分期播種冬小麥農田小氣候特征及其生育狀況分析

馬美娟 陳小新 張云霞 郭倩 孫民 路漫漫

摘要： 為研究不同播期冬小麥農田小氣候特征及其生育狀況，于2019-2020年在商丘國家基準氣候站進行冬小麥分期播種試驗，并通過方差分析、相關性分析等對試驗結果進行比較。結果表明：早播10 d（E10）、晚播10 d（L10）與正常播期（CK）冠層內溫度差別不明顯，4月上旬晚播20 d（L20）冠層內溫度高于CK， 5月上旬L20白天冠層內溫度低于CK。4月上旬CK冠層內相對濕度高于E10、L20、L10處理，5月上旬E10、L10處理冠層內平均相對濕度低于CK，L20處理高于CK。不同播期冬小麥生育進程不同，出苗期隨著播期的推遲而推遲，越冬后生育期逐漸趨于一致。隨著播期的推遲，冬前積溫呈遞減趨勢，株高逐漸降低。播期越晚，小穗數越少，L10、L20處理與CK的差異極顯著; L10處理的千粒質量最大，CK次之，E10處理的千粒質量最小，但處理間差異不顯著; CK的產量最大，E10處理次之，L10處理的產量最小，但處理間差異不顯著。

關鍵詞： 冬小麥;農田小氣候;不同播期;產量構成因素

中圖分類號： S521.1+10.47 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2021）03-0613-09

Analysis on field microclimate characteristics and growth of winter wheat under different sowing dates

MA Mei-juan1， CHEN Xiao-xin1， ZHANG Yun-xia1， GUO Qian1， SUN Min1， LU Man-man2

（1.Shangqiu Meteorological Bureau， Shangqiu 476000， China;2.Xingtai Meteorological Bureau， Xingtai 054000， China）

Abstract： To study the microclimate characteristics in the field and the growth condition of wheat with different sowing dates， sowing experiments at different stages were conducted at Shangqiu National Standard Climatic Station in 2019-2020. The experiment results were compared through variance analysis and correlation analysis. The results showed that， difference of canopy temperatures under treatments of sowing date for ten days earlier （E10）， sowing date for ten days later （L10） and normal sowing date （CK） were not obvious. The canopy temperature of sowing date for 20 d later （L20） in early April was higher than that of CK， the daytime canopy temperature of L20 in early May was lower than that of CK. The relative humidity in the canopy of CK treatment was higher than that of E10， L20 and L10 treatments in early April. The average relative humidity in the canopy of E10 and L10 treatments was lower than CK in early May， while the datum of L20 treatment was higher than that of CK. Winter wheats sowed at different dates were different in development stages before winter. The emergence date tended to postpone as the sowing date delayed， and the sowing dates of winter wheat tended to be consistent after wintering. With the delay of sowing date， the accumulated temperature before winter showed a decreasing trend， and the plant height decreased gradually. The later the sowing date， the fewer the spikelets， and the difference between L10， L20 treatments and CK were extremely significant. The thousand-grain weight of L10 treatment was the highest， followed by CK treatment， and the thousand-grain weight of E10 treatment was the lowest. The yield of CK treatment was the largest， followed by E10 treatment， while the yield of L10 treatment was the smallest， but there was no significant difference between different treatments.

Key words： winter wheat;farmland microclimate;different sowing dates;constitutional factors of yield

小麥是世界上種植最廣泛的作物之一，也是中國重要的糧食作物之一。黃淮冬麥區是中國最大的小麥產區，約占全國小麥總產量的65%[1]，是中國優質小麥生產和糧食安全的重要基地。農業生產與氣象條件密切相關，特別是受農田小氣候的影響，農田小氣候是以作物為下墊面的特殊小氣候，受外部氣候環境和作物自身活動的共同影響[2]。適宜的小氣候條件，有利于作物高產、穩產，反之則會抑制作物生長發育，滋生病蟲害最終造成減產[3]。研究結果表明種植方式、施肥、灌溉方式等均會對農田小氣候產生影響[4-7]。王興亞等[7]發現溝播小麥田間的空氣溫度較平作低，相對濕度較平作高。雷鈞杰等[8]分析了不同施氮量對冬小麥群體內部光、溫變化的影響。余衛東等[9]發現灌溉可以提高作物冠層的最低氣溫。張娜等[10]探究了滴灌量與麥田小氣候特征和產量之間的關系。

