莊若南, 李雨農(nóng), 張占魁, 楊慧潔

(1.信陽(yáng)市茶葉氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 信陽(yáng) 464000; 2.信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站,河南 信陽(yáng) 464100; 3.信陽(yáng)市氣象臺(tái),河南 信陽(yáng) 464000)

引 言

IPCC第6次評(píng)估報(bào)告指出,氣候變化背景下極端高溫、干旱和洪水等氣候影響驅(qū)動(dòng)因素(climate impact drivers,CIDs)的發(fā)生強(qiáng)度和頻率增加,加劇了糧食生產(chǎn)的不安全[1]。連陰雨是極端天氣的典型表現(xiàn)形式,常伴有低溫、寡照、漬澇等。頻繁的連陰雨天氣不僅影響著小麥的播種與生殖過(guò)程,還影響小麥的收割、晾曬及儲(chǔ)運(yùn),引發(fā)小麥倒伏、籽粒脫落、發(fā)芽、霉變等現(xiàn)象,導(dǎo)致糧食生產(chǎn)的豐產(chǎn)不豐收的局面[2]。信陽(yáng)地處亞熱帶和暖溫帶過(guò)渡地帶,對(duì)氣候變化的響應(yīng)較為敏感[3]。冬小麥?zhǔn)切抨?yáng)地區(qū)的主要糧食作物之一,其成熟期與雨季開(kāi)始期高度契合,連陰雨是除干旱外信陽(yáng)地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中的首要災(zāi)害性天氣[4]。由于陰雨天氣導(dǎo)致小麥不能及時(shí)收獲或無(wú)法及時(shí)晾曬而引起籽粒發(fā)芽霉變,對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)造成了嚴(yán)重的影響[5-6]。

目前針對(duì)連陰雨對(duì)作物影響的研究主要有以下兩個(gè)方面:一是側(cè)重于研究作物生長(zhǎng)發(fā)育關(guān)鍵階段連陰雨的災(zāi)害影響[7-10]。李德等[7]采用主成分分析法構(gòu)建連陰雨綜合致災(zāi)因子,建立冬小麥灌漿期連陰雨災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),對(duì)安徽淮北平原冬小麥灌漿期間的連陰雨災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了劃分。二是側(cè)重于研究連陰雨形成原因、氣候背景、時(shí)空分布變化特征等方面[11-15]。杜明哲等[16]利用統(tǒng)計(jì)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),分析了河南區(qū)域秋季連陰雨的時(shí)空分布特征。

大量研究證明,小麥籽粒發(fā)芽是遺傳、生理和環(huán)境共同作用的結(jié)果[17-22]。小麥成熟階段降水與其籽粒發(fā)芽霉變有必然聯(lián)系,其他階段的氣象條件相對(duì)影響較小。高劍波等[22]認(rèn)為小麥?zhǔn)斋@階段遇連陰雨天氣,就可能導(dǎo)致籽粒發(fā)芽的出現(xiàn),并且成熟度越高,陰雨持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng),田間濕度越大,籽粒發(fā)芽就越嚴(yán)重。李林繁[17]認(rèn)為小麥成熟期只要溫度和濕度達(dá)到了一定的條件,就會(huì)引發(fā)穗發(fā)芽。張彥波等[19]認(rèn)為影響穗發(fā)芽的環(huán)境因素有光照、溫度和水分。

信陽(yáng)地區(qū)關(guān)于連陰雨對(duì)冬小麥的影響主要以分析小麥品種、遺傳特性為主,涉及連陰雨對(duì)小麥籽粒發(fā)芽霉變的研究較少。據(jù)河南省近34年的統(tǒng)計(jì),由連陰雨導(dǎo)致的小麥發(fā)芽霉變幾乎每年都有不同程度的發(fā)生,且呈現(xiàn)加重趨勢(shì),尤其在豫南小麥地區(qū),大面積發(fā)芽霉變發(fā)生達(dá)三年一遇[18,23-25]。因此,研究信陽(yáng)地區(qū)小麥?zhǔn)斋@期連陰雨對(duì)籽粒發(fā)芽霉變的影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

