降水对冬小麦产量形成的影响研究

白廷洋　王悦胜　陈文晖

摘要：冬小麦在生长过程中很容易受到各种气候因素的影响，其中降水因素对冬小麦生长的影响最为明显。冬小麦 各个时期需水量不同，降水量对冬小麦各个时期的影响也各不相同。为了研究降水量对冬小麦产量的影响， 分析了影响河北省冬小麦产量的主要水资源问题，并以南宫市为主要研究对象，研究了南宫市冬小麦种植情 况、冬小麦生育期内需水量和降水量变化情况以及各生育期内降水量对冬小麦产量的影响。

关键词：降水;冬小麦;产量;南宫市;河北省

文章编号：1005-2690（2022）10-0007-03       中国图书分类号：S512.ll            文献标志码：B

由于气候变化和水资源短缺，包括河北省在内的 大部分地区冬小麦生产正面临重大挑战。河北省是我 国主要的冬小麦种植地区之一。冬小麦生长需要水资 源支持，但河北省部分地区水资源匮乏。以南宫市为 例，当地人均水资源量仅有180m，对农业种植提供的 水资源势必逐年下降，因此降水量会很大程度决定冬 小麦的产量。

1影响河北省冬小麦产量的主要水资源问题

1.1城市化地区地下水大漏斗

目前，包括河北省在内的华北地区发展迅速，城市 化快速发展，水资源问题也随之而来。部分城市地区地 下水出现严重超采现象。河北省以石家庄市为中心已 经出现了大面积的浅层地下水漏斗区，严重地区呈连 片地下漏斗区。地下水枯竭直接影响着河北省用水储 备的安全性，甚至会引起海水入侵、地面沉降等问题叫 目前对于城市水循环机理的相关研究相对薄弱，城市 地下水漏斗问题有待解决。

1.2水污染问题

水污染一直以来都是水资源的主要问题之一。在 河北省南宫市，虽然@前水污染问题得到很大程度解 决，水质逐渐改善，但是前些年的水污染问题对农业发 展带来了一定程度的影响。水污染问题导致部分地区 农业用水受到影响，对于水污染造成的后续问题需进 一步加以解决。

1.3经济发展影響需水量

河北省经济发展迅速，以工业化发展为主要特征， 城镇化发展也在不断推进。工业化和城镇化在经济发 展中占据重要地位，必然与水资源短缺发生矛盾冲突。 为了保证经济发展，无论是生产还是生活方面的需水 量都在大幅度增加。如果不及时采取措施，那么经济发 展带来的需水量将严重影响水资源承载力，必将导致 为农业发展提供的水资源有所减少。

2南宫市冬小麦种植情况

南宫市属暖温带湿润季风气候，四季分明，在季风 影响下，拥有较好的气候条件，光热资源比较丰富，雨 热同期的气候利于大多数农作物的种植和生长，是农 业生产发展的好地方。南宫市冬小麦种植面积和产量 非常可观。冬小麦是南宫市主要的农作物之一，大部分 在平原种植，在从平原向山地过渡的丘陵地区也常有 种植。

3降水量对冬小麦产量形成的影响

冬小麦是耗水量较高的作物。研究降水量对冬小 麦产量形成的影响，对于冬小麦的生产和发展来说具 有重要的意义。到目前为止，已经有大量针对不同气候 环境对作物产量造成影响的研究，包括不同地区不同 作物在不同自然环境下的生长情况，涉及光照、日照、 气温、降水等因素。很多学者深入研究了冬小麦在不同 气候背景下的需水情况，例如杨晓林认为2009年之前 黄淮海地区冬小麦在其生育期需水量呈下降趋势。大 部分学者将目光聚焦在作物生育期需水量研究上，缺 少具体分析降水量对冬小麦产量形成的影响㈣。本研究 结合之前的分析资料，对不同降水量下冬小麦产量进 行研究。

3.1研究对象

为了具体研究降水量对冬小麦产量的影响，本研 究选择的主要对象为南宫市。南宫市位于河北省南部、 邢台市东北部，属温带大陆性季风气候，具有大陆性季 风显著、四季分明的气候特点，光照充足，雨热同季，年 均降水量483.2 mm（2000—2015年）。冬小麦是南宫市 主要种植作物之一。

3.2研究方法

首先，使用气候倾向率分析某一特定时间序列下 某气象因素的变化速率，这里用来分析降水这一气象 因素的变化速率。

其次，釆用SIMETAW模型来模拟冬小麦在生育 期的需水量和有效降水量。这一模型的工作原理是参 考作物系数乘以参考作物蒸散量。该模型在之前研究 中已经通过校验，确定其具备模拟每天作物需水量和 有效降水量的能力。在模型使用过程中，将冬小麦生育 起止日期输入其中，就可以有效实施。这里的日期主要 以中国气象局记录的作物物候期数据为参考标准，将 多年记录值计算出平均数确定为生育期。经计算后，冬 小麦生育期为每年10月10日一次年6月15日，10月 10日一次年3月6日为播种一越冬期，3月7日一 4月23日为返青一拔节期，4月24日一6月15日为 孕穗一成熟期。