小麥的生產受到許多因素的制約，許多學者對氣候條件與小麥生育期、產量之間的關系進行了研究分析[11-13]。成林等[14]研究了不同生育期氣候變化對河南省冬小麥生長和產量的影響。檀艷靜[15]發現不同生育期相對氣象產量的關鍵影響因子不同。李巧云等[16]研究結果表明不同的冬前積溫導致冬小麥發育進程不同。除氣象條件外，水分脅迫、品種、土壤肥力和播期[17-19]等，都對小麥生產產生影響。調整播種日期可以改變作物生育期內的氣象條件，可作為一種適應氣候變化的方法[20]。學者對分期播種冬小麥進行了大量試驗研究[21-23]。Sokoto等[24]研究了播期和品種對小麥產量構成因素的影響。Rezaei等[25]探究了播期和品種對小麥物候的影響。但針對不同播期冬小麥小氣候特征和生育狀況的研究較少。本研究對冬小麥進行分期播種試驗，分析不同播期冬小麥小氣候特征、株高、生育期及產量因素的差異，以期為農田管理、農業氣象災害監測和評估等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

于2019年10月-2020年5月在河南省商丘市的商丘國家基準氣候站內進行田間分期播種試驗，試驗地位于北緯34°26′14″，東經115°32′07″，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，日照充足，雨熱同期。年平均氣溫（常年值）14.3 ℃，年平均降水量751 mm，年日照時數2 060.3 h，無霜期208 d。該地年降水量季節分配不均，夏季降雨最多，約占全年降水量的54%;春季和秋季降水量分別占年降水量的21%和19%;冬季降水量最少，約占年降水量的6%。

1.2 試驗設計

試驗品種為鄭麥366，屬強筋優質小麥。試驗采取分期播種方案，共4個播期。以多年來冬小麥平均播期10月11日為對照（記作CK），每個播期間隔10 d，早播日期為10月1日（記作E10），晚播日期分別為10月21日（記作L10）和10月31日（記作L20）。每個播期重復4次，行距20 cm，小區面積為20 m2，每小區播種量380 g，各小區間留0.5 m保護間隔。前茬為玉米，機收后秸稈留在田間，播種方式為南北條播，小區排列方式采用標準拉丁方設計。試驗地土壤類型為沙壤土，田間管理措施與當地常規管理措施一致，保證冬小麥不受水分因素和病蟲害影響。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生長指標測定 按照《農業氣象觀測規范》[26]觀測4個播期冬小麥從播種到成熟的各個生育期，同時進行株高等生長量的測定。測定株高時，每個小區連續測定10株，取平均值。

1.3.2 氣象要素觀測 冬小麥拔節后（3月25日），在各小區安裝HOBO溫濕度記錄儀，測定冠層內25 cm高度的溫度、濕度，每隔10 min記錄1次。其他常規氣象要素日照時數、氣溫、降水量等，由商丘國家基準氣候站獲得，與試驗地距離小于50 m。

1.3.3 產量因素測定 在冬小麥成熟期進行產量因素測定。每小區連續取20穗，數出小穗數和不孕小穗數，求平均值;將樣本脫粒，數其總粒數，求出平均穗粒數;小麥籽粒晾曬風干后，稱其千粒質量，求平均值。

1.4 數據分析

運用Python進行數據處理并制圖。通過ANOVA對不同播期的冬小麥生長量和產量要素進行統計分析，經過方差齊次性檢驗后，采用LSD法對F測驗顯著因子進行多重比較;采用皮爾遜相關分析法進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 冬小麥生長季內農田氣象條件分析

