塔城盆地春季回寒天氣對(duì)春玉米播種期的影響及應(yīng)對(duì)措施

侯志強(qiáng)，王金梅

（托里縣氣象局，新疆托里834700）

塔城盆地春季回寒天氣對(duì)春玉米播種期的影響及應(yīng)對(duì)措施

侯志強(qiáng)，王金梅

（托里縣氣象局，新疆托里834700）

由于新疆春季冷空氣活動(dòng)頻繁且強(qiáng)度大，易發(fā)生回寒天氣，給農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。本研究對(duì)1980—1985、1991—2014年塔城盆地氣象資料和春玉米生育期前的出苗情況進(jìn)行分析，探討溫度變化對(duì)春玉米播種期的影響及應(yīng)對(duì)措施，結(jié)果表明，春玉米平均出苗天數(shù)為11.6d，積溫與出苗天數(shù)呈顯著正相關(guān)，覆膜技術(shù)可使春玉米播種期和出苗期提前8～10d，并可減輕回寒天氣的危害。春玉米出苗天數(shù)受影響的小周期是2年和7年左右，大周期是13年、14年和18年左右。當(dāng)日最低均溫、日均溫、日最高均溫分別為5.0℃、11.1℃、18.1℃，可考慮適時(shí)播種，出苗天數(shù)預(yù)計(jì)為13d，覆膜可提高出苗天數(shù)1.8d，日最低均溫低于5.0℃時(shí)可能造成種子無(wú)法萌動(dòng)，發(fā)芽勢(shì)弱，日最低均溫低于7.65℃時(shí)，可能造成種子無(wú)法發(fā)芽。

溫度；春玉米；播種期；出苗期

塔城地區(qū)是新疆小麥、玉米等糧食作物的主要種植區(qū)之一。由于新疆春季冷空氣活動(dòng)頻繁且強(qiáng)度大，常出現(xiàn)以大風(fēng)降溫為主的強(qiáng)天氣過(guò)程，致使全疆氣溫變化劇烈，多風(fēng)沙、浮塵、箱凍等災(zāi)害性天氣，給農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)等造成嚴(yán)重?fù)p失。天氣過(guò)程直接影響春玉米的出苗及后期生長(zhǎng)。已有研究表明，春玉米的產(chǎn)量與播種期及其氣象條件密切相關(guān)[1]。作物能否適時(shí)播種、正常出苗受出苗期間氣象條件嚴(yán)重制約。對(duì)北方春玉米而言，播種早晚由地溫和土壤濕度決定，也就是說(shuō)與氣溫變化密不可分。一般，作物出苗期間土壤含水量在70%左右，才能保證良好的出苗[2]。塔城地區(qū)多屬大陸性干旱性氣候，降雨較少，對(duì)土壤濕度的影響相對(duì)較小。因此，春玉米播期主要受到氣溫因子的影響。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源及預(yù)處理

玉米生育期資料來(lái)源于1980—1985、1991—2014年塔城市國(guó)家基準(zhǔn)氣候觀測(cè)站。春玉米一般選用中晚熟品種，2000年后采用覆膜種植。所使用的氣溫觀測(cè)資料數(shù)據(jù)為塔城市國(guó)家基準(zhǔn)氣候觀測(cè)站提供的中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)整理而得。本研究使用了塔城市農(nóng)業(yè)氣象站春玉米氣象觀測(cè)臺(tái)站1980—1985、1991—2014年期間4月和5月的氣溫觀測(cè)記錄，涉及的數(shù)據(jù)項(xiàng)包括出苗期的平均氣溫、最低均溫、最高均溫、日較溫差和降水量。

1.2 分析方法

出苗期定義為播種至出苗的天數(shù)。試驗(yàn)中所用到的生育期等數(shù)據(jù)均是按照春玉米定點(diǎn)試驗(yàn)站統(tǒng)一要求進(jìn)行田間測(cè)定的。春玉米的積溫為播種至出苗間的日平均溫度求和所得?；睾鞖庖圆シN后溫度低于9℃（不利于發(fā)芽）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)分析采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 積溫與出苗天數(shù)分析

由近30多年數(shù)據(jù)可知，積溫隨出苗天數(shù)變化而變化，積溫范圍為98.2～248.7℃，均值為176℃，標(biāo)準(zhǔn)差為37.2℃；出苗天數(shù)范圍為7～17d，平均出苗天數(shù)為11.6d，標(biāo)準(zhǔn)差為2.1d。最短出苗年限為2003年，出苗天數(shù)為7d，積溫為98.2℃；最長(zhǎng)出苗年限為1983年，出苗天數(shù)為17d，積溫為227.3℃，與最短出苗年限相比，出苗天數(shù)相差10d，積溫相差129.1℃。出苗天數(shù)下積溫累計(jì)最大的年限為1999年，出苗天數(shù)為14d，積溫累計(jì)為248.7℃，是最小積溫98.2℃的2.53倍。

