1996—2015年同心縣玉米生育期內(nèi)氣象因子變化及其與氣象產(chǎn)量的關(guān)系

周芳 宋菊花 楊波

摘 要：為了掌握在各生育期內(nèi)影響同心玉米產(chǎn)量的氣象因子，以便更加有針對性地開展農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)工作。應(yīng)用同心縣1996—2015年20年同心國家基本氣象站玉米主要發(fā)育期氣象資料結(jié)合玉米單產(chǎn)歷年資料，利用相關(guān)分析等統(tǒng)計方法分析各生育期內(nèi)日平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水量、日照時數(shù)等氣象因子與玉米單產(chǎn)的關(guān)系。結(jié)果表明：1.1996—2015 年同心地區(qū)玉米生育期內(nèi)日最高氣溫、最低氣溫、≥10 ℃ 活動積溫、日照呈上升的趨勢氣候傾向率分別為 0.05 ℃/10a、0.07 ℃/10a、8.9℃/10a、0.12h/10a。降水呈下降趨勢氣候傾向率為-16.7mm/10a。2.1996-1999年、2006-2010年同心縣玉米氣象產(chǎn)量明顯下降趨勢明顯，其中1999年玉米氣象產(chǎn)量低至-1042.5 kg /公頃，為 20a 最低。3.同心玉米氣象產(chǎn)量與4月中旬最高氣溫和9月上旬的最低氣溫的相關(guān)系數(shù)通過了P=0.05的顯著性檢驗，均是負(fù)相關(guān)。與4月中旬和7月下旬的平均氣溫、4月中旬和7月下旬的大于10℃活動積溫、7月下旬最高氣溫及7月下旬日照的相關(guān)系數(shù)通過了P= 0.1的顯著性檢驗，除大于4月中旬10℃活動積溫外均是負(fù)相關(guān)關(guān)系。與7月下旬降水量相關(guān)系數(shù)通過了P=0.01的顯著性檢驗，是正相關(guān)關(guān)系。4.分析在氣象因子臨值情況出現(xiàn)對產(chǎn)量的影響，得出出苗-拔節(jié)階段最高氣溫高于30℃出現(xiàn)天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著正相關(guān)關(guān)系，拔節(jié)至抽雄期日照<7小時的天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，開花至成熟期最高氣溫>32℃的天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著負(fù)相關(guān)，平均氣溫<15℃出現(xiàn)天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著正相關(guān)，降水>8毫米的出現(xiàn)天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：玉米產(chǎn)量；氣溫；降水；日照；相關(guān)分析

氣溫、降水和輻射是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要氣象因素，是作物生長發(fā)育必需的氣象因子，決定了一個地區(qū)的種植制度和糧食產(chǎn)量。因此了解作物生育期內(nèi)氣象因子的變化趨勢及其對作物的影響，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。玉米是中國三大糧食作物之一，其年際間產(chǎn)量波動受多種因素的共同影響，如氣象條件、品種特性及管理措施等，其中氣象因子波動是玉米生產(chǎn)的主要影響因素之一。高蓓等分析了陜西1971年至2003年玉米單產(chǎn)與氣象因子的關(guān)系，研究表明，6月中下旬降水量、七月下旬氣溫8月中旬降水量和9月日照時數(shù)是陜西夏玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子。徐玉秀等分析了1981年至2010年錦州地區(qū)玉米生育期氣象因子變化及其氣象產(chǎn)量的關(guān)系，研究表明錦州地區(qū)玉米產(chǎn)量的生育關(guān)鍵期為小喇叭口期、大喇叭口期和抽雄期，日最高氣溫，≥0℃活動積溫、日照時數(shù)是影響錦州地區(qū)玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子。扈艷萍等對1980-2004年遼寧省玉米主產(chǎn)區(qū)氣候因子與玉米產(chǎn)量相關(guān)性的研究表明，玉米生育期內(nèi)降水對玉米氣象產(chǎn)量的影響最大，其次為≥0. 00 ℃活動積溫和極端氣溫，降水關(guān)鍵期為4—5 月和7—8 月，≥0. 00 ℃活動積溫關(guān)鍵期為7—8 月，降水和活動積溫過大或過小對玉米產(chǎn)量均不利，說明了氣象因子的年際間波動與作物生長發(fā)育及產(chǎn)量密切相關(guān)。

