刘银秀，匡晓为，张祖潜

（1.湖北省气象信息与技术保障中心，武汉 430070；2.湖北省仙桃市气象局，湖北 仙桃 433000）

冬小麦是湖北省主要粮食作物之一。全省现有耕地面积达335万hm2［1］，其中小麦种植面积71万hm2，面积较大。湖北处于中国地势第二级阶梯向第三级阶梯过渡地带［1］，地势呈三面隆起中间低平、向南敞开、北有缺口的不完整盆地。因地貌类型多样［2］，地势高低相差悬殊，西部神农顶海拔达3 105 m，东部平原的监利市谭家渊附近地面高程却为0。西、北、东3面为山地及山前丘陵岗地；中南部为江汉平原，与湖南省洞庭湖平原连成一片，地势平坦，土壤深厚肥沃，除平原边缘岗地外地区，海拔偏低。平原地区由于河湖交叉冲积、沉积，形成了很多大平小不平、蜂窝状、盆碟式的洼地［3］，加上降水充沛，常在小麦生长发育中发生湿害并诱发病害，易遭受严重损失。如何根据较长年代的气象资料，统计分析气候规律，助力种植业合理布局，尽量规避可能出现的灾害，是一项较有意义的农业气象研究工作。

湖北省植物保护总站2021年4月21日资料显示，全省赤霉病累计发生面积为29万hm2。2021年小麦赤霉病在江汉平原地区大发生，在鄂北地区为中等偏重发生。2021年麦收后，仙桃市农业气象人员到当地湖区农村访问调查，乡亲们反映赤霉病严重，收获的基本是病麦，家禽都拒食。早年刘银秀等［4］就曾对江汉平原阴湿害进行过专题研究，发现湿害对小麦产量的影响主要表现在小麦进入生殖生长后，多雨寡照天气削弱了小麦光合作用，地下水位过高降低了麦苗的根系活力，进而阻碍了其干物质积累。不少专家学者对江淮地区冬小麦生长中后期湿害进行过分区研究［5-9］，因湖北地区纬度与江淮地区差别不大，同属亚热带季风气候，因此，可借鉴江淮地区的湿段天气标准［5］、涝渍灾害风险评估方法［6］，对湖北小麦生长后期的湿害情况进行评估分析，这项研究尤其对于没有农业气象观测的地区是有裨益的。

1 资料与方法

1.1 资料

所用资料：湖北省23站1971—2020年共计50年气象观测数据，江苏省溧阳、启东2站1980—1990年的气象观测数据，均来源于湖北省气象信息保障中心。仙桃市2013—2020年共计8年赤霉病资料来源于仙桃市农业局。湖北23个站代表片区：郧西为鄂西北山区代表站；老河口为鄂西北山区向平原过渡地带站；建始为鄂西南山区代表站、当阳为鄂西山区向平原过渡地带站；麻城、大悟为鄂大别山区代表站；蕲春为大别山南缘丘陵；赤壁为幕阜低山丘陵；随州为桐柏山、大洪山以及山地向平原过渡地带站；襄阳、枣阳、宜城为江汉平原北部站；荆州、天门、汉川、仙桃、孝感、应城为江汉平原中部站；嘉鱼、咸宁、公安为江汉平原南部站；江夏、武汉为江汉平原东部站。

1.2 方法

1.2.1 湿段天气系数湿段天气的标准［5］：每年4—5月气象站日观测资料中2、8、20时相对湿度达到85%，14时相对湿度达到82%，且日平均气温≥12.0℃，持续30 h以上。冯成玉等［5］统计的是1980—1990年资料，该时期每天只有4个时次（2、8、14、20时）的小时相对湿度资料，故“持续30 h”实际上是“连续2 d”。

根据冯成玉等［5］“江苏省38个站（点）1980—1990年小麦赤霉病易感期气象资料统计”表，将其中的“统计系数”作为本研究的“湿段天气系数”，湿段天气系数（S）计算式：

式中，S为湿段天气系数，N为统计年数，i为年序，Yi=0或1（某年没出现湿段天气取0，否则取1），Ti为每年出现湿段天气的次数，Di为每年湿段天气的天数合计。

为了验证“持续30 h”是否为“连续2 d”，本研究利用江苏省的气象资料对文献［5］中溧阳、启东2站的统计系数进行了验算，分别为383.85和243.06，结果完全符合。

1.2.2 涝渍指数小麦涝渍灾害主要是由降雨、日照因子综合影响导致的结果，涝渍灾害的危害程度还与阴雨寡照的时间长短密切相关。因此，考虑降水量、降水日数和日照时数综合作用，构建涝渍指数模型［6］：