圖1為試驗期間（2019年10月1日-2020年5月25日）農田氣象要素逐日變化過程。日平均氣溫與日平均5 cm地溫變化趨勢一致，5 cm地溫平均值高于氣溫。E10處理生長季內田間平均氣溫為9.7 ℃，隨著播期推遲，田間平均氣溫逐漸減少，L20處理田間平均氣溫為8.9 ℃。4個播期的5 cm地溫變化趨勢與氣溫一致，E10處理最大，L20處理最小。E10 、CK、L10、L20處理生長季內的總降水量分別為306.1 mm、245.7 mm、242.6 mm和242.3 mm，越冬（1月8日）前降水量分別為144.7 mm、84.3 mm、81.2 mm和80.9 mm，較常年同期均偏多，冬小麥安全越冬;3月4個播期冬小麥陸續進入拔節期，春季降水量127.3 mm，與常年同期相比持平略增，為冬小麥生長提供了充足的水分。E10 、CK、L10、L20處理生長季內的總日照時數分別為1 256.7 h、1 220.3 h、1 175.0 h和1 128.2 h。

2.2 不同播期冬小麥冠層內溫度變化特征

圖2為不同播期冬小麥冠層內4月上旬和5月上旬8個時間段溫度變化。結合圖3可知，不同播期冠層內溫度日變化趨勢基本一致，白天氣溫較高，變化較大，均在14∶00達到最大值，夜間溫度低而穩定，6∶00時達到最小，且5月上旬溫度明顯高于4月上旬。不同播期相同時間段冠層內溫度不同，E10、L10處理8個時間段的冠層內溫度與CK差異不明顯，L20處理冠層內溫度高于CK處理，但差異不顯著。4月上旬各播期冬小麥逐漸進入抽穗期，E10、CK、L10、L20處理抽穗期的有效莖數分別為1 m2 667.81個、701.19個、608.44個和556.52個，且L20的冬前積溫不足，植株較矮，分蘗少，密度較小，透光性較好，因此E10、CK、L10處理間冠層內溫度差異不明顯，L20冠層內溫度高于CK。白天9∶00-11∶00時間段的冠層內溫度差值最大，E10、L10、L20處理分別比CK高0.11 ℃、0.47 ℃和1.17 ℃;夜間0∶00-2∶00時間段E10與CK冠層內溫度基本相同，L10處理比CK低0.15 ℃，L20比CK高0.37 ℃。E10、CK、L10、L20處理的平均冠層內溫度分別為10.43 ℃、10.44 ℃、10.44 ℃和10.94 ℃，L20處理比CK高0.5 ℃，L20處理的中位數均高于其他3個處理。5月上旬各播期冬小麥處于開花-乳熟期，密度變化趨勢與抽穗期一致，CK最大，L20最小。除15∶00-17∶00時間段外，5月上旬E10和L10處理其他時間段冠層內溫度均高于CK，但差異不明顯;L20處理12∶00-14∶00和15∶00-17∶00時間段冠層內溫度低于CK，分別比CK低1.06 ℃和0.85 ℃，這是由E10、L10的遮蔽度較小，而此時L20 的遮蔽度較大所致。從平均值來看，E10處理和L10處理均比CK高0.08 ℃，L20處理比CK低0.19 ℃。0∶00-2∶00和18∶00-20∶00時間段冠層內溫度均出現異常值，12∶00-17∶00冠層內最高溫度達到40 ℃以上，主要是因為5月3日出現高溫天氣。