玉米是同心縣主要的糧食作物之一，本文通過基于1996到2015年同心縣氣象因子（ 氣溫、降水、日照時數(shù)） 逐日觀測資料和玉米產(chǎn)量資料，并將氣象數(shù)據(jù)作相應(yīng)時段的統(tǒng)計利用統(tǒng)計方法研究同心縣玉米各生育期氣象因子的年際變化特征，初步分析了氣象因子與玉米氣象產(chǎn)量的關(guān)系，找出影響玉米產(chǎn)量的氣象因子和關(guān)鍵期。

一、資料方法

1.資料來源

1997—2017 年同心縣氣象數(shù)據(jù)（ 日最高氣溫、日最低氣溫、≥0. 00 ℃活動積溫、降水量、日照時數(shù)）來源于同心國家基本氣象站的逐日觀測資料，玉米單產(chǎn)數(shù)據(jù)和玉米生育期數(shù)據(jù)來源于同心縣統(tǒng)計局。

2.研究方法

（1）玉米生育期劃分。根據(jù)玉米全生育期的生長特點，把玉米的生長過程分為4個階段： 播種至出苗期4月中旬至5月上旬；出苗至拔節(jié)5月中旬至6月中旬；拔節(jié)至抽雄期6月下旬至7月上旬；開花吐絲期7月中旬，開花吐絲至成熟期7月下旬至9月上旬并將氣象數(shù)據(jù)作相應(yīng)時段的統(tǒng)計。

（2）數(shù)據(jù)處理。建立氣象要素數(shù)據(jù)庫，分別計算玉米全生育期和各關(guān)鍵期氣溫、降水、日照總和及平均值，基于Excel軟件作圖，采用回歸分析、滑動平均等對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

①計算玉米氣象產(chǎn)量

將玉米實際產(chǎn)量分為趨勢產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量和隨機(jī)產(chǎn)量（ 隨機(jī)誤差） 3 個部分，其中氣象產(chǎn)量是受氣象因素影響的波動產(chǎn)量分量玉米氣象產(chǎn)量的公式為：

Y = Yt + Yw + e （ 1）

式（ 1） 中，Y 為作物實際產(chǎn)量； Yt為社會生產(chǎn)力決定的趨勢產(chǎn)量； Yw為氣候條件決定的氣象產(chǎn)量（ kg /667 m2 ） ； e 為隨機(jī)產(chǎn)量（ 隨機(jī)誤差） ，一般在實際計算中不考慮。趨勢產(chǎn)量可以采用直線滑動平均模擬得到，即將1996—2015年同心地區(qū)玉米實際產(chǎn)量進(jìn)行5 a 滑動平均后獲得，實際產(chǎn)量減去趨勢產(chǎn)量即為氣象產(chǎn)量。

二、結(jié)果分析

1.玉米生育期內(nèi)氣象因子的變化趨勢

（1）氣溫。氣溫是影響玉米生長的重要氣象條件之一，它既影響作物的發(fā)育速度，同時也影響作物的產(chǎn)量，因此氣溫的變化直接影響玉米的整個生長過程。玉米是喜溫作物，玉米生長的最低氣溫為 10. 00—12. 00 ℃，最高氣溫為 40. 00—42. 00 ℃，最適氣溫為25. 00—31. 00 ℃[4-5]。通過對1996—2015年同心最高氣溫分析表明，玉米生育期內(nèi)日最高氣溫出現(xiàn)在2000 年7月24日，為39.0℃ ，同時2000 年，玉米整個生育期平均日最高氣溫（ 28. 34 ℃） 為20年內(nèi)次高值，最高值出現(xiàn)在2005年為（28.78℃） ，日最高氣溫整體略有上升的趨勢，氣候傾向率為0. 05 ℃ /10 a。由同心玉米全生育期日最高氣溫的 5 a 滑動平均可知，1996-2009年上升的趨勢，2009—2015 年同心玉米全生育期日最高氣溫整體趨下降的趨勢。

1996—2015 年同心地區(qū)玉米全生育期平均日最低氣溫在13.2-15.0之間，由趨勢線看出玉米全生育期日最低氣溫略有上升，氣候傾向率為 0. 07 ℃ /10 a，由玉米全生育期日最低氣溫的 5 a 滑動平均 ，1996—2002 年玉米全生育期日最低氣溫的明顯上升趨勢，之后呈平緩的穩(wěn)定狀態(tài)。

1996—2015 年同心地區(qū)玉米全生育期大于10攝氏度活動積溫最大出現(xiàn)在2005年為3137℃，最小出現(xiàn)在1996年為2787℃，由趨勢線看出玉米全生育期日大于10℃活動積溫呈緩慢下降的趨勢，氣候傾向率為 8.9 ℃ /10 a，由玉米全生育期日大于10攝氏度活動積溫的 5 a 滑動平均（ 圖 1c） ，玉米全生育期大于10攝氏度活動積溫在1996—2001 年、2001-2004年有上升趨勢，2004-2009年有下降趨勢，2009年之后上升趨勢明顯。