覆膜種植技術(shù)縮短了春玉米出苗天數(shù)。2000年以前無(wú)覆膜種植技術(shù)，春玉米出苗天數(shù)范圍為9～ 17d，平均出苗天數(shù)為12.5d，標(biāo)準(zhǔn)差為2.2d；自2000年春玉米采用覆膜種植技術(shù)后，出苗天數(shù)范圍為7～13d，平均出苗天數(shù)10.7d，標(biāo)準(zhǔn)差為1.8d；兩者相比，春玉米覆膜種植技術(shù)平均縮短了出苗天數(shù)1.8d，可使春玉米播種期和出苗期提前8～10d。

2.2 年際溫度與出苗天數(shù)分析

圖1 塔城盆地春玉米出苗期間年際溫度與出苗天數(shù)變化

圖2 年際溫度和出苗天數(shù)小波分析

由圖1可知，近30多年，塔城盆地春玉米出苗期間年際日最低均溫、年際日均溫和年際日最高均溫變化趨勢(shì)基本一致，與出苗天數(shù)基本呈相反趨勢(shì)。由近30年數(shù)據(jù)可知，年際日最低均溫為8.9℃，標(biāo)準(zhǔn)差為2.1℃；年際日均溫為15.3℃，標(biāo)準(zhǔn)差為2.4℃；年際日最高均溫為22.6℃，標(biāo)準(zhǔn)差為2.8℃。最小年際日最低均溫、日均溫和日最高均年限均為2004年，分別為5℃、11.1℃和18.1℃，最大年際日最低均溫、日均溫和日最高均年限均為1996年，分別為13.9℃、21.4℃和29.3℃。

2.3 年際溫度和出苗天數(shù)小波分析

由圖2中a、b、c、d年際溫度和出苗天數(shù)小波分析可知，年際日均溫、年際日最低均溫、年際日最高均溫和出苗天數(shù)都存在一個(gè)明顯的2年周期，但都還有另一個(gè)不同的周期。年際日均溫、年際日最低均溫、年際日最高均溫和出苗天數(shù)另一個(gè)不同的周期依次為18年、14年、13年和7年左右。因此，從氣溫周期變化來(lái)看，出苗天數(shù)受影響的小周期是2年和7年左右，大周期是13年、14年和18年左右。

2.4 春玉米回寒天氣下播期與出苗天數(shù)分析

將1980—2014年播種至出苗期間出現(xiàn)回寒天氣的年份數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1）。玉米等作物一般在溫度低于9℃不利于其發(fā)芽，溫度低于7℃不利于其萌發(fā)?；睾鞖饽攴?，播種日期為4月18至5月12日，播種日期均溫為13.9±2.6℃；回寒日期為4月19日至5月22日，回寒日期均溫為5.8±1.7℃，播種至回寒前天數(shù)為2～13d，平均為7.0±3.4d；出苗日期為4月28日至5月26日，出苗日期均溫為14.6±4.8℃，回寒至出苗期前天數(shù)為2～9d，平均為5.7±2.5d；整個(gè)出苗天數(shù)為11～17d，平均為12.7±2.1d；降雨量范圍為11.3～79.1mm，平均為28.7±19.8mm。在無(wú)覆膜條件下，播種日期為4月29日至5月12日，回寒日期為5月10～22日，播種至回寒前天數(shù)為5～13d，出苗日期為5月13～ 26日，回寒至出苗前天數(shù)為2～9d。而覆膜條件下，播種日期為4月18～23日，回寒日期為4月19～ 28日，播種至回寒前天數(shù)為2～7d，出苗日期為4月28日至5月5日，回寒至出苗前天數(shù)為4～9d，與無(wú)覆膜條件相比，播種日期、回寒日期和出苗日期均提前了12以上，回寒至出苗前天數(shù)縮短了2d。

表1 春玉米回寒天氣下播期與出苗天數(shù)