信陽(yáng)位于河南省最南部,地處113°45′-115°55′E、30°23′-32°27′N(xiāo),跨我國(guó)地理氣候分界線,南部為北亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候,北部為暖溫帶季風(fēng)性半濕潤(rùn)氣候(圖1)。四季分明,夏季濕熱,冬季干冷,春秋涼爽,降水豐沛,雨熱同期。信陽(yáng)年平均氣溫為15.9 ℃,年降水量為1079.3 mm,年日照時(shí)數(shù)為1779.5 h,極端最高氣溫為41.7 ℃,極端最低氣溫為-21.4 ℃。光、熱、水資源匹配較為合理,且綜合利用率高,區(qū)域內(nèi)適合多種作物生長(zhǎng),常年種植冬小麥面積為31.1 萬(wàn)hm2左右,約占河南省冬小麥種植面積的6%。

圖1 研究區(qū)概況圖

1.2 資料來(lái)源

小麥的生育期資料來(lái)源于信陽(yáng)市氣象局和信陽(yáng)市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,包括1981-2023年的小麥成熟收獲期生育期資料;小麥的產(chǎn)量數(shù)據(jù)主要來(lái)自信陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)局,包括1990年、1991年、2012年、2013年、2022年和2023年小麥單產(chǎn)數(shù)據(jù);小麥籽粒發(fā)芽霉變數(shù)據(jù)源于河南優(yōu)質(zhì)小麥品質(zhì)氣象預(yù)報(bào)聯(lián)合試驗(yàn),由信陽(yáng)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站于2023年5月31日測(cè)定,其中播期2為正常播期,揚(yáng)麥15為信陽(yáng)本地主栽品種,相鄰播期間隔10天。

氣象資料為小麥觀測(cè)站點(diǎn)1961-2022年的逐日降水量資料,信陽(yáng)市2023年5月26-30日MICAPS資料,地面觀測(cè)資料來(lái)自信陽(yáng)市各縣區(qū)國(guó)家自動(dòng)觀測(cè)氣象站,時(shí)間序列為1961-2023年的5月中旬至6月上旬。

1.3 研究方法

根據(jù)信陽(yáng)市實(shí)際情況,定義一次麥?zhǔn)掌谶B陰雨過(guò)程為連續(xù)陰雨日≥5 d(日降水量≥0.1 mm)且過(guò)程累計(jì)降水量≥50 mm,其中允許有1 d無(wú)降水(或有微量降水)但日照時(shí)數(shù)須≤2 h[12,25]。

(1)根據(jù)麥?zhǔn)掌谶B陰雨指標(biāo),得出1961-2022年信陽(yáng)市麥?zhǔn)掌谶B陰雨的發(fā)生年份、發(fā)生日期、持續(xù)天數(shù)和累計(jì)雨量,分析62年信陽(yáng)市小麥麥?zhǔn)掌谶B陰雨氣象災(zāi)害發(fā)生特征。

(2)利用2023年5月26-30日信陽(yáng)市9個(gè)國(guó)家氣象站的觀測(cè)資料與MICAPS資料,分析了2023年信陽(yáng)市麥?zhǔn)掌谶B陰雨過(guò)程。

(3)根據(jù)2023年信陽(yáng)市麥?zhǔn)掌谶B陰雨期間的逐日降水量、日平均日照時(shí)數(shù)和日平均空氣相對(duì)濕度等氣象觀測(cè)要素,分析2023年信陽(yáng)市麥?zhǔn)掌谶B陰雨對(duì)小麥籽粒發(fā)芽霉變的影響。

(4)結(jié)合信陽(yáng)市62年不同時(shí)段連陰雨對(duì)小麥產(chǎn)量影響、小麥發(fā)芽霉變率和小麥產(chǎn)量增減情況等,分析總結(jié)麥?zhǔn)掌谶B陰雨對(duì)小麥產(chǎn)量品質(zhì)的影響規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 信陽(yáng)市1961-2022年麥?zhǔn)掌谶B陰雨發(fā)生特征

