我国干热风研究进展

来有鹏

(青海省农林科学院，青海省农业有害生物综合治理重点实验室，青海 西宁 810016)

干热风是指小麦生育后期出现的一种高温、低湿并伴有一定风力的农业气象灾害。干热风是小麦特有的灾害类型，一般发生于小麦成熟前期，往往给小麦带来严重损失。干热风在我国北方麦区经常发生，一般会减产5%-10%，危害严重年份减产可达20%以上，对小麦产量和品质影响较大。干热风天气的特点是干热风发生前后气象要素有明显的突变；干热风发生时气象要素昼夜变化不大，白天干热难忍，夜间继续维持干热，使受害小麦没有“喘息”的机会，因此给小麦带来严重危害[1]。

我国小麦干热风主要集中在黄淮平原，其余则分布在西北、华北、甚至云贵高原地区[2]。我国西部新疆、宁夏、青海、内蒙古河套等地为干热风多发区，干热风发生程度随海拔升高而降低，海拔1700-1800m以上几乎无干热风出现，且盆地干热风重于山区干热风；国外干热风主要发生在俄罗斯、乌克兰、美国、日本、北非撒哈拉、中东和澳大利亚[3]。青海省干热风气象灾害主要集中在青海高原西北部和东部农业区，尤其以海东地区的循化、海西地区的小灶火最为严重，干热风50年来循化出现了150次，占所有干热风日的15%，为干热风灾害最多的地区[4]。本文就近年来有关干热风发生的气象标准、成灾机理、防御措施等方面进行了综述，在有效降低其危害、提高农作物产量品质和保障粮食安全生产方面有重要意义。

1 干热风发生的气象标准

根据小麦受干热风危害情况，选用温—湿—风三要素组合确定干热风危害指标，提出“三三三”制指标，即日最高气温≥30℃，相对湿度≤30%，风速≥3m/s[1]。同时，中国气象局依据风日、天气过程和年型等，制定了《小麦干热风灾害等级》行业标准(QX/T82-2019)对小麦干热风等级指标进行了划分(见表1)[5]。但是，不同的农业生产区小麦干热风发生的气象指标略有差别，如：宁夏灌区春小麦乳熟成熟期当最高气温≥32℃，最小相对湿度≤30%，平均风速≥2.5m/s时就会发生干热风[6]；而河南省小麦干热风发生的气象指标为：14时平均气温≥30℃、相对湿度≤30%、风速≥2.0m/s[7]。

表1 小麦干热风等级指标

干热风危害一般分为高温低湿、雨后青枯和旱风三种类型，以高温危害为主。高温低湿型干热风危害的气象指标：日最高气温≥32℃，14:00相对湿度≤30%，14:00风速≥3m/s为轻干热风。日最高气温≥35℃，14:00相对湿度≤25%，14:00风速≥3m/s为重干热风；雨后青枯型干热风危害的气象指标：小麦成熟前10d内有1次小至中雨以上降水过程，雨后猛晴，温度骤升，3d内有1d同时满足以下三项指标：最高气温≥30℃，14:00相对湿度≤40%，14:00风速≥3m/s；旱风型干热风危害的气象指标：最高气温≥25℃，14:00相对湿度≤25，14:00风速≥14m/s[8]。

2 干热风对小麦生长和产量的影响

小麦、枸杞等喜凉作物，易遭受干热风灾害的影响[2]。干热风天气从小麦开花到成熟均可发生，轻者使芒尖干枯，炸芒，颖壳灰白，旗叶卷曲凋萎；重者使芒全部干枯，整个芒炸开，穗黄白无光泽；旱地小麦旗叶由黄变枯，卷曲，穗下节间干黄而有白色小斑点，整个植株呈黄白干枯状态；灌区小麦呈青灰色，青枯致死；受干热风伤害的小麦，籽粒瘦秕，颜色发乌，腹沟深、粒重降低[9]。干热风出现时，温度显著升高，湿度显著下降，并伴有一定风力，植株蒸腾加剧，根系吸水能力下降，光合强度降低，干物质积累提前结束，灌浆时期缩短，往往导致小麦灌浆不足，秕粒严重，甚至枯萎死亡。高温还可使籽粒呼吸作用加强，消耗增加，积累减少，造成粒重进一步降低[8]。