（2）降水。水分是玉米生長發(fā)育的基本條件，在光熱滿足的條件下，降水是影響玉米生長和產(chǎn)量的主導(dǎo)因素，因此玉米生育期降水量的年際變化對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響較大。玉米屬于喜溫喜水作物，生育期內(nèi)適量的降水可以促進(jìn)作物生長和增加產(chǎn)量。通過統(tǒng)計分析，1996—2015年同心玉米全生育期降水量為91.8—283 mm，生育期降水最少年出現(xiàn)在2005年，最多是出現(xiàn)在2014年，生育期平均降水量為187.7 mm ，1996-2015年玉米生育期內(nèi)降水量呈下降的趨勢，氣候傾向率為 16.7mm /10 a，玉米全生育期降水量 5 a 滑動平均曲線在 1996—2011 明顯下降趨勢，2011年以后略有上升。

（3）日照。日照時數(shù)是指一日中日照時間的長短，是太陽輻射最直觀的表現(xiàn)。日照時數(shù)與作物生長發(fā)育及產(chǎn)量密切關(guān)系。通過統(tǒng)計分析可得1996—2015 年同心玉米全生育期日照時數(shù)為8.1—9.8h/日，生育期內(nèi)平均日照時數(shù)為 9.0h/日，其中1996 年玉米全生育期日照時數(shù)最短，2005 年平均日照時數(shù)最長，玉米全生育期日照時數(shù)整體呈略增大的趨勢，氣候傾向率為0.12 h /10 a，1996—2008 年玉米全生育期日照時數(shù)明顯上升，2008 年以后日照時數(shù)顯著縮短，

2.玉米產(chǎn)量變化趨勢

通過統(tǒng)計分析，1996-1999年、2001-2004年、2006-2010年、2012-2015年同心縣玉米氣象產(chǎn)量下降趨勢明顯，其中1999年玉米氣象產(chǎn)量低至-1042.5 千克/公頃，為 20a 最低，其他時段則為上升趨勢，氣象產(chǎn)量最高為689.2千克 /公頃出現(xiàn)在1996年。

3.玉米生育期內(nèi)玉米產(chǎn)量與氣象因子之間的關(guān)系

（1）氣溫。表1顯示 同心玉米氣象產(chǎn)量與4月中旬最高氣溫和9月上旬的最低氣溫的相關(guān)系數(shù)通過了P=0.05的顯著性檢驗，均是負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明同心玉米氣象產(chǎn)量受播種期極端高溫和收獲期極端低溫影響較大。與4月中旬和7月下旬的平均氣溫、4月上旬和7月下旬的大于10℃活動積溫及7月下旬最高氣溫的相關(guān)系數(shù)通過了P= 0.1的顯著性檢驗，與4月中旬大于10℃活動積溫和7月下旬最高氣溫是正相關(guān)，與4月中旬和7月下旬的平均氣溫、7月下旬的大于10℃活動積溫呈負(fù)相關(guān)，說明同心4月常出現(xiàn)大風(fēng)天氣蒸發(fā)、蒸騰加大氣溫高易導(dǎo)致農(nóng)田水分虧缺加??；7月下旬正值夏玉米處于籽粒形成期，需要充足的水分和養(yǎng)分，最高氣溫、平均氣溫、大于10攝氏度活動積溫對玉米氣象產(chǎn)量均有負(fù)效應(yīng)，說明 氣溫偏高、易發(fā)生干旱，且氣溫高發(fā)育速度加快，生長量不足導(dǎo)致減產(chǎn)。9月下旬平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、大于10攝氏度積溫對氣象產(chǎn)量均有負(fù)效應(yīng)，說明同心地區(qū)9月下旬氣溫過高易導(dǎo)致玉米減產(chǎn)

（2）降水。表1顯示4月下旬到5月下旬降水量與氣象產(chǎn)量是負(fù)相關(guān)，6月至9月上旬，降水與玉米氣象產(chǎn)量均是正相關(guān)，但除7月下旬降水相關(guān)系數(shù)為0.661通過了P= 0.01的顯著性檢驗，其它各旬降水量的相關(guān)性均不顯著，顯然同心地區(qū)7月下旬降水量的多少是玉米產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因子。7月下旬正值同心玉米的籽粒形成的關(guān)鍵時期，需水量急劇增加，是玉米生長發(fā)育和提高產(chǎn)量的關(guān)鍵時期，此時降水適宜或充分，可以促進(jìn)玉米生長發(fā)育，增加玉米氣象產(chǎn)量，有利于玉米的高產(chǎn)。

