東北春玉米全生育期氣候適宜度評價

帥艷民，武夢瑾，吳 昊，王培娟，彭秀媛，谷玲霄，田艷君，邵聰穎，曲 歌，石 瑩，穆 岑

(1.遼寧工程技術大學測繪與地理科學學院，遼寧 阜新 123000；2.中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011；3.中國科學院中亞生態(tài)與環(huán)境研究中心，新疆 烏魯木齊 830011；4.中國科學院大學，北京 100049；5.中國氣象科學研究院，北京 100081；6.遼寧省農業(yè)科學院信息研究所，遼寧 沈陽 110161)

氣候條件是決定農業(yè)種植結構、作物熟性、類型和品種的重要因素，而適宜的氣候要素更是農作物健康生長和高產穩(wěn)產的基本保障。溫度、光照和降水作為農業(yè)氣候資源中關鍵的氣候要素為作物生長提供基本的物質和能量。在作物生長進程中，氣候要素波動可促進或脅迫作物根、莖、葉、花等器官的發(fā)育，與農作物生長狀況、農業(yè)投入產出比、糧食安全問題緊密相關。因此，適時捕獲氣候波動對農作物生產管理，特別是雨養(yǎng)農業(yè)的生產管理尤為重要，也關系著國家糧農安全和宏觀戰(zhàn)略調控。素有華夏糧倉美譽的東北地區(qū)是我國春播玉米的主要種植區(qū)，玉米總產量和播種面積分別占全國玉米總產量和播種面積的40%和33%以上，農田灌溉設施相對薄弱，基本以雨養(yǎng)農業(yè)為主[1]，每年氣候波動對玉米產量的擾動態(tài)勢是國家規(guī)避糧農風險并及時有效地采取宏觀調控措施所需的重要信息[2]。因此，研究雨養(yǎng)農業(yè)區(qū)玉米氣候適宜情況對提高氣候資源利用率和玉米生產力具有重要意義。

農作物生育期內的氣候適宜程度是農業(yè)發(fā)展、氣候變化、作物產量和發(fā)育期預報等研究需要的主要信息之一[3]。自20世紀80年代以來，農業(yè)氣候觀測技術的提高促進了氣候與作物相互關系的研究，而氣候適宜度的提出則為分析氣候因子對作物生長的影響提供了綜合量度指標[4]。自此，氣候適宜度模型逐漸被應用于農業(yè)氣候研究。早期的氣候適宜度模型主要體現(xiàn)農業(yè)生態(tài)的動態(tài)過程[5]，而相應的函數(shù)關系表達仍較模糊。隨著氣象、物候等資料的積累和開放，定量化氣候適宜度模型有了發(fā)展基礎。其中，為分析作物生長的氣候適應性，利用氣候因素對作物生產影響而建立的溫度適宜度模型與日照時數(shù)適宜度模型得到廣泛認可[6-7]，并被大量應用于作物氣候適宜度研究。此外，由于不同作物的生長機理差異，僅對單一尺度、單一氣候要素適宜性進行研究，難以準確表達氣候適宜度的適用性。因此，應用于多尺度、多氣候要素的適宜度研究開始倍受關注。如姚小英等[8]在相關文獻基礎上構建了逐日溫度、逐日日照和逐旬降水適宜度模型，對玉米的氣候適宜性變化進行分析。越昆等[9]則根據(jù)氣候適宜度模型考察了春玉米不同生育期對氣候變化的響應。不僅如此，用于作物發(fā)育期和產量預報的氣候適宜度模型也有較大進展。如金林雪等[10]基于大豆氣候適宜度模型，建立了大豆發(fā)育期預報模型和以旬為步長的產量預報模型，為多地區(qū)大豆發(fā)育期和產量預報研究提供了新方法。在盛產糧食的東北地區(qū)，利用氣候適宜度模型探討農作物不同生長階段的氣候適宜性也有相關研究。如侯英雨等[11]、宮麗娟等[12]利用模糊數(shù)學原理構建東北三省玉米氣候適宜度模型，對玉米不同生育階段各氣候要素適宜度進行了分析。徐延紅[13]依據(jù)氣候適宜度評估結果探討了東北農業(yè)氣候資源利用率情況，為適應氣候變化提出了相應措施。譚方穎等[14]基于東北玉米氣候適宜度模型將氣候適宜評價指數(shù)劃分為適宜、較適宜、較不適宜、不適宜4個級別，為玉米氣候適宜性評價提供了簡單方法。隨著氣候適宜度模型在作物與氣候變化間響應和反饋的深入研究，不少學者開始對氣候適宜模型進行優(yōu)化改進，尤其在水分適宜度方面改進最多。然而，在水分適宜度研究中，模型構建大多采用實際降水，而對作物生長有用的降水量是滿足其蒸發(fā)蒸騰所需的那部分降水，即有效降水[15]。有效降水可更好地從作物生長發(fā)育內在機理角度反映氣候對農作物生長的影響。再則，降水除了地表徑流等非植株有效水，即使進入農作物植株的有效水在時效性上也具有滯后性。因此，準確表達有效降水對作物生長發(fā)育的影響成為提高氣候適宜度評價的潛在途徑。