選取1961-2022年信陽(yáng)市國(guó)家氣象觀測(cè)站日降水量氣象資料,去除站點(diǎn)異常或缺失的數(shù)據(jù),以信陽(yáng)市小麥常年成熟收獲時(shí)段5月11日至6月10日為標(biāo)準(zhǔn),按照麥?zhǔn)掌谶B陰雨指標(biāo)進(jìn)行分析,得到信陽(yáng)市62年麥?zhǔn)掌谶B陰雨分布特征,具體結(jié)果見(jiàn)表1。通過(guò)分析信陽(yáng)市1961-2022年麥?zhǔn)掌谶B陰雨發(fā)生年份可知,1961-2022年信陽(yáng)地區(qū)共發(fā)生麥?zhǔn)掌谶B陰雨11次,發(fā)生頻率為1.8 次/(10年)。其中,1961-1970年發(fā)生2次,1971-1980年發(fā)生3次,1981-1990年發(fā)生2次,1991-2000年發(fā)生2次,2001-2010年發(fā)生1次,2011-2022年發(fā)生1次,信陽(yáng)地區(qū)麥?zhǔn)掌谶B陰雨在21世紀(jì)后發(fā)生頻率減小。通過(guò)分析信陽(yáng)市1961-2022年麥?zhǔn)掌谶B陰雨發(fā)生日期可知,5月中旬共發(fā)生3次,5月中旬到5月下旬發(fā)生2次,5月下旬發(fā)生4次,5月下旬到6月上旬發(fā)生2次,6月上旬發(fā)生 0 次。由此可見(jiàn),信陽(yáng)地區(qū)麥?zhǔn)掌谶B陰雨在5月下旬發(fā)生的概率最大,占總發(fā)生次數(shù)的36%,6月上旬發(fā)生的概率最小。通過(guò)分析信陽(yáng)市1961-2022年麥?zhǔn)掌谶B陰雨持續(xù)天數(shù)和過(guò)程累計(jì)降水量可知,信陽(yáng)地區(qū)麥?zhǔn)掌谶B陰雨持續(xù)天數(shù)為5～8 d,平均持續(xù)天數(shù)為6 d,累計(jì)降水量為70.6～132.2 mm,平均過(guò)程累計(jì)降水量為100.1 mm。

表1 信陽(yáng)市1961-2022年麥?zhǔn)掌谶B陰雨分布特征

2.2 信陽(yáng)市2023年麥?zhǔn)掌谶B陰雨氣象條件分析

2.2.1 信陽(yáng)市2023年麥?zhǔn)掌谶B陰雨天氣過(guò)程變化

信陽(yáng)市2023年麥?zhǔn)掌谶B陰雨出現(xiàn)在5月26-30日,過(guò)程持續(xù)時(shí)間共5 d,降水覆蓋全市,為一次明顯的區(qū)域性連陰雨。過(guò)程最大降水量為商城縣黃柏山的139.3 mm,降水分布如圖2,各縣(區(qū))國(guó)家氣象站降水實(shí)況分析見(jiàn)表2。由表2可知,此次過(guò)程從5月26日開(kāi)始,持續(xù)至5月30日,中間有一天間歇。過(guò)程以小到中雨為主,局部有大到暴雨。降水量分布呈南北大、東西小,全市平均降水量為40.3 mm,是常年同期的(16.5 mm)2倍以上。各縣區(qū)雨日4～5 d,除光山、新縣外,其他縣區(qū)均為1961年以來(lái)同期最多。

表2 2023年5月26-30日各縣(區(qū))國(guó)家氣象站降水實(shí)況

圖2 2023年5月25日20時(shí)—30日20時(shí)信陽(yáng)市降水實(shí)況圖

2.2.2 環(huán)流形勢(shì)及影響系統(tǒng)分析

2023年5月26日08:00,200 hPa上信陽(yáng)位于副熱帶西風(fēng)急流右側(cè)上升輻散區(qū),南亞高壓穩(wěn)定維持;500 hPa 40°N以北地區(qū)呈現(xiàn)兩槽一脊的環(huán)流特征,西北太平洋副熱帶高壓呈東西帶狀,菲律賓以東洋面有一臺(tái)風(fēng)生成,四川盆地至內(nèi)蒙古有一低槽,信陽(yáng)上空為槽前西南氣流控制。中低層有西南急流和切變線,其中700 hPa西南急流中心風(fēng)速為16 m/s,信陽(yáng)位于急流出口區(qū),比濕為9 g/kg以上,四川盆地至豫西山區(qū)有一切變線。850 hPa西南急流中心風(fēng)速為20 m/s,信陽(yáng)位于切變線北側(cè),比濕為15 g/kg。26-29日南亞高壓穩(wěn)定維持,臺(tái)風(fēng)先西折后北上迫使副高北推,低槽東移加深,同時(shí)中低層西南急流北伸,切變線逐漸逼近并影響信陽(yáng);30日20:00后低槽和切變線移出,信陽(yáng)受槽后西北氣流控制,連陰雨過(guò)程結(jié)束(圖3)。

圖3 2023年5月26日200 hPa(a)、500 hPa(b)高度場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)及700 hPa(c)、850 hPa(d)高度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)和比濕高度單位:10-1dagpm,風(fēng)速單位:m/s,比濕單位:g/kg

