李世景，徐萍，張正斌，3，4,衛(wèi)云宗

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黃淮旱地冬小麥農(nóng)藝性狀與生育期氣象因子的時(shí)空分布特征及互作關(guān)系

李世景1，2，徐萍1，張正斌1，3，4,衛(wèi)云宗5

（1中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，石家莊 050021；2中國(guó)科學(xué)院大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，北京 100049；3中國(guó)科學(xué)院大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)學(xué)院，北京 100049；4中國(guó)科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院，北京 100101；5山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西臨汾 041000）

【目的】研究黃淮旱地冬小麥農(nóng)藝性狀與生育期降水的時(shí)空分布特征與互作關(guān)系，為氣候變化下黃淮旱地小麥品種改良提供理論依據(jù)?！痉椒ā坷?010—2017年國(guó)家黃淮冬小麥區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種在不同區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)的農(nóng)藝性狀與降水資料，結(jié)合地理時(shí)空分布與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析黃淮旱地冬小麥農(nóng)藝性狀和出苗-成熟期總降水的關(guān)系?！窘Y(jié)果】空間分布上，黃淮旱地小麥實(shí)際單位面積產(chǎn)量、千粒重呈現(xiàn)由西部旱薄地向東部旱肥地增加的趨勢(shì)。西部旱薄地的株高相對(duì)較高，中東部旱肥地的株高相對(duì)較低。中東部以北的黃淮旱地不同生育階段的總降水普遍較低，中東部以南的黃淮旱地不同生育階段的總降水相對(duì)較高。時(shí)間變化上，河南、山西和陜西的中西部旱地的出苗—成熟期總降水表現(xiàn)出顯著的增加趨勢(shì)。出苗—抽穗期總降水與實(shí)際單位面積產(chǎn)量、株高、有效穗數(shù)呈顯著正相關(guān)。通徑分析表明，黃淮旱肥地的株高和有效穗數(shù)決定了產(chǎn)量變異的53.2%，黃淮旱薄地的株高和千粒重決定了產(chǎn)量變異的67%?！窘Y(jié)論】建議黃淮旱肥地冬小麥育種以適當(dāng)增加株高，提高花前高效利用有限降水的能力和增加穗部發(fā)育為主。黃淮旱薄地育種以穩(wěn)定株高，提高花后轉(zhuǎn)運(yùn)干物質(zhì)的效率和收獲指數(shù)為主。

黃淮旱地；冬小麥；農(nóng)藝性狀；出苗-成熟期總降水；時(shí)空分布

0 引言

【研究意義】黃淮冬麥區(qū)是我國(guó)最大的小麥主產(chǎn)區(qū)，種植面積占全國(guó)小麥種植面積的67.6%，其中黃淮旱地小麥種植面積占整個(gè)黃淮麥區(qū)種植面積的42.7%[1]，對(duì)我國(guó)小麥生產(chǎn)和糧食安全有重要保障作用。黃淮旱地小麥生產(chǎn)以自然降水為主，特別是關(guān)鍵生育期的降水，在產(chǎn)量形成中起到了決定性作用[2]。全球氣候變化下，除溫度明顯變化外，降水也發(fā)生著改變。黃淮旱地小麥生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)降水的高度依賴性，使其對(duì)氣候背景下降水變化的響應(yīng)更加敏感和突出[3]。深入分析該區(qū)小麥農(nóng)藝性狀和降水的時(shí)空分布特征及互作關(guān)系，有助于揭示黃淮旱地小麥育種適應(yīng)氣候變化的機(jī)理?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】Hatfield等[4]指出，增溫對(duì)產(chǎn)量造成的負(fù)面影響，能夠通過(guò)提高土壤儲(chǔ)水量抵消一部分。Fang等[5]在河北井陘進(jìn)行的田間模擬實(shí)驗(yàn)也指出增加灌溉能夠彌補(bǔ)氣候變暖帶來(lái)的負(fù)面影響。降水作為作物需水量的重要來(lái)源之一，對(duì)作物產(chǎn)量的影響也是至關(guān)重要的。Lobell等[6]的研究表明，降水對(duì)作物增產(chǎn)的效果不分作物種類，不分國(guó)家和地區(qū)。全球降水呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但干旱、半干旱地區(qū)呈現(xiàn)減少趨勢(shì)[7]。我國(guó)華北、華中地區(qū)年際降水減少顯著[8]。史本林等[9]利用河南省商丘市多年冬小麥產(chǎn)量及氣象資料分析表明，降水是影響冬小麥產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蛩刂弧Ｊ酚∩降萚10]對(duì)河北平原的研究進(jìn)一步表明了降水與小麥產(chǎn)量呈現(xiàn)正相關(guān)。但是由于降水的時(shí)空差異性[11-12]，不同地區(qū)、不同季節(jié)或生育期的降水對(duì)作物產(chǎn)量的影響也各有不同[13-15]。Guo等[16]對(duì)黃土高原干旱地區(qū)的研究表明，冬小麥產(chǎn)量與休耕季降水呈正相關(guān)，與生長(zhǎng)季降水顯著性不大。但Zhang等人[17]的研究表明，中國(guó)北部和東北部地區(qū)小麥生長(zhǎng)季降水減少10%，該地區(qū)小麥產(chǎn)量減少1%—2%以上。柳芳等[18]研究表明，降水時(shí)間分布不均造成的干旱是制約天津冬小麥生長(zhǎng)的主要?dú)庀笠蜃又?。李?guó)強(qiáng)等[19]對(duì)山西省臨汾市的研究表明，冬小麥生育前期降水對(duì)產(chǎn)量影響不明顯，但拔節(jié)—抽穗期降水與產(chǎn)量呈現(xiàn)正相關(guān)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人的研究雖然利用長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)，針對(duì)不同區(qū)域降水對(duì)小麥產(chǎn)量的影響開(kāi)展了探討，但這些研究多集中于產(chǎn)量和降水的關(guān)系，并未進(jìn)一步分析冬小麥生長(zhǎng)發(fā)育受降水影響的具體過(guò)程。此外，長(zhǎng)時(shí)間的小麥物候期記載數(shù)據(jù)不完整，前人研究多以經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算相應(yīng)生育時(shí)期的降水，且未考慮品種更新對(duì)降水的影響。本研究所用小麥品種區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度雖然短，但是在此期間，品種未發(fā)生變化，且每一年的物候期均有詳細(xì)記載。本研究將從時(shí)空兩個(gè)維度上，深入剖析黃淮旱地冬小麥農(nóng)藝性狀和生育期降水的時(shí)空分布特征和互作關(guān)系。研究所用的國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種，具有多年不變，試點(diǎn)分布廣、數(shù)據(jù)詳盡、代表性強(qiáng)等諸多特點(diǎn)，它在篩選適宜種植區(qū)方面有重要的標(biāo)桿作用[20-21]，也是研究品種適應(yīng)氣候變化的典型材料?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究利用2010—2017年黃淮旱地國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)和降水資料，分析黃淮旱地小麥農(nóng)藝性狀和不同生育期降水的時(shí)空分布特征，進(jìn)一步揭示小麥農(nóng)藝性狀與關(guān)鍵生育期降水之間的互作關(guān)系，為氣候變化背景下黃淮旱地小麥品種改良方向提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概括