有效降水研究目前多集中在農作物需水量進行對比分析，以輔助制定合理的灌溉計劃[16-17]，而對其進行適宜度評價則相對缺乏。近年來，數(shù)據(jù)的有效積累和對作物生長機理認識的提高為氣候適宜度模型的優(yōu)化提供潛在機會。因此，本文以東北大田春玉米為研究對象，考察春玉米物候期基本生長需求，研究降水和作物有效降水區(qū)別，構建作物水分適宜度模型，并融合前人研究的溫度和日照適宜度模型建立綜合氣候適宜度模型，以東北典型春玉米種植區(qū)為例，探討多種氣象要素對春玉米生長適宜性的綜合度量，以期為農業(yè)生產發(fā)展和合理分配氣候資源提供基礎信息。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

我國東北地區(qū)(圖1)屬溫帶季風氣候，夏季溫熱多雨，冬季寒冷干燥，1961—2019年≥10℃積溫為2 400～3 200℃，年降水量為450～800 mm，且雨季主要集中在7—8月，呈現(xiàn)“雨熱同季”的氣候特征。該地區(qū)土壤肥沃，適合玉米、大豆、水稻等作物種植，種植制度以一年一熟制為主，其中春玉米是雨養(yǎng)為主的旱區(qū)作物，是全國春玉米最大的種植基地和產區(qū)。

圖1 東北地區(qū)農業(yè)氣象站點分布圖

1.2 數(shù)據(jù)

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 根據(jù)東北春玉米典型種植區(qū)特點和氣候適宜度模型研究需求，本研究收集了1994—2013年25個東北農氣站已有基礎氣象、物候、災害和產量數(shù)據(jù)，其中春玉米生育期包括播種～出苗、出苗～三葉、三葉～七葉、七葉～拔節(jié)、拔節(jié)～抽雄、抽雄～乳熟和乳熟～成熟期7個階段，數(shù)據(jù)來源于中國氣象局官網(wǎng)(http://data.cma.cn)?？紤]到玉米品種信息相對缺乏，為使構建的氣候適宜度模型方便客觀地反映溫度的適宜性，本文依據(jù)春玉米不同生育期健康生長基準相關資料[11]確定了表1所示的東北地區(qū)春玉米各生育期的三基點溫度，即：最適溫度(t0)、最低溫度(t1)和最高溫度(t2)。此外，研究還收集了經過輻射定標和大氣校正的2003—2010年500 m MCD43A4產品(美國宇航局https://search.earthdata.nasa.gov/search)、30 m有效Landsat地表反射開放標準數(shù)據(jù)產品(美國地質調查局https://earthexplorer.usgs.gov/)，結合同期開放的谷歌地球(Google Earth)高分辨率遙感影像，獲取大田春玉米生育期時序特征。

