晋南小麦应对气候变化的适应性栽培技术模式

王 健，席天元，杨 娜，王 珂，许爱玲，席吉龙，杨志国，卫晓东，张建诚

（山西农业大学 棉花研究所，山西 运城 044000）

农业生态系统脆弱，易受气象因素影响[1-2]，气候变化对农业的影响一直是全世界研究的重点[3-5]。气温升高[6]、降雨区域分布不均匀、极端气候频发[7-8]等问题，导致小麦产量的年度间不稳定性增加。小麦是我国第三大粮食作物，也是我国重要的口粮作物[9]，小麦产量的稳定对我国粮食生产具有至关重要的作用。

晋南地区（以运城市为例）近40 a，小麦全生育期温度升高，降雨减少。小麦冬前、越冬、返青等不同生育阶段变化不同，气温变化以返青起身阶段最为显著，降雨有前期、成熟期增多，返青起身期显著减少的特征[10]。气候变暖导致小麦冬前生长量增加[11]，越冬期气温升高，小麦冬期缓慢生长，易发生小麦旺长现象[12]；杂草较作物有更快的生长速度[13]，杂草的冬前生物量显著增加，草害频发；地下害虫活跃期变长，小麦冬前虫害有加重趋势[14]；冬前病原菌繁殖速度加快，小麦叶片附着病菌基数增加，易导致来年病害大发生[15-16]。返青起身期温度显著升高，小麦拔节期提前，且春季倒春寒发生频率增加[17-18]，导致小麦春季冻害风险显著增加。返青期降雨显著减少，导致小麦干旱发生频率增加[19]，且冬季降雨量低，冬春连旱对小麦群体构成造成了极大的影响。气候变暖导致的小麦旺长，病虫草害加重，春季冻害、干旱频发严重影响了小麦产量的稳定。

选择适宜的播期可以减轻气象灾害的影响[20]，调整播期是小麦应对气候变化的有效措施之一[21-22]。成兆金等[23]研究认为，将传统播期推迟5～10 d，可减轻拔节期霜冻危害，减少后期高温、干热风危害。HU等[24]通过DSSAT CERES-Wheat模型，分析未来气候条件，结果表明，推迟播期可提高小麦产量。曲静等[25]通过分析不同阶段气温变化对小麦的影响，提出播期应适当推迟。由此可见，适度推迟播期是当下小麦应对气候变化的必要措施。

播期推迟后，小麦不同生育阶段的生长状态发生了改变，若相应的栽培技术没有配套改变，会导致小麦推迟播期的产量差异显著。通过分析气候变化对小麦生产系统的影响及适度晚播小麦的生长发育规律，同时结合山西农业大学小麦抗逆栽培团队已有的研究成果，形成“小麦应对气候变化的适应性栽培技术方案”，并通过多年不同气候特征的验证，取得显著效果。

笔者通过对该技术的技术来源及主要技术环节进行总结，以期为未来气候变化下，晋南小麦抗逆稳产提供技术支撑。

1 小麦应变栽培技术原理

1.1 适度晚播，平衡冬春生长

2019—2020年度，传统播期为10月7日，冬前积温635.2 ℃，播量120 kg/hm2；适度晚播播期为10月 27日，冬前积温 362.1 ℃，播量 262.5 kg/hm2，小麦冬前日期12月26日，返青日期2月18日，小麦田间抗逆调查如表1所示，小麦长势对比如图1所示。播期推迟20 d，小麦冬前干物质积累减少93.77%，返青枯黄叶片干质量减少98.47%，养分损失率由17.6%减少到2.1%。2020年4月24日凌晨发生-1.1 ℃低温冻害，传统播期小麦受冻程度显著高于适度晚播小麦。

图1 不同播期小麦越冬长势对比Fig.1 Comparison of winter growth of wheat at different sowing dates

表1 2019—2020年度小麦主要抗逆参数比较Tab.1 Comparison of main stress-resistant parameters of wheat in 2019-2020

