全球氣候變化背景下應(yīng)用溫度三區(qū)間理論對(duì)鄭州地區(qū)夏玉米高溫?zé)岷σ?guī)律研究

劉聰

【摘 要】 在全球氣候變化背景下，中國(guó)氣候自20世紀(jì)80年代開(kāi)始明顯變暖，并且北方增溫更甚于南方，而這對(duì)于農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程有著重大影響。玉米作為我國(guó)最重要的糧食作物之一，其產(chǎn)量對(duì)于國(guó)家糧食安全有著重要意義。而黃淮海地區(qū)，是我國(guó)夏玉米種植面積最大的區(qū)域之一，隨著全球氣候變化，黃淮海地區(qū)氣溫在50年（1958年-2007年）來(lái)處于上升趨勢(shì)，這也加重了該地區(qū)夏玉米遭受高溫?zé)岷Φ某潭取１疚囊韵挠衩诇囟热齾^(qū)間理論中的兩個(gè)指標(biāo)GDDbase，opt、GDDbase+為基礎(chǔ)，以黃淮海地區(qū)河南省鄭州市為例，對(duì)當(dāng)?shù)叵挠衩自诔樗腴_(kāi)花期、灌漿結(jié)實(shí)期所受高溫?zé)岷Τ潭冗M(jìn)行研究，并得出以下結(jié)論：50年間（1958年-2008年），鄭州地區(qū)夏玉米在其抽穗開(kāi)花期、灌漿結(jié)實(shí)其所受高溫?zé)岷Τ潭融呌谠黾?，且后者無(wú)論從高溫?zé)岷Φ脑黾于厔?shì)及嚴(yán)重程度上均要高于前者。

【關(guān)鍵詞】 高溫?zé)岷?；鄭州；夏玉米；溫度三區(qū)間理論

[Abstract] In the context of global climate change， China's climate has been significantly warmer since the 1980s， and the north is warmer than the south， which has a significant impact on the growth and development of crops. As one of the most important food crops in China， corn yield is of great significance to national food security. The temperature in the huang-huai-hai region has been on the rise for 50 years （1958-2007） with the global climate change， which aggravates the degree of high temperature and heat damage to the summer maize in the region. Based on the temperature of summer maize in the theory of three interval GDDbase two indicators， opt， GDDbase + as the foundation， in huang-huai-hai region of zhengzhou city of henan province as an example， the local summer corn in earing， grouting period by high temperature to study the thermal damage degree， and draw the following conclusion： 50 years （1958-2008）， the region of zhengzhou summer corn in the earing， grouting the level of high temperature thermal pollution tends to increase， and the latter from the increase trend of high temperature thermal pollution and severe degree were higher than the former.

[Keywords] high temperature heat damage； zhengzhou； Summer maize； temperature three interval theory

1 全球氣候變化對(duì)夏玉米生育期的影響

當(dāng)今全球氣候正在進(jìn)行著一場(chǎng)以變暖為主要特征的顯著氣候變化，全球變暖對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)潛在及直接影響正在逐漸顯現(xiàn)。而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)氣候條件具有極強(qiáng)的依賴性，也是受氣候變化影響的最敏感行業(yè)之一。夏玉米在生長(zhǎng)發(fā)育的過(guò)程中，對(duì)降水、輻射等氣象條件都有著一定要求，特別是在其生育期間，對(duì)空氣的溫度條件尤為敏感。生育期間空氣溫度過(guò)高可影響夏玉米傳粉、灌漿、結(jié)實(shí)，進(jìn)而導(dǎo)致減產(chǎn)[1]。

2 夏玉米的溫度三區(qū)間理論

溫度對(duì)于夏玉米的完整生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的三基點(diǎn)： 即為下限溫度-維持夏玉米生命、生長(zhǎng)或發(fā)育的最低溫度，若氣溫持續(xù)低于此溫度，此時(shí)夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，甚至停止生長(zhǎng)乃至細(xì)胞因溫度過(guò)低而死亡； 最適溫度-夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育活動(dòng)進(jìn)行最快、最好時(shí)的溫度，處于該溫度附近時(shí)，夏玉米快速生長(zhǎng)，各個(gè)生育期均處于良好狀態(tài)，在其他條件適宜的情況下，所得最終產(chǎn)量也最高；上限溫度-夏玉米維持生命、生長(zhǎng)或發(fā)育的最高溫度，若氣溫持續(xù)高于此溫度，夏玉米可被認(rèn)定遭受高溫?zé)岷Γ瑢?duì)其傳粉、灌漿、結(jié)實(shí)乃至最終產(chǎn)量的形成有著不利影響[2]。

