北京地区冬小麦适应气候变化的播期和品种试验研究
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摘要
农业生态系统是生态系统的重要组成部分,农业生态系统多样性一直没有得到应有的重视,全球气候变暖给农业种植结构调整带来机会,有必要利用这次机遇,通过不同品性冬小麦品种的种植,适应气候变化,保证粮食高产和稳产,丰富地区内的农业生态系统多样性。本研究利用1951-2012年的逐日气象数据,分析近60年北京地区的气候变化和热量资源变化情况,结合31个冬小麦品种(属4个品性)的田间播期(2011年9月25日、10月7日和10月17日播种)试验,探索目前气候条件下,正常冬暖年份,北京地区种植冬小麦获得最高产量的播期和品性,用观测到的各类品性冬小麦不同播期下的生育期持续时间,对比当地30年前(20世纪80年代)的气候资源数据,从生育期角度说明物种多样性在稳定农业生态系统方面的作用。得到如下主要结论：
1、北京地区的气候条件和热量资源给冬小麦品种和播期调整创造了条件。
北京地区的年平均温度、年最高温度、年最低温度、最冷月平均温度、冬小麦生长季最低温度均呈上升趋势。平均温度的升高速率为0.41℃/10a,年最高温度的增温速率为0.12℃/10a,年最低温度的增温速率为0.96℃/10a,年最低温度的升温速率最快。1月平均温度的升温速率与年平均温度的升温速率基本一致,为0.42℃/10a。
秋分和白露节气的升温速率均高于0.40℃/10a,寒露节气升温速率略低,为0.17℃/10a,秋分前后的平均温度高于冬性冬小麦的最仕播种温度。“白露早,寒露迟,秋分种麦正当时”的农谚已经不能适应今天的生产实际。
冬小麦入冬时间推迟而结束时间提前,越冬期变短,春季温度升高对越冬期持续时间的影响大于秋季温度升高的影响,受越冬期持续时间和气候变暖的影响,冬小麦越冬期负积温的绝对值降低,但冬小麦冬前的抗寒锻炼还能保持在中等水平
干热风的发生次数明显多于寒潮发生次数,成为对北京地区冬小麦生产影响最大的气象灾害。随着气候变暖,寒潮发生次数逐渐减少,干热风的发生次数基本没有变化,多发期从5月中旬和下旬转向6月上旬,这将不利于冬小麦后期灌浆,尤其对于晚熟品种。
随着气候变暖,北京地区冬小麦冬前生育期有推迟的趋势,冬后生育期有提前的趋势,全生育期显著缩短,营养生长阶段缩短,生殖生长阶段(灌浆期)延长。
2、随着气候变暖,北京地区正常偏暖年份的冬小麦春性化趋势已经开始显现。在正常偏暖年份采取播期和品种调整的适应措施,可以对冬小麦生育阶段持续时间及其所需积温起到调节作用,丰富农业生态系统的多样性,维持生态系统的稳定性,并促进当地冬小麦产量的提高。
1)京郊平原地区,在正常偏暖年份,可以采用播期推迟和选种冬性较弱品种来应对气候变化,并提高产量,但遭受干热风的风险没有减少。
北京地区9月底播种,冬小麦冬前形成壮苗的儿率最高,但形成旺苗的几率也最高,而且逐渐增加,而10月中旬以前播种的积温条件越来越有利于冬小麦冬前形成壮苗。从小麦实际生长情况看,9月底播种,各个品种均没有出现旺长情况,春性品种可以正常发育,但返青成活率低,可以观察冬后生育期,10月上旬以后播种,各类冬小麦均能正常过冬。
播期推迟,各类冬小麦冬后生育进程加快,成熟期相差较小,从挑旗期、抽穗期到开花期变化幅度逐渐减小,偏冬性品种的生育期比偏春性品种稳定。各类冬小麦全生育期随着播期推迟而缩短,全生育期缩短主要原因在冬前生长期的差异上,偏春性品种发育快缩短幅度大。在冬小麦的生殖生长(开花-成熟期)阶段,偏冬性品种所用时间随着播期推迟而增加,遭受干热风的风险大于同期播种的春性冬小麦,偏春性品种随着播期推迟而减少。
2)播期和品种调整对冬小麦生育阶段持续时间和所需积温有调节作用,但播期和品种调整对冬小麦生育阶段持续时间和所需积温的调节作用相反。
无论是否考虑品种调整,冬小麦播种-出苗期、抽穗-成熟期和播种-成熟期的所用时间均有缩短趋势,品种调整会缓解这种趋势,而播期推迟会扩大这种趋势。无论是否考虑品种调整,冬小麦播种-出苗期、出苗-分蘖期、越冬期、抽穗-成熟期和播种-成熟期所需积温均有增加趋势,品种调整会扩大这种趋势,而播期推迟会缩小这种趋势。
3)选择冬性和半冬性品种在10月中旬以前播种产量最高。
10月中旬播种,综合各类型冬小麦的产量和9月底接近,在目前的气候条件下,10月中旬以前种植冬性和半冬性冬小麦,能收获最高的产量,产量的提高主要靠成穗数来保证,可以适当提高群体数目来促进产量的提高。
Agriculture ecosystem is an important part of the ecosystem, the agricultural ecosystem diversity has not been given much attention. It is the opportunity for the structural adjustment of agricultural planting because of the global warming, and it is necessary to take advantage of this opportunity by planting different varieties to improve the grain yield and the diversity of agricultural ecosystem. This study analyses the climate change in Beijing area and agriculture heat resource changes using the daily weather data since1951, explores the optimum sowing date and gene varieties, and vertifies the role of gene varieties diversity in stabilizing agricultural ecosystems.31winter wheat gene varieties were planted (4types of winter wheat) in3sowing dates (September25th, October7th and October17th in2011). The main conclusions are as follows:
1. The winter wheat gene variety and sowing date can be adjusted to the conditions of climate and heat resources in Beijing area.
The annual average temperature, the annual maximum temperature, the annual minimum temperature of the coldest month average temperature and the lowest temperatue in Beijing area show an upward trend. The average temperature rising rate is0.41℃/10a, annual maximum temperature warming rate is0.12℃/10a, and annual minimum temperature warming rate is0.96℃/10a, which is fastest. The rising rate of the average temperature in January is consistent with that of the annual mean temperature,0.42℃/10a.
The rising rates of the autumnal equinox and Bailu solar terms are higher than0.40℃/10a, and the rising rate of the cold dew solar terms is only0.17℃/10, the average temperature of the autumnal equinox is higher than the best temperature for winter variety sowing. The traditional sowing date is not adapt to today's actual production.
The beginning of the winter for winter wheat delays and the ending of the winter advances, which means the winter duration is shorter. The absolute value of the winter accumulated temperature reducs because of the winter duration and the climate warming. But the cold acclimation before winter wheat remains at medium level.
The number of the occurrence of the dry hot wind is more than that of the cold wave, the dry hot wind is to be the most influential meteorological disasters for the winter wheat. As the climate warms, the number of the occurrences of cold wave reduces gradually, and the number of the occurrences of hot wind unchanges, the high-incidence dates prones from mid-May and late-May to early June, which ss not conducive to late filling stage of winter wheat, especially for late-maturing varieties.
With the global warming, winter wheat growth period in Beijing area has a tendency to delay before winter, and the the growth period has a tendency to be in advance, the whole growth period is significantly shortened, the vegetative growth stage is shorten,and the reproductive growth phase is extended (the filling stage).
2. With the climate warming, the springness trend of the winter wheat has begun to emerge in Beijing in the normal warm year. Taking the adaptation measures such as sowing date and varietie change can play a regulatory role in the duration and the required temperature of winter wheat and the rich diversity of agricultural ecological system, maintain the stability of the ecosystem, and promote the yield of winter wheat.
