近60年江苏沿江地区冬小麦适宜播种期的变化

李世峰,任海建,徐 云,郁 伟

(1 南通市农业农村局,南通226006;2 南通市气象局,南通226018)

适期播种可以使冬小麦充分利用冬前温光资源,积累较多的干物质,形成壮苗越冬,为实现高产打好基础。随着全球气候变暖,暖冬年出现概率提高,部分年份早播冬小麦生育进程快,抗寒力弱,冻害现象时有发生[1-2]。陈维新等[3]研究认为,暖冬对江苏淮南地区影响较大,对淮北地区影响较小;对春性品种影响较大,对半冬性品种影响较小。近年生产实践表明,适期或适当推迟冬小麦播期,反而有利于冬前形成壮苗[4]。张佩等[5]发现,适当推迟播期可避免麦苗冬前旺长。江苏沿江地区以麦稻两熟为主,受偏迟熟粳稻品种推广、直播稻面积扩大及“养老稻”习惯等影响,水稻腾茬推迟,冬小麦播种过晚,冬前分蘖少甚至不能分蘖,稻麦周年均衡高产潜力得不到发挥[6-8]。高亮之等[9-10]在20 世纪70—80年代根据“年前有一定分蘖,年后不过早拔节”的原则,针对气候要素变化对冬小麦播期影响开展一系列研究,认为江苏沿江地区半冬性小麦播种期界限为10月20日—30日,春性小麦为10月20日—11月5日。徐晖等[11]研究认为,江苏中下游麦区冬小麦适宜播期为10月23日—11月4日,比20 世纪90年代推迟7—10 d。李德等[12]研究表明,气候变暖背景下冬小麦适宜播期比传统播期上限推迟10 d,下限推迟5 d,且小麦适播期除了受热量限制,还受土壤类型和墒情、小麦品种特性等制约。本研究利用江苏省南通市近60年的小麦秋冬季节气象观测资料,分析冬小麦播种至越冬阶段气象要素变化情况,以寻求江苏沿江地区冬小麦适宜播种时间。

1 材料与方法

1.1 数据来源

选用江苏省南通市1957—2016年气象观测资料,以20年作为1个时间段,分成1957—1976年、1977—1996年和1997—2016年3个阶段。

1.2 传统生育时期

传统小麦适宜播期为10月25日—11月5日,越冬期为12月25日—2月15日。

1.3 适宜播种期

采用5 d 滑动平均法,在连续5 d日平均温度≥13 ℃的时期内,挑取最后一个5 d 中最末一个日平均温度≥13 ℃的日期(终日,下同),确定为春性小麦适宜播期。在连续5 d日平均温度值≥15 ℃的时期内,挑取最后一个5 d 最末一个日平均温度≥15 ℃的日期,确定为半冬性小麦适宜播期。

1.4 越冬始期

采用5 d 滑动平均法,在连续5 d日平均温度出现第一个低于2 ℃的时期内,挑取最末一个日平均温度≥2 ℃的日期确定为春性小麦越冬始期。在连续5 d日平均温度值出现第一个低于3 ℃的时期内,挑取最末一个日平均温度≥3 ℃的日期确定为半冬性小麦越冬始期。

1.5 形成壮苗所需最低积温

为保证冬小麦在越冬始期形成适龄壮苗,本地区播种至越冬始期至少需要≥0 ℃以上积温450 ℃(春性小麦)及550 ℃(半冬性小麦)。

2 结果与分析

2.1 越冬前气候指标变化特征

2.1.1 越冬前积温变化情况

图1 越冬前积温变化情况Fig.1 Changes in accumulated temperature before overwintering

以传统适宜播期和越冬期作为序时节点,比较近60年越冬前积温(0 ℃以上有效积温,下同)变化情况(图1)。越冬前(10月25日—12月24日)积温随年份呈上升趋势,1957—1976年平均积温为579.6 ℃,1977—1996年上升至606.9 ℃,上升了27.3 ℃。1997—2016年 平 均 积 温 达645.5 ℃, 比1957—1976年 高65.9 ℃,升幅11.4%,接近越冬前生长1 张叶片所需积温。适宜播期(10月25日—11月5日)和播种后至越冬始期(11月6日—12月24日)积温也随年份呈上升趋势,但后者积温增幅高于前者。1957—1976年适宜播期平均积温为 172.5 ℃, 1977—1996年上升到182.1 ℃,上升了9.6 ℃;1997—2016年平均积温为188.9 ℃,比1957—1976年高16.4 ℃,升幅9.5%。1957—1976年播种后至越冬始期平均积温为407.1 ℃,1977—1996年上升到424.7 ℃,上升了17.6 ℃;1997—2016年平均积温为456.5 ℃,比1957—1976年高49.4 ℃,升幅12.1%。