干热风伤害值株使灌浆速度降低，灌浆的时间缩短，造成“逼熟”，北方麦区灌浆时间缩短的天数与干热风的强度、持续日数、出现时间、作物长势、前期的生态环境有关，一般一次重干热风天气过程使成熟期提前3-5d，轻干热风天气过程使成熟期提前l-2d[1]。干热风导致冬小麦灌浆速率不同程度下降，不同时期干热风的降幅表现为灌浆中期>灌浆后期>灌浆前期，重度干热风>轻度干热风。随着干热风后冬小麦的自身修复和后续灌浆进程，最终千粒重不同程度降低，降低幅度最大的是灌浆后期重度干热风，千粒重降低5.49%，降幅达14.5%；其次为灌浆中期重度和轻度干热风，千粒重分别降低9.7%和4.8%；再次为灌浆后期轻度干热风；而灌浆前期干热风对千粒重影响不显著[10]。干热风对千粒重的危害是多种因素综合影响的结果，而麦田土壤只要能满足小麦对水分的需要，干热风来临时能保持麦株体内的水分平衡，就可极大地削弱干热风的危害程度，使千粒重下降减少，甚至不下降[11]。

3 干热风对小麦伤害的机理

干热风对小麦植株的伤害，不是原生的直接伤害，而是原生的间接伤害和次生的直接伤害。其中，原生的间接伤害主要是对叶绿素含量、光合速率、叶片蛋白质和细胞膜系统等的影响，次生的直接伤害主要是对植株蒸腾、气孔运动、根系活力等的影响。干热风对小麦的间接伤害和次生伤害集中表现是使小麦灌浆速度减慢和灌浆时间缩短。

3.1 影响叶绿素含量及光合速率

干热风引起叶绿体结构破坏，加速了叶绿素的降解以及新的叶绿素的合成，又由于有关酶类因高温饨化而受阻，致使叶片中叶绿素含量出现了大幅度的减少，其结果必然导致光合速率的降低[12]。在干热风胁迫下，小麦旗叶叶绿素含量急剧下降约16%[13]。

3.2 破坏叶片蛋白质

干热风使小麦旗叶总氮、蛋白质氮的含量减少，非蛋白质氮的百分含量增多。这样使蛋白氮与非蛋白氮的比例由原来的3∶1降到4∶1，反映出蛋白氮受到明显破坏。

3.3 损伤细胞膜系统

干热风造成叶片伤害的明显生理指标之一，是叶组织电解质的大量外渗。干热风越重，电解质外渗量越多，说明膜系统受到的损伤越严重。由于膜的损伤使细胞对内含物失去控制，从而引起细胞的死亡[14]。

3.4 干扰作物代谢酶

干热风胁迫后对超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等酶系有明显的影响。不仅影响SOD、POD、CAT的含量[15],还影响酶的活性，如：干热风胁迫蔗糖磷酸合成酶(SPS)及蔗糖合成酶(SS)活性下降53%-70%[16]。

3.5 影响植株蒸腾失水及气孔运动

干热风使蒸腾强度增加，从而引起了叶片细胞的失水，水势下降，自由水含量减少，降低了植株的生命力。在干热风条件下气孔开度加大，随着干热风持续，气孔开度明显变小。干热风引起光合速率降低是影响粒重的重要原因；而蒸腾强度的增加是加重了对植株的伤害。干热风可以显著降低叶片光合速率35.4%-86.6%、蒸腾速率35.6%-67.5%、气孔导度36.4%-69.4%[17]。

3.6 导致根系活力减弱

干热风不仅伤害植株地上部分，而且也影响到根系的活力。干热风使根系伤流量减少，干热风的强度越强，根系伤流量越小。反映出根系活力减弱越明显。在高温干旱条件下植株体输送养分的机能不能正常进行，小麦根系的吸收能力大大下降，并且易造成根系早衰[14]。