表2 各年農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)相關(guān)分析

2.5 各年氣象指標(biāo)與出苗天數(shù)主成分分析

對(duì)農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)與出苗天數(shù)進(jìn)行PCA分析（圖3），投影信息表明各年氣象條件與出苗天數(shù)主要分為4大類，第1類為1984、1992、1994、1995、1996、1999、2005、2012，第2類是1980、1981、1991、2000、2010、2014，第3類為1983、1985、1993、1997、1998、2001、2006，第4類為1982、2002、2003、2004、2007、2008、2009、2011、2013?；睾鞖獾哪攴菰诘?和第4類中，回寒天氣中1982、1983、1985、2004歸為一個(gè)亞類，1993、1997、1998、2001、2009、2013歸為一個(gè)亞類。對(duì)于其歸類的原因需對(duì)主成分PC值與各指標(biāo)做相關(guān)分析做進(jìn)一步剖析。

圖3 各年農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)PC1和PC2主成分分析排序

2.6 各年氣象指標(biāo)與出苗天數(shù)相關(guān)分析

由表2可知，將出苗天數(shù)與累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%的PCA值進(jìn)行相關(guān)分析，出苗天數(shù)僅與出苗期間積溫達(dá)到極顯著水平，與圖1變化規(guī)律一致；PC1與溫度因子均達(dá)到極顯著正相關(guān)，與降水量呈顯著負(fù)相關(guān)，與出苗天數(shù)未達(dá)到顯著水平；PC2與積溫、降雨和出苗天數(shù)達(dá)到顯著正相關(guān)，其它因子未達(dá)到顯著水平；PC3僅與降水量呈極顯著正相關(guān)。綜合分析，第一主成分影響最大的正向因子是年際日最高均溫、年際日均溫，其次是年際日最低均溫和積溫，影響最大的負(fù)向因子是降水量；第二主成分影響最大的正向因子是出苗天數(shù)、積溫和降水量；第二主成分影響最大的正向因子是降水量。因此，結(jié)合對(duì)主成分分析排序結(jié)果，影響排序首要的正向因素是年際日最高均溫、年際日均溫，負(fù)向的因素是降水量，出苗天數(shù)與積溫呈極顯著正相關(guān)。

表3 春玉米出苗天數(shù)與日均溫度回歸模型及預(yù)測(cè)值

2.7 春玉米出苗天數(shù)與日均溫度回歸模型建立及優(yōu)化

年際日最高均溫、年際日均溫、年際日最低均溫這3項(xiàng)指標(biāo)對(duì)各年際的排序是主導(dǎo)效應(yīng)，且在實(shí)踐中容易獲取和進(jìn)行計(jì)算，將春玉米出苗天數(shù)和這3項(xiàng)指標(biāo)結(jié)合，建立春玉米出苗天數(shù)與日均溫度回歸模型，進(jìn)行檢驗(yàn)和優(yōu)化，由于模型的P值檢驗(yàn)都小于0.1水平，可依據(jù)模型預(yù)測(cè)，見表3。2個(gè)模型均為二次線性回歸模型，對(duì)各變量求極值，但和實(shí)際情況基本都不符合，僅模型（2），求得年際日最低均溫極值在出苗天數(shù)為0時(shí)，X1=6.98℃，表明年際日最低均溫低于6.98℃，就會(huì)對(duì)出苗造成影響。模型自尋的最低出苗天數(shù)為13d，變量年際日最低均溫X1、年際日均溫X2、年際日最高均溫X3分別為5.0℃、11.1℃、18.1℃，這3個(gè)日均溫度可以作為適時(shí)播種的參考依據(jù)。結(jié)合圖1和表1分析，在覆膜條件下，春玉米出苗天數(shù)可縮短1.8d左右。年際日最低均溫為5.0℃，表明低于該溫度可能造成種子無(wú)法萌動(dòng)，發(fā)芽勢(shì)弱。

2.8 春玉米出苗天數(shù)與農(nóng)業(yè)氣象因子回歸模型建立與優(yōu)化

將春玉米出苗天數(shù)與農(nóng)業(yè)氣象因子積溫、降水量、年際日最高均溫、年際日均溫、年際日最低均溫、年際日較溫差建立回歸模型，經(jīng)檢驗(yàn)，含X2項(xiàng)各項(xiàng)式均未達(dá)到顯著水平，故剔除該因子。優(yōu)化后二次回歸模型為：