（3）日照。4月中旬、7月中下旬、8月下旬日照與玉米氣象產(chǎn)量是負(fù)相關(guān)系，其他各旬是正相關(guān)，但只有7月下旬日照與氣象產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)達(dá)顯著水平，此階段玉米生長正處于營養(yǎng)生長階段，需水量急劇增加，日照時數(shù)過長，降水偏少易造成干旱，對籽粒形成有不利影響。

4.氣象因子臨界值及其與氣象產(chǎn)量相關(guān)系

為分析在氣象因子臨值情況出現(xiàn)對產(chǎn)量的影響，并找到這一氣象因子臨值情況，本研究計算同心縣 1996-2015年各發(fā)育階段內(nèi)對產(chǎn)量產(chǎn)生影響的氣象要素臨值出現(xiàn)的天數(shù)，通過相關(guān)分析找到相關(guān)性最大的氣象要素臨值，結(jié)果如表 2所示。

經(jīng)統(tǒng)計計算發(fā)現(xiàn)，各測站均不存在低于某值的最低氣溫天數(shù)與產(chǎn)量具有相關(guān)性情況，則在影響該地區(qū)產(chǎn)量的研究中不考慮最低溫度這一氣象因子。在各發(fā)育階段中，出苗-拔節(jié)期、拔節(jié)-抽雄期及開花至成熟普遍有大于或小于某值的氣象因子出現(xiàn)天數(shù)與產(chǎn)量有相關(guān)關(guān)系，而在其他發(fā)育階段未見明顯關(guān)系。因此，表 3 中只列出這3個發(fā)育階段與產(chǎn)量具有顯著相關(guān)關(guān)系的氣象要素及相應(yīng)相關(guān)系數(shù)?？梢钥闯?，在出苗-拔節(jié)階段最高氣溫高于30℃出現(xiàn)天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著正相關(guān)關(guān)系，拔節(jié)至抽雄期日照<7小時的天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，開花至成熟期，最高氣溫>32℃的天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著負(fù)相關(guān)，平均氣溫<15℃出現(xiàn)天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著正相關(guān)，降水>8毫米的出現(xiàn)天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著正相關(guān)。

三、結(jié)語

1.1996—2015 年同心地區(qū)玉米生育期內(nèi)日最高氣溫、日最低氣變化較小，氣候傾向率分別為 0.05 ℃/10a和0.07 ℃/10a，，≥10 ℃ 活動積溫、日照呈上升的趨勢，氣候傾向率分別為8.9℃/10a和0.12h/10a。降水呈下降趨勢氣候傾向率分別為-16.7mm/10a

2.1996-1999年、2001-2004年、2006-2010年、2012-2015年同心縣玉米氣象產(chǎn)量下降趨勢明顯，其中1999年玉米氣象產(chǎn)量低至-1042.5 千克/公頃，為 20a 最低，其他時段則為上升趨勢，氣象產(chǎn)量最高為689.2千克 /公頃出現(xiàn)在1996年。

3同心玉米氣象產(chǎn)量與4月中旬最高氣溫和9月上旬的最低氣溫的相關(guān)系數(shù)通過了P=0.05的顯著性檢驗，均是負(fù)相關(guān)。與4月中旬和7月下旬的平均氣溫、4月中旬和7月下旬的大于10℃活動積溫、7月下旬最高氣溫及7月下旬日照的相關(guān)系數(shù)通過了P= 0.1的顯著性檢驗，除大于4月中旬10℃活動積溫外均是負(fù)相關(guān)關(guān)系。與7月下旬降水量相關(guān)系數(shù)通過了P=0.01的顯著性檢驗，是正相關(guān)關(guān)系。

4.分析在氣象因子臨值情況出現(xiàn)對產(chǎn)量的影響，得出出苗-拔節(jié)階段最高氣溫高于30℃出現(xiàn)天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著正相關(guān)關(guān)系，拔節(jié)至抽雄期日照<7小時的天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，開花至成熟期最高氣溫>32℃的天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著負(fù)相關(guān)，平均氣溫<15℃出現(xiàn)天數(shù)和降水>8毫米的出現(xiàn)天數(shù)與氣象產(chǎn)量有顯著正相關(guān)。

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