2.1.2 越冬前日平均气温变化情况

从日平均气温变化情况(图2)看,越冬前、适宜播期及播种后至越冬始期日平均气温均随年份呈上升趋势。1997—2016年越冬前日平均气温10.6 ℃,适宜播期日平均气温15.7 ℃,播种后至越冬始期日平均气温9.3 ℃,分别比1957—1976年增加1.1 ℃、1.4 ℃和1.0 ℃,比1977—1996年增加0.6 ℃、0.6 ℃和0.7 ℃。

图2 越冬前日平均气温变化情况Fig.2 Changes in the average temperature before overintering

2.1.3 越冬前降水量变化情况

江苏沿江地区秋播期间受活跃暖湿气流影响,部分年份降雨较多,有的达100 mm 以上。比较近60年越冬前降水量变化情况(图3),发现平均降水量呈U 型曲线特征趋势。1957—1976年越冬前平均降水量为85.94 mm,1977—1996年平均降水量为68.85 mm,1997—2016年平均降水量为111.01 mm。从适宜播期降水量变化情况(图4)看,1957—1976年平均降水量为21.72 mm,1977—1996年平均为16.5 mm,1997—2016年平均为23.64 mm。从播种后至越冬始期降水量变化情况(图5)看,1957—1976年平均降水量为64.21 mm,1977—1996年平均为52.36 mm,1997—2016年平均为87.37 mm。将旬平均降水量＞30 mm作为该旬多雨或连阴雨的指标,分析越冬前各旬平均降水量＞30 mm 的年数。总体上看,10月下旬—11月中旬,1997—2016年旬平均降水量＞30 mm 的年数与1957—1976年和1977—1996年变化不大。11月下旬—12月中旬,各年代旬平均降水量＞30 mm 的年数差异较大,1997—2016年旬平均降水量＞30 mm 的年数高于1957—1976年和1977—1996年的年数(表1)。以上结果说明近20年冬小麦播种后至越冬始期降水量呈增多趋势。

图3 越冬前降水量变化情况Fig.3 Changes in rainfall before overwintering

图4 适宜播期降水量变化情况Fig.4 Changes in rainfall during suitable sowing date

图5 播种后至越冬始期降水量变化情况Fig.5 Changes in rainfall from sowing to the beginning of overwintering

表1 不同年代旬平均降水量＞30 mm 的年数Table 1 Years with an average rainfall ＞30 mm in different years

2.2 越冬期气候指标变化特征

从传统越冬期(12月25日—2月15日)积温变化情况(图6)看,越冬期积温随年度呈上升趋势,1957—1976年平均积温为161.9 ℃,1977—1996年为196.3 ℃,1997—2016年为220.9 ℃,近20年积温分别比1957—1976年和1977—1996年增加59 ℃和24.6 ℃。从越冬期平均降水量变化情况(图7)看,1957—1976年平均降水量为72.37 mm,1977—1996年为64.88 mm,1997—2016年为86.12 mm。从不同年代传统越冬期≥0 ℃和≥3 ℃天数看(表2),≥0 ℃和≥3 ℃天数均随年份呈增多趋势。1997—2016年≥0 ℃的天数达46.2 d,占越冬期的87.2%;≥3 ℃天数达42.5 d,占越冬期的80.2%,说明江苏沿江地区目前已无明显越冬期。

图6 越冬期平均积温变化情况Fig.6 Changes in the average accumulated temperture during overwintering

图7 越冬期平均降水量变化情况Fig.7 Changes in the average rainfall during overwintering

表2 不同年代越冬期≥0 ℃和≥3 ℃天数Table 2 The days with the temperature ≥0 ℃and ≥3 ℃in the overwintering period in different years d

2.3 适宜播种期调整

2.3.1 稳定通过13 ℃和15 ℃的终日变化情况

江苏沿江地区冬小麦多为半冬性和春性品种。春性品种播种期需要日平均温度为13—15 ℃,半冬性品种为15—17 ℃。将稳定通过13 ℃和15 ℃的终日作为江苏沿江地区冬小麦播期的重要指标。从越冬前稳定通过13 ℃的终日(图8)看,通过13 ℃的终日随年代推迟。1957—1976年和1977—1996年稳定通过13 ℃的终日均为11月4日;1997—2016年稳定通过13 ℃的终日平均为11月8日,推迟了4 d。从越冬前稳定通过15 ℃的终日(图9)看,1957—1976年稳定通过15 ℃的终日平均为10月25日;1977—1996年平均为10月28日,推迟了3 d;1997—2016年稳定通过15 ℃的终日平均为11月1日,比1957—1976年推迟了7 d。因此,从适宜播种温度来看,江苏沿江地区冬小麦半冬性品种最晚适播期为11月1日,春性品种最晚适播期为11月8日。