表1 春玉米各生育期三基點溫度/℃

1.2.2 數(shù)據(jù)預處理 根據(jù)研究需要，本文進行數(shù)據(jù)質量篩查和少量缺失數(shù)據(jù)插補。首先，依據(jù)地面數(shù)據(jù)說明和遙感標準數(shù)據(jù)質量評價等級，對篩查出的相對完整的高質量數(shù)據(jù)開展研究，而對于地面連續(xù)缺測數(shù)據(jù)較多的年份則直接剔除。其次，因氣象或儀器問題導致的局部數(shù)據(jù)缺失(如溫度)，則用前后兩天平均數(shù)值代替，多天則采用近鄰站點同期數(shù)據(jù)進行線性插補，而缺測的降水、日照、濕度和風速數(shù)據(jù)則根據(jù)局地常年各氣候要素季節(jié)特點用歷年同期估算值插補。再者，為確保遙感數(shù)據(jù)驗證的客觀中肯，根據(jù)“中國農業(yè)氣象土壤水分數(shù)據(jù)集”(http://idata.cma/idata/)記載，泰來、海倫站在2003—2010年間玉米生長期內均無灌溉，春玉米生長主要受氣候要素影響，故選取二者用于考察像元尺度雨養(yǎng)大田春玉米的生育期長勢基本情況。此外，獲取開放的Google Earth高分辨率遙感影像和Landsat數(shù)據(jù)，用于輔助確定大田位置、解譯與判讀大田作物類型，再匹配并定位至500 m MODIS像元。最后，利用觀測角度歸一化且無云污染的高質量MCD43A4全年時序數(shù)據(jù)估算歸一化植被指數(shù)(Normalized difference vegetation index，NDVI)和增強型植被指數(shù)(Enhanced vegetation index，EVI)[18]用于春玉米全生育期內生長狀況監(jiān)測。

1.3 模型構建

1.3.1 有效降水估算 通過考察有效降水的定義和主流模型，本研究對比多個主流有效降水模型，最終采用聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織(Food and Agriculture Organization of the United，F(xiàn)AO)推薦方法[19]進行估算。有效降水是指用于春玉米蒸發(fā)蒸騰所需的部分降水量，比實際降水更能體現(xiàn)春玉米利用降水量的程度。而降水雖然是春玉米生長所需水分的主要來源，但其并不完全用于春玉米生長，用其評估水分適宜性會有一定偏差。由此，本文引入有效降水。為確定合適的有效降水計算公式，本文分別使用美國農業(yè)部(United States Department of Agriculture，USDA)土壤保持局推薦法[20]、經驗法[21]和FAO推薦法提出的有效降水計算公式，基于海倫站不同管理方式下黑土農田土壤含水量長期監(jiān)測數(shù)據(jù)集[22]，以2005和2007年玉米為研究對象，根據(jù)玉米根系分布規(guī)律，選取0～50 cm土壤觀測層次[23]，通過農田水量平衡方程[14]計算有效降水量，并與模擬值進行相關性驗證。結果如表2所示，在不施肥、低量化肥、高量化肥與高量化肥+有機肥4種農田管理模式下，F(xiàn)AO推薦法模擬的有效降水與農田尺度計算值相關性均為最高。因此，選擇FAO推薦的有效降水計算方法進行有效降水適宜度計算，見式(1)。

表2 不同管理模式下有效降水量模擬值與農田尺度計算值相關性

(1)

式中，Re和R分別為旬有效降水量(mm)和旬實際降水量(mm)；ETc為同期作物需水量(mm)。其中，ETc通過式(2)計算。作物系數(shù)(Kc)根據(jù)FAO-56[24]給出的標準作物系數(shù)(播種～七葉期Kc為0.30，七葉～抽雄期Kc從0.30線性增長到1.20，抽雄～乳熟期Kc為1.20，乳熟～成熟期Kc從1.20線性減少到0.60)與修正公式進行修訂，如式(3)。ET0采用FAO推薦的Penman-Monteith公式計算，如式(4)。

ETc=Kc·ET0

(2)

(3)

(4)

式中，Kci為第i天的作物系數(shù)；i為生育期內的天數(shù)；Kcprev為前一生育期末作物系數(shù)；Kcnext為后一生育期初作物系數(shù)；Lstage為第i天所在生育期的長度；Σ(Lprev)為前面所有生育期的總長度；ET0為參照騰發(fā)量(mm·d-1)；Rn為作物表面的凈輻射(MJ·m-2·d-1)；G為土壤熱通量(MJ·m-2·d-1)；T為2 m高度處的空氣溫度(℃)；U2為2 m高度處的風速(m·s-1)；es為飽和水汽壓(kPa)；ea為實際水汽壓(kPa)；Δ為水汽壓曲線斜率(kPa·℃-1)；γ為濕度計常數(shù)(kPa·℃-1)。