式中，式中Qwi为第i时间段（本研究以旬为单位）的小麦涝渍指数，Ri、Rdi、Si分别为第i时段的降水量、降水日数、日照时数；Rmax、Rdmax、Smax分别为序列内旬降水量、旬降水日数和旬日照时数的最大值。a1、a2、a3分别表征降水量、雨日和日照时数对形成涝渍灾害贡献的经验系数。盛绍学等［6］研究表明，在淮河以北区将a1、a2、a3取值为1、0.75、0.75，在淮河以南区，a1、a2、a3取值为1、1、0.5。

最终计算结果，当Qwi≤0.5时，表示无涝渍；当0.51≤Qwi≤0.80时，表示轻度涝渍；当0.81≤Qwi≤1.10时，表示中度涝渍；当Qwi＞1.10时，表示重度涝渍。

利用1971—2020年每站3月下旬至5月下旬资料，计算得到每站的小麦涝渍指数。以淮河以南区标准［6］，将a1、a2、a3取值为1、1、0.5，计算湖北的Qwi。在计算过程中，采取分旬统计。为了使各旬全省范围内的站站之间Qwi具有可比性，Rmax、Rdmax、Smax需要统一标准：旬降水日数的最大值，除3月下旬、5月下旬取11外，其他旬均取10；旬日照时数的最大值：取23站50年当旬的最大值；旬降水量的最大值：先取23站50年当旬的最大值，因为站与站之间该值之间的差别太大，再取23站最大值的平均值。

计算得到每站的小麦涝渍指数，并分别统计了Qwi＞0.5、Qwi＞0.8、Qwi＞1.10出现的旬数。

2 结果与分析

2.1 湿段天气系数结果分析

赤霉病已成为部分地区小麦减产、品质低劣的主要因素，以长江中下游冬麦区发生频率最高、损失最大。赤霉病不仅能导致作物减产和品质下降，还能产生毒素，严重时使人畜中毒。赤霉病发生具有间歇性和爆发性，能够在短时间内突然成灾，其发生、发展、流行都和气象条件密切相关或与气象灾害相伴发生。温度适宜时湿度就成为赤霉病发生流行的制约因子［10］。

4—5月是长江流域冬小麦孕穗成熟期，小麦生长旺盛。根据湖北荆州农业气象试验站多年观测资料，小麦抽穗期单株叶面积平均约145 cm2，该阶段叶面积指数可达6.6。研究表明，赤霉病是由多种镰刀菌侵染引起的，其流行程度与菌量、品种及小麦扬花灌浆期间的气候条件密切相关，在温暖潮湿和半潮湿地区尤其严重［7］。

冯成玉等［5］根据小麦赤霉病实际区域病情，将江苏省气候分区指标分为4级：S≥130为1级，80≤S＜130为2级，30≤S＜80为3级，S＜30为4级。

根据式（1），利用湖北省23站1971—2020年50年4—5月的日气象资料，计算湿段天气系数（S）（图1）。从图1可以看出，赤壁、咸宁、嘉鱼气候分区指标分为1级，汉川、仙桃、应城、蕲春、江夏、公安为2级，大悟、建始、随州、宜城、武汉、荆州、天门、孝感为3级，郧西、枣阳、麻城、当阳、老河口、襄阳为4级。

图1 湖北省1971—2020年50年的湿段天气系数分布

小麦赤霉病与气温和相对湿度均有关，徐云等［7］定义指标为气象站2、8、14、20时4个时次记录同时满足气温T≥14.3℃、相对湿度U≥64.7%，其高温高湿的标准与冯成玉等［5］的湿段天气的标准类似，所以湿段天气的标准也是可以根据各地情况进行调整的。

考虑到冯成玉等［5］在计算时，基本以1980年的资料为主，其气候分区指标有时间和空间上的局限性。为了慎重起见，本研究以10年为时间段计算了1971—1980、1981—1990、1991—2000、2001—2010、2011—2020年5个年代的湿段天气系数，并挑选了每个站点5个年代的最大值（图2），以便对50年的湿段天气系数分区结果加以补充。

图2 湖北省1971—2020年5个年代的最大湿段天气系数分布

从图2可见，利用湿段天气系数5个年代的最大值，将标准提高到≥200为1级，除赤壁、咸宁、嘉鱼气候分区指标分为1级外，增加江夏、仙桃、汉川6个站。

如将标准提高到＜50为4级，郧西、老河口、当阳、麻城、大悟共5个站为4级（表1）。

表1 23个站1971—2020年4—5月湿段天气系数分级统计

从图1、图2可见，鄂西南山区为湿害较重区。除了鄂西的中、南部山区外，从鄂西北到咸宁南部呈逐渐增加趋势，以荆门市北部—孝感市北部—武汉市以北为主分界线，往南等值线密集程度迅速增加。