國(guó)家農(nóng)作物品種審定委員會(huì)印發(fā)的國(guó)品審【2016】1號(hào)文件，依據(jù)我國(guó)小麥種植區(qū)劃和各種植區(qū)域的氣候類型、生態(tài)條件、耕作制度、品種特性及生產(chǎn)實(shí)際等因素，將國(guó)家審定小麥品種適宜生態(tài)區(qū)劃分為九大麥區(qū)，分別為長(zhǎng)江上游冬麥區(qū)、長(zhǎng)江中下游冬麥區(qū)、黃淮旱地冬麥區(qū)、黃淮南片水地冬麥區(qū)、黃淮北片水地冬麥區(qū)、北部水地冬麥區(qū)、北部旱地冬麥區(qū)、東北春麥晚熟區(qū)、西北春麥區(qū)。其中，黃淮旱地冬麥區(qū)包括山東省旱地，河北省保定市和滄州市的南部及其以南地區(qū)的旱地，河南省除信陽(yáng)市全部和南陽(yáng)市南部部分地區(qū)以外的旱地，陜西省西安、渭南、咸陽(yáng)、銅川和寶雞市的旱地，山西省運(yùn)城市全部、臨汾市和晉城市部分的旱地以及甘肅省天水市丘陵山地。根據(jù)土壤肥力又分為旱肥地和旱薄地。本研究共選取了21個(gè)區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)（簡(jiǎn)稱區(qū)試點(diǎn)），其中旱肥地11個(gè)，旱薄地10個(gè)，主要分布在34—38°N之間（圖1）。

1.2 資料來(lái)源

區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)冬小麥新品種動(dòng)態(tài)——國(guó)家冬小麥品種區(qū)域試驗(yàn)匯總報(bào)告》2010—2017年歷年黃淮旱地區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種產(chǎn)量及其相關(guān)農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)[22]。黃淮旱肥地的對(duì)照品種為洛旱7號(hào)，黃淮旱薄地的對(duì)照品種為晉麥47。黃淮旱地播種前進(jìn)行精細(xì)整地，一次施足底肥，生育期一般不追肥且禁止?jié)菜?/p>

使用的降水觀測(cè)資料數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn/）的《中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集》。

圖1 黃淮旱地冬小麥研究區(qū)試點(diǎn)分布

1.3 分析方法

1.3.1數(shù)據(jù)指標(biāo) 本研究選取的黃淮旱地區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種的農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)指標(biāo)包括實(shí)際單位面積產(chǎn)量（簡(jiǎn)稱實(shí)際單產(chǎn)，t·hm-2）、株高（cm）、有效穗數(shù)（×104·hm-2）、穗粒數(shù)、千粒重（g）以及出苗日期、抽穗日期和成熟日期。氣象資料選取相應(yīng)區(qū)試點(diǎn)的日降水資料。無(wú)對(duì)應(yīng)氣象站點(diǎn)的根據(jù)就近原則，綜合考慮緯度、海拔高度等影響降水的因子，選擇氣候條件接近的站點(diǎn)作為替補(bǔ)站[23]。

