生長季氣候對嘉興地區小麥生產的影響研究

李 斌，代占武，俞慧明，曹沈昊，王曄青，沈軼舒，郎淑平

（1嘉興市農業農村局，嘉興314050；2法國農業科學研究院波爾多分院，波爾多33882；3嘉興市氣象局，嘉興314050；4嘉興市農業科學研究院，嘉興314016）

嘉興地處杭嘉湖平原，素有“魚米之鄉”的美譽，區域內土壤肥沃、河網縱橫，氣候四季分明，溫度、光照和降水隨季節同步變化，非常適于水稻的生長發育和產量形成。同時，嘉興地區種植小麥的歷史也非常悠久。李根蟠［1］認為，長江下游的稻麥復種到宋代尤其南宋才有一個較大的發展，形成了一種廣泛性的、比較穩定的耕作制度，而長江三角洲在這一發展中處于領先地位。隨著經濟發展，農田面積逐漸縮小，以大、小麥為主的春糧種植成為維持糧食播種面積、保障糧食安全的重要途徑。但實際生產中，由于小麥生長季降水量偏多、中后期寡照，極易誘發濕害和各種生物災害，再加上“倒春寒”、“高溫逼熟”等氣候問題，致使小麥產量難以再上新臺階。

小麥赤霉病（Wheat scab或Fusarium head blight）是全球濕潤、半濕潤小麥種植區的重要病害［2-3］，小麥在抽穗揚花期如遇連陰雨天氣，極易引起赤霉病流行，長江中下游冬麥區發生頻率最高、損失最大［4-6］，近年來小麥赤霉病正在向山東、河南、東北等地蔓延。赤霉病的發生對小麥生產影響極大，可導致產量降低、品質變劣、凈重減輕、發芽出苗率降低等，尤為嚴重的是造成病菌毒素脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON）等的污染。

小麥抽穗揚花期的雨日、雨量和相對濕度等是決定赤霉病能否流行的重要因素。嘉興地處長江下游冬麥區，河流眾多，濕度較大，小麥抽穗期至揚花期若雨水多、氣溫高，赤霉病的發生頻率就高，流行程度就大，如2011年、2016年嘉興地區小麥抽穗揚花期雷陣雨較多，高溫高濕，導致小麥赤霉病大爆發。小麥赤霉病的發生與天氣狀況有關，赤霉病發生程度又與產量關系密切，因而有必要結合氣象資料對小麥赤霉病與當地天氣的關系、赤霉病發生對小麥產量的影響進行分析。為此，本研究通過分析天氣因素對嘉興地區小麥產量和赤霉病發生的影響，論述該區域今后小麥發展的方向，以期為種植結構調整提供氣候學依據。

1 材料與方法

1.1 氣候資料

根據嘉興市氣象站1953—2017年的逐日氣候資料分別統計歷年來小麥生長季（取11月1日至翌年5月31日）的平均氣溫、降水總量、日照時數和降雨日數，并繪出各氣候要素的變化趨勢圖（圖1）。統計4月15日至5月15日的降水總量。

1.2 小麥產量

來自歷年《嘉興統計年鑒》①嘉興統計年鑒：嘉興市統計局內部資料（1953—1996）嘉興市統計局，北京：中國統計出版社（1997—2017歷年資料）。

1.3 赤霉病發病情況

1953—1974年赤霉病發病情況參照嘉興地區農科所植保組［7］、龐振潮［8］研究結果。1975—2017年赤霉病發病情況來源于嘉興市病蟲測報站。小麥赤霉病發生程度采用5級分級標準，即1級：全穗無病；2級：發病小穗占全部小穗的1/4以下；3級：發病小穗占全部小穗的1/4—2/4；4級：發病小穗占全部小穗的2/4—3/4；5級：發病小穗占全部小穗的3/4以上或因穗頸發病造成整穗枯白。