再次，使用降水耦合度计算在特定时间内有效降 雨量对作物需水量的满足情况，计算出的数值用0 - 1 表示

试验结束后，借助SPSS 17.0和Excel软件进行数据分析。

3.3数据来源

研究数据全部来自于南宫国家基本气象站，包括 2000—2015年气象数据，以及当日的日照时数、平均 风速、最低气温、最高气温、平均气温、相对湿度和降水 量等。

3.4研究结果

3.4.1冬小麦生育期内需水量和降水量变化情况

根据SPSS软件分析结果可以得出，冬小麦生育期 内总降水量为62.5 ～ 300.5 mm。各年份之间降水量波 动较大，在研究年份区间中，最高降水量值是最低降水 量值的近5倍。由于各年季风活动与高空槽脊活动情 况各异，造成南宫市各年降水量有较明显差别。

通过总结冬小麦全部生育期内的需水量情况可以 看出，南宫市冬小麦生育期内需水量变化主要分成两 个不同阶段，2000—2008年冬小麦生育期内的需水量 呈下降变化的趋势，2008—2015年冬小麦生育期内的 需水量呈上升变化的趋势，整体变化在365 - 490 mm 之间，各年份生育期平均需水量为425 mm。通过各年 份需水量对比可以发现，2001年冬小麦生育期需水量 相较于其他年份时期低。研究年份区间的平均降水量 为182 mm，通过数据可以看出，仅通过降水不能满足 冬小麦生长的水分需求。相关数据显示，南宫市降水耦 合度偏低，研究年份区间对小麦生育期内降水利用率 偏低，仅24%左右，因此降水量很难满足冬小麦生长 需求。

通过对冬小麦播种一越冬时期的需水量统计可 知，在这一生育期小麦需水量呈逐年上升趋势，从最开 始的118 mm增至 mm，并且各年份之间这一时期 冬小麦需水量各有差异。在这一生育时期，每年降水量 逐渐增多，降水量呈现不断上升的趋势，甚至2012年 该地区有效降水量直接超过了这一时期小麦需水量。 2007年、2014年降水耦合度也就是降水利用率甚至高 达90%。有降水耦合度如此高的年份，也存在降水耦 合度过低的年份，降水耦合度低于20%的年份有8个， 降水耦合度大于50%的年份只有3个，可见历年降水 耦合度差距之大既

在返青一拔节时期，冬小麦在此阶段的需水量呈 现逐渐增长趋势，且变化范围要比播种一越冬时期还 要大，最少需水量为115 mm，最多则达到189 mm，并 且各个年份之间的冬小麦需水量各有不同。2002年， 冬小麦在返青一拔节时期的需水量低于其他年份。与 上一生育时期相似的是，在这一时期内，每年降水量也 呈上升趋势，例如2007年有效降水量超过冬小麦的需 水量，但是这一时期降水耦合度要整体低于上一个生 育时期。降水耦合度高于50%的只有2个年份，降水 耦合度低于20%的多达11个年份，甚至在2008年返 青一^节时期有效降水量低至0。

数据显示，在孕穗一成熟阶段，冬小麦需水量呈现 不断上升的趋势，各年之间的需水量均值在115 mm以 上，有些年份超过1 000 mm。除3个年份的需水量没有 较为明显差距外，其余年份都有明显差距。在这一发育 时期，历年降水量差别很大，2002年有效降水量成功 超过冬小麦的需水量。这一发育时期的整体降水耦合 度偏高，其中降水耦合度高于50%的有9个年份，低 于20%的只有1个年份，2002年、2005年降水耦合度 达到90%以上。

总结以上各生育时期的需水量和降水量指标可以 看出，在返青一拔节时期冬小麦需水量要明显高于其 他生育期阶段的需水量，平均需水量达到155 mm以 上，但是在返青一拔节时期有效降水量较少，最终导致 这一时期降水耦合度最小。平均有效降水量最高的时 期是冬小麦的孕穗一成熟期，达80 mm以上，远高于其 他阶段有效降水量。相对应的，降水耦合度也和有效降 水量一样，在孕穗一成熟期最高。

3.4.2各生育期内降水量对冬小麦产量的影响

利用SPSS分析软件将以上几年内冬小麥在各个 生育期间的降水量和产量进行分析得出，在播种一越 冬时期的降水系数为-0.1，在返青一拔节时期的降水 系数为0.06，在孕穗一成熟时期的降水系数为0.25由 此可以看出，在不同生育时期内降水量各不相同，且降 水量对于冬小麦的产量影响也各不相同。在一些阶段， 降水量与产量形成正效应;在一些阶段，降水量与产量 成反效应。当降水量不能达到冬小麦的生长需求时，冬 小麦生长很大程度上依赖底墙水，底墙水的值与冬小 麦产量成正比。