1.3.2 處理方法 利用Excel軟件計(jì)算理論單位面積產(chǎn)量（簡(jiǎn)稱理論單產(chǎn)，理論單產(chǎn)=有效穗數(shù)×穗粒數(shù)×千粒重，t·hm-2）、實(shí)際單位面積產(chǎn)量和理論單位面積產(chǎn)量比值（簡(jiǎn)稱單產(chǎn)比值，單產(chǎn)比值=實(shí)際單位面積產(chǎn)量/理論單位面積產(chǎn)量）、出苗—抽穗期總降水（mm）、抽穗—成熟期總降水（mm）、出苗—成熟期總降水（mm）及各性狀的多年平均值。隨后利用arcgis軟件制作地理空間分布圖。

利用Spss24.0軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析、簡(jiǎn)單線性回歸和逐步回歸分析。

2 結(jié)果

2.1 黃淮旱地小麥農(nóng)藝性狀空間分布特征

由圖2-A可知，黃淮旱地冬小麥實(shí)際單產(chǎn)呈現(xiàn)由西向東增加的趨勢(shì)，中部和東南部區(qū)試點(diǎn)實(shí)際單產(chǎn)相對(duì)較高。其中，低于黃淮旱地整體平均值的區(qū)試點(diǎn)除旱肥地的河北衡水外，其他均為旱薄地區(qū)試點(diǎn)；而旱薄地的河南林州是高于整體平均值的唯一旱薄地區(qū)試點(diǎn)。由圖2-B可知，西部旱地理論單產(chǎn)普遍高于中東部旱地。但西部旱地的單產(chǎn)比值卻明顯低于中東部旱地（圖2-C），說(shuō)明由西向東實(shí)際單產(chǎn)逐漸達(dá)到理論單產(chǎn)，東部區(qū)試點(diǎn)生產(chǎn)潛力已經(jīng)基本充分發(fā)揮。

u代表黃淮旱地2010—2017年21個(gè)區(qū)試點(diǎn)的多年平均值。?代表單獨(dú)區(qū)試點(diǎn)的2010—2017年的平均值。下同

與產(chǎn)量密切相關(guān)的農(nóng)藝性狀除產(chǎn)量三要素外，株高也是影響小麥產(chǎn)量的重要因子[24-25]。由圖2-D、E可知，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)呈現(xiàn)西部多中東部少的特征。株高也呈現(xiàn)西部高中東部低的特征（圖2-G）。千粒重呈現(xiàn)由西向東增加的趨勢(shì)（圖2-F）。單個(gè)區(qū)試點(diǎn)的農(nóng)藝性狀與黃淮旱地整體平均值的比較發(fā)現(xiàn)，旱肥地和旱薄地的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)無(wú)明顯的高低差異，但千粒重和株高差異明顯。千粒重方面，高于整體平均值的只有旱肥地區(qū)試點(diǎn)。株高方面，高于整體平均值的區(qū)試點(diǎn)有10個(gè)，其中8個(gè)為旱薄地區(qū)試點(diǎn)。由此說(shuō)明，黃淮旱肥地千粒重大，株高矮；黃淮旱薄地千粒重小，株高高，且東西方向的分布差異明顯。

綜合來(lái)看，位于黃淮旱地東北方向的河北衡水、滄州，無(wú)論是在實(shí)際單產(chǎn)、理論單產(chǎn)還是株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)方面，都表現(xiàn)出較低的水平。因此，建議將這兩個(gè)區(qū)試點(diǎn)由旱肥地改為旱薄地。而作為旱薄地的河南林州，其實(shí)際產(chǎn)量高于黃淮旱地多年整體平均值，應(yīng)該改為旱肥地。這樣可能更加符合生產(chǎn)實(shí)際，也更便于為當(dāng)?shù)貧夂蜃兓碌挠N方向提供新的理論依據(jù)。

2.2 黃淮旱地小麥生育期降水空間分布特征

圖3展示了出苗—成熟期、出苗—抽穗期、抽穗—成熟期總降水多年平均值的地區(qū)分布特征。黃淮旱地區(qū)試點(diǎn)集中分布在35°N附近，東西方向上各生育階段的總降水空間分布差異不顯著。但中東部偏北的7個(gè)區(qū)試點(diǎn)（山西萬(wàn)榮、絳縣、澤州、陽(yáng)城；河南林州；河北衡水、滄州）各生育階段的總降水普遍低于其他區(qū)試點(diǎn)。中東部以南的旱地區(qū)域各生育階段的總降水相對(duì)較高。

圖3 黃淮旱地生育期降水的地區(qū)分布

Fig. 3 The region distribution of precipitation of growth period in Huang-Huai dryland

2.3 黃淮旱地小麥農(nóng)藝性狀和生育期降水年際變化趨勢(shì)

分別對(duì)21個(gè)區(qū)試點(diǎn)的產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀和生育期降水進(jìn)行以年份為自變量的線性回歸，將回歸方程顯著性小于0.05的區(qū)試點(diǎn)繪制成表（表1）。結(jié)果表明，除黃淮旱肥地河北滄州的穗粒數(shù)和黃淮旱肥地山西絳縣的千粒重呈顯著減少趨勢(shì)，其他表現(xiàn)顯著趨勢(shì)變化的農(nóng)藝性狀均呈顯著增加趨勢(shì)。株高表現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)的只有黃淮旱薄地的河南林州和甘肅天水。有效穗數(shù)只有黃淮旱肥地的陜西長(zhǎng)武，表現(xiàn)出了顯著增加趨勢(shì)。穗粒數(shù)方面，甘肅天水的逐年增多趨勢(shì)以及河北滄州的逐年減少趨勢(shì)明顯，但山西陽(yáng)城是在2015年后顯著增加（圖4）。千粒重方面，河南林州和汝州的增加趨勢(shì)略大于山西澤州的增加趨勢(shì)（圖5）。