1) The sowing date postponed and the selection of winter weaker species to cope with the climate change can be used in Beijing suburban plain area in the normal warm year which can inprove the production, and increase the risk of the dry hot wind.
The probability of strong seeding is highest if the wheat is planted in the end of September, but the probability of much strong seeding is also highest. If the wheat is sowed before the mid-October, the accumulated temperature is good for strong sprout before winter. From the field test, the seedings of all the varieties were not much strong and the spring varieties grow normally which were planted by the end of September, but turning green survival rate of the spring varieties was low, the growth stage of the spring varieties can be observed. All the varieties can survival after winter which were planted in mid-October.
The sowing date postponed, the growth process of winter wheat is accelerated, the difference in the mature period is small, and the change rate decreases from the flag, heading to blossom periods, the growth period of partial winter wheat is much stable than that of partial spring variety. The whole growth period of winter wheat decreases with the delay of sowing date, the shorten of the whole growth period mainly due to the differences in growth period before winter, the shortening amplitude of partial spring wheat is bigger. During the winter wheat germ (blossom to maturity stage) stage, the durantion of the partial winter varieties increases with the sowing date postponed, the duation of partial spring varieties decreased with the delay of sowing date, so the risk of dry spring is greater in partial varieties.
2) Sowing and varieties change of winter wheat can adjust the accumulated duration and the adjustment required in the growth stages, but the role of sowing and varieties is opposite.
Whether or not considering the adjustment of varieties, the sowing seedling-emergence stage, the heading stage-maturity stage and the whole growth period of winter wheat have the tendency to reduce, the adjustment of varieties will alleviate this trend, and the sowing date postponed will expand this trend. Whether or not considering the adjustment of varieties, the sowing seedling-emergence stage, the egergence-tillering stage, the over-wintering stage, the heading stage-maturity stage and the whole growth period of winter wheat require much accumulated temperature, the adjustment of varieties will expand the trend, and the sowing date postponed will reduce this trend.
3) The winter and semi-winter varieties sown before mid-October, the yield is highes.
In Beijing area, semi-winter varieties can be planted after the end of September, and the yield is highest. The yield of the end of September and the mid-October is the same, but in the mid-October, partial spring varieties can be planted. Most of the spring varieties are also not suitable for planting at the end of September.In the current climate conditions, winter and semi-winter wheat planted before mid-October, the yield is highest. The yield improvement depends mainly on the panicles.