降水量对冬小麦不同生育期的产量影响各不相 同，因此选择关键时段进行具体分析。冬小麦在其不同 生育时期内对水分的敏感度是不同的，冬小麦的产量 不仅与降水量的具体情况有关，还与降水量在各个时 期的分配情况密切相关。在整个生育期内，降水量都对 冬小麦的生长具有重要的作用。数据显示，拔节时期属 于冬小麦对降水最为敏感的阶段，在这一时期冬小麦 需水量较大，对于水分的要求比较高，如果缺水会对冬 小麦后期的生长造成很大影响%根据冬小麦的生长特 点，将降水情况对其产量的影响主要分为5个阶段，并 使用SPSS软件分析不同时段降水量和产量之间的 关系。

通过上述计算可以得出，在10月1日一次年6月 10日、4月11日一5月31日、9月11日一 10月10日， 降水量对冬小麦产量的影响比较大，在10月1日一次 年6月10日期间降水量对冬小麦的产量影响最大。

为了具体研究关键时段内的降水量变化情况，将 降水情况主要分为全生育期的降水情况、拔节时期的 降水情况和播种前的降水情况进行研究。通过研究结 果可以得出，在2002年和2009年，冬小麦全生育期降 水出现了两次明显的波动;在2005年和2011年，冬小 麦的拔节时期降水出现波动。播种前期的降水变化情 况和以上两个时期的变化情况出现了明显的不同， 2002年前后降水情况呈现上升趋势，在此时期冬小麦 播种前降水呈逐年增加趋势;2002—2007年，降水量 呈现下降趋势，在2005年后降水量甚至出现负值; 2007—2015年再一次呈现上升趋势。通过以上对降水 量的统计，可以总结出降水量变化自2007年以来呈现 不断上升的趋势，这一时期降水量对冬小麦产量的影 响也在不断减小。

通过对冬小麦3个不同生育时期的降水量进行分 析，建立回归方程，进一步分析在这3个关键时期内降 水量对冬小麦产量的影响。结果表明，在全生育期内降 水量达到118 mm，拔节期内降水量达到39 mm，播种 前降水量达到36 mm时，降水量对于冬小麦产量的影 响作用不大。当降水量低于这3个指标值时，冬小麦产 量就会低于基准产量，导致产量减少。当降水量高于以 上3个指标值时，冬小麦产量会高于基准产量，促进产 量增加凯因此该指标数值可以作为冬小麦所需降水量 的临界值。

除对以上关键时段进行分析得出相应结论外，对 各个时期冬小麦产量情况与降水量之间的关系进行 分析，结果如下。

在冬小麦出苗前，降水量对冬小麦产量有较大的 影响。通过数据可以得知，当降水量大于16.8 mm时， 会导致冬小麦减产48% ;当降水量小于16.8 mm时，会 减产32%，也就是说在這一时期降水量过高或过低都 会对冬小麦产量造成影响。如果在这一时期降水量过 少，就很容易出现旱象，使冬小麦生长阶段缺少营养， 导致出苗率降低，影响产量。如果降水量过多，连日阴 雨，会导致土壤湿度过大，很容易出现烂种的情况，也 会影响产量。

孕穗期是小麦生长速度最快的时期，是叶、穗、茎 等共同发育的关键时期。在这一时期，水分是主要的营 养载体，是冬小麦借助水分吸收营养的重要方式。这一 时期降水量对冬小麦产量的影响也是十分明显的，既 需要保证充足的水分，又不能过多。

在拔节时期，冬小麦对水分的需求较为敏感。如果 水分不够，会导致成穗率较低，影响产量。

成熟期是冬小麦生育的关键时期，这一时期降水 量情况会直接影响冬小麦的粒数和粒的质量，决定冬 小麦的产量。这一时期降水量和降水持续时长都会对 冬小麦有很大的影响。

4结论

降水量是影响冬小麦产量的重要因素。以南宫市 冬小麦为分析对象，对冬小麦需水量和不同降水量对 冬小麦各生长时期的影响进行详细研究。降水量过多 或过少都会在一定程度上影响冬小麦的产量。在播种 期，降水量过大很容易影响小麦的出苗情况，影响最终 的有效穗数。在越冬期，较多的降水量有利于冬小麦安 全越冬，避免冻根死苗。降水量对冬小麦各个发展阶段 都有很大影响。要想保证冬小麦的产量，应该在研究降 水量对产量影响的基础上，在降水利用、种植期间有效 控制降水因素等方面加强研究。

参考文献：

[1 ]孙蕊，董心亮，赵长龙.气候x基因型x水分管理对河北平原冬小麦产量和WUE的影响[J].中国生态农业学报（中 英文），2020，28（2）：200-210.

[2]李正鹏，宋明丹，冯浩.不同降水年型水氮运筹对冬小麦耗水和产量的影响[J].农业工程学报，2018，34（18）： 160-167.

[3]杜玲，徐长春，尹小刚.气候变化对河北低平原冬小麦需水量及水分生态适应性的影响[J].中国农业大学学报， 2017，22（12）：1-9.

[4]刘畅.气候变化对京津冀冬小麦的影响研究[D].南京：南京信息工程大学，2017.

[5]赵稷伟.河北省冬小麦生产区域分布及其影响因素分析[D].石家庄：河北师范大学，2017.

（编辑：郭瑞）