生育期降水有顯著變化的區(qū)試點(diǎn)均表現(xiàn)為顯著增加趨勢(shì)。出苗—成熟期總降水有8個(gè)區(qū)試點(diǎn)表現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)，集中分布在河南、山西和陜西的中西部旱地。其中，河南三門峽和汝州的增加趨勢(shì)明顯大于其他區(qū)試點(diǎn)（圖6）。

2.4 黃淮旱地小麥農(nóng)藝性狀與生育期降水互作分析

為驗(yàn)證小麥農(nóng)藝性狀和生育期降水的關(guān)系，對(duì)小麥農(nóng)藝性狀和不同生育階段的降水進(jìn)行了相關(guān)性分析（表2）。結(jié)果表明，黃淮旱肥地的實(shí)際單產(chǎn)與除千粒重和抽穗—成熟期總降水外的農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，其中與株高的相關(guān)性最強(qiáng)。黃淮旱薄地的實(shí)際單產(chǎn)與千粒重呈顯著正相關(guān)，與株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、理論單產(chǎn)、出苗—抽穗期總降水量呈極顯著正相關(guān)。黃淮旱薄地的實(shí)際單產(chǎn)也是與株高的相關(guān)性最強(qiáng)。

表1 黃淮旱地小麥農(nóng)藝性狀與生育期降水年際趨勢(shì)

X1：實(shí)際單產(chǎn)；X2：株高；X3：有效穗數(shù)；X4：穗粒數(shù)；X5：千粒重；X6：理論單產(chǎn)；X7：出苗—成熟期總降水；X8：出苗—抽穗期總降水；X9：抽穗—成熟期總降水?！?”表示顯著增加，“-”表示顯著減少（＜0.05）。下同 X1: Actual yield; X2: Plant height; X3: the number of effective ears; X4: Kernels per ear; X5: 1000-kernel weight; X6: Theoretical yield; X7: Precipitation from germination to maturity; X8: Precipitation from germination to heading; X9: Precipitation from heading to maturity. + indicatessignificant increase. – indicates significant decrease (<0.05). The same as below

圖4 2010—2017年黃淮旱地小麥穗粒數(shù)的變化

圖5 2010—2017年黃淮旱地小麥千粒重的變化

圖6 2010—2017年黃淮旱地出苗-成熟期總降水的變化

黃淮旱肥地的株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、理論單產(chǎn)與出苗—成熟期總降水和出苗—抽穗期總降水呈顯著正相關(guān)。黃淮旱薄地的株高、有效穗數(shù)、理論單產(chǎn)與出苗—成熟期總降水和出苗—抽穗期總降水呈顯著正相關(guān)。

為進(jìn)一步分析小麥農(nóng)藝性狀與降水對(duì)最終產(chǎn)量形成的影響程度，以產(chǎn)量為因變量，株高、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重以及出苗—抽穗期和抽穗—成熟期總降水為自變量，分別對(duì)黃淮旱肥地和黃淮旱薄地進(jìn)行逐步回歸的通徑分析，結(jié)果如表3所示。對(duì)旱肥地實(shí)際單產(chǎn)貢獻(xiàn)較大的有株高和有效穗數(shù)，二者共同決定了小麥產(chǎn)量變異的53.2%。對(duì)旱薄地實(shí)際單產(chǎn)貢獻(xiàn)較大的有株高和千粒重，二者共同決定了小麥產(chǎn)量變異的67%。

通過(guò)比較圖7黃淮旱肥地和黃淮旱薄地篩選出的自變量的通徑系數(shù)可知，黃淮旱肥地和黃淮旱薄地均是株高對(duì)實(shí)際單產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大。此結(jié)果與相關(guān)分析的結(jié)果一致。由出苗—抽穗期總降水與實(shí)際單產(chǎn)和株高的相關(guān)系數(shù)可知，出苗—抽穗期總降水對(duì)實(shí)際單產(chǎn)有一定的正效應(yīng)，但對(duì)株高的正效應(yīng)更大，說(shuō)明出苗—抽穗期的降水主要通過(guò)影響株高來(lái)影響黃淮旱地小麥產(chǎn)量。

表2 黃淮旱地小麥農(nóng)藝性狀與生育期降水相關(guān)性分析

**表示在 0.01 級(jí)別（雙尾），相關(guān)性顯著。*表示在 0.05 級(jí)別（雙尾），相關(guān)性顯著

** and * indicate correlation coefficients are significant at 0.01 level (two-tailed) and 0.05 level (two-tailed) respectively

→表示因果關(guān)系，其上數(shù)字為通徑系數(shù)；? 表示相關(guān)性，其上數(shù)字為相關(guān)系數(shù)，*和**分別表示在0.05、0.01水平上顯著相關(guān)。A為黃淮旱肥地，B為黃淮旱薄地