2.3 不同播期冬小麥冠層內相對濕度變化特征

從圖4和圖5可以看出，不同播期冠層內相對濕度日變化趨勢基本一致，且與溫度相反，白天冠層內相對濕度較小，變化較大，在14∶00或15∶00達到最小值，夜間相對濕度較大且變化較小，均在7∶00達到最大值。不同播期相同時間段冠層內相對濕度不同，白天差異較夜間明顯。4月上旬不同時間段冠層內相對濕度CK基本都高于其他3種處理，此時CK的密度高于其他3種處理，且植株較高，故相對濕度較大。夜間0∶00-2∶00時間段CK比E10、L20處理均高0.75%，與L10處理相差較小。白天9∶00-11∶00時間段CK分別比E10、L10、L20處理高2.83%、3.73%和9.13%。E10、CK、L10、L20處理的冠層內平均相對濕度分別為86.28%、87.60%、86.58%和84.00%。8個時間段中，9∶00-11∶00時間段的L20處理冠層內相對濕度與CK的差異達極顯著水平（P<0.01），12∶00-14∶00時間段的L20處理與CK的差異達顯著水平（P<0.05）。與4月上旬冠層內溫度相比，冠層內相對濕度異常值增多。5月上旬E10、L10處理冠層內相對濕度均低于CK，L20處理除6∶00-11∶00時間段外，其他時間段均高于CK。9∶00-11∶00時間段CK分別比E10、L10、L20 處理高1.21%、2.89%和2.85%。從平均值來看，E10處理和L10處理分別比CK低0.44%、0.74%，L20處理比CK高0.33%。

2.4 不同播期冬小麥生育期差異

不同播期冬小麥生育期見圖6。E10、CK、L10和L20 4種處理的出苗日期分別為10月7日、10月18日、10月30日和11月11日，表現為隨著播期的推遲而推遲，播期越晚，出苗需要時間越長。E10、CK、L10處理均在11月上中旬進入分蘗期，而L20處理12月18日才進入分蘗期。不同播期冬小麥均在1月8日進入越冬期，植株基本停止生長。越冬后不同處理生育期逐漸趨于一致，E10處理4月17日開花，CK和L10處理均在4月18日開花，L20處理開花較晚，在4月23日開花。除L20處理外，其他3種處理在5月16日進入乳熟期;不同處理冬小麥均在5月25日成熟。

不同播期處理各生育期天數明顯不同，4種處理的播種-分蘗天數差異明顯，L20明顯高于其他3種處理，E10、CK、L10、L20處理的分蘗-越冬天數分別為64 d、61 d、54 d和21 d，表現為隨著播期推遲而縮短。越冬后拔節-抽穗和抽穗-乳熟天數隨著播期推遲而減少，E10、CK、L10、L20處理的抽穗-乳熟天數分別為42 d、40 d、38 d和36 d，處理間差異較越冬前小，這主要是因為越冬后不同播期冬小麥的生長逐漸趨于一致。全生育期天數隨著播期的推遲而減少。生育期天數與氣象因素的相關性（表1）來看，播種-分蘗天數與日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、冠層內溫度和5 cm地溫呈負相關，與日照時數呈正相關。分蘗-越冬天數與日平均氣溫、日最高氣溫、冠層內溫度和5 cm地溫呈顯著正相關，與日平均相對濕度和冠層內相對濕度呈極顯著負相關，與降水量和日照時數呈極顯著正相關。越冬-拔節天數與日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、冠層內溫度、5 cm地溫和日照時數呈極顯著正相關。拔節-抽穗天數與日最低氣溫、冠層內溫度和5 cm地溫呈顯著負相關。抽穗-成熟天數與日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、冠層內溫度和5 cm地溫呈顯著負相關。

2.5 不同播期冬小麥冬前積溫及株高差異

不同播期冬小麥冬前積溫不同，隨著播期的推遲，冬前積溫呈遞減趨勢，E10、CK、L10、L20處理的冬前積溫分別為833.4 ℃、664.1 ℃、515.2 ℃和379.7 ℃，有研究結果表明，河南省適宜播種的冬前積溫為650～750 ℃[16]。L10處理冬前積溫略微不足，而L20處理冬前積溫嚴重不足，不利于冬前壯苗的形成。

由圖7可知，不同播期冬小麥株高變化趨勢一致，且生育后期生長速度較快，乳熟期株高達到最大值。E10、CK、L10、L20處理乳熟期株高分別為81.6 cm、79.9 cm、78.3 cm和70.8 cm，L20處理與其他3種處理的差異均在0.01水平上顯著。整個生育期不同播期的株高均表現為E10>CK>L10>L20，即隨著播期的推遲，株高逐漸減少，這是因為晚播冬小麥冬前株高生長量不足，不利于分蘗和形成壯苗。三葉期E10、CK處理株高差異不顯著，L10、L20處理與CK差異極顯著（P<0.01）。分蘗、越冬和返青期4種處理間的株高差異均達到極顯著水平，開花期L20處理與E10、CK處理的株高差異極顯著。