綜上所述,此次連陰雨過(guò)程為北脊南槽型連陰雨過(guò)程:中高緯度維持兩槽一脊特征,脊在烏拉爾山與貝加爾湖之間,咸海、里海一帶為低槽或冷渦,遠(yuǎn)東地區(qū)到朝鮮為平底槽,南亞高壓穩(wěn)定維持,四川盆地東側(cè)低槽東移加強(qiáng)。信陽(yáng)受槽前西南氣流控制,700 hPa和850 hPa的低空急流和切變線持續(xù)影響至30日白天。穩(wěn)定的環(huán)流形式配合低層持續(xù)的天氣系統(tǒng)是導(dǎo)致連陰雨天氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、雨量大的主要原因。

2.3 信陽(yáng)市2023年麥?zhǔn)掌谶B陰雨對(duì)小麥籽粒發(fā)芽霉變的影響

2023年5月下旬,信陽(yáng)市遭遇大范圍連陰雨天氣過(guò)程,降水與當(dāng)?shù)匦←湷墒焓斋@期高度重合。根據(jù)農(nóng)情調(diào)度顯示,受降水影響,5月31日前小麥?zhǔn)斋@基本停滯。降水結(jié)束后,6月1日為收獲高峰期,6月3日收獲完畢。此次連陰雨過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),累計(jì)降水量大,日照時(shí)數(shù)嚴(yán)重偏少,相對(duì)濕度嚴(yán)重偏高,對(duì)信陽(yáng)小麥產(chǎn)量及品質(zhì)造成了嚴(yán)重影響,經(jīng)調(diào)查信陽(yáng)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站試驗(yàn)田小麥籽粒發(fā)芽霉變情況見(jiàn)表3。

表3 信陽(yáng)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站試驗(yàn)田小麥籽粒發(fā)芽霉變情況調(diào)查

就霉變率而言,揚(yáng)麥15與新麥26的霉變率隨著播期推遲整體呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)。新麥26霉變率在播期4達(dá)到最大值,且與播期1、播期2、播期3有顯著差異;揚(yáng)麥15霉變率在播期2達(dá)到最大值,且與播期1有顯著差異,播期3、播期4與播期1之間差異不顯著。除播期4揚(yáng)麥15的霉變率小于新麥26的外,播期1、播期2、播期3揚(yáng)麥15的霉變率均高于新麥的。

就發(fā)芽率而言,新麥26各個(gè)播期間發(fā)芽率接近,且不顯著;揚(yáng)麥15發(fā)芽率隨著播期推遲整體呈現(xiàn)出遞減的趨勢(shì),揚(yáng)麥15發(fā)芽率在播期2達(dá)到最大,與播期3有顯著差異,與播期1、播期4無(wú)顯著差異,播期3與播期4有顯著差異,與播期1無(wú)顯著差異。新麥26各個(gè)播期的發(fā)芽率均高于揚(yáng)麥15的。

2.4 不同時(shí)段連陰雨對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

1991年5月21-26日和5月28日-6月4日信陽(yáng)地區(qū)出現(xiàn)麥?zhǔn)掌谶B陰雨天氣,降水日數(shù)分別為6 d和8 d,累計(jì)降水量分別為104.4 mm和93.7 mm。將2023年與1991年連陰雨典型年份對(duì)比可知,1991年5月下旬和6月上旬麥?zhǔn)掌谶B陰雨降水量和范圍均大于2023年的,2023年6月上旬信陽(yáng)地區(qū)天氣好轉(zhuǎn),但1991年連陰雨持續(xù)到6月4日且基本覆蓋收獲期,導(dǎo)致小麥嚴(yán)重減產(chǎn)且品質(zhì)下降,單產(chǎn)較1990年下降50.85%。

2013年5月25-30日信陽(yáng)地區(qū)出現(xiàn)麥?zhǔn)掌谶B陰雨天氣,持續(xù)降水天數(shù)為6 d,累計(jì)降水量為121.3 mm。將2023年與2013年連陰雨典型年份對(duì)比可知,2013年降水量級(jí)和范圍均大于2023年的,2013年陰雨日數(shù)比2023年多1 d,但明顯少于1991年的,并且2013年小麥成熟期偏晚,陰雨時(shí)段與小麥成熟收獲期重疊度較小,但仍造成減產(chǎn),單產(chǎn)較2012年的下降1.68%。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