表3 黃淮旱地小麥產(chǎn)量與其他性狀回歸分析

3 討論

降水的時(shí)間趨勢(shì)變化上，曹倩等[26]對(duì)包括河北、河南、山東、山西、陜西在內(nèi)的冬小麥主產(chǎn)區(qū)生育期降水趨勢(shì)變化的研究表明，生育期內(nèi)的降水量變化趨勢(shì)不顯著。丁一匯[27]、秦大河[28]等人的研究表明，北方地區(qū)冬半年的降雨量呈增加趨勢(shì)。劉新月等[3]對(duì)黃淮旱地山西臨汾1986—2014年降水的研究表明，出苗—越冬期降水有增加趨勢(shì)，抽穗—成熟期降水有減少趨勢(shì)。但是，本研究的研究結(jié)果顯示河南、山西和陜西的中西部黃淮旱地出苗—成熟期總降水呈顯著增加趨勢(shì)，但出苗—抽穗期總降水和抽穗—成熟期總降水無(wú)顯著趨勢(shì)變化。推測(cè)出現(xiàn)上述不同結(jié)果的原因是選取的研究區(qū)域和時(shí)間跨度略有不同。

Nicholls[29]認(rèn)為，同一地區(qū)、同一種作物產(chǎn)量的年際變化主要是由氣候因子的波動(dòng)引起的。Hatfield等[4]進(jìn)一步指出冬季和春季降雨量的年際變化是小麥產(chǎn)量變化的主要原因。Yu等[30]從生長(zhǎng)階段角度進(jìn)行的研究也表明涉及冬春季的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的降水更有利于產(chǎn)量的提高。特別是越冬期降水的增加有利于小麥根部發(fā)育和小麥籽粒產(chǎn)量形成及其穩(wěn)定性的提高[2,31]。本研究農(nóng)藝性狀與生育期降水相關(guān)性分析的結(jié)果顯示，黃淮旱地小麥產(chǎn)量、株高、有效穗數(shù)與出苗—抽穗期總降水呈極顯著正相關(guān)，這與前人研究結(jié)果一致。李廣等[32]利用APSIM模型對(duì)甘肅旱地小麥產(chǎn)量與生育期降水的研究表明，灌漿期每增加1 mm降水，小麥產(chǎn)量約增加3.18 kg·hm-2。而本研究結(jié)果則顯示黃淮旱地小麥產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀與抽穗-成熟期總降水量相關(guān)不顯著。故此推斷黃淮旱地冬小麥主要靠抽穗開(kāi)花前的降雨量獲得高產(chǎn)基礎(chǔ)，在培育新品種時(shí)建議選育花前高效利用有限降水的品種。

相關(guān)性分析和回歸分析的結(jié)果顯示，無(wú)論旱肥地還是旱薄地，研究的農(nóng)藝性狀中均是株高對(duì)產(chǎn)量的直接作用最大。李樸芳等[33]總結(jié)前人的研究認(rèn)為旱地六倍體小麥株高最好控制在 80—100 cm。結(jié)合株高空間分析的結(jié)果，中東部的旱肥地小麥育種應(yīng)側(cè)重提高植株高度，旱薄地小麥穩(wěn)定當(dāng)前高度。除株高對(duì)黃淮旱地小麥的貢獻(xiàn)外，有效穗數(shù)是對(duì)旱肥地產(chǎn)量影響較大的另一重要因子，千粒重是對(duì)旱薄地產(chǎn)量影響較大的另一重要因子。前人研究表明，小麥穗部光合作用對(duì)產(chǎn)量形成具有顯著貢獻(xiàn)，它在缺水狀態(tài)下比正常狀況下光合效率更高[34-35]。此外，花后碳水化合物高效運(yùn)轉(zhuǎn)到籽粒的特性是決定千粒重大小的關(guān)鍵因素。所以，黃淮旱肥地冬小麥還應(yīng)選育花前穗部發(fā)育多的品種；黃淮旱薄地冬小麥還應(yīng)選育花后具有高效運(yùn)轉(zhuǎn)干物質(zhì)能力和高收獲指數(shù)的品種?？紤]到小麥產(chǎn)量、株高和有效穗數(shù)受出苗—抽穗期降水影響較大，而干旱環(huán)境下基因型和環(huán)境的較高互作會(huì)降低小麥的遺傳力，為傳統(tǒng)育種帶來(lái)阻力，適時(shí)輔以分子育種技術(shù)將加快旱地育種的進(jìn)程[36]。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)黃淮旱地小麥農(nóng)藝性狀與生育期總降水的空間分布特征分析，結(jié)果表明空間分布上，黃淮旱地小麥實(shí)際單產(chǎn)、千粒重呈現(xiàn)由西向東增加的趨勢(shì)。西部旱地的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、株高相對(duì)較多（高），中東部旱地對(duì)應(yīng)農(nóng)藝性狀相對(duì)較少（低）。整體來(lái)看，黃淮旱薄地實(shí)際單產(chǎn)低，千粒重小，株高高；黃淮旱肥地實(shí)際單產(chǎn)高，千粒重大，株高矮。山西、河北以北的黃淮旱地不同生育階段總降水普遍較低，中東部以南的旱地不同生育階段總降水相對(duì)較高。時(shí)間變化上，河南、山西和陜西的中西部旱地的出苗—成熟期總降水表現(xiàn)出顯著的增加趨勢(shì)。相關(guān)性分析和通徑分析的結(jié)果表明，株高和有效穗數(shù)是影響黃淮旱肥地產(chǎn)量的重要因子，株高和千粒重是影響黃淮旱薄地產(chǎn)量的重要因子?？紤]到黃淮旱地實(shí)際單產(chǎn)、株高、有效穗數(shù)受出苗—抽穗期總降水影響較大，建議黃淮旱肥地選育植株相對(duì)較高，花前能夠高效利用有限降水以及有效穗數(shù)多的旱地品種，黃淮旱薄地選育株高穩(wěn)定，花后高效轉(zhuǎn)運(yùn)干物質(zhì)和收獲指數(shù)高的旱地品種。

