氣象因子變化及其對小麥生產的影響

孟自力，陳 昆，閆向泉，朱 倩，倪雪峰，朱 偉

(河南省商丘市農林科學院，河南商丘 476000)

隨著工業化時代的到來，人類活動對全球氣候產生了深遠的影響，全球氣候變暖已經成為全人類所面對的共同問題。根據IPCC 第4次評估報告，75項研究中超過29 000個觀測資料序列顯示，全球平均氣溫和海洋溫度升高、大范圍積雪和冰融化、全球平均海面逐漸上升，可見氣候系統變暖是明顯的。生態系統之間息息相關，牽一發動全身的生態系統在全球氣候變暖的影響下，或多或少的都有一定的變化，農業生產隨著氣候的變化會產生較為明顯的改變，是所有生態系統中隨著全球氣候變暖影響較為巨大的系統之一[1]。據科學家預測，全球氣候變暖對農業生產產生的影響，如果不進行有效的控制，那么在21世紀的后期，我國的糧食產量將會下降37百分點，我國是農業大國，糧食產量十分重要，所以重視氣候對糧食產量的影響十分重要。

目前，我國農業基礎較為脆弱，多數地方還是靠天吃飯，糧食安全面臨諸多威脅，如水資源不足、農業生態環境質量變劣、自然災害頻發等。而氣候要素平均值的變化與氣候極端事件的發生存在較大的相關性。大量研究表明，即使溫度、降水等平均值發生微小的變化，也能在一定的基礎上對環境氣候產生重大影響，從而影響糧食的產量。因此，把應用氣象與保障糧食安全緊密結合起來，深入地研究氣候變化規律及其對生產的影響，及時采取應對措施，克服生態環境惡化、氣候變化異常等不利因素，保障國家糧食安全則成為我國糧食生產研究的重大課題之一。

小麥是我國第二大糧食作物，小麥的產量在我國農業糧食產量中占20%～50%，是我國重要的農作物，其耕種面積占我國總體農耕面積的20%～30%，平均產量已由20世紀50年代的750 kg/hm2左右，逐漸提高到2007年1月1日國家發改委發布的主產區小麥平均產量5 575.5 kg/hm2。產量水平的歷史性提高，除了日益發展的化肥、農藥、調節劑和小麥品種的更新換代外，還與更加科學的栽培技術及防災措施應用于小麥的有效生產有關。所以，在全球氣候變暖的環境氣候下，如何對我國的小麥播種氣候進行一定的科學預測，針對氣候對小麥的生產相關作業工作進行改變，對于我國糧食生產具有至關重要的作用。

1 主要氣象因子的變化規律

在所有的氣候條件中，光照、降水量、氣溫是影響糧食生產最為重要的因子，對這3個因子進行科學的預測，掌握三者之間的相互影響與相互作用，把握這3個因子之間的相互作用，能夠更好地了解氣候對農業生產的影響。

1.1溫度在我國小麥生產中，冬小麥占據重要地位，在近50年的冬小麥生產過程中，內部積溫逐年上升，商丘市在冬小麥的生育期間也不例外，年平均最低氣溫也呈上升趨勢。溫度升高對小麥的播種、中期生長及后期生長帶來一系列影響。

1.2降水近56年來，河北省春季降水無明顯線性增減傾向，山東省年、季平均降水量呈減少趨勢。黃淮麥區的降水總體變化趨勢不顯著，但是不同區域與不同時段降水分布不均，仍然是影響小麥生產的一大問題[2-3]。商丘、駐馬店、周口不同時段的降水偏少或者偏多均對小麥有一定的不利影響，使得干旱、漬害、連陰雨、雷雨、大風災害頻發[4]，所以各地專家指導小麥生產要根據不同地區不同年份來具體安排小麥的播種、灌溉和收獲。

1.3光照在冬小麥的生育期間，河南省冬小麥光照數呈現逐年較少的趨勢，雖然目前年光照數還能夠滿足冬小麥的生長發育，但對光照的研究仍十分重要。在河南省駐馬店市的冬小麥生長發育期間，3月下旬的日照時數與往年相比，沒有出現較大的變化，但是3月后的日照時數明顯上升，與冬小麥中后期光照需求逐漸增加相吻合，基本能滿足冬小麥生長發育需要；周口臨界日照時數為13.0～13.5 h，適宜栽培品種為半冬性和弱春性品種，搭配少量冬性品種，由此看來，國內其他小麥種植區域可根據當地日照情況種植適宜品種。