Y=23.04+0.15X1-3.01X4-0.01X1×X5-0.03X3×X6+0.08X4×X5（P<0.001）（3）

（3）式中：Y為出苗天數(shù)，X1為積溫，X2為年際降水量和，X3為年際日最低均溫，X4為年際日均溫，X5為年際日最高均溫，X6為年際日較溫差。

該模型的擬合值和觀測(cè)值之間的誤差分析，模型（3）擬合的較好，擬合誤差均數(shù)為0d，標(biāo)準(zhǔn)差為0.4d，利用該模型可估算播種后的出苗天數(shù)。對(duì)各變量求極值，模型（3）X1的解與實(shí)際情況不符合，X4求得年際日最低均溫極值在出苗天數(shù)為0時(shí)，X4= 7.65℃，表明年際日最低均溫低于7.65℃，就會(huì)對(duì)出苗造成影響，這與上面的模型計(jì)算值較接近，由于模型（3）P值小于0.001，且以檢測(cè)農(nóng)業(yè)氣象因子進(jìn)行建模，準(zhǔn)確度高于模型（2）。因此，當(dāng)春玉米播種后，日最低均溫低于7.65℃時(shí)，會(huì)對(duì)玉米發(fā)芽產(chǎn)生負(fù)影響。

3 小結(jié)

（1）出苗期積溫范圍為98.2～248.7℃，均值為176℃，出苗天數(shù)范圍為7～17d，平均出苗天數(shù)為11.6d，積溫與出苗天數(shù)呈顯著正相關(guān)，覆膜技術(shù)可使春玉米播種期和出苗期提前8～10d。（2）春玉米出苗期間年際日最低均溫、年際日均溫和年際日最高均溫變化趨勢(shì)基本一致，與出苗天數(shù)基本呈相反趨勢(shì)，年際日最低均溫、日均溫和日最高均溫分別為8.9℃、15.3℃、22.6℃，從氣溫周期與出苗天數(shù)時(shí)間序列分析來(lái)看，出苗天數(shù)受影響的小周期是2年和7年左右，大周期是13年、14年和18年左右。（3）春玉米回寒天氣下播種日期范圍為4月18日至5月12日，播種日期均溫為13.9±2.6℃；回寒日期為4月19日至5月22日，回寒日期均溫為5.8±1.7℃，播種至回寒前天數(shù)為7.0±3.4d；出苗日期為4月28日至5月26日，出苗日期均溫為14.6±4.8℃，回寒至出苗期前天數(shù)為5.7±2.5d；整個(gè)出苗天數(shù)為12.7±2.1d；降雨量為28.7±19.8mm，降雨量對(duì)出苗天數(shù)有影響，但未達(dá)到顯著水平。（4）當(dāng)日最低均溫、日均溫、日最高均溫分別為5.0℃、11.1℃、18.1℃，可考慮適時(shí)播種，出苗天數(shù)預(yù)計(jì)為13d，覆膜可提高出苗天數(shù)1.8d，日最低均溫低于5.0℃時(shí)可能造成種子無(wú)法萌動(dòng)，發(fā)芽勢(shì)弱，日最低均溫低于7.65℃時(shí)，可能造成種子無(wú)法發(fā)芽。

4 回寒天氣應(yīng)對(duì)措施

（1）適時(shí)播種預(yù)報(bào)。可利用30多年氣象資料與出苗天數(shù)分析結(jié)果，當(dāng)日最低均溫、日均溫、日最高均溫分別為5.0℃、11.1℃、18.1℃，可考慮適時(shí)播種，減少農(nóng)民播種的盲目性。（2）回寒天氣預(yù)警。對(duì)春玉米而言，播種后，日最低均溫低于5.0℃時(shí)可能造成種子無(wú)法萌動(dòng)，發(fā)芽勢(shì)弱，日最低均溫低于7.65℃時(shí)，可能造成種子無(wú)法發(fā)芽。尤其無(wú)覆膜情況下遇降雨超過(guò)10mm以上，就會(huì)產(chǎn)生爛種危險(xiǎn)，出苗天數(shù)增長(zhǎng)。（3）關(guān)注4中下旬至5月的天氣年度周期變化，加強(qiáng)年度預(yù)警。依據(jù)出苗和溫度的年度周期變化，關(guān)注回寒天氣發(fā)生年限后的第2年和7年左右，13年、14年和18年左右，可能再次發(fā)生回寒天氣。（4）推廣春玉米覆膜技術(shù)。自2000年覆膜后，回寒天氣和降雨造成的出苗遲緩和受阻減輕。春玉米覆膜后，可提早播期至4月20日左右，出苗天數(shù)穩(wěn)定在13d左右，可為后期作物生長(zhǎng)提供有利條件。

[1]陶志強(qiáng)，高旺盛，隋鵬，等.華北低平原不同播種期春玉米的產(chǎn)量表現(xiàn)及其與氣象因子的通徑分析[J].作物學(xué)報(bào)，2013，39（9）：1628-1634.

[2]石銀鹿，駢躍斌，孫貴臣.影響玉米出苗的因素分析[J].玉米科學(xué)，2005，13（3）:123-127.

2016—06—19