[1] 劉新月, 裴磊, 衛(wèi)云宗, 張正斌, 高輝明, 徐萍. 氣溫變化背景下中國(guó)黃淮旱地冬小麥農(nóng)藝性狀的變化特征——以山西臨汾為例. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(10): 1942-1954.

LIU X Y, PEI L, WEI Y Z, ZHANG Z B, GAO H M, XU P. Agronomic traits variation analysis of Huanghuai dryland winter wheat under temperature change background in China——taking Linfen, Shanxi as an example., 2015, 48(10): 1942-1954. (in Chinese)

[2] 張永紅, 葛徽衍. 關(guān)中冬小麥發(fā)育期降水量突變及其影響. 陜西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 57(2): 7-10.

ZHANG Y H, GE H Y. Precipitation mutation and its influence of the development period of winter wheat in Guanzhong., 2011, 57(2): 7-10. (in Chinese)

[3] 劉新月, 裴磊, 衛(wèi)云宗, 張正斌, 高輝明, 徐萍. 1986—2014年臨汾降水變化及對(duì)旱地小麥農(nóng)藝性狀的影響. 麥類作物學(xué)報(bào), 2016, 36(7): 933-938.

LIU X Y, PEI L, WEI Y Z, ZHANG Z B, GAO H M, XU P. Precipitation change and its influence on wheat agronomic traits in Linfen from 1986-2014., 2016, 36(7): 933-938. (in Chinese)

[4] Hatfield J L, Dold C. Agroclimatology and wheat production: coping with climate change., 2018, 9(224): 1-5.

[5] FANG S B, SU H, LIU W, TAN K, REN S. Infrared warming reduced winter wheat yields and some physiological parameters, which were mitigated by irrigation and worsened by delayed sowing., 2013, 8(7): e67518.

[6] LOBELL D B, SCHLENKER W, COSTA-ROBERTS J. Climate trends and global crop production since 1980., 2011, 333(6042): 616-620.

[7] HOUGHTON J E T, DING Y H, GRIGGS D, NOGUER M, VAN D L P, DAI X, MASKELL K, JOHNSON C A.. Cambridge: Cambridge University Press, 2001: 99-181.

[8] 王英, 曹明奎, 陶波, 李克讓. 全球氣候變化背景下中國(guó)降水量空間格局的變化特征. 地理研究, 2006, 25(6): 1031-1040.

WANG Y, CAO M K, TAO B, LI K R. The characteristics of spatio temporal patterns in precipitation in China under the background of global climate change., 2006, 25(6): 1031-1040. (in Chinese)

[9] 史本林, 朱新玉, 李紅忠, 張怡. 中原腹地氣候變化對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響——以商丘地區(qū)為例. 地理研究, 2012, 31(1): 14-22.

SHI B L, ZHU X Y, LI H Z, ZHANG Y. Impact of climate change on winter wheat yield in central plains of China: case study of Shangqiu., 2012, 31(1): 14-22. (in Chinese)

[10] 史印山, 王玉珍, 池俊成, 魏瑞江. 河北平原氣候變化對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 16(6): 1444-1447.

SHI Y S, WANG Y Z, CHI J C, W R J. Impact of climate change on winter wheat production in the Hebei Plain., 2008, 16(6): 1444-1447. (in Chinese)

[11] 賈蕾, 曾彪, 楊太保, 柳凱茜. 近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)中國(guó)季風(fēng)區(qū)氣溫與降水變化及其時(shí)空差異. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2015, 51(2): 186-192.

JIA L, ZENG B, YANG T B, LIU K Q. Temperature and precipitation changes in the chinese monsoon region during the recent half century and the spatio-temporal differences thereof., 2015, 51(2): 186-192. (in Chinese)

[12] 姚俊強(qiáng), 楊青, 劉志輝, 李誠(chéng)志. 中國(guó)西北干旱區(qū)降水時(shí)空分布特征. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(17): 5846-5855.

YAO J Q, YANG Q, LIU Z H, LI C Z. Spatio-temporal change of precipitation in arid region of the Northwest China., 2015, 35(17): 5846-5855. (in Chinese)

[13] PIAO S L, CIAIS P, HUANG Y, SHEN Z H, PENG S S, LI J S, ZHOU L P, LIU H Y, MA Y C, DING Y H, FRIENDLINGSTEIN P, LIU C Z, TAN K, YU Y Q, ZHANG T Y, FANG J Y. The impacts of climate change on water resources and agriculture in China., 2010, 467(7311): 43-51.

[14] ASSENG S, JAMIESON P.D, KIMBALL B, PINTER P, SAYRE K, BOWDEN J W, HOWDEN S M. Simulated wheat growth affected by rising temperature, increased water deficit and elevated atmospheric CO2., 2004, 85(2/3): 85-102.

