驻马店冬小麦成熟收获期连阴雨天气发生规律及其对冬小麦产量和品质的影响

陈英慧, 陈建杰, 徐凤英, 张新艳

(1.驻马店市气象局,河南 驻马店 463000; 2.西平县气象局,河南 西平 463900)

引 言

近年来,随着全球气候的变化[1],驻马店市冬小麦生长季内的气温和降水也在发生着变化[2-3],极端天气增多[4-6],气象灾害频繁发生,给全市冬小麦产量和品质造成不同程度的影响[7],其中连阴雨是豫南麦区发生面积最大、危害最重、防控难度大、减产程度较重的隐性气象灾害[8]。不同时段的连阴雨对冬小麦造成的危害程度不同[9-12]。5月份连阴雨对驻马店市冬小麦生育和产量危害最大,尤其是成熟收获阶段若出现连阴雨天气,会使已经丰收的冬小麦烂在地里而不能够收获或丰收,即常说的“丰产不丰收”,此时的连阴雨对冬小麦产量和品质的影响是致命的[13-14],往往造成粒重下降,掉头落粒,发芽霉烂,产量损失巨大[15-17]。收获前穗发芽是影响冬小麦优质高产的主要因素之一。冬小麦成熟收获期遇连阴雨或在潮湿条件时均可能在穗上发芽[18],对冬小麦的产量和品质是一个极大的威胁。当前有关小麦成熟收获期连阴雨引致冬小麦穗上发芽霉变而造成其产量损失方面的研究国内外少见报道,对驻马店市冬小麦成熟收获期连阴雨发生的规律及其对冬小麦产量和品质造成的影响进行深入细致的研究,对保障粮食安全,提高农业气象灾害监测预报预警水平,做好精细化天气预报,科学精准地制定极端天气的应急机制,具有十分重要的意义。

1 资料与方法

1.1 资料来源

使用资料为驻马店国家基本气象站(32°56′N、113°55′E)、西平国家基本气象站(33°22′N、114°03′E)、正阳国家基本气象站(32°37′N、114°20′E)1960-2023年逐日降水观测资料;驻马店国家基本气象站、西平国家基本气象站、正阳国家基本气象站1981-2023年农业气象冬小麦发育期观测资料。

1.2 数据统计与计算方法

不同地区对连阴雨有不同的定义[19-23]。根据河南省气象局和驻马店市气象局1992年编发的《专业气象服务行业指标调查汇编》和现代农业气象指标,在冬小麦成熟收获期发生3天及以上连阴雨即可对冬小麦造成不利影响[24]。本文将历年5月20日-6月10日凡是出现连续降水日数≥3 d、日降水量≥0.1 mm的降水过程作为冬小麦成熟收获期连阴雨天气指标,利用EXCEL进行统计分析。

连阴雨的具体统计方法为,若当年冬小麦成熟收获期出现过连阴雨天气,则将该年记为“出现连阴雨的年份”,出现连阴雨的年份占统计期间年份总数的比例,即为连阴雨发生频率。若连阴雨过程涵盖了某一日,则记为当日出现连阴雨。若小麦成熟日出现连阴雨,则视为连阴雨的发生与小麦成熟日吻合,出现过吻合的年份占统计期间曾发生过连阴雨年份总数的比例,记为连阴雨和小麦成熟日期的吻合度;在小麦成熟日前后日期的吻合度分析中也采用同样的分析方法。类似的,在连阴雨的集中程度分析中,若分析的日期区间内任意一日发生连阴雨,则视为在该区间内吻合,出现过吻合的年份占统计期间曾发生过连阴雨年份总数的比例,记为给定统计区间内的吻合度;吻合度相同的情况下,区间范围越小,说明连阴雨的发生越集中在小麦成熟日附近。