1.3.2 降水適宜度 東北地區(qū)降水在時間和空間上分布不均勻，土壤又有一定蓄水能力，且春玉米自身可對水分利用進行調節(jié)，故直接采用短期降水量等同玉米生長對水分的需求存在明顯不足。因此，本文融合FAO推薦的有效降水估算方法，以生育期為尺度構建有效降水適宜度模型，如式(5)。

(5)

式中，當r為不同生育期有效降水總量(mm)，S(r)為相應生育期有效降水適宜度；當r為不同生育期實際降水總量(mm)，S(r)則為相應生育期實際降水適宜度。

1.3.3 溫度和日照適宜度 溫度和日照為春玉米生長提供必需的熱量資源和輻射能量，其在一定程度上影響著春玉米產量的高低。根據(jù)相關研究[6,8,25]，采用式(6、7)分別評價溫度和日照情況對春玉米生長的適宜性。

(6)

(7)

式中，S(t)為各生育期溫度適宜度；t為不同生育期平均氣溫(℃)；S(s)為各生育期日照適宜度；s為不同生育期實際日照時數(shù)(h)；s0為日照百分率為70%的日照時數(shù)(h)；b取值參考相關文獻[7]確定。

1.3.4 綜合氣候適宜度 不同生育期氣候要素的波動對春玉米生長所帶來的影響各有差異。本文以各生育期春玉米生長發(fā)育適宜所需的溫、光和水量(Vti、Vsi、Vri)為基準，將其各自除以全生育期所需的總量，得出各生育期玉米生長所需的溫、光和水的比重(Uti、Usi、Uri)，如式(8)。通過計算各個生育期溫度、日照和降水適宜度與其相應比重乘積之和得出全生育期溫度、日照和降水適宜度(Sz(t)、Sz(s)、Sz(r))，見式(9)。然后應用主成分分析[26]和指數(shù)和法構建綜合氣候適宜度評價模型，如式(10)。

(8)

(9)

(10)

式中，Si(t)、Si(s)和Si(r)為第i個生育期溫度、日照和降水適宜度；i為生育期個數(shù)；Sj、Sj(t)、Sj(s)和Sj(r)分別為不同生育期綜合氣候適宜度和相應生育期的溫度、日照、降水適宜度；j為7個生育期及全生育期；Cnt、Cns、Cnr分別為第n個主成分的溫度、日照、降水適宜度載荷數(shù)；λn為第n個主成分特征值；n為主成分數(shù)；m為總主成分數(shù)。

1.4 模型檢驗

本文利用遙感植被指數(shù)對“基于有效降水的模型Ⅰ”和“基于實際降水的模型Ⅱ”在海倫、泰來站點測試的模型效果進行驗證。首先，玉米生長快慢、繁茂稀疏和果實欠豐隨品種和外在環(huán)境條件不同而波動，但作為獨特的農作物類型，春玉米全生育期內的物候基本特征仍較為一致，像元尺度的時序植被指數(shù)可有效捕獲其作物健康或脅迫生長的主要動態(tài)變化過程[18,27]。如圖2所示，海倫和泰來站多年春玉米NDVI和EVI在全生育期內呈現(xiàn)出的“綠起～成熟～衰落”的總體變化趨勢展示了春玉米從播種到成熟的生長時序節(jié)律。此外，年際間氣候條件的差異或者同一年春玉米不同生育期溫、光和水的脅迫可導致植被指數(shù)的波動[28]。故植被指數(shù)時序特征中的異?？捎行Х从炒河衩咨趦鹊纳L脅迫。

圖2 2003—2010年海倫和泰來站春玉米NDVI、EVI時序變化

1.4.1 在年際尺度上的檢驗 將“基于有效降水的模型Ⅰ”和“基于實際降水的模型Ⅱ”估算的2003—2010年海倫、泰來站春玉米已有全生育期綜合氣候適宜度與植被指數(shù)進行相關性分析。結果如表3所示，模型Ⅰ與NDVI的相關系數(shù)為0.58，高于模型Ⅱ的0.52；模型Ⅰ與EVI的相關系數(shù)為0.29，高于模型Ⅱ的0.18，且相關系數(shù)均通過顯著性檢驗(P<0.01)。表明模型Ⅰ較模型Ⅱ更能體現(xiàn)春玉米生長脅迫狀況。

表3 模型Ⅰ與模型Ⅱ的氣候適宜度與植被指數(shù)的相關系數(shù)

