定西42号小麦适宜播种期研究

董莉霞，李 广，2，逯玉兰，聂志刚，王 钧

(1 甘肃农业大学信息科学技术学院，兰州 730070； 2 甘肃省干旱生境作物学重点实验室，兰州 730070)

甘肃是“一带一路”重要省份，农业地位显著。小麦是甘肃省的主要粮食作物之一。小麦的适宜播期是指小麦获得最高产量的播种日期[1]。对于不同的种植区域，不同的小麦品种，最适宜的播种期不尽相同。对于春小麦来说，合适的播期可以创建出优良的群体结构，有利于小麦产量构成因素的协调发展和小麦产量的提高[2]。

关于小麦适宜播期的研究有很多[3～6]，但由于试验区和小麦品种的不同，生态环境千差万别，结论也不尽相同。近年来，随着全球气候的变化，极端气候增加，春小麦生长、发育的生态条件和环境发生了一定的变化，同时全国各地小麦品种也在不断更新[7]。因此，根据地域特点、小麦品种来分析不同播期条件下的气候特点和产量，并且调整播期是非常有必要的。

APSIM模型(Agricultural Production System Simulator)是由隶属澳大利亚联邦科工组织和昆士兰州政府的农业生产系统组开发并研制的一种作物机理模型。最基本的模块是气候模块。模型运行时需要的最基本的气象要素包括降水量、气温、太阳辐射量、蒸发量等。APSIM模型采用通用作物生长模型来模拟一年生和多年生作物生长，各作物具有不同的模型参数值。作物属性模块主要包括小麦品种、小麦产量、千粒质量、籽粒干质量和小麦含氮量等参数。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及小麦品种

试验区位于陇中黄土高原半干旱丘陵沟壑区的定西市李家堡乡，属中温带干旱雨养农业区，年均太阳辐射591.9 kJ/cm2，日照时数2476.6 h，年均气温6.4 ℃，大于等于0 ℃积温2933.5 ℃，大于等于10.0 ℃积温2239.1 ℃；无霜期140.0 d；多年平均降水390.9 mm，年蒸发量1531.0 mm，干燥度2.5。

本试验选择的小麦品种为定西42号，系定西市农业科学研究院以外引材料ROBUIN为母本，自育品种8821-3为父本，经有性杂交、系谱法选育而成[8]。

1.2 试验设计及数据处理

设置3个播期，播期1：3月1日左右；播期2：3月15日左右；播期3：3月30日左右。

利用Microsoft Excel和Mann-Kendall突变检验法[9]对试验区域内1971—2017年共47年间3个设计播期的历史气候数据(气温、降水量、太阳辐射量)进行分析，判定不同播期的气候适宜性。

利用试验区的气候数据，运用APSIM模型模拟定西42号小麦在3个设计播期条件下的产量和产量构成因素，分析不同播期对小麦产量的影响。

2 结果分析

2.1 不同播期条件下的气候适宜性分析

2.1.1 降水

由图1可知，大部分年份在3个播期的降水基本为0。播期1在1973年、2009年和2012年有降水；播期2在1988年、2007年和2012年有降水；播期3在1990年、1994年和2014年有降水。总体上看，播期1、播期2和播期3的降水量没有明显差异。

图1 1971—2017年不同播期下的降水量变化Fig.1 The changes of precipitation under different sowing dates from 1971 to 2017

由图2～4可以看出，3种播期条件下，统计量UF值大部分<0，在置信区间之内，统计量UF和统计量UB没有交点，表明降水没有突变点。由于试验区是比较典型的干旱地区，降水主要集中在夏秋两季，在早春3月较为干旱，缺乏植被和蓄水能力，该地区年蒸发量约为降水量的2倍，干旱灾害频发，且水土流失严重，因此，从降水角度分析，3种播期的差异并不显著。

图2 1971—2017年播期1条件下 降水量的突变分析Fig.2 Catastrophe analysis of precipitation under sowing date 1 from 1971 to 2017

图3 1971—2017年播期2条件下降水量的突变分析Fig.3 Catastrophe analysis of precipitation under sowing date 2 from 1971 to 2017

图4 1971—2017年播期3条件下降水量的突变分析Fig.4 Catastrophe Analysis of precipitation under sowing date 3 from 1971 to 2017

2.1.2 气温

由图5可以看出，播期1条件下，平均气温的最大值出现在2017年，最小值出现在1986年。播期2条件下，平均温度的最大值出现在2004年，最小值出现在2011 年。播期3条件下，平均温度的最大值出现在2015年，为14.5 ℃，最小值出现在1980年，为-1.2 ℃。播期3条件下的气温最高，播期1条件下的气温最低。气温对于春小麦的影响表现在：不同播期的小麦抽穗至成熟阶段的日平均温度会有所不同，而产量和千粒质量与对应的抽穗至成熟阶段的日平均温度显著相关，随着温度的降低，产量和千粒质量均显著下降[10]。

图5 1971—2017年不同播期下的气温变化Fig.5 The changes of temperature at different sowing dates from 1971 to 2017

由图6可以看出，播期1条件下UF先为负值，经历了短暂的波动之后又变为正值，表明播期1条件下，平均温度有先升高又降低，之后持续升高的趋势。播期1的气温波动大。从图7可以看出，播期2条件下，平均温度在80年代交替变换，之后有持续升高的趋势。从图8可以看出，播期3条件下47年的平均温度先下降后又持续上升，只有1次变化。由此可见，播期3条件的气温高，温度较为稳定，起伏不大，更有利于播种育苗。从气温条件来说，播期3优于播期2，播期2优于播期1。