夏玉米所受高溫災(zāi)害的指標(biāo)通常是選取平均溫度，而這種方法的不利之處在于無(wú)法表征極端溫度對(duì)于夏玉米產(chǎn)量的影響，從而導(dǎo)致預(yù)期結(jié)果與實(shí)際結(jié)果往往有著較大的偏差。故本文采用在夏玉米溫度三基點(diǎn)理論的基礎(chǔ)上所發(fā)展而來(lái)的溫度三區(qū)間理論，應(yīng)用積溫的方法對(duì)鄭州地區(qū)夏玉米生育期高溫?zé)岷Τ潭冗M(jìn)行評(píng)估。

GDD是國(guó)際上常用的積溫指標(biāo)之一，可用來(lái)表示夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的熱量累積量。本文利用GDDbase，opt、GDDbase+來(lái)分別表示溫度三區(qū)間理論中的正常溫度指標(biāo)、高溫?zé)岷χ笜?biāo)。其中正常溫度指標(biāo)GDDbase，opt的計(jì)算方法如圖一：

上式中 N為給定的夏玉米生育期天數(shù)，Tmax、Tmin、Tt、DDt分別為第t天的日最高溫度、日最低溫度、日平均溫度和日積溫，二Tbase和Topt分別表示夏玉米生育期間正常溫度的上限和下限。

在此基礎(chǔ)之上熱害指標(biāo)GDDbase+的計(jì)算方法如圖二：

通過(guò)對(duì)GDDbase+的計(jì)算對(duì)50年間鄭州地區(qū)夏玉米生育期高溫?zé)岷Τ潭冗M(jìn)行判斷[3]。

3 對(duì)夏玉米生育期的定義及數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)前人研究，在中國(guó)黃淮海夏玉米主產(chǎn)區(qū)（山東、河南和河北），溫度變化對(duì)夏玉米的生育期及產(chǎn)量影響明顯，大部分地區(qū)其播種期提前且成熟期推遲。氣溫升高同時(shí)也導(dǎo)致了黃淮海地區(qū)整體夏玉米生育期天數(shù)增加[4]。因此本文將河南鄭州地區(qū)夏玉米的抽穗開(kāi)花期定義為7月15日至8月15日，將此期間夏玉米的高溫?zé)岷εR界溫度定義為29度；灌漿結(jié)實(shí)期定義為8月16日至9月15日，將此期間夏玉米的高溫?zé)岷εR界溫度定義為30度[5]，以便于對(duì)GDDbase+指標(biāo)的計(jì)算。

文中所使用的鄭州地區(qū)50年間（1958年-2007年）的氣象數(shù)據(jù)來(lái)自于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)。

4 鄭州地區(qū)1958年-2007年間夏玉米生育期GDDbase+值的變化

4.1 夏玉米抽穗開(kāi)花期GDDbase+值的變化

如圖3所示，在河南鄭州地區(qū)1958年-2007年50年間，當(dāng)?shù)叵挠衩壮樗腴_(kāi)花期（7月15日至8月15日）的GDDbase+值并非一直處于上升狀態(tài)，而是處于波動(dòng)狀態(tài)中。50年間，GDDbase+的均值為31.0，其中，在1973年這一年間，出現(xiàn)了GDDbase+的峰值為76.3；而在1971年這一年間出現(xiàn)了GDDbase+的最低值，為5.3。總體上看，50十年間的GDDbase+值的趨勢(shì)是趨于上升的，但趨勢(shì)線卻趨于平緩，上升幅度不大，且各個(gè)年份之間差異較大，不易看出各個(gè)時(shí)間段GDDbase+值的變化規(guī)律，故對(duì)其做距平處理。