传统播期以570～645 ℃为最适冬前积温（≥0 ℃），在该积温下形成 6～7叶壮苗[26]，该积温指标在当前气候条件下，冬前生长量较高，杂草出苗时间早，病虫害发生程度重，冬季易受冻害，春季“倒春寒”和抗旱性弱。适度晚播以360～440 ℃为当前气候条件下最适冬前积温，在该积温下形成4～5叶壮苗，在该积温指标下，小麦冬前生长量减少，冬前养分水分消耗减少，越冬期营养损失减少（枯黄叶片量），小麦冬季冻害程度减轻，春季返青期土壤含水量高，拔节期延迟,抗“倒春寒”能力强。

小麦播种机械具有旋耕整平、播种、施肥一体化作业特征[27]。适度晚播与传统播期相比，旋耕整平时间推迟可显著降低冬前杂草数量，地温降低，地下害虫活动能力降低，可减少地下害虫危害面积，降低春季病害发生程度。对田间主要病虫草害调查（表2）发现，杂草播娘蒿冬前株数减少41.6%，生长量减少68.4%，冬前虫害面积减少87.6%，春季赤霉病发生减少78.2%。因此，推迟播期播种，播种前整地时间相应推迟，是一条抑制病虫草害的有效减灾途径。

表2 2019—2020年度小麦病虫草害程度比较Tab.2 Comparison of the degree of disease，pests and weed of wheat in 2019-2020

1.2 春水提前，平抑生育进程

2019年适度晚播播期为10月27日，2020年2月24日返青期灌水，3月10日起身期灌水，3月27日拔节期灌水。3月30日观察穗分化进程（图2），返青期灌水穗型小，延缓了穗部发育；起身期次之；拔节期灌水穗发育最快。由图3可知，返青期和起身期浇水能明显降低小麦拔节前土壤10 cm地温。

图2 不同灌水时期小麦3月下旬穗分化进程Fig.2 Spike differentiation process of wheat in late March at different irrigation stages

图3 不同灌水时期对土壤10 cm地温的影响Fig.3 Effects of different irrigation stages on 10 cm soil temperature

传统播期的灌水方式为冬前浇好越冬水，春季晚浇拔节水的两水栽培策略，保证小麦的产量[28-29]。随着气候的持续变暖，晋南小麦生育期降雨以冬前降雨增多，拔节后降雨增多，返青起身期降雨严重减少为主要特征。传统灌水方式在该气候条件下，春季干旱发生风险大。适度晚播小麦冬前生长量少，冬前水分消耗少，而苗龄降低可以提高小麦抗低温的能力，所以，在当前气候条件下，适度晚播小麦可以免浇冬水，也可安全越冬。春水提前可促进冬前及冬季分蘖成穗，保障适度晚播小麦的高产群体构成，延缓春季穗发育进程，以提高小麦抗春季“倒春寒”的能力。

1.3 氮肥后移，稳定作物需求

2018—2020年度小麦不同施氮比例如表3所示。2019年1月1日—4月8日，晋南地区连续4个月无有效降雨，拔节期灌水施肥处理产量显著低于起身期灌水施肥处理；2020年4月24日发生低温冻害，底肥50%+拔节期50%施肥处理产量显著低于底肥20%+起身期30%+孕穗期50%处理；2021年为丰水年，春季未发生明显干旱与冻害，传统播期底肥50%+拔节期50%处理与适度晚播底肥20%+起身期20%+孕穗期50%处理产量无明显差异，适度晚播底肥50%+拔节期50%产量显著降低。适度晚播小麦3 a的氮肥偏生产力与经济系数均明显高于传统播期小麦。3个年度适度晚播小麦总氮量减少20%处理与全氮处理差异均不显著，这可能与适度晚播小麦冬季营养损耗少，植株经济系数高，氮肥后移肥料利用率高[30]，从而减少需氮总量有关。

表3 小麦不同施氮方式下产量、氮肥偏生产力和经济系数比较Tab.3 Comparison of yield， nitrogen partial productivity and economic coefficient of wheat under different nitrogen application methods

传统播期小麦冬前生长量大，冬前养分消耗多，底肥氮施用量一般占全生育期的50%～60%[31]，以保证小麦冬前的生长需求，保障小麦安全越冬。适度晚播小麦冬前生长量降低，冬前养分消耗减少，对氮肥的冬前需要量降低，减少底氮施用量也可保证小麦安全越冬[32]，通过春季2次随水追施氮肥，以提高氮肥的利用率。适度晚播小麦营养生长时间减少，植株干物质量降低，对氮肥的需用量减少，减少20%的氮肥施用总量后小麦的产量保持稳定。