1.4 統計分析

采用回歸分析計算趨勢產量，用實產減去趨勢產量的增量來計算氣候產量［9］，數據采用Excel 2010軟件作圖分析。

2 結果與分析

2.1 1953年以來小麥生長季氣候變化特點

自20世紀90年代開始，嘉興地區小麥生長季的平均溫度呈上升趨勢（＋0.03℃/年），這與中國北方、北半球乃至全球變暖的趨勢一致，說明嘉興地區小麥生長季溫度已受到全球氣候變暖的影響（圖1A）。而小麥生長季的降水總量沒有明顯變化，說明研究區域小麥生長季多雨潮濕的逆境條件并沒有因氣候趨暖而得到改善（圖1B）。小麥生長季的日照時數總量呈顯著下降之勢（圖1C），降水日數亦減少（圖1D），表明寡照天氣正逐年增多。

圖1 嘉興市小麥生長季氣候（11月1日至翌年5月31日）要素的變化趨勢Fig.1 Trend of climate parameters during wheat growing season（from Nov.1st to May 31st of next year）in Jiaxing（1953—2017）

2.2 1949—2017年小麥的氣候產量

2.2.1 實際產量

1949年以來，盡管氣候變化對嘉興的小麥生產有諸多不利影響，但全市小麥單產仍呈持續上升趨勢（圖2），20世紀60年代初為1 000 kg/hm2左右，90年代中后期為3 600 kg/hm2。單產的提高主要得益于科技的進步（品種改良更新、栽培技術改進等）和投入的增加（增施化肥、挖渠開溝等）。

圖2 嘉興市小麥平均單產趨勢（1949—2017年）Fig.2 Trend of the mean wheat yield in Jiaxing（1949—2017）

2.2.2 氣候產量

在長時間序列的作物產量與氣候因子關系的統計研究中，一般把作物的產量分解為趨勢產量、氣候產量和隨機誤差3部分［10］。選擇合適的趨勢產量計算方法，是分離得到氣候產量的關鍵。小麥氣候產量的高低很大程度上能夠反映氣候條件對種植小麥有利或不利的程度。圖3所示，1949—2017年研究區域小麥氣候產量距平為正的年份為33年，距平為負的有36年。1956年之前，氣候產量大部分為正，即便出現負距平也未超過-100 kg/hm2；1957—1977年，有18年為負距平，表明氣候條件惡劣，嚴重影響了小麥單產。1978—1988年，總體氣候條件良好。20世紀90年代總體氣候條件較差，氣候產量以負距平居多。進入21世紀后，除了2005—2010年和2016年以外，其余各年均為負距平，表明氣候條件對小麥生產總體呈現了不利的影響。從總體上來看，嘉興地區氣候條件年度之間變化對小麥產量影響幅度大，波動范圍在-1 115.25—1 127.38 kg/hm2，產量穩定性較差。

2.3 赤霉病對小麥生產的影響

2.3.1 赤霉病與天氣關系分析

對1952—2017年嘉興地區每年4月15日—5月15日降水量與小麥赤霉病發病程度之間的關系進行了分析，結果顯示降水量與赤霉病發病程度呈正相關（r＝0.459），即每年的小麥抽穗-蠟熟期（4月15日—5月15日）總降雨量越多，赤霉病發病程度越重（圖4），這一結論與江漢平原［11］的情況一致。

圖3 嘉興市小麥氣候產量距平（1949—2017年）Fig.3 Departure from themean wheat climate yield in Jiaxing（1949—2017）

圖4 4月15日—5月15日降水量對小麥赤霉病發生程度的影響Fig.4 The effect of precipitation from April15th to M ay 15th on wheat scab disease severity

2.3.2 赤霉病對總產量的影響

圖5所示，小麥赤霉病發生程度與總產量呈現典型的負相關性，即赤霉病發生程度越重，造成的產量損失越大，總產量越低（r＝-0.42），赤霉病發生程度可解釋17%的總產量變化。楊敦科等［12］發現關中灌區小麥產量損失與病情指數確有直線關系，其相關性達極顯著水平，這在本研究中也得到了驗證。

