×1 km的高分辨率数字地形模型（DEM），在此基础上进行数字地形定量分类技术研究。

（2）各要素指标确定。在参考已有优质小麦区划研究成果的基础上，充分考虑宁夏优质小麦生产和农业气候特点以及文献资料，按照提高产业效益、优化品质结构、合理配置资源的原则，提出宁夏优质小麦农业气候区划指标。

（3）区划等级标准确定。根据实际生产情况，确定强筋适宜区、中筋适宜区和弱筋适宜区3个类型区。采用专家打分法对影响优质小麦品质的气象指标进行评估打分，并对3个区域类型赋值：强筋适宜区3分，中筋适宜区2分，弱筋适宜区1分。建立区划指标空间推算模型，推算出每个区划指标在1 km×1 km格点网的分布，对每个网格点上的所有区划指标得分进行加权叠加处理得到总分值，并将结果分级归类（表 1）。

表1 基于高筋含量的宁夏优质小麦精细化农业气候区划等级Table 1 Fine agro-climatic division grade of high quality wheat in Ningxia based on high gluten content

2 结果与分析

2.1 气象指标文献综述

宁夏小麦生育期间的总体气候特点是气温日差大，日照时间长，太阳辐射强，大部分地区昼夜温差为12～15℃；全年平均气温5～9℃。引黄灌区在研究区域的高温区，年平均降水量为157 mm，以春小麦种植为主，播种期集中在3月上旬，7月上旬收获。南部山区在研究区域的低温区，年平均降水量为400 cm，以冬小麦种植为主，播种期在9月下旬，翌年7月中上旬收获。研究表明，小麦的品质取决于品种与环境相互作用的影响，环境因素包括气象条件、土壤状况、种植技术等，其中气象条件对品质性状的影响更为敏感[2]。因此，确定研究区域的气象指标成为精准划分类型的重要部分。

2.1.1 温度开花期至成熟期是决定小麦子粒产量和品质的关键时期。研究表明，小麦灌浆期，日平均气温为15～30℃时，子粒蛋白质含量与气温呈正相关，表现为随着温度升高，子粒干物质积累以及氮和磷的累积速度加快，蛋白质含量明显提高[3～5]；日平均气温＞30℃时，对提高子粒蛋白质含量产生不利影响。小麦子粒蛋白质含量与开花期至成熟期的气温日较差呈正相关[6]。

2.1.2 日照小麦整个生育期都会受到日照因素的影响。研究表明，播种期至拔节期，长日照有利于小麦蛋白质含量的提高；开花期至成熟期，小麦蛋白质含量随着日照时数的减少而增加；抽穗至成熟期，总辐射量与小麦子粒湿面筋含量呈极显著负相关[7]。

2.1.3 水分小麦生育期间的水分状况受自然降水和灌溉的影响。研究表明，小麦灌浆成熟期，土壤水分含量越高，子粒的蛋白质含量越低[8]。小麦成熟前40～55 d，子粒蛋白质含量与降雨量的相关系数为-0.70；抽穗后15 d内，每降雨12.5 mm，子粒蛋白质含量降低0.75%。轻度干旱胁迫有利于提高小麦子粒容重和湿面筋含量。

2.2 区划指标及指标值确定

在已有的研究成果上，根据研究区域生态特点以及既定的研究目标，在梳理大量相关参考文献的基础上，选取7个气候要素作为优质小麦农业气候区划因子（表1）。需要说明的是，宁夏种植的小麦有春小麦和冬小麦，且种植面积都很大，引用的区划指标为河南、山东、河北等地区的冬小麦气候区划指标[9]，该指标的数据时段主要集中在4～6月，并且其中的全生育期指标得分不会因种植春、冬小麦而产生不同结果，只与其地理信息有关，因此，该指标是可以适用于冬、春小麦混种模式下的宁夏优质小麦农业气候区划探索。

2.3 区划指标空间分布模型建立

宁夏土地面积6.64万km2，全区现有26个国家级地面气象观测站数据不能真实、全面地反映宁夏境内的气候特征，也无法满足优质小麦精细化农业气候区划要求。所以，本文利用多元回归方法将23个（3个高山站除外）气象观测站气象要素与经度、纬度和海拔进行相关性分析，并建立以经纬度和海拔为自变量，区划指标为因变量的气候要素网格推算的多元回归数据方程。将精度为1 km的网格经纬度和海拔数据信息带入数据方程，推算出区划指标因子的格点值。区划指标因子推算方程见表3。

表2 基于高筋含量的宁夏优质小麦精细化农业气候区划指标Table 2 Fine agro-climatic division index of high quality wheat in Ningxia based on high gluten content

表3 基于高筋含量的宁夏优质小麦农业气候区划指标空间推算模型Table 3 Spatial prediction model of agro-climatic division index of high quality wheat in Ningxia based on high gluten content

2.4 区划结果分析

根据以上计算方法，得到宁夏境内1 km×1 km格点网上的区划指标总得分，并根据区划等级标准，制作出宁夏优质小麦精细化农业气候区划图（图1）。

图1 基于高筋含量的宁夏优质小麦精细化农业气候区划Fig.1 Fine agroclimatic division of high quality wheat based on high gluten content in Ningxia

2.4.1 强中筋适宜区强中筋上等适宜区包括石嘴山、银川、中卫北部、吴忠西北部，地处引黄灌区，属春小麦种植区。该区小麦生育期内≥0℃积温均在1 800 d·℃以上，日照时数1 100 h左右，全生育期降水量90～100 mm。该区域光照热量条件充足，拔节期大风日数较多，土壤水分消耗较快，容易出现干旱，有利于小麦品质的提升；由于灌溉条件较好，能缓解降水量偏少的矛盾，不会出现影响小麦品质的旱情；灌浆期少雨且气温日较差大。该区域属于宁夏引黄灌区平原地带，土壤质地多为壤黏土和沙壤土，土壤肥力较高，灌溉条件良好，生产水平较高，适合大规模种植优质强中筋小麦，可作为优质小麦的主产区。

强中筋下等适宜区位于宁夏中部干旱带，主要包括中卫中部、红寺堡、盐池一带地区，地处扬黄灌区，属春小麦种植区。该区小麦全生育期≥0℃积温均为1 700～1 800 d·℃，降水量180 mm左右，日照时数1 000 h左右。该区域小麦灌浆期平均气温日较差为12℃，降水量为50～60 mm，日照充足，灌溉条件一般，种植区以山地为主，可作为优质强中筋小麦的辅助产区。

2.4.2 中筋适宜区中筋上等适宜区主要分布在海原、西吉、原州区和彭阳地区，属冬小麦种植区。该区域春季降水较少，光照充足，对穗粒形成较为有利。该区域小麦灌浆期气温日较差为12℃左右，有利于千粒重的提高；存在的主要问题是灌溉条件较差，降水时空分布不均，在小麦生长发育期内容易出现中度以上干旱，影响小麦的正常生长。因此，该区域可作为优质中筋小麦的主产区。

中筋下等适宜区主要分布在隆德和泾源地区，属冬小麦种植区。该区域为宁夏降水大值区，存在的主要问题是多雨年份连阴雨天气较多，少雨年份容易发生干旱，灌溉条件较差，影响小麦稳定高产；收获期降水偏多，会导致丰产不丰收。因此，该区域可作为优质中筋小麦的辅助产区。