2 历年冬小麦成熟收获期确定

选取位于驻马店市南部的驻马店、北部的西平和东南部的正阳3个站点作为全市的代表,利用1981年以来的冬小麦观测资料进行分析。从历年冬小麦成熟日期统计得知,驻马店冬小麦成熟期最早,西平的最晚。其中,驻马店成熟期最早的年份为2004年5月15日,最晚的年份为1982年和1991年的6月3日;西平成熟期最早的年份为2004年5月23日,最晚的年份为2010年6月9日。自1981年至2023年的43年里,驻马店在5月20日以前进入成熟期的年份只有4年,其他年份都在5月20日以后进入成熟期。随着全球气候的变暖和冬小麦品种的变化,驻马店市冬小麦成熟日期也在发生变化。全市平均成熟日期从20世纪80年代的5月30日前后逐渐提前至5月27日前后,尤其是位于南部的驻马店提前得更多,2000年以来较20世纪80年代提前5天,基本在5月24日前后即已成熟(见表1)。通过以上分析可以推断,驻马店市冬小麦的成熟收获期大致为5月20日至6月10日,即驻马店市南部地区5月20日即可开镰收割,北部地区最晚6月10日即可收获结束。

表1 驻马店历年冬小麦成熟日期

3 历年冬小麦成熟收获期连阴雨天气发生规律

3.1 历年冬小麦成熟收获期连阴雨天气分布规律

统计分析历年冬小麦成熟收获期连阴雨天气发生规律发现,在1960-2023年的64年里,5月20日-6月10日发生3天及以上连阴雨的年份有42年,发生频率为66%。其中,5月下旬发生3天及以上连阴雨的年份有30年,发生频率为47%;6月上旬发生3天及以上连阴雨的年份有16年,发生频率为25%。5月下旬发生频率多于6月上旬的。

将冬小麦成熟收获期分为四个时段(表2),即5月20-25日、5月26-31日、6月1-5日、6月6-10日。统计发现,5月26-31日发生3天及以上连阴雨天气的频率最高,为33%;其次是6月6-10日的,为22%。

表2 驻马店历年冬小麦成熟收获期不同时段连阴雨分布

因此,在驻马店市冬小麦成熟收获期的连阴雨天气发生频率很高,并且主要集中在5月26-31日和6月6-10日。5月26-31日正处于驻马店市冬小麦收获高峰期,连阴雨对麦收工作造成了极大影响(表1)。

3.2 历年冬小麦成熟收获期连阴雨天气年代际变化

从历年5月20日-6月10日不同年代连阴雨发生频率(表3)可以看出,20世纪60年代以来,5月20日-6月10日发生3天及以上连阴雨的频率较高,≥3天连阴雨发生频率呈抛物线型,在20世纪90年代达到峰值以后逐渐下降,2010年以后明显减少。2000年以来,驻马店冬小麦成熟收获期发生连阴雨的频率在逐渐减少,其中5月下旬≥3天连阴雨的频率由2011年以前较6月上旬的偏多,逐渐变为2011年以后5月下旬的较6月上旬的偏少。而6月上旬≥3天连阴雨的频率主要分布在6月6-10日,看似这种变化正好避开了驻马店市冬小麦收获高峰期,对冬小麦收获比较有利,但是,从历年5月20日-6月10日发生3天及以上连阴雨过程的总天数来看,最多的是2023年的13天,其次是1991年、2013年和2016年的9天,2011年以后占了3年,并且过程降水量都在50 mm以上,说明尽管2011年以来冬小麦成熟收获期发生连阴雨的频率有减少趋势,但发生极端天气和严重连阴雨天气的频率在增多,对冬小麦麦收工作和冬小麦产量品质影响更大。

表3 驻马店历年5月20日至6月10日不同年代≥3天连阴雨发生频率 %

3.3 历年冬小麦成熟收获期连阴雨天气与当年冬小麦成熟期的吻合度

利用1981-2023年冬小麦成熟日期与对应年份连阴雨发生情况进行对比,在曾发生过连阴雨的26年中,成熟日与连阴雨日重叠的年份有13年,重叠频率为50%,即连阴雨发生在冬小麦成熟日附近的频率更高。

进一步针对临近成熟日期的逐日重叠分析发现(表4),临近冬小麦成熟日期一周左右的时间内,连阴雨的发生频率依然较高。以当年的冬小麦成熟日期为界,连阴雨更多发生在成熟前的1～3天内,而成熟后的一段时间内连阴雨的发生频率相对较低。

表4 驻马店1981-2023年冬小麦成熟日期前后1～3天连阴雨吻合频率

从冬小麦成熟日期附近连阴雨发生频率的集中情况来看(表5),同样呈现类似的以冬小麦成熟当日为连阴雨发生高峰,主要集中在冬小麦成熟日前后共一周时间内的特点,且成熟前的多于成熟后的。