從圖4可以看出，GDDbase+值在1989年-1997年間較均值相比，一直處于下降階段；而1958年-1979年這一時(shí)間段GDDbase+值較均值波動(dòng)較大；而從1998年至2007年，GDDbase+值處于上升階段，距平值整體也趨于上升。

4.2 夏玉米灌漿結(jié)實(shí)期GDDbase+值的變化

如圖5所示，在河南鄭州地區(qū)1958年-2007年50年間，當(dāng)?shù)叵挠衩坠酀{結(jié)實(shí)期（8月16日至9月15日）的GDDbase+的值仍是處于波動(dòng)上升狀態(tài)，對(duì)比夏玉米抽穗開(kāi)花期GDDbase+值的柱狀圖趨勢(shì)線，其50年間的上升趨勢(shì)更為明顯。在該地區(qū)所調(diào)查的時(shí)間內(nèi)，夏玉米GDDbase+值的峰值出現(xiàn)在1998年間，為112.3；GDDbase+值的最低值仍出現(xiàn)在1971年，為11.1；50年間平均來(lái)看，GDDbase+的均值為40.0。無(wú)論是峰值、最低值還是平均值，鄭州地區(qū)夏玉米灌漿結(jié)實(shí)期（8月16日至9月15日）的GDDbase+的值相較于夏玉米抽穗開(kāi)花期（7月15日至8月15日）的值要高，從而反映出即使同處在生育期間，高溫?zé)岷?duì)夏玉米的不同生長(zhǎng)發(fā)育階段的危害嚴(yán)重程度是不同的，該地區(qū)夏玉米灌漿結(jié)實(shí)期的高溫?zé)岷Τ潭纫哂诔樗腴_(kāi)花期，且前者上升趨勢(shì)更為明顯。同樣的，我們對(duì)夏玉米灌漿結(jié)實(shí)期這一時(shí)間段的GDDbase+值做距平處理在1958年至1997年間鄭州夏玉米灌漿結(jié)實(shí)期GDDbase+值較均值處于波動(dòng)狀態(tài)，而后至2007年間幾乎全部處于正值部分。整體趨勢(shì)也趨向于上升，這與前面所得出的結(jié)論相符。

5 結(jié)論

在全球氣候變化背景下，河南鄭州地區(qū)1958年至2007年50年間，整體極端溫度出現(xiàn)趨勢(shì)區(qū)域增加，且夏玉米生育期高溫?zé)岷Πl(fā)生的頻率及嚴(yán)重程度趨于上升。

在該地區(qū)夏玉米生育期推遲的情況下，其灌漿結(jié)實(shí)期與抽穗開(kāi)花期的GDDbase+值均處于波動(dòng)上升狀態(tài)，且各自的距平值也很好的反映了這一點(diǎn)；兩段時(shí)期對(duì)比，前者無(wú)論從GDDbase+值的峰值、均值、最低值任一個(gè)方面來(lái)看，均較后者要高，從而反映出該地區(qū)夏玉米灌漿結(jié)實(shí)期所受的高溫?zé)岷Τ潭纫獓?yán)重于抽穗開(kāi)花期；從50年間GDDbase+值變化的趨勢(shì)線的傾斜程度上來(lái)看，前者要明顯于后者，從而表明了在未來(lái)時(shí)間內(nèi)，當(dāng)?shù)叵挠衩坠酀{結(jié)實(shí)期這一階段的高溫?zé)岷κ录枰叨戎匾暎员ＷC夏玉米的最終產(chǎn)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐玲玲，呂厚荃，方利.氣候變化對(duì)黃淮海地區(qū)夏玉米氣候適宜度的影響[J].資源科學(xué)，2014：124-129.

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[4] 陸偉婷，于 歡，曹勝男.近20年黃淮海地區(qū)氣候變暖對(duì)夏玉米生育進(jìn)程及產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015（16）：50-63.

[5] 中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局與中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). 主要農(nóng)作物高溫危害溫度指標(biāo) （GB/ T 21985—2008）[S]. 2008-06-03 發(fā)布， 2008-11-01 實(shí)施.