(1)1961-2022年信陽(yáng)地區(qū)共發(fā)生麥?zhǔn)掌谶B陰雨11次,發(fā)生頻率為1.8次/(10年)。連陰雨在21世紀(jì)后發(fā)生頻率減小。信陽(yáng)地區(qū)麥?zhǔn)掌谶B陰雨在5月下旬發(fā)生的概率最大,占總發(fā)生次數(shù)的36%,6月上旬發(fā)生的概率最小。連陰雨持續(xù)天數(shù)為5～8 d,平均持續(xù)天數(shù)為6 d;累計(jì)降水量為70.6～132.2 mm,平均過(guò)程累計(jì)降水量為100.1 mm。

(2)2023年信陽(yáng)市連陰雨天氣過(guò)程為北脊南槽型連陰雨過(guò)程:中高緯度維持兩槽一脊特征,脊在烏拉爾山與貝加爾湖之間,咸海、里海一帶為低槽或冷渦,遠(yuǎn)東地區(qū)到朝鮮為平底槽,南亞高壓穩(wěn)定維持,四川盆地東側(cè)低槽東移加強(qiáng)。在穩(wěn)定的環(huán)流形式,持續(xù)的低槽、低空急流及切變線等系統(tǒng)共同作用下,導(dǎo)致連陰雨天氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、過(guò)程雨量大。

(3)2023年信陽(yáng)市連陰雨過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),累計(jì)降水量大,日照時(shí)數(shù)嚴(yán)重偏少,相對(duì)濕度嚴(yán)重偏高。同一品種相比,晚播小麥其霉變情況與早播小麥相比略重,晚熟品種發(fā)芽情況各個(gè)播期之間基本相似,早熟品種發(fā)芽情況隨著播期推遲而逐漸變輕;同一播期相比,早熟品種霉變情況與晚熟品種相比略重,隨著播期的推遲,霉變率逐漸趨于一致,早熟品種發(fā)芽情況明顯重于晚熟品種的。

(4)連陰雨日數(shù)如與冬小麥成熟收獲期重疊度較高,將導(dǎo)致小麥嚴(yán)重減產(chǎn)且品質(zhì)下降,如大部分小麥未進(jìn)入成熟收獲期,陰雨時(shí)段與小麥成熟收獲期重疊度較小,仍將造成減產(chǎn),但減產(chǎn)幅度整體較小。

3.2 討 論

種植不同品種的小麥、應(yīng)用化學(xué)試劑調(diào)控及加強(qiáng)栽培管理等措施,可減弱麥?zhǔn)掌谶B陰雨對(duì)信陽(yáng)市冬小麥的影響,是調(diào)控產(chǎn)量和品質(zhì)的重要原因。本文根據(jù)信陽(yáng)市實(shí)際種植情況,提出以下三點(diǎn)意見(jiàn)。

(1)選用高抗性品種

加強(qiáng)小麥遺傳機(jī)理研究,選育抗籽粒發(fā)芽霉變品種,特別是白皮小麥品種,應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)貧夂?、生態(tài)特點(diǎn),充分認(rèn)識(shí)該地區(qū)小麥品種適應(yīng)性,選用在當(dāng)?shù)乇憩F(xiàn)較好的抗性品種(如揚(yáng)麥15),進(jìn)行合理布局。

(2)應(yīng)用化學(xué)調(diào)控制劑

選用多效唑和穗萌抑制劑,在小麥開(kāi)花后一定時(shí)期內(nèi)噴施,對(duì)籽粒發(fā)芽抑制效果分別可達(dá)60%和80%左右。還可從植物源天然物質(zhì)中提取發(fā)芽抑制物質(zhì),在小麥抽穗后不同時(shí)期噴施,對(duì)成熟期籽粒發(fā)芽抑制率最高可達(dá)88.81%,且噴施后對(duì)農(nóng)藝性狀和種子質(zhì)量無(wú)不良影響。

(3)加強(qiáng)栽培管理

一是適期早播,合理密植。通過(guò)播期調(diào)節(jié)小麥生育進(jìn)程,使小麥成熟期避開(kāi)雨季高峰,適時(shí)收獲。二是建好田間配套溝系,確保灌排暢通,以降低田間濕度,減少籽粒發(fā)芽霉變發(fā)生條件。三是合理肥料運(yùn)籌,防止肥料施用過(guò)遲過(guò)多而造成貪青晚熟。四是采取一些生化壯苗制劑,降低植株高度,防止倒伏。

由于觀測(cè)小麥發(fā)芽霉變數(shù)據(jù)站點(diǎn)較少,資料不完整,本論文結(jié)論存在一定的局限性,與實(shí)際相比可能存在一定的差異,后續(xù)將繼續(xù)完善資料,開(kāi)展更深一步的研究。