表5 驻马店冬小麦成熟日期附近连阴雨吻合频率

4 连阴雨天气对驻马店市冬小麦产量与品质的影响

根据以上综合分析,在驻马店市冬小麦成熟收获期连阴雨天气发生主要集中在5月26-31日和6月6-10日,冬小麦成熟日与连阴雨的发生高度重合,且成熟前连阴雨发生频率多于成熟后的,这种现象对驻马店市冬小麦的产量和品质是一个最大的隐患。5月26-31日驻马店市大部分地区冬小麦正处于成熟期,成熟日及成熟前的2～3天发生连阴雨,一是因为田间湿度过大,已经成熟和接近成熟的冬小麦穗部容易发霉;二是冬小麦无法及时收割,麦粒容易发芽,对产量和品质影响更大。而成熟后2～3天发生的连阴雨和6月6-10日收获接近尾声的连阴雨,在天气预报的精准指导下,可以雨前及时抢收,从而避免连阴雨的不良影响,对小麦产量和品质相对影响较小。

2011年以来冬小麦成熟收获期发生连阴雨的频率有减少趋势,对驻马店冬小麦成熟、收获和晾晒是一个好的现象,但发生极端天气和严重连阴雨天气的频率在增多,连阴雨发生天数较长,过程降水量较大,对冬小麦的产量和品质造成的危害更大。最典型的就是1991年和2023年,整个成熟收获期(5月20日-6月10日)均出现3次严重连阴雨过程,前后总雨日分别为10天和13天,总降水量分别为231.4 mm和132.9 mm,造成全市冬小麦成熟收获进程延迟,冬小麦茎秆发生倒伏,籽粒发芽、霉变严重,产量严重减少,给驻马店粮食产量带来巨大影响。

5 结论与讨论

驻马店市冬小麦成熟收获期发生连阴雨天气的频率很高,并且主要集中在5月26-31日和6月6-10日,而5月26-31日正处于驻马店市冬小麦收获高峰期。从历年冬小麦成熟收获期连阴雨天气与当年冬小麦成熟日期的吻合度来看,冬小麦成熟日期附近一周左右的时间内,成熟日与连阴雨天气的发生高度重合,同样说明了驻马店市冬小麦成熟收获期连阴雨天气的发生频率较高,且成熟前的多于成熟后的。从年代际变化来看,2011年以来冬小麦成熟收获期发生连阴雨天气的频率有减少趋势,但发生极端天气和严重连阴雨天气的频率在增多。以上分析结果表明,在驻马店市冬小麦成熟收获期,连阴雨天气是影响冬小麦产量和品质的最大隐患,这与周国勤等[8]的研究结果基本一致。从2023年驻马店各区县国家基本气象站对冬小麦的观测及各区县农技部门和种植大户的反映发现,在温度适宜、前期田间湿度较大的情况下,连续两天的阴雨即可造成冬小麦发芽。驻马店冬小麦成熟收获期出现连续两天阴雨的频率为66%,发生频率较高,这种现象也不容忽视。因此,作为冬小麦种植的大市,如何更加精准地进行防灾减灾,使灾害造成的损失减小到最低限度,是我们当前面临的一个重大课题。加强灾害监测预警是降低冬小麦麦收期连阴雨风险的有效途径[25]。本文的研究结果,可以作为气象台精细化预报的指导性依据,在5月20日至6月10日之间提前做好天气预报预警,重点关注5月26-31日的天气预报,对精准防灾减灾至关重要。

2000年以来全市冬小麦成熟日期有提前趋势,尤其是南部地区基本提前至5月24日前后,这是一个好的现象,基本避开了5月26-31日连阴雨集中时段。而北部地区提前至5月30日前后,正好与连阴雨集中时段重合。这种发育期提前的趋势,一是与气候变暖有关,二是与种植品种有关,即由2000年以前的半冬性品种为多逐渐变为弱春性品种为多,这与笔者之前做过的相关研究结论吻合。因此,各地要因地制宜,合理选择冬小麦种植品种。建议驻马店南部地区选择春性或弱春性的早熟品种,尽量赶在5月20日前后成熟,北部地区选择成熟较晚的半冬性或冬性品种,赶在6月1-3日成熟,以避开5月26-31日连阴雨集中发生时段。