2 氣候因子變化對小麥生長發育的影響

由于小麥生產是在開放的生態環境中進行，研究生態環境對小麥生長的影響一直是農業應用氣象、小麥栽培和生產上的研究熱點。現代對農業生產氣候的研究由農作物生長發育、產量形成及產量結構等生物過程或要素與各個氣象要素關系的分析，向氣候變化對農作物產量的影響以及農作物生長動態模擬和產量預測等方面轉移。有學者指出CO2濃度升高和氣候變暖有利于冬小麥種植區向春麥區擴展，主要表現在遼寧、河北、陜西、內蒙古等種植邊界的顯著北移和青海、甘肅種植邊界的顯著西擴，氣候變化還表現為太陽輻射的下降，病蟲草害加劇；研究還指出高溫與低溫以及降水時空分布不均導致的干旱和漬水等極端氣象災害事件，隨著全球氣候變化發生頻率顯著增加，這樣的氣候變化已經對小麥的生長造成嚴重的影響，如在小麥結穗期的氣候變化使小麥穗粒干癟，嚴重影響小麥的產量。

2.1對小麥物候期的影響

2.1.1播期推遲。隨著冬積溫的不斷上升，商丘市的小麥播種時期已經明顯延遲，在半冬季型小麥的種植中，商丘市的小麥種植春性品種占70%，冬季氣溫的不斷升高對小麥的播種時期已經產生影響。

2.1.2返青、起身、拔節、開花、成熟提前。1979年以來淮北平原冬小麥物候期的變化規律：返青、起身、拔節、開花、成熟，在這5個生長周期過程中，返青、開花、成熟期與以前相比明顯提前，在淮北平原小麥的生長期間，溫度對小麥的影響最大。河南省播種—越冬天數平均每10年增加1.7 d，開花—成熟期冬小麥生長時期也提前[5]。

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2.1.3越冬期、灌漿期和全生育期縮短。河南省冬小麥全生育期呈縮短趨勢[6]。隨著氣候不斷變化，冬小麥的生長發育周期明顯縮短，20世紀80年代冬小麥平均返青時間出現在2月22日，80年代之后，小麥的返青時間向前推移10 d左右，返青時間的提前表明冬小麥越冬時間縮短，灌漿周期縮短。

有報道指出，氣候變化已引起黃淮麥區西部冬小麥越冬期縮短3～14 d，播種期呈逐漸推后、拔節期和抽穗期呈提前趨勢，長江中游麥區生育期縮短。

2.2對小麥產量的影響隨著全球變暖的大環境日益惡化，越來越多的科學家開始關注氣候變化給農業帶來的影響。早期，國外主要采用相關統計的方法即“黑箱”法來研究氣候變化對小麥產量的影響，但是這種方法不能明確氣候變化與糧食生產的關系。此后，科學家們利用先進的模型技術，GCMs對作物的生長進行動態的模擬演變，從而在動態的基礎之上分析氣候變化對農作物產生的影響。國內科學家在氣候變化對糧食的影響評價上也做了大量工作，主要是采用回歸模型和GCMs 與作物模型耦合的方法[7-10]。