[15] SUN H Y, SHEN Y J, YU Q, FLERCHINGER G N, ZHANG Y Q, LIU C M, ZHANG X Y. Effect of precipitation change on water balance and WUE of the winter wheat-summer maize rotation in the North China Plain., 2010, 97(8): 1139-1145.

[16] GUO S L, ZHU H H, DANG T H, WU J S, LIU W Z, HAO M D, LI

Y, SYERS J K. Winter wheat grain yield associated with precipitation distribution under long-term nitrogen fertilization in the semiarid Loess Plateau in China., 2012, 189-190: 442-450.

[17] ZHANG Z, SONG X, TAO F L, ZHANG S, SHI W J. Climate trends and crop production in China at county scale, 1980 to 2008., 2016, 123(1/2): 291-302.

[18] 柳芳, 黎貞發(fā). 降水量和積溫變化對(duì)天津冬小麥產(chǎn)量的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2010, 31(3): 431-435.

LIU F, LI Z F. Impacts of precipitation and accumulated temperature on winter wheat yield in Tianjin., 2010, 31(3): 431-435. (in Chinese)

[19] 李國(guó)強(qiáng), 張亞平, 賈海燕, 楊斌斌, 孫悅, 紀(jì)春燕. 臨汾市冬小麥生育期降水對(duì)產(chǎn)量的影響分析. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 39(8): 877-879.

LI G Q, ZHANG Y P, JIA H Y, YANG B B, SUN Y, JI C Y. Impact of precipitation during the growth period on winter wheat yield in Linfen city., 2011, 39(8): 877-879. (in Chinese)

[20] 孔繁玲, 張群遠(yuǎn), 楊付新, 郭恒敏. 棉花品種區(qū)域試驗(yàn)的精確度探討. 作物學(xué)報(bào), 1998, 24(5): 601-607.

KONG F L, ZHANG Q Y, YANG F X, GUO H M. Studies on the precision of regional cotton variety trials., 1998, 24(5): 601-607. (in Chinese)

[21] 楊國(guó)航, 唐世偉, 季廣德, 孫世賢. 國(guó)家玉米品種試驗(yàn)中對(duì)照品種更迭與發(fā)展. 玉米科學(xué), 2010, 18(4): 49-51,57.

YANG G H, TANG S W, JI G D, SUN S X. Change and development of check in maize varieties plot trial at state-level., 2010, 18(4): 49-51, 57. (in Chinese)

[22] 全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心. 中國(guó)冬小麥新品種動(dòng)態(tài)——國(guó)家冬小麥品種區(qū)域試驗(yàn)匯總. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社.

National Agricultural Technology Extension Service Center.. Beijing: China Agricultural Science and Technology Press. (in Chinese)

[23] 馬倩倩, 賀勇, 張夢(mèng)婷, 張聰, 許吟隆. 中國(guó)北部冬麥區(qū)小麥生育期對(duì)生育階段積溫變化的響應(yīng). 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2018, 39(4): 233-244.

MA Q Q, HE Y, ZHANG M T, ZHAGN C, XU Y L. Responses of winter wheat phenology to accumulated temperature during growing periods in Northern China wheat belt., 2018, 39(4): 233-244. (in Chinese)

[24] AUSTIN R B, BINGHAM J, BLACKWELL R D, EVANS L T, FORD M A, MORGAN C L, TAYLOR M. Genetic improvements in winter wheat yields since 1900 and associated physiological changes., 1980, 94(3): 675-689.

[25] 高輝明, 張正斌, 徐萍, 楊引福, 衛(wèi)云宗, 劉新月. 2001—2009年中國(guó)北部冬小麥生育期和產(chǎn)量變化. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(11): 2201-2210.

GAO H M, ZHANG Z B, XU P, YANG Y F, WEI Y Z, LIU X Y. Changes of winter wheat growth period and yield in northern China from 2001-2009., 2013, 46(11): 2201-2210. (in Chinese)

[26] 曹倩, 姚鳳梅, 林而達(dá), 張佳華, 王培娟, 秦鵬程. 近50年冬小麥主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2011, 32(2): 161-166.

CAO Q, YAO F M, LIN E D, ZHANG J H, WANG P J, QIN P C. Analysis of changing characteristics of agricultural climate resources in the main planted areas of winter wheat in China over last 50 years., 2011, 32(2): 161-166. (in Chinese)

[27] 丁一匯, 任國(guó)玉, 石廣玉, 官鵬, 鄭循華, 翟盤茂, 張德二, 趙宗慈, 王紹武, 王會(huì)軍, 羅勇, 陳德亮, 高學(xué)杰, 戴曉蘇. 氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告(I): 中國(guó)氣候變化的歷史和未來(lái)趨勢(shì). 氣候變化研究進(jìn)展, 2006, 2(1): 3-8.