圖5 小麥赤霉病發生程度對總產量的影響Fig.5 The effect of wheat scab disease severity on yield

2.3.3 赤霉病對氣候產量的影響

赤霉病發生程度越高，氣候產量越低（r＝-0.53），可解釋28%的氣候產量變化。赤霉病程度與氣候產量的負相關性（r＝-0.53）高于與總產量的負相關性（r＝-0.42）（圖6）。赤霉病對小麥產量的影響，主要表現為影響氣候產量。

圖6 小麥赤霉病發生程度對氣候產量的影響Fig.6 The effect of wheat scab disease severity on weather climatic yield

3 結論與討論

3.1 嘉興地區小麥生長季年平均氣溫升高和寡照天氣不利于小麥生產

暖冬會加快小麥生育進程，使之提前進入拔節期，而此后一旦遇有倒春寒天氣就會造成嚴重凍害；小麥生育期縮短將總體上減少光合時間，進而降低產量；日照時數（或光照）的減少不利于小麥光合生產和物質運轉分配，并使得濕害問題更加凸現出來；暖冬和寡照天氣更加適宜各類病蟲草害滋生蔓延，增加了防治成本，也不利于小麥優良品質的形成。

3.2 嘉興地區小麥單產的增長得益于科技的進步

嘉興地區小麥生長季溫度已受到全球氣候變暖的明顯影響，多雨潮濕的逆境條件并沒有因氣候趨暖而得到改善，且日照時數總量顯著下降，寡照天氣逐年增多。隨著氣候變化，氣候產量年際變化幅度變大，波動范圍在-1 115.25—1 127.38 kg/hm2，總產量穩定性降低，這一結果也與小麥主產區河南省較為一致［13］。改革開放40年來，嘉興地區的小麥平均單產有了較大幅度的提高，主要得益于栽培技術的提高和品種的更新。

3.3 赤霉病是限制嘉興地區小麥生產的重要因素

赤霉病發生程度越高，氣候產量越低（r＝-0.53），可解釋28%的氣候產量變化，表明赤霉病是影響嘉興地區小麥產量的重要因素。同時，小麥質量也受到赤霉病的明顯影響，2016年赤霉病大流行，小麥產量下降，流入市場的小麥也因為質量問題而影響了銷售價格。近年小麥赤霉病大流行頻率顯著增高，增加了嘉興地區未來小麥生產的不確定性。

3.4 近年小麥播種面積的恢復性增長受到多重因素的影響

種植結構調整既受氣候等自然條件的制約，又受市場價格、政策等社會經濟因素的左右。1956年，嘉興地區小麥播種面積達到5.4萬hm2，但受到赤霉病等因素的影響，到2004年僅為0.74萬hm2。近年來，隨著嘉興地區土地流轉政策和規模種糧補貼等因素影響，小麥種植面積呈現恢復性增長，到2017年已經達到5.28萬hm2，接近歷史峰值。

3.5 培育或引進耐遲播春性及抗赤霉病的小麥品種是適應氣候條件的有效對策

嘉興地區普遍推行（粳）稻麥輪作制度，水稻生育期長，導致小麥播種期推遲，種糧大戶播種期一般在11月下旬至12月初，因此要培育或引進耐遲播、春性小麥品種。抗病品種的選育與推廣是控制病害流行與危害的最經濟有效的方法，但目前國內外抗赤霉病品種極少［14］。本市近年種植的小麥品種以揚麥系列為主，品種豐產性好，但在病害大流行年份赤霉病發病也較重，如2016年在品種比較田調查發現，‘揚麥20’‘揚麥12’‘揚麥19’‘揚麥18’的自然病穗率分別為61.3%、58.9%、72.8%、66.5%，與其他品種無明顯差異［15］。篩選抗赤霉病品種是適應當地氣候條件、發展小麥生產的有效對策。