在黃淮海地區，針對黃淮海地區將近10個站點的農業數據進行CERES-Wheat動態機理作物模型分析，然后將CERES-Wheat模型與2個全球氣候模式(GISS和Hadley)結合，同時考慮CO2對小麥的直接施肥作用，模擬黃淮海農業區10個站點在IPCC SRES A2和B2 2個氣候情景下雨養和灌溉小麥產量和水分利用的變化趨勢。結果表明，除CO2直接肥效的影響外，在黃淮地區雨養小麥的生產中，東部地區的小麥生產總量變化較少，但是東部地區小麥的生產數量驟降，說明小麥的產量受灌溉水量的重要影響。在同等灌溉水量的影響下，小麥的產量基本不變，但是在水資源短缺的情況下，對小麥的產量會產生嚴重的負面影響，所以考慮如何利用水資源，將有限的水資源合理有效地應用到農業生產中，是黃淮地區必須考慮的問題。在考慮CO2直接肥效的情況下，雨養和灌溉小麥產量全面增產，雨養小麥的增產幅度明顯偏高，灌溉小麥增產10%～30%，但CO2的肥效能否充分發揮還需要進一步研究證明[11]。另外，周林等[12]利用改進的荷蘭Wageningen農業大學的產量生態學模式SUCROS，將氣候變暖情況下的降水量與溫度變化對小麥生產產生的影響進一步分析，結果顯示，在黃淮海地區，北部地區的小麥受灌溉水源的影響較大，在生長期間的降水量遠不能滿足小麥需要的灌溉量，所以在沒有灌溉條件時小麥生長十分困難；在黃淮海的南部地區降水量充足，能夠滿足小麥的生長需求，但是氣溫升高過快，過快升高的氣溫經常會造成小麥葉面積指數升高，CO2的同化能力大大增強，雖然前期的降水量能夠滿足生長需要，但是過快升高的氣溫會迅速蒸發土壤中的水分，造成小麥生長后期水分不足，生產數量較少，當氣候變暖伴隨降水量增大時，這一現象有所緩解。若氣候變暖伴隨降水減少，則產量下降加劇。模擬顯示，該區的農田林網可有效地改善農田小氣候，提高小麥的水分利用率和干物質生長量。在氣候變暖的嚴峻形勢下，組建農林復合生態系統應作為一種可持續發展的農業經營策略加以推廣應用。河南省位于亞熱帶氣候與溫帶氣候的交界處，氣候變化對小麥生長會產生重要的影響，南北差異性較大是河南省小麥生長期間的特點[12]。

諸多研究者探討小麥生長期間氣候對小麥生產的影響。千懷遂等[13]利用正交多項式對小麥產量進行分析，利用積分回歸的方式對小麥隨著氣候變化的規律進行分析，在兩者相互結合的基礎上，又對亞熱帶與溫帶之間的相互關系進行研究。焦仁慶等[14]將開封作為研究基點，分析氣候變化對冬小麥生產的影響：一是冬小麥會隨著溫度的變化不斷變化，在冬小麥的生長發育過程中，冬小麥發芽的適宜溫度為11～22 ℃，但是為了防止小麥過早地拔節生長，一般都會在20 ℃播種，小麥在吹穗時期，暴熱的天氣十分不利，適宜的日較差有利于小麥生長。二是小麥對水分有較高的要求。小麥需要530 mm以上的降水量才能夠自然成熟，在小麥的整個生長過程中，不同時期所需要的水分各不相同，在小麥拔節過程中，需要140 mm的降水量，土壤水分需要保持在此水分的70%～80%的水量，在此期間，如果遇到干旱，則會造成小麥結穗較少，但是過多的降水則會造成小麥莖稈細小，較易倒伏，直接影響小麥的產量。三是小麥對光照的要求更為嚴格。農作物在生長過程中，都需要大量光照，小麥同樣如此，在小麥的生長發育中需要光照的參與才能最后結果，充足的光照配合適量的灌溉，能夠使小麥快速生長，使小麥結出飽和的穗粒[14]。

2.3對小麥品質的影響

2.3.1溫度。氣溫對小麥的影響可以從氣候溫度與土壤溫度來分析，氣候溫度對小麥的生長影響比較大，不僅影響小麥的光合作用，更在產物轉化等方面對小麥的生長發育產生影響。

2.3.1.1對小麥籽粒重的影響。溫度會對小麥的粒重產生影響，日最高溫度、日均溫對小麥的生長發育影響最大，日均溫與最高溫度在小麥的生長過程中的影響呈現非線性關系，在21℃/13℃(白/夜)～23℃/14℃(白/夜)時小麥的灌漿速度最快。

2.3.1.2對小麥籽粒蛋白質含量的影響。在許多的科學研究中都證明溫度對小麥籽粒蛋白質的影響，在小麥生長過程中，小麥的生長發育隨著溫度的上升而增快[15-16]。同樣，蛋白質的含量也隨著溫度的上升不斷增加，小麥在開花過程中，日均溫在15～32 ℃，會加快小麥籽粒蛋白質的增加，溫度在這一區間上升過程中，籽粒蛋白質也在不斷增長，但是溫度一旦超過32 ℃，籽粒蛋白質的含量增長就會呈下降趨勢，籽粒灌漿盛期受溫度影響最大，籽粒蛋白質的含量隨著氣溫年較差、日平均氣溫的變化不斷變化。