1.4.2 在玉米生長季尺度上的檢驗 本文選取特征差異明顯的EVI與不同生育期的光、溫和水適宜度進行定性檢驗。如圖3所示，春玉米全生育期各氣候要素適宜度整體較好時，其EVI峰值偏高，如海倫與泰來站2008年春玉米的氣候適宜度與EVI曲線。海倫站2003年與2009年春玉米出苗～三葉期EVI曲線“綠起”迅速，呈現(xiàn)明顯的階梯狀上升特征，這是出苗～三葉期降水適宜度高于播種～出苗期造成的。降水在春玉米營養(yǎng)生長前期較低時，易造成前期水分脅迫，導致細胞干物質積累減少，胚根吸水不足，影響胚芽發(fā)育，從而影響后期的生長。因此，海倫2009年與泰來站2003年和2009年前期降水適宜度接近于0，可能是前期營養(yǎng)生長階段受限的主要原因。而營養(yǎng)生長的拔節(jié)期降水較低會造成嚴重水脅迫，生殖生長的吐絲期降水不足時會影響植株吐絲和授粉并誘發(fā)潛在的歉收，從而導致此時期的EVI偏低，這與泰來站2004年拔節(jié)～乳熟期發(fā)生的情況相似。此外，海倫站2003年春玉米拔節(jié)～抽雄期與抽雄～乳熟期的日照和溫度適宜度差異不大，但抽雄～乳熟期的EVI下降速率明顯較拔節(jié)～抽雄期減緩，表明抽雄～乳熟期水分影響比拔節(jié)～抽雄期小，這與抽雄～乳熟期的有效降水適宜度高于拔節(jié)～抽雄期相符，而與抽雄～乳熟期的實際降水適宜度低于拔節(jié)～抽雄期相悖。泰來站2004年與2005年七葉～拔節(jié)期的溫度適宜度均在0.99以上，2004年此階段的日照適宜度為0.64，高于2005年的0.41，而降水適宜度在0.45以下，低于2005年，且2005年此時期的EVI抬升明顯比2004年快速，表明春玉米水分脅迫較日照脅迫顯著。綜上所述，氣候適宜度可較好反映春玉米的生長特性，且有效降水適宜度比實際降水適宜度更能有效捕獲春玉米水分脅迫現(xiàn)象。

注：P1—播種～出苗期；P2—出苗～三葉期；P3—三葉～七葉期；P4—七葉～拔節(jié)期；P5—拔節(jié)～抽雄期；P6—抽雄～乳熟期；P7—乳熟～成熟期。下同。

2 模型應用

鑒于模型Ⅰ檢驗效果良好，本文將“基于有效降水的氣候適宜度模型Ⅰ”應用于東北地區(qū)典型春玉米種植區(qū)。由于每年已有站點春玉米生育期數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，為方便對年際間氣候適宜度模型應用結果進行分析，本文選取生育期數(shù)據(jù)最為齊全、且相同站點最多的2008年與2009年的東北春玉米進行不同生育期各氣候要素適宜度估算。

2.1 全生育期氣候適宜度

兩年間東北地區(qū)春玉米全生育期內氣候適宜度及適宜度變化不同。如圖4a，4b所示，2008年日照適宜度為0.69，低于2009年的0.78，而有效降水適宜度為0.73，高于2009年的0.59。主要原因是2009年降水偏少，多地區(qū)發(fā)生了大面積干旱。兩年間溫度適宜度總體較高，均在0.85以上，2008年略高于2009年，主要是由于2009年東北地區(qū)中部發(fā)生冷害造成的。兩年間日照、有效降水適宜度較之溫度標準誤差相對較高。春玉米生育期內日照和溫度適宜度的變化量分別為0.09與0.08，而2009年有效降水適宜度則明顯低于2008年的0.13。模型表明有效降水適宜度穩(wěn)定性最差，是影響春玉米產量的關鍵因素。2008年綜合氣候適宜度為0.67，明顯高于2009年的0.56。表明2008年氣候條件較2009年利于春玉米生長。