总之，干热风对小麦的伤害机理可以用图概括如下(见图1)：

图1 干热风对小麦的损伤机理图

4 防御干热风的措施

在实际生产过程中，必须重视干热风灾害的防御，采取生物措施、农业措施和化学措施等，减少干热风对小麦生产的影响和危害。

4.1 生物措施

干热风的生物防御是利用生物对干热风的抑制作用，通过培植生物改善生态环境来抵御干热风。林带在减低风速、降低温度、提高空气湿度、减少农田蒸发和植被蒸腾等方面效果显著，能减弱干热风的强度，缩短干热风的持续时间，减少干热风的出现频率。冬小麦与泡桐间作有降低温度、增加湿度、削弱风速和减少蒸发的作用，实行桐—麦间作能有效防御或减轻黄淮海地区干热风的危害[18]。果粮间作系统对灾害性的干热风(特别是小麦成熟期)能起到抗逆作用。并且能改善农田小气候，如：降低风速，调节空气温湿度，增加土壤含水量。果粮间作系统使干热风危害的天数减少85%左右，高温危害的天数减少70%左右[19]。

4.2 农业措施

(1)适时适量灌溉。喷灌能有效改善田间小气候，干热风状况下能明显降低冠层温度。同时，适时浇足灌浆水，适量浇灌“麦黄水”，均可达到以水养根，以根护叶，延长叶片功能期，加快灌浆速度，延长灌浆期，调节田间小气候，抑制麦田温度上升，防避干热风的目的[20]。土壤相对湿度对冬小麦干热风灾害的影响显著，当10-20cm土层土壤相对湿度大于60%时，可降低干热风灾害对冬小麦的影响[21]。

(2)优化作物布局、调整种植制度。在这些地方的干热风危害最严重可种植早熟品种，使小麦的扬花灌浆期能尽量躲开干热风，以减轻干热风的危害；还可以调整播种期，在条件允许的情况下适时早播，躲开干热风危害小麦的关键期。设防护林可以改善农田生态小环境，在干热风期间大约能降低风速30%，降低蒸发量19%，提高相对湿度4%，降低温度0.3℃提高土壤湿度3%[22]。

(3)选育抗干热风品种。培育后期抗干热风、千粒重高的小麦新品种是提高产量的有效途径。田间试验表明，高中秆小麦品种忍耐干热风灾害的能力比矮杆品种强，抗寒性偏弱的品种抵抗干热风的能力比抗寒性强的小麦品种强，早熟或早中熟品种在华北地区能够避开干热风的危害[23]。黄淮麦区小麦主推品种山农19、山农23、洛旱7号、长4738和良星77等高抗干热风胁迫；济南17、济麦20、周麦24和师栾02-1等品种对干热风敏感；山农23、良星77、山农20、济南17和济麦20对干热风抗性表现稳定[24]。

(4)加强田间管理。深施肥(20-40cm)能促进冬小麦中、下层根系生长发育，显著提高土壤水分利用效率和冬小麦的产量。可增加肥力、苗强苗壮、提高抗逆性，减轻干热风的危害[18，25]。

4.3 化学措施

抗干热风制剂能调节小麦生理机能，减少细胞膜电解质外渗，抑制蒸腾，减少体内水分损耗，提高细胞活力和光化学效率，增强抗干热风能力，提高小麦千粒质量和产量[26]。

常用的抗干热风制剂有磷酸二氢钾、草木灰水、硼等；还有播种种子处理剂，如：氯化钙和阿司匹林等，播前进行闷种处理。在小麦灌浆初期和中期，向植株各喷1次0.2%-0.3%的磷酸二氢钾溶液，能提高小麦植株体内磷、钾浓度，增大原生质黏性，增强植株保水力，提高小麦抗御干热风的能力[8]。通过喷施激发元素制剂、微量元素制剂和磷胺制剂等小麦灌浆中后期旗叶可溶性蛋白和可溶性糖含量分别增加7.43%-167.87%和8.88%-77.59%，超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性分别提高了10.42%-62.99%和6.94%-76.29%，丙二醛含量降低6.58%-22.29%。各制剂均能显著提高小麦穗粒数和千粒重，增幅分别为4.22%-10.36%和1.05%-5.16%[27]。

5 展望

近年来我国对小麦干热风灾害的研究工作涉及方方面面，取得了一系列丰硕成果，对积极防御干热风危害起了重要作用。但研究中也存在一些问题，例如：对干热风长时间跨度上对灾害的预报体系不完善；对灾害机理尤其是生理生化及分子生物学方面，研究尚有待加强；灾害监测预警技术研究尚不成熟，不能为农业提供及时有效的灾情信息，很大程度上阻碍了科学开展防灾减灾。