2.6 不同播期冬小麥產量構成因素差異

對不同播期冬小麥的產量構成因素進行比較分析（表2），CK和E10處理的小穗數分別為20.93個和20.13個，L10、L20處理的小穗數都不足20個，晚播處理的小穗數明顯減少，4種處理中CK的小穗數最多，且與L10、L20處理呈極顯著差異。E10處理和CK的不孕小穗數較L10、L20處理多，且與L10、L20處理呈顯著差異。4種處理中L20處理的穗粒數最大，為37.80粒，與其他3種處理呈極顯著差異，這是因為L20處理的不孕小穗數最少。CK的有效穗數最大，L20的有效穗數最小，這是因為晚播處理冬前積溫不足，不利于分蘗和形成壯苗，且CK與L10、L20處理呈極顯著差異。L10處理的千粒質量最大，CK次之，E10處理的千粒質量最小，處理間差異均不顯著。4種處理中，CK的產量最大，E10處理次之，L10處理的產量最小。

3 討論

作物的生長發育和產量形成與農田小氣候密切相關。不同播期相同時間段冠層內溫度不同，4月上旬，E10、L10處理與CK的冠層內溫度差別不明顯，L20處理的冠層內溫度高于CK，這是因為CK的密度最大，L20處理的冬前積溫不足，植株較矮，分蘗少，透光較高。5月上旬，E10、L10處理與CK的冠層內溫度差別較小，而L20處理白天冠層內溫度低于CK，這是由E10、L10處理的遮蔽度較小，而此時L20處理的遮蔽度較大所致。與冠層內溫度變化不同，4月上旬CK的冠層內相對濕度基本都高于其他3種處理，5月上旬E10、L10處理的冠層內平均相對濕度均低于CK，L20處理的冠層內平均相對濕度高于CK，這與作物外部氣候環境和自身生長狀況有關[27]。本研究只對部分關鍵生育期的某一高度小氣候特征進行了分析，具有一定的局限性，今后可考慮研究冬小麥整個生育期群體內的小氣候特征。

本研究中，不同播期冬小麥發育進程不同。出苗期隨著播期的推遲而推遲，越冬后發育期逐漸趨于一致，這與信志紅等[19]的研究結果相似。播種-分蘗天數與溫度呈負相關，分蘗-越冬天數與溫度呈顯著正相關，拔節-抽穗天數與日最低氣溫、地溫呈顯著負相關，抽穗-成熟天數與溫度呈顯著負相關。在成林等[14]的研究中也有類似的結果。適宜的冬前積溫對小麥生長發育有重要作用[28]。隨著播期的推遲，冬前積溫呈遞減趨勢，株高逐漸減少，這是因為晚播冬小麥冬前生長量不足，不利于分蘗和形成壯苗。小麥產量與產量構成因素密切相關[29]。不同播期冬小麥產量構成因素不同，CK的小穗數最多，播期越晚，小穗數越少，這與Sokoto等[24]的研究結果一致。E10處理和CK的不孕小穗數較L10、L20處理多，這可能與3月30日出現的晚霜凍有關，冠層內的最低氣溫達0 ℃以下，造成穗尖受凍。有研究者指出，拔節后隨著生育進程的推進，小麥的抗寒性不斷下降[30]。因此E10處理和CK的不孕小穗數較多。CK的有效穗數最多，L20處理的有效穗數最小，這是因為晚播處理冬前積溫不足，不利于分蘗和形成壯苗。4種處理中，CK的產量最高，E10處理次之，L10處理的產量最小，各處理間差異不顯著，這可能是由于霜凍引起CK穗尖受凍，使穗粒數減少所致。

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（責任編輯：張震林）