2.2 结果与分析

2.2.1 旬涝渍指数的旬数分级统计湿段天气系数只考虑了空气温度和相对湿度同时偏高造成的小麦湿害，没有考虑降水和日照的影响，涝渍指数正好可以弥补该方面的不足。

根据湖北郧西、天门、钟祥、随州等多个站1990—2013年的小麦生育期观测资料，一般情况下，孕穗普遍期位于3月下旬至4月中旬、抽穗普遍期位于4月上旬至4月下旬、乳熟期位于4月下旬至5月中旬、成熟期位于5月中旬至5月下旬。上述时期正是湖北小麦植株茂盛且易感病时期。因此，选用23个代表站每站1971—2020年3月下旬至5月下旬（累计350旬）的旬降水量、降水日数和日照时数进行历年各站各旬的涝渍指数统计。图3为由各站1971—2020年共50年3月下旬—5月下旬达轻、中、重度涝渍标准（涝渍指数Qwi＞0.5、Qwi＞0.8、Qwi＞1.1）的旬累计旬次数组成的序列图。从图3可见，各站3个级别的旬次数在站点排序中的序数基本一致：其中，鄂西北的郧西、枣阳、老河口旬次数基本属于最少，鄂南的嘉鱼、赤壁、咸宁旬次数基本属于最多。

图3 各站1971—2020年3月下旬至5月下旬达轻、中、重度涝渍标准的累计旬数

为了与湿段天气系数法分区进行比照，用4级标准进行了涝渍指数分区。图4、图5分别为涝渍指数＞0.8的旬数和＞1.1的旬数站点分布图。

从图4、图5可见，咸宁、赤壁、嘉鱼、蕲春、建始、江夏、公安旬涝渍指数＞0.8的旬数大于82次，＞1.1的旬数大于32次；郧西、枣阳、老河口、宜城、襄阳、随州、大悟旬涝渍指数＞0.8的旬数大于40次，＞1.1的旬数大于16次。

图4 湖北省1971—2020年3月下旬至5月下旬涝渍指数＞0.8的旬数分布

图5 湖北省1971—2020年3月下旬至5月下旬涝渍指数＞1.1的旬数分布

湖北旬涝渍指数＞0.8、＞1.1的旬数分布情况（表2）：鄂西南山区为高值区；除了鄂西的中、南部山区外，从鄂西北到咸宁南部呈逐渐增加趋势，以荆门市北部—孝感市北部—武汉市以北为主分界线，往南等值线相对密集，增加较迅速。

表2 湖北省1971—2020年3月旬至5月下旬涝渍指数分区（以＞0.8的旬数为主）

2.2.2 仙桃市2013—2020年赤霉病情与旬涝渍指数对应分析统计仙桃市2013—2020年3月下旬至5月 下旬 每旬 涝渍 指数Qwi＞0.5合计 值、旬Qwi最大值，生成仙桃市2013—2020年旬涝渍指数与赤霉病情 统计表。由 表3可见，2013年 旬Qwi＞0.5合计值1.82、旬Qwi最大值0.74为8年最小，病穗率最小、病情指数次小；2020年旬Qwi＞0.5合计值1.94为8年次小值，病穗率11.3为次小、病情指数3.3最小；2016年旬Qwi＞0.5合计值3.81、旬Qwi最大值1.72为8年最大，病穗率为71、病情指数23为8年最大；2017年病穗率、病情指数均为8年次大，除了与旬Qwi最大值1.47较大有关外，2016年的病源基数大是重要因素。总之，仙桃市2013—2020年赤霉病情与旬涝渍指数对应较好。

表3 仙桃市2013—2020年旬涝渍指数与赤霉病情统计

2.3 湖北地形地势对涝渍影响分析

湖北4—5月的连续阴雨天气，将影响小麦灌浆，降低结实率和粒重，还极易引起赤霉病、锈病的发生和流行［11］。陈协清等［12］指出，江汉平原是长江、汉水及其支流交汇的三角洲地带冲积平原，这里4—5月常出现连阴雨天气，这时正值小麦孕穗、扬花、灌浆阶段，降雨引起的涝渍灾害致使小麦减产，并提出用小麦受淹时间、地表淹水深度、田间土壤渍水3个主要指标，反映小麦在不同阶段的受涝减产函数。小麦抽穗、乳熟期发生渍害，会使小麦根系早衰，严重的甚至发黑腐烂、植株水分供水失调，引起生理干旱，绿色叶片减少，叶片功能期缩短，植株早枯，灌浆成熟期缩短，子粒变小，粒重降低致使产量减少。