1、北京地区的气候条件和热量资源给冬小麦品种和播期调整创造了条件。
北京地区的年平均温度、年最高温度、年最低温度、最冷月平均温度、冬小麦生长季最低温度均呈上升趋势。平均温度的升高速率为0.41℃/10a,年最高温度的增温速率为0.12℃/10a,年最低温度的增温速率为0.96℃/10a,年最低温度的升温速率最快。1月平均温度的升温速率与年平均温度的升温速率基本一致,为0.42℃/10a。
秋分和白露节气的升温速率均高于0.40℃/10a,寒露节气升温速率略低,为0.17℃/10a,秋分前后的平均温度高于冬性冬小麦的最仕播种温度。“白露早,寒露迟,秋分种麦正当时”的农谚已经不能适应今天的生产实际。
冬小麦入冬时间推迟而结束时间提前,越冬期变短,春季温度升高对越冬期持续时间的影响大于秋季温度升高的影响,受越冬期持续时间和气候变暖的影响,冬小麦越冬期负积温的绝对值降低,但冬小麦冬前的抗寒锻炼还能保持在中等水平
干热风的发生次数明显多于寒潮发生次数,成为对北京地区冬小麦生产影响最大的气象灾害。随着气候变暖,寒潮发生次数逐渐减少,干热风的发生次数基本没有变化,多发期从5月中旬和下旬转向6月上旬,这将不利于冬小麦后期灌浆,尤其对于晚熟品种。
随着气候变暖,北京地区冬小麦冬前生育期有推迟的趋势,冬后生育期有提前的趋势,全生育期显著缩短,营养生长阶段缩短,生殖生长阶段(灌浆期)延长。
2、随着气候变暖,北京地区正常偏暖年份的冬小麦春性化趋势已经开始显现。在正常偏暖年份采取播期和品种调整的适应措施,可以对冬小麦生育阶段持续时间及其所需积温起到调节作用,丰富农业生态系统的多样性,维持生态系统的稳定性,并促进当地冬小麦产量的提高。
1)京郊平原地区,在正常偏暖年份,可以采用播期推迟和选种冬性较弱品种来应对气候变化,并提高产量,但遭受干热风的风险没有减少。
北京地区9月底播种,冬小麦冬前形成壮苗的儿率最高,但形成旺苗的几率也最高,而且逐渐增加,而10月中旬以前播种的积温条件越来越有利于冬小麦冬前形成壮苗。从小麦实际生长情况看,9月底播种,各个品种均没有出现旺长情况,春性品种可以正常发育,但返青成活率低,可以观察冬后生育期,10月上旬以后播种,各类冬小麦均能正常过冬。
播期推迟,各类冬小麦冬后生育进程加快,成熟期相差较小,从挑旗期、抽穗期到开花期变化幅度逐渐减小,偏冬性品种的生育期比偏春性品种稳定。各类冬小麦全生育期随着播期推迟而缩短,全生育期缩短主要原因在冬前生长期的差异上,偏春性品种发育快缩短幅度大。在冬小麦的生殖生长(开花-成熟期)阶段,偏冬性品种所用时间随着播期推迟而增加,遭受干热风的风险大于同期播种的春性冬小麦,偏春性品种随着播期推迟而减少。
2)播期和品种调整对冬小麦生育阶段持续时间和所需积温有调节作用,但播期和品种调整对冬小麦生育阶段持续时间和所需积温的调节作用相反。
无论是否考虑品种调整,冬小麦播种-出苗期、抽穗-成熟期和播种-成熟期的所用时间均有缩短趋势,品种调整会缓解这种趋势,而播期推迟会扩大这种趋势。无论是否考虑品种调整,冬小麦播种-出苗期、出苗-分蘖期、越冬期、抽穗-成熟期和播种-成熟期所需积温均有增加趋势,品种调整会扩大这种趋势,而播期推迟会缩小这种趋势。
3)选择冬性和半冬性品种在10月中旬以前播种产量最高。
10月中旬播种,综合各类型冬小麦的产量和9月底接近,在目前的气候条件下,10月中旬以前种植冬性和半冬性冬小麦,能收获最高的产量,产量的提高主要靠成穗数来保证,可以适当提高群体数目来促进产量的提高。
Agriculture ecosystem is an important part of the ecosystem, the agricultural ecosystem diversity has not been given much attention. It is the opportunity for the structural adjustment of agricultural planting because of the global warming, and it is necessary to take advantage of this opportunity by planting different varieties to improve the grain yield and the diversity of agricultural ecosystem. This study analyses the climate change in Beijing area and agriculture heat resource changes using the daily weather data since1951, explores the optimum sowing date and gene varieties, and vertifies the role of gene varieties diversity in stabilizing agricultural ecosystems.31winter wheat gene varieties were planted (4types of winter wheat) in3sowing dates (September25th, October7th and October17th in2011). The main conclusions are as follows:
1. The winter wheat gene variety and sowing date can be adjusted to the conditions of climate and heat resources in Beijing area.
The annual average temperature, the annual maximum temperature, the annual minimum temperature of the coldest month average temperature and the lowest temperatue in Beijing area show an upward trend. The average temperature rising rate is0.41℃/10a, annual maximum temperature warming rate is0.12℃/10a, and annual minimum temperature warming rate is0.96℃/10a, which is fastest. The rising rate of the average temperature in January is consistent with that of the annual mean temperature,0.42℃/10a.
