氣候變化背景下東北地區(qū)春玉米生育期變化分析

淮賀舉 孫寧 于景鑫 李存軍 張騫 王艾萌 史磊剛

摘要： 春玉米是東北地區(qū)主要作物，研究氣候變化背景下春玉米生育期的變化具有重要意義。利用東北玉米種植區(qū)內(nèi)39個農(nóng)業(yè)氣象試驗站1981—2012年的物候期觀測記錄數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析1981—1999年和2000—2012年春玉米播種、拔節(jié)、開花、成熟等關(guān)鍵物候期以及營養(yǎng)生長期、營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)期、生殖生長期及全生育期長度的變化特征。結(jié)果表明，與1981—1999年相比，2000—2012年東北地區(qū)春玉米平均播種期日序差的范圍為-10～9 d，推遲站點占32.5%;平均拔節(jié)期日序差的范圍為-8～9 d，推遲站點占42.5%;平均開花期日序差的范圍為-6～6 d，推遲站點占62.5%;平均成熟期日序差的范圍為-8～9 d，推遲站點占32.5%。營養(yǎng)生長期長度差范圍分別是-23～16 d，增長的站點占57.5%;并進(jìn)期長度差范圍是-17～8.5 d，增長的站點占40%，生殖生長期長度差的范圍為-8～21 d，增長的站點占75%;全生育期長度差范圍是-19～15 d，增長的站點占55%。

關(guān)鍵詞： 氣候變化;東北地區(qū);春玉米;生育期;物候期

中圖分類號： S513.04;S162.5+3? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）05-0080-04

氣候變暖已成為不爭的事實，溫度升高對人類賴以生存的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生了重要影響[1-7]。作物生育期是其隨著季節(jié)性環(huán)境變化而形成的生長發(fā)育節(jié)律，能夠客觀地反映作物對氣候變化的響應(yīng)和適應(yīng)，研究氣候變化對作物生育期的影響具有重要意義[8-13]。

東北地區(qū)是我國氣候變暖最明顯的地區(qū)，玉米是東北地區(qū)最重要的作物，圍繞氣候變化對東北地區(qū)作物生育期的影響，國內(nèi)的專家學(xué)者做了大量的工作[14-16]。張建平等利用氣候模型BBC-T63輸出的未來60年氣象資料，通過WOFOST作物模型模擬研究發(fā)現(xiàn)，未來氣候變化情景下我國東北地區(qū)玉米生育期將縮短，玉米產(chǎn)量會相應(yīng)下降[17]。王玉瑩等利用2002—2009年國家東北早熟春玉米品種區(qū)域試驗中對照品種生育期、產(chǎn)量和氣候資料等相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了氣候變暖對東北早熟春玉米生產(chǎn)及育種的影響[18]。陳群等認(rèn)為，近20年黑龍江省玉米平均播種提前，而吉林省、遼寧省推遲，東北三省玉米平均成熟日期推遲，平均生育期時間增加[19]。劉月娥研究發(fā)現(xiàn)，玉米各生育階段（播種出苗、出苗吐絲和吐絲成熟）的生育期長短隨著緯度的北移發(fā)生了顯著的變化，隨著緯度的北移，玉米營養(yǎng)生長期的長度顯著增加，而生殖生長期的長度顯著降低[20]。穆佳等認(rèn)為春玉米關(guān)鍵發(fā)育期均有延后趨勢，大部分地區(qū)春玉米生長前期（播種期―抽雄期）日數(shù)減少，生長后期（抽雄期—成熟期）日數(shù)增加，全生育期日數(shù)增加[21]。Li等研究發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)41.5%站點的玉米播期與抽穗期顯著提前，43.4%站點的玉米成熟期推遲，30%站點的玉米營養(yǎng)生長期、生殖生長期觀測結(jié)果顯示區(qū)域內(nèi)玉米物候期均出現(xiàn)了不同程度的變化響應(yīng)[22]。

本研究利用1981—2012年期間東北地區(qū)玉米種植區(qū)39個農(nóng)業(yè)氣象試驗站點的物候期觀測記錄，系統(tǒng)對比1981—1999年與2000—2012年春玉米播種、拔節(jié)、開花、成熟關(guān)鍵物候期，以及營養(yǎng)生長期、營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)期、生殖生長期及全生育期長度，以期完善基于氣象數(shù)據(jù)的東北地區(qū)春玉米生育期變化研究，為制定未來氣候變化條件下作物種植的適應(yīng)策略提供支撐。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究中的東北地區(qū)主要指遼寧、吉林、黑龍江等3個省，屬溫帶半濕潤半干旱氣候帶，冬季低溫干燥，夏季較溫暖濕潤，年平均氣溫一般在-5～10 ℃之間，≥10 ℃積溫在2 000～3 600 ℃·d之間，全年降水量為500～800 mm，其中60%集中在7—9月，雨熱同季，日照充足，適宜玉米生長發(fā)育，是我國春播玉米的主要產(chǎn)區(qū)。東北三省面積為79.18萬km2，其中耕地面積為26.44萬km2，約占全國耕地總面積的16.5%，是我國第一大玉米產(chǎn)區(qū)，玉米種植面積和總產(chǎn)量分別約占全國玉米總播種面積和總產(chǎn)量的30%、33.8%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

春玉米物候期觀測數(shù)據(jù)來自中國氣象局中國農(nóng)作物生長發(fā)育和農(nóng)田土壤濕度旬值數(shù)據(jù)集，包括1981—2012年東北三省春玉米種植區(qū)內(nèi)39個農(nóng)業(yè)氣象站播種、拔節(jié)、開花和成熟的具體日期。農(nóng)業(yè)氣象站點分布如圖1所示。