2.3.2 稳定通过2 ℃或3 ℃的终日变化情况

由图10 可知,将冬前日平均温度下降至3 ℃作为越冬始期时,越冬始期随年份呈延后趋势。1957—1976年越冬始期平均为12月16日,1977—1996年平均为12月23日;1997—2016年越冬始期平均为12月27日,较1957—1976年推迟11 d,较1977—1996年推迟4 d。若以2 ℃作为越冬期分界点[13],由图11可知,1957—1976年越冬始期平均为12月24日,1977—1996年、1997—2016年越冬始期均为1月1日,较1957—1976年推迟8 d。用日平均温度3 ℃和2 ℃作为分界点推算的越冬始期分别比12月25日传统越冬始期推迟2 d 和7 d。江苏沿江地区12月下旬至来年1月上旬平均气温为3.8 ℃,若越冬始期推迟4 d,冬前积温相差近15 ℃。

图9 稳定通过15 ℃的终日Fig.9 Final date with temperature above 15 ℃

图10 稳定通过3 ℃的终日Fig.10 Final date with temperature above 3 ℃

图11 稳定通过2 ℃的终日Fig.11 Final date with temperature above 2 ℃

2.3.3 调整播期后冬前积温变化情况

以半冬性小麦通过15 ℃和春性小麦通过13 ℃的终日作为最晚适播期,以稳定通过2 ℃或3 ℃的终日作为越冬始期,计算播种后至越冬前的0 ℃以上有效积温。1997—2016年,半冬性小麦11月1日播种,至12月27日(通过3 ℃终日)有效积温550.5 ℃,至1月1日(通过2 ℃终日)有效积温568 ℃。春性小麦11月8日播种,至12月27日有效积温443.5 ℃,至1月1日有效积温461.1 ℃(表3)。与越冬前小麦壮苗所需≥0 ℃最低有效积温标准基本吻合。说明根据越冬前积温变化调整适宜播期,将11月1日和11月8日分别作为半冬性小麦和春性小麦的最晚适播期,能够满足形成冬前壮苗所需的积温。江苏沿江地区10月下旬—11月上旬日平均气温15.2 ℃,若将小麦播种后的冬前积温上限设定为600—700 ℃,则最早适播期可定为最晚适播期的前10 d。因此,江苏沿江地区半冬性小麦和春性小麦适宜播期可分别调整为10月22日—11月1日、10月29日—11月8日。

表3 不同年代调整播期后冬前有效积温变化情况Table 3 Changes in effective accumulated temperature before overwintering after adjusting sowing dates in different years ℃

3 讨论

3.1 江苏沿江地区冬小麦适宜播期的调整

持续偏暖天气是造成江苏麦作生产大面积“叶龄超生、个体超高、群体超大、生育期超前”的主要原因,而暖冬对春性品种的影响大于半冬性品种[3]。早播易造成冬小麦年前群体发展过旺,年后早衰易倒伏,且经不起冻害。迟播易导致年前无分蘖或很少分蘖,生长量不足、主穗小、分蘖成穗低[9]。在全球气候变暖背景下,江苏沿江地区冬小麦越冬前积温明显增加,为适当推迟播期创造了条件。1997—2016年该地区冬前积温达645.5 ℃,比1957—1976年上升11.4%;日平均气温10.6 ℃,比1957—1976年上升11.6%。本研究表明,江苏沿江地区半冬性小麦适宜播期为10月22日—11月1日,春性小麦适宜播期为10月29日—11月8日,越冬前的有效积温能基本满足冬前壮苗需要。春性小麦适宜播期为10月28日—11月8日,比徐晖等[11]研究结论上限推迟5 d,下限推迟4 d。结果间的差异可能与研究采取的时间跨度不一致有关。

3.2 近20年小麦播种至越冬降水量的变化及应对措施

张佩等[5]研究认为,干旱是影响江苏冬小麦播种的主要因子。许博等[15]研究发现,1990年后宿迁市冬前和越冬期降水量较20 世纪70年代呈升高趋势,其中冬前降水量升高相对明显。本研究表明,江苏沿江地区近20年播种至越冬期平均降水量呈增加趋势,平均为111.01 mm。从降水时间分布看,10月下旬—11月中旬各年代变化不大;近20年降水量增加主要集中在冬小麦播种后(11月下旬—12月中旬)。未来江苏沿江地区冬小麦生产需注意开好麦田内外“三沟”[16],防治渍害湿害[17-18]。另外,提高播种质量也刻不容缓。江苏沿江地区以稻茬小麦为主,秸秆还田是水稻秸秆综合利用的主要途径,稻草还田数量普遍在7500 kg∕hm2以上[19],如小麦播种质量不高,容易使秸秆富集于浅层,造成土壤疏松,影响麦苗根系发育,形成弱苗[20],冬前积温利用率降低。