2 小麦应变栽培模式的技术要点

2.1 依据天气预报，确定当年最适播期范围，以适应气候变化特征

气候变化造成不同年型间的温度各有不同，传统以固定日期播种[33]，造成小麦年型间产量差异显著。不同区域的气候特征不同，以日期范围指导晋南小麦播种，容易造成区域间苗情差异。当前气候条件下，小麦的最适冬前叶龄为4～5叶，1～2个分蘖，依据小麦出苗积温 120 ℃，出叶积温 80 ℃[34]，小麦的最适冬前积温为360～440 ℃。随着科技进步，气象预报的准确性得到有效的提升，以气象预报来指导小麦播期更符合当前气候变化的特征。

从10月1日起，依据90 d长期预报，以每天的最高温度与最低温度的平均值，作为当日日均气温的估算值，连续5 d日均气温低于0 ℃的起始日，记为当年小麦入冬的估算日期。从越冬期起始日起往前推算冬前积温，得出适宜冬前积温的日期范围，再根据15 d的短期预报，确定降雨状况，依雨期适当调整播期，即为当年的最适播种范围。

2.2 依据播期范围，选择适宜小麦品种，使小麦在不同播期下均能发挥品种特性

小麦播期易受降雨的影响，不同年型10月降雨时期不同，造成播种日期差异较大。不同播期下，小麦的成穗规律和植株形态也存在差异，随着播期的推迟，播量应适度增加。播期早于最适播期时，播量为90～150 kg/hm2，由于冬前生长量增加，小麦抗冻能力弱，群体基本苗少，分蘖增加才能保证高产群体的公顷穗数，所以，品种应选择分蘖能力较强、抗冻能力强的品种；播期晚于最适播期时，播量为280～330 kg/hm2，由于冬前生长量小，冬前分蘖不足，春蘖成穗率低，群体基本苗高于高产群体的成穗数，保证主茎成穗即可获得高产，所以，品种应选择分蘖能力较弱、穗容量大的品种；适宜播期范围内，播量控制在150～280 kg/hm2，选择分蘖能力适中、抗病能力强、穗容量较大的优质丰产小麦品种，以提升本地区小麦品质。

2.3 秸秆粉碎还田，深翻旋耕整地，缓解秸秆对小麦播种的影响

秸秆还田可以改良土壤肥力，提升土壤有机质含量。传统小麦—玉米一年两作模式，玉米收获期与小麦播种期相近，玉米秸秆还田后立即播种小麦，导致整地时间短，整地质量差，严重影响小麦播种质量。深翻可将大量秸秆深埋至深土层，以改善耕层结构，提高土壤通透性，改善土壤耕层的物理性质[35]。随着小麦适宜冬前指标的下调，小麦播种日期的适度延后，为深翻整体提供了时间。前茬作物收获后，秸秆粉碎还田，秸秆切碎长度≤5 cm，同时进行深翻整地，缓解秸秆对小麦播种质量的影响，深翻晒垡适墒后，进行旋耕整平，保证一播全苗。通过连年深翻+旋耕的整地方式，增加耕层厚度，为小麦丰产搭建土壤基础。

2.4 调整播种方式，缩行增密，控制播深，促进适度晚播小麦高产群体的构成

晋南地区小麦播种方式主要有20～22 cm条播机，8 cm宽幅播种机，20～25 cm宽行、10～12 cm窄行的宽窄行探墒沟播机。传统播期小麦冬前分蘖多，单株小麦占用空间大，传统的机械播种能获得高产。适度晚播小麦冬前分蘖降低，单株占用空间小，需通过增加播量来弥补分蘖的不足，若采用传统的宽行播种，增加播量易造成种子拥堵，应通过增加种子分散度来提高播量，来保证适度晚播的群体构成。因此，应选用10～15 cm窄行条播机，15 cm宽幅播种机，以及立体匀播机等机械进行大播量播种。

传统播期小麦由于播种温度高，出苗时间短，一般最适播深为5 cm[36-37]，有利于种子根系下扎，分蘖生长。适度晚播小麦由于播期推迟，播种温度较低，出苗时间拉长，需适度浅播，控制播深为2～4 cm，因此，随着播期推迟，要减少播种深度，以促种子早萌发、早生根，保证适度晚播小麦的冬前健壮群体构建。