DING Y H, REN G Y, SHI G Y, GUAN P, ZHENG X H, ZHAI P M, ZHANG D E, ZHAO Z C, WANG S W, WANG H J, LUO Y, CHEN D L, GAO X J, DAI X S. National assessment report of climate change(I): Climate change in China and its future trend., 2006, 2(1): 3-8. (in Chinese)

[28] 秦大河, 丁一匯, 蘇紀(jì)蘭, 任賈文, 王紹武, 伍榮生, 楊修群, 王蘇民, 劉時(shí)銀, 董光榮, 盧琦, 黃鎮(zhèn)國(guó), 杜碧蘭, 羅勇. 中國(guó)氣候與環(huán)境演變?cè)u(píng)估(I): 中國(guó)氣候與環(huán)境變化及未來(lái)趨勢(shì). 氣候變化研究進(jìn)展, 2005, 1(1): 4-9.

QIN D H, DING Y H, SU J L, REN J W, WANG S W, REN R S, YANG X Q, WANG S M, LIU S Y, DONG G R, LU Q, HUANG Z G, DU B L, LUO Y. Assessment of climate and environment changes in China(I): Climate and environment changes in China and their projection., 2005, 1(1): 4-9. (in Chinese)

[29] NICHOLLS N. Increased Australian wheat yield due to recent climate trends., 1997, 387(6632): 484-485.

[30] YU Q, LI L H, LUO Q Y, EAMUS D, CHEN C, XU S H, WANG E L, LIU J D, NIELSEN D C. Year patterns of climate impact on wheat yields., 2014, 34(2): 518-528.

[31] MLADENOV N, PRZULJ NOVO. Effect of winter and spring precipitation on wheat yield., 1999, 45(1): 17-22.

[32] 李廣, 黃高寶. 基于APSIM模型的降水量分配對(duì)旱地小麥和豌豆產(chǎn)量影響的研究. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010, 18(2): 342-347.

LI G, HUANG G B. Determination of the effect of precipitation distribution on yield of wheat and pea in dryland using APSIM., 2010, 18(2): 342-347. (in Chinese)

[33] 李樸芳, 程正國(guó), 趙鴻, 張小豐, 李冀楠, 王紹明, 熊友才. 旱地小麥理想株型研究進(jìn)展. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 31(9): 2631-2640.

LI P F, CHENG Z G, ZHAO H, ZHANG X F, LI J N, WANG S M, XIONG Y C. Current progress in plant ideotype research of dryland wheat (L)., 2010, 31(9): 2631-2640. (in Chinese)

[34] TAMBUSSI E A, BORT J, GUIAMET J, NOGUéS S, ARAUS J. The photosynthetic role of ears in C3 Cereals: metabolism, water use efficiency and contribution to grain yield., 2007, 26(1): 1-16.

[35] MAYDUP M L, ANTONIETTA M, GUIAMET J , GRACIANO C, LóPEZ J.R, TAMBUSSI E.A. The contribution of ear photosynthesis to grain filling in bread wheat (L.)., 2010, 119(1): 48-58.

[36] FAROOQ M, HUSSAIN M, SIDDIQUE K. Drought stress in wheat during flowering and grain-filling periods., 2014, 33(4): 331-349.

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Spatial-Temporal Distribution Characteristic and Interaction between Agronomic Traits of Winter Wheat and Precipitation of Growth Period in Huang-Huai Dryland

LI ShiJing1,2, XU Ping1, ZHANG ZhengBin1,3,4, WEI YunZong5

(1Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050021;2College of Life Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049;3College of advanced agricultural Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049;4The Innovative Academy of Seed Design, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101;5Institute of Wheat Research, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Linfen 041000, Shanxi)

【Objective】This article was to study the spatial-temporal distribution and interaction between agronomic traits of winter wheat and precipitation of growth period, and to provide a theoretical basis for variety improvement of winter wheat in Huang-Huai dryland under climate change.【Method】The data of agronomic traits and precipitation of the national regional trials of Huang-Huai dryland from 2010 to 2017 were used to analyze the spatial-temporal distribution and interaction by geographic methods and statistical methods.【Result】In terms of spatial distribution, the actual yield per unit area and 1000-kernel weight of winter wheat showed an increasing trend from west barren dryland to east fertile dryland. The plant height showed higher in the west barren dryland and lower in the middle and east fertile dryland. The total precipitation of different growth stages in the north of central and eastern Huang-Huai dryland was generally low, the south of central and eastern Huang-Huai dryland relatively high. In terms of time change, the total precipitation of germination to maturity period in the central and western dryland of Henan, Shanxi and Shaanxi showed a significant increasing trend. The total precipitation of germination to heading period was significantly positively correlated with actual yield, plant height, and number of effective ears. The results of path analysis showed that the plant height and the number of effective ears determined 53.2% of the actual yield variation in Huang-Huai fertile dryland, and the plant height and 1000-kernel weight determined 67% of the actual yield variation in Huang-Huai barren dryland. 【Conclusion】It was suggested that winter wheat breeding in Huang-Huai fertile dryland should increase plant height appropriately, improve the ability of efficient use of limited precipitation before flowering and increase ear development. Huang-Huai barren dryland breeding should stabilize plant height and improve the efficiency of transporting dry matter after flowering and harvest index.

Huang-Huai dryland; winter wheat; agronomic traits; precipitation of germination-maturity; spatial-temporal distribution

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.10.003

2018-12-08；

2019-03-06

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃小麥生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制及其適應(yīng)性栽培途徑（2017YFNC050025）、中國(guó)科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院項(xiàng)目

李世景，E-mail：lishijing1122@163.com。通信作者張正斌，E-mail：zzb@sjziam.ac.cn