对南方易涝易渍地域而言，在植物生长季节，当一场雨引起的地面涝解除后，往往地下水位尚未降落到适宜的埋深，又会遇到另一场降雨，从而客观上存在着先涝后渍，涝去渍存或涝渍交替发生的现象，简称为“涝渍相随现象”。在生产上很难将涝渍作用对作物的影响截然分开［13］。湖北被称为千湖之省，众多的湖泊主要分布在面积较小的平原地区。在生产上，农田排水通常先排涝后排渍。当遇到连续的强降水天气过程时，湖北的城市道路积水已经屡见不鲜。一般农田相较城市地势低，特别是历史上大规模围湖造田形成的众多“湖田”，排净田间渍水需要花更多时间。

前述计算讨论，均是围绕气象站观测资料，没有考虑地形地势的影响。如果田间涝渍时间过长，必然造成湿度过大的田间小气候，故地形地势也要引起高度重视。

一般说来，特别是在平原地区，县级气象站海拔高度高于当地农田的海拔高度。图6是湖北省气象站海拔高度图。利用湖北省气象站海拔高度（因利川、神农架站海拔高度＞1 000 m，为了看图方便，在图中去掉了2个站的信息），蕲春、石首、公安、蔡甸、大冶、阳新、赤壁、浠水、枝江9站海拔高度＜50 m；黄梅、黄冈、武汉、武穴、汉川、孝感、嘉鱼、新洲、洪湖、仙桃、监利、应城、潜江、鄂州、黄陂、云梦、荆州、黄石、天门19站海拔高度＜35 m（表4）。

表4 湖北省23个气象站高度与所在县（市）地形地势

图6 湖北省气象站海拔高度（不含利川、神农架站）

湖北省气象站海拔高度分布情况：除了山区外，全省从西北到长江沿线呈逐渐降低趋势，以荆门市北部-孝感市北部-武汉市以北为主分界线，分界线以南的汉水近岸到长江近岸之间的区域为湖北省的低洼地区。

2.4 综合影响分析

利用1971—2020年50年4—5月的湿段天气系数、5个年代湿段天气系数的最大值、3月下旬至5月下旬旬涝渍指数＞0.8的旬数、旬涝渍指数＞1.1的旬数。对这4种结果的分级见表5，表中4级表示湿害最轻，1级表示湿害最重。湿段天气系数法、涝渍指数法在不考虑地形地势的情况下，鄂西北山区及向平原过渡区、桐柏山大洪山及向平原过渡区、鄂东北大别山与丘陵区、江汉平原北部区、鄂西山区向平原过渡区是湿害4级或3˜4级区，湿害轻和较轻。鄂西南山区为湿害较重区。以荆门市北部—孝感市北部—武汉市以北为主分界线（图7），主分界线以北为湿害较轻区，且越往北湿害越轻；主分界线以南为湿害较重区，且越往南越重。

图7 湖北省小麦生长后期湿害4级分区图

表5 湖北省小麦生长后期湿害分区

3 小结与讨论

由湿段天气系数法、涝渍指数法进行统计综合分析，鄂西北山区及向平原过渡区、桐柏山大洪山及向平原过渡区、鄂东北大别山与丘陵区、江汉平原北部区、鄂西山区向平原过渡区是湿害4级或3˜4级区，湿害轻和较轻。鄂西南山区为湿害较重区。以荆门市北部—孝感市北部—武汉市以北为主分界线，主分界线以南为湿害较重区，基本上是越往南越重。

在考虑地形地势的情况下，江汉平原除北部以外的地区，县城海拔高度一般在50 m以下，尤其是湖区低洼田块，为容易产生较长时段涝渍的区域；湖北偏南丘陵地区的谷地冲田，也有易涝渍地。

鉴于以上分析，为了提高粮食产量，在进行土地种植规划时，对湿害较轻地区，可尽量增加小麦种植面积；对湿害较重地区，最大限度地调减小麦面积；对湿害严重地区的湿害严重地段，种植小麦易遭遇较重赤霉病，造成丰产不丰收，即小麦产量越高，“赤字”越大，建议转向增加双季稻、再生稻面积，也可以一季稻后种植油菜或绿肥或利用冬炕培养地力。

对于湿害的防治，第一，在工程措施上加强农田水利建设，实行排灌分家，对一些低洼田，不仅要明排，还可在地下埋设暗管，对地下水位施行暗降。第二，在农艺措施上，开好并疏理“三沟”，经常中耕松土，以切断土壤毛细管，抑制地下水上升，防止耕作层过湿。第三，在生态对策上，根据生物间共生互利原则，进行作物高矮间套。提高光能利用率，降低田间湿度。如需要种植棉花的地方，可发展“小麦/平菇/棉”生态间套种植模式，不仅鲜菇产量可达22 500 kg/hm2，而且通风透光，减轻小麦湿害。平菇收后菌渣一部分留田，增加了土壤肥力和有机质，可促进棉花增产；另一部分还可加工菌糠饲料，发展畜牧业。