The rising rates of the autumnal equinox and Bailu solar terms are higher than0.40℃/10a, and the rising rate of the cold dew solar terms is only0.17℃/10, the average temperature of the autumnal equinox is higher than the best temperature for winter variety sowing. The traditional sowing date is not adapt to today's actual production.
The beginning of the winter for winter wheat delays and the ending of the winter advances, which means the winter duration is shorter. The absolute value of the winter accumulated temperature reducs because of the winter duration and the climate warming. But the cold acclimation before winter wheat remains at medium level.
The number of the occurrence of the dry hot wind is more than that of the cold wave, the dry hot wind is to be the most influential meteorological disasters for the winter wheat. As the climate warms, the number of the occurrences of cold wave reduces gradually, and the number of the occurrences of hot wind unchanges, the high-incidence dates prones from mid-May and late-May to early June, which ss not conducive to late filling stage of winter wheat, especially for late-maturing varieties.
With the global warming, winter wheat growth period in Beijing area has a tendency to delay before winter, and the the growth period has a tendency to be in advance, the whole growth period is significantly shortened, the vegetative growth stage is shorten,and the reproductive growth phase is extended (the filling stage).
2. With the climate warming, the springness trend of the winter wheat has begun to emerge in Beijing in the normal warm year. Taking the adaptation measures such as sowing date and varietie change can play a regulatory role in the duration and the required temperature of winter wheat and the rich diversity of agricultural ecological system, maintain the stability of the ecosystem, and promote the yield of winter wheat.
1) The sowing date postponed and the selection of winter weaker species to cope with the climate change can be used in Beijing suburban plain area in the normal warm year which can inprove the production, and increase the risk of the dry hot wind.
The probability of strong seeding is highest if the wheat is planted in the end of September, but the probability of much strong seeding is also highest. If the wheat is sowed before the mid-October, the accumulated temperature is good for strong sprout before winter. From the field test, the seedings of all the varieties were not much strong and the spring varieties grow normally which were planted by the end of September, but turning green survival rate of the spring varieties was low, the growth stage of the spring varieties can be observed. All the varieties can survival after winter which were planted in mid-October.
The sowing date postponed, the growth process of winter wheat is accelerated, the difference in the mature period is small, and the change rate decreases from the flag, heading to blossom periods, the growth period of partial winter wheat is much stable than that of partial spring variety. The whole growth period of winter wheat decreases with the delay of sowing date, the shorten of the whole growth period mainly due to the differences in growth period before winter, the shortening amplitude of partial spring wheat is bigger. During the winter wheat germ (blossom to maturity stage) stage, the durantion of the partial winter varieties increases with the sowing date postponed, the duation of partial spring varieties decreased with the delay of sowing date, so the risk of dry spring is greater in partial varieties.
2) Sowing and varieties change of winter wheat can adjust the accumulated duration and the adjustment required in the growth stages, but the role of sowing and varieties is opposite.
Whether or not considering the adjustment of varieties, the sowing seedling-emergence stage, the heading stage-maturity stage and the whole growth period of winter wheat have the tendency to reduce, the adjustment of varieties will alleviate this trend, and the sowing date postponed will expand this trend. Whether or not considering the adjustment of varieties, the sowing seedling-emergence stage, the egergence-tillering stage, the over-wintering stage, the heading stage-maturity stage and the whole growth period of winter wheat require much accumulated temperature, the adjustment of varieties will expand the trend, and the sowing date postponed will reduce this trend.
3) The winter and semi-winter varieties sown before mid-October, the yield is highes.
In Beijing area, semi-winter varieties can be planted after the end of September, and the yield is highest. The yield of the end of September and the mid-October is the same, but in the mid-October, partial spring varieties can be planted. Most of the spring varieties are also not suitable for planting at the end of September.In the current climate conditions, winter and semi-winter wheat planted before mid-October, the yield is highest. The yield improvement depends mainly on the panicles.
引文
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