2.3.1.3對加工品質的影響。溫度會對小麥加工品質產生影響，在生長過程中，灌漿期溫度升高，加工指標的各項品質也會不斷攀升，灌漿期間的籽粒蛋白質會隨高溫的不斷變化呈現上升趨勢，面團延展性會與溫度呈現正相關關系，面團強度與面包的體積與溫度呈負相關關系。

2.3.2水分。降水量會影響小麥的生長，同時也是小麥品質的重要影響因素，過多的水分會使小麥根系呼吸能力下降，新陳代謝能力下降，生長減緩，品質下降；過少的水分又會使小麥根系弱小，水分不足，脫水的細胞會嚴重阻礙小麥的生長發育，所以優質的小麥形成與降水量、水分有著重要的關系，大量的研究表明，降水量越多小麥的品質越差。

2.3.3光照。光照對小麥的影響隨小麥生長周期的變化，產生不同的要求，在小麥的出苗至抽穗期，小麥對光照的要求高，充足的光照會使小麥籽粒蛋白質含量增加，吸收較多的氮素，促進小麥的生長發育，不足的光照直接影響小麥的生長發育周期，對小麥的籽粒蛋白質產生較大的負面影響。有研究顯示，籽粒蛋白質的含量隨日照時數的增加而減少，在小麥的開花成熟階段，日照時數較少會不斷積累小麥的碳水化合物，增加小麥的光合作用與呼吸作用，使小麥的蛋白質含量不斷積累增加。溫度、光照、水分對小麥都有十分重要的作用，在小麥的生長過程中，三者共同作用才會形成優質小麥，這3因素是如何相互作用，則需要依據當地的相關氣候條件等進行具體適宜的實際性研究。

[1] IPCC.Summary for policymakers of climate change 2007：The physical science basis[C]//SOLOMON S，QIN D，MANNING M，et al.Contribution of working group I to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climate change.Cambridge：Cambridge University Press，2007.

[2] 曹倩，姚鳳梅，林而達，等.近50年冬小麥主產區農業氣候資源變化特征分析[J].中國農業氣象，2011，32(2)：161-166.

[3] 仝文偉，胡懷旭，王二虎，等.河南省糧食產量周期波動分析[J].河南科學，2009，27(2)：222-225.

[4] 武建華，陳松，陳英慧，等.駐馬店市冬小麥主要氣候特征及高產氣象因素[J].中國農學通報，2011，27(6)：387-393.

[5] 路欣，姜洋，劉文新，等.商丘市氣候變化對農業的影響及對策[J].現代農業科技，2009(23)：306.

[6] 成林，薛昌穎，李彤霄，等.河南省稻麥類作物對氣候變化的響應[J].氣象與環境科學，2010，33(3)：6-10.

[7] HALL A E，ALLEN L H.Designing cultivars for the climatic condition of the next century[C]//BOXTON D R，SHIBLES R，FORSBERG R A，et al.International crop science I.Madison W.I.：Crop Science Society of America，1993：291-297.

[8] HULME M.Climate change and Southern Africa[M].Norwich，United Kingdom：ClimaticResearch Unit，University of East Anglia，1996：104-115.

[9] JONES C A，KINIRY J R.CERES-MAIZE：A simulation model of maize growth and development[M].Texas：Texas A&M University Press，1986：31-33.

[10] KLEPPER O，ROUSE D I.A procedure to reduce parameter uncertainty for complex models by comparison with real system output illustrated on a potato growth model[J].Agricultural systems，1991，36(4)：375-395.

[11] 田展.氣候變化對黃淮海平原作物生產潛力影響研究[D].北京：中國科學院地理科學與資源研究所，2006.

[12] 周林，王漢杰，朱紅偉.氣候變暖對黃淮海平原冬小麥生長及產量影響的數值模擬[J].解放軍理工大學學報(自然科學版)，2003，4(2)：76-82.

[13] 千懷遂，魏東嵐.氣候對河南省小麥產量的影響及其變化研究[J].自然資源學報，2000，15(2)：149-154.

[14] 焦仁慶，趙新禮.開封地區氣象因素對冬小麥產量的影響[J].現代農業科技，2009(15)：299.

[15] 白家惠，張文松，汪可可，等.氣象因子對平頂山市小麥生產的影響[J].現代農業科技，2009(3)：203-204.

[16] LAL M，SINGH K K，RATHORE L S，et al.Vulnerability of rice and wheat yields in NW India to future changes in climate[J].Agricultural and forest meteorology，1998，89：101-114.