2.5 水肥协同，适应适度晚播小麦生长发育规律，促根增穗，抗旱防冻

小麦播种从10月上旬至11月下旬，随着播期的推迟，冬季抗冻能力明显提升[38]。传统播期的小麦浇越冬水可踏实土壤，缓解气温变幅，预防冬季冻害；适度晚播小麦由于苗龄降低，抗冻能力提升[38]，免浇冬水也可安全越冬。早春气温回升快，温度不稳定，易发生“倒春寒”。适度晚播小麦起身期浇水可降低起身期至拔节期的地温，延缓发育，拔节期推迟，小麦抗冻能力提升[39]，预防3月下旬“倒春寒”；也可预防早春高温干旱，导致的茎蘖提前消亡。适度晚播小麦孕穗期浇水，保障小花发育，提高小麦穗粒数，还可预防4月中旬的晚霜冻害。

磷肥分层深施可提高磷肥利用率[40]，磷肥翻耕整地深施50%，旋耕播种浅施50%。钾肥随播种全部底施。适度晚播小麦冬前生长量小，底氮由传统的50%～60%，减少到20%～30%以适应冬前作物氮肥需求；起身期追施20%氮肥，补充适度晚播小麦春季生长需求，起身期不可过多追肥，易造成无效分蘖增多，肥力浪费；孕穗期追施40%氮肥，促大穗，保粮丰，全生育期可减施氮肥10%～20%，而产量稳定。

2.6 适时化学除草，降低草害发生率

传统播期小麦的冬前杂草生物量大，而作物冬季长根，冬季除草比春季除草效果好，化学除草在11月中下旬、冬前杂草3～5叶期、日均气温大于10 ℃为宜[41]。适度晚播小麦的冬前杂草生长量小，叶龄和气温二者不能同时满足。适度晚播不宜冬季化学除草，化学除草应以春季为主，于起身期前后进行化学除草，严格控制化学除草时机，拔节期后严禁化学除草。

3 小麦应变栽培模式的注意事项

3.1 拓宽品种选择适宜范围

品种应选用通过国家或者山西省农作物品种审定委员会审定的适宜在山西省南部水地麦区种植的小麦品种。晋南地区的主栽品种均为黄淮海北片适宜品种。随着气候的持续变暖，品种种植界限的北移[42]，同时应用应变栽培技术，提高了小麦的冬季和春季抗冻能力，黄淮海南片抗冻较强的品种在本地区也具有了一定的适应性。拓宽品种选择的适宜范围，为晋南小麦优质高产发展提供了更加充沛的品种资源。

3.2 合理分配灌水时期

小麦应对气候变化栽培技术，从播期选择、品种选择、播种方式选择、播深控制、播量控制、水肥管理上均与传统播期存在一定的差异。适度晚播小麦的起身水和孕穗水两水丰产非常关键，山西地表水面积下降，地下水位下降，且农业灌水以大水漫灌为主，灌水效率低下[43]。大面积生产中，小麦的灌水周期较长，在灌水紧张的地区，应进行灌水的合理规划，传统播期与适度晚播面积合理分配。传统播期小麦要浇越冬水和拔节水两水，并注意冻害和干旱的预防，减轻灾害对小麦产量的影响；适度晚播小麦的抗灾能力较强，浇起身水和孕穗水两水，并注意提高播种质量，来保证适度晚播小麦的高产稳产。通过调整本地区传统播期与适度晚播小麦播种面积，使大面积小麦需水关键期错位，保障不同播期小麦水分需求，来保证小麦的全面高产稳产。

3.3 以多点示范进行辐射带动

新技术的推广都存在一个适应阶段。由于气候原因，晚播小麦在生产中一直存在，但大多数农民只是通过增加播量这一条途径来应对晚播，导致适度晚播必定减产的观念深入人心。在技术推广中，要基于高技术农民或专业合作社等新型主体，建立适度晚播抗逆高产示范基地，通过多种手段宣传适度晚播栽培技术的关键环节，确保技术落实到位，改变农户的传统观念，使适度晚播抗逆高产的栽培理念得到广泛认可。