图6 1971—2017年播期1条件下气温的突变分析Fig.6 Analysis of abrupt changes of temperature under sowing date 1 from 1971 to 2017

图7 1971—2017年播期2条件下气温的突变分析Fig.7 Analysis of temperature abrupt changes under sowing date 2 from 1971 to 2017

图8 1971—2017年播期3条件下气温的突变分析Fig.8 Analysis of temperature abrupt changes under sowing date of 1971-2017

2.1.3 太阳辐射量

由图9可以看出，播期1条件下，太阳辐射的最大值出现在1976年，为10.3 MJ/m2，最小值出现在1979、1990、1992、2007和2009年，值为0；播期2条件下，太阳辐射的最大值出现在1981年，为10.8 MJ/m2，最小值出现在1986、1992、1993、2003和2007年，值为0；播期3条件下，太阳辐射的最大值出现在2001年，为11.8 MJ/m2，最小值出现在1980、1992、1995、1996和2014年，值为0。总体上看，3个播期的太阳辐射量没有明显规律。

图9 1971—2017年不同播期下的太阳辐射变化Fig.9 The changes of solar radiation at different sowing dates from 1971 to 2017

由图10可以看出，播期1条件下，UF大部分都为负值，表明太阳辐射较小，且在置信区间UF和UB有6个交点，表明太阳辐射有6次变化。可见播期1条件下日照较少，冷热多变，对小麦生产不利[11]。从图11可以看出，播期2条件下，47年的太阳辐射先减小，后又持续增长，且只有2次突变。由图12可以看出，播期3条件下，47年的太阳辐射变化趋势是逐渐增长，有5次突变。由此可见，播期2条件下的太阳辐射值较播期1和播期3稳定，波动不大，更有利于小麦的播种育苗。

图10 1971—2017年播期1条件下 太阳辐射量的突变分析Fig.10 Abrupt changes analysis of solar radiation under sowing date 1，1971-2017

图11 1971—2017年播期2条件下 太阳辐射量的突变分析Fig.11 Analysis of sudden changes of solar radiation under sowing date 2 from 1971 to 2017

图12 1971—2017年播期3条件下 太阳辐射量的突变分析Fig.12 Analysis of sudden changes of solar radiation under sowing date 3 from 1971 to 2017

2.2 不同播期条件下小麦产量及产量构成因素分析

3种播期条件下，播期2的产量及千粒质量均高于播期1和播期3，产量和千粒质量差异均显著(p<0.05)。由表1可以看出，播期2的产量为2375.11 kg/hm2，比播期1增长了14.72%，比播期3增长了10.15%。播期2的千粒质量比播期1增长了3.22%，比播期3增长了4.71%。

3 结论与讨论

播期是作物栽培学一个亘古不变的研究内容。

表1 不同播期下产量及千粒质量比较

选择不同的时期播种，小麦生长发育过程中的降水、气温和太阳辐射都会有差异，光合作用和营养物质的运转分配也会有所变化[12]。过早播种干物质积累过快，过晚播种则干物质积累缓慢，均不利于小麦产量的提高，适时播种有利于干物质积累和小麦产量的提高[13，14]。所以，播期对小麦的产量及产量构成因素都会产生一定的影响[15，16]。

本研究对试验区3个播期条件下的气候进行适宜性分析，结果表明，在降水方面，3个播期的降水都偏少，且没有突变点，3个播期的降水量没有显著差异，表明播期与降水量没有直接关系。代新俊等[17]对冬小麦的研究认为，从土壤蓄水能力方面来看，适期播种优于早期和晚期播种，晚播优于早播。因为适宜的播期对于旱地小麦土壤水分蓄积有很大影响，适期播种可以最大限度的积蓄土壤水分。

气温方面，随着播期的推迟，温度逐渐升高，突变次数有所减少。因此播期3气温值高，总体稳定，波动较小。较高的气温可以降低幼苗遭受极端冻害天气影响的概率。有研究表明，较早播种不会促进麦苗生长发育，且易遭受早春冻害；而太晚播种则前期生长减慢、单株分蘖率降低，易造成群体不足，进而影响产量和千粒质量[18，19]。因此，晚播要优于早播。

太阳辐射量方面，3个播期下的辐射量没有明显差异。播期2突变次数最少。因此，播期2太阳辐射量值较稳定，波动较小，对麦苗的出芽生长极其有利。

本研究还利用APSIM模型对定西42号小麦的产量及其构成要素进行了模拟。小麦产量和小麦千粒质量随着播期的推迟先增大后减小，播期2产量最高，其次是播期3。裴雪霞等人研究表明，小麦产量随着播期的推迟先增加后减少[20]。阴卫军等[21]、郭天财等[22]研究表明，播期1或播期3均不利于形成较高的单位面积穗数、穗粒数、千粒质量和产量，而且这些因素随着播期的推迟，先上升后降低。这与本研究的结论一致。小麦播种是获得高产的第一步，如果播种过早，则温度过低，会消耗大量养分，而且易受冻害，一般减产幅度为10%～15%；如果播种过晚，则不容易形成壮苗，难以形成大穗，同时还会受到干热风的危害，严重影响小麦产量，减产幅度达15%～20%，如果迟播超过一定日期则会造成产量更加严重的下降[23]。本文综合分析3种播期下的气候适宜性和产量，定西42号小麦在试验区的最佳播期为3月15日前后(播期2)。