1.3 研究方法

1.3.1 物候期日序 物候觀測選用農(nóng)業(yè)氣象站記錄的播種、拔節(jié)、開花和成熟日期，并將記錄日期轉(zhuǎn)換為儒歷日（day of one year，DOY）。

1.3.2 生育階段劃分 本研究將春玉米生育期劃分為營養(yǎng)生長期（從播種到拔節(jié)）、營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)期（簡稱并進(jìn)期，從拔節(jié)到開花）、生殖生長期（從開花到成熟）3個階段。

1.3.3 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和空間表達(dá) 基于Excel軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，采用ArcGIS 10.0軟件對東北地區(qū)春玉米的物候期日期、生育期長度進(jìn)行空間表達(dá)。

2 結(jié)果與分析

2.1 東北地區(qū)春玉米平均物候期空間分布

從圖2可以看出，東北地區(qū)春玉米物候在空間分布上存在較大差異，整體表現(xiàn)為緯度越高，物候期越遲，同時受地形影響，平原地區(qū)的物候期要早于山地丘陵區(qū)。其中，1981—1999年東北地區(qū)春玉米平均播種期、拔節(jié)期、開花期及成熟期日序的變化范圍分別為108～142、168～192、195～222、240～275 d，2000—2012年東北地區(qū)春玉米平均播種期、拔節(jié)期、開花期及成熟期日序的變化范圍分別為112～139、159～194、184～217、240～277 d。

從圖3可以看出，與1981—1999年相比，2000—2012年東北地區(qū)春玉米平均播種期日序差的范圍為-10～9 d，多數(shù)為-5～5 d，推遲的站點占32.5%;平均拔節(jié)期日序差的范圍為 -8～9 d，多數(shù)為-5～5 d，推遲的站點占42.5%;平均開花期日序差的范圍為-6～6 d，推遲的站點占62.5%;平均成熟期日序差的范圍為 -8～9 d，多數(shù)為-5～0 d，推遲的站點占32.5%。

2.2 東北地區(qū)春玉米生育階段長度空間分布

從圖4可以看出，東北地區(qū)春玉米各生育階段長度的空間分布差異不明顯，1981—1999年營養(yǎng)生長期、并進(jìn)期、生殖生長期及全生育期長度的范圍分別為40～73、17～35、45～62、115～156 d。2000—2012年營養(yǎng)生長期、并進(jìn)期、生殖生長期及全生育期長度的范圍分別為41～73、13～33、47～67、119～152 d。

從圖5可以看出，與1981—1999年相比，2000—2012年東北地區(qū)春玉米營養(yǎng)生長期長度差范圍是-23～16 d，增長的站點占57.5%;并進(jìn)期長度差范圍是-17～8.5 d，增長的站點占40%;生殖生長期長度差的范圍為-8～21 d，增長的站點占75%;全生育期長度差范圍是-19～15 d，增長的站點占55%。

3 討論與結(jié)論

1981—1999年東北地區(qū)春玉米平均播種期、拔節(jié)期、開花期及成熟期日序的變化范圍分別為 108～142、168～192、195～222、240～275 d，2000—2012年的分別為112～139、159～194、184～217、240～277 d。1981—1999年營養(yǎng)生長期、并進(jìn)期、生殖生長期及全生育期長度的范圍分別為 40～73、17～35、45～62、115～156 d，2000—2012年的分別為41～73、13～33、47～67、119～152 d。

與1981—1999年相比，2000—2012年東北地區(qū)春玉米平均播種期日序差的范圍為-10～9 d，多數(shù)為-5～5 d，推遲的站點占32.5%;平均拔節(jié)期日序差的范圍為-8～9 d，多數(shù)為-5～5 d，推遲的站點占42.5%;平均開花期日序差的范圍為-6～6 d，推遲的站點占62.5%;平均成熟期日序差的范圍為-8～9 d，多數(shù)為-5～0 d，推遲的站點占32.5%。

與1981—1999年相比，2000—2012年東北地區(qū)春玉米營養(yǎng)生長期長度差范圍是-23～16 d，增長的站點占57.5%;并進(jìn)期長度差范圍是 -17～8.5 d，增長的站點占40%，生殖生長期長度差的范圍為-8～5 d，增長的站點占75%;全生育期長度差范圍是-19～15 d，增長的站點占55%。

作物生育期的變化是作物本身生理過程和環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果[15]。溫度、光周期、日照時數(shù)、光輻射和降雨等氣候條件是影響玉米生長及生育期進(jìn)程的主要因素，其中溫度和光周期是影響玉米生長發(fā)育的最主要因素[20]。生育期以及生育階段長度的變化是作物被動適應(yīng)氣候變化的過程[23-26]，隨著熱量資源的不斷增加，東北地區(qū)玉米播種范圍不斷擴(kuò)大，種植面積穩(wěn)步增加，在生產(chǎn)中更應(yīng)該通過作物品種、農(nóng)藝措施、種植制度的變化來主動適應(yīng)氣候變化。

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收 稿日期：2019-02-20

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2016YFD0300201）。

作者簡介：淮賀舉（1983—），男，河北沙河人，博士研究生，助理研究員，主要從事耕作制度與農(nóng)業(yè)信息化研究。E-mail：huaihj@nercita.org.cn。

通信作者：史磊剛，博士，高級農(nóng)藝師，主要從事數(shù)字農(nóng)作制研究。E-mail：shilg@nercita.org.cn。