兩年間黑龍江、吉林和遼寧省的春玉米全生育期內氣候適宜度及適宜度變化不同。如圖4a，4b所示，2008年東北三省日照適宜度均低于2009年，其中遼寧變化最大，黑龍江變化最小，分別為0.18和0。2008年黑龍江、吉林和遼寧省的溫度、有效降水與綜合氣候適宜度均高于2009年。其中，溫度和有效降水適宜度分別集中在0.80和0.60以上，黑龍江溫度適宜度變化最大，為0.16。遼寧和吉林的有效降水和綜合氣候適宜度變化較黑龍江大，分別在0.14和0.10以上。兩年間氣候變化對遼寧和吉林省春玉米生長影響較黑龍江省大。

圖4 2008與2009年東北春玉米全生育期氣候適宜度及適宜度變化

2.2 各生育期氣候適宜度

兩年間東北地區(qū)春玉米各生育期內氣候適宜度及適宜度變化不同。如圖5a，5b所示，首先，在整個生育期內，溫度適宜度集中在0.80以上，普遍較高且穩(wěn)定。而日照適宜度多大于0.60，尤其在抽雄～成熟期，最高可達0.90以上。有效降水適宜度則在玉米整個生長期間取值普遍偏低，基本在0.60以下，僅在拔節(jié)前后較高。綜合氣候適宜度與有效降水適宜度較為相似，均呈兩側偏低、中后期相對較高。其次，溫度適宜度較之日照、有效降水標準誤差相對較低，且三葉期前氣候適宜度變化幅度最大。2008年日照適宜度除乳熟～成熟期外均低于2009年，其三葉期前變化量最高，在0.17以上。而2008年有效降水適宜度在各生育期均高于2009年，其中播種～三葉和拔節(jié)～乳熟期變化量最高，均大于0.14。2008年溫度適宜度除三葉～七葉期外均高于2009年，出苗期前和乳熟期后變化量最高，在0.19以上。2008年綜合氣候適宜度除七葉～拔節(jié)期外均大于2009年，三葉期前和乳熟期后變化量最高。

兩年間黑龍江、吉林和遼寧省春玉米各生育期氣候適宜度及適宜度變化不同。如圖5c～h所示，在整個生育期內，東北三省溫度適宜度普遍高于日照和有效降水適宜度，有效降水適宜度多在0.40～0.60之間波動，且三葉～乳熟期的綜合氣候適宜度偏高于其余生育期。其中遼寧和吉林省溫度適宜度總體較黑龍江高，而日照適宜度較黑龍江低。其次，各省有效降水適宜度標準誤差均最高，溫度適宜度標準誤差均最低，氣候適宜度變化幅度均在春玉米生長前期最大。遼寧、吉林與黑龍江省2008年日照適宜度分別在乳熟期前、三葉期前和拔節(jié)～乳熟期與三葉前和七葉期后低于2009年，有效降水適宜度分別在七葉期前和拔節(jié)～乳熟期、各生育期與三葉期前和七葉～抽雄期和乳熟期后高于2009年。而遼寧2008年溫度適宜度除三葉～七葉期外均大于2009年，吉林與黑龍江省則在各生育期大于2009年。其中三省的日照和有效降水適宜度變化量集中在-0.40～0.40范圍內，遼寧和黑龍江的日照和有效降水適宜度均在七葉期前變化量較大，而吉林在播種～三葉期和七葉～乳熟期變化量高。遼寧與吉林溫度適宜度分別在出苗期前、七葉～拔節(jié)期和乳熟期后變化量最高。遼寧、吉林與黑龍江省2008年綜合氣候適宜度分別在三葉期前和抽雄期后、各生育期與七葉期前和拔節(jié)～抽雄期和乳熟期后高于2009年。且遼寧的綜合氣候適宜度在拔節(jié)期前變化幅度最大，而吉林、黑龍江則分別在三葉期前和乳熟期后、七葉期前和乳熟期后有較高的變化幅度。

圖5 2008與2009年東北春玉米各生育期氣候適宜度及適宜度變化

3 結論與討論

本研究面向東北春玉米引入有效降水構建綜合氣候適宜度模型，對比“基于有效降水模型Ⅰ”和“基于實際降水模型Ⅱ”，利用海倫、泰來站點從定量和定性角度上進行模型測試檢驗，并將最適用模型用于估算東北2008—2009年春玉米氣候適宜度。模型驗證結果表明，“基于有效降水模型Ⅰ”較“基于實際降水模型Ⅱ”與相應NDVI、EVI相關性更好，可有效反映春玉米的氣候適宜性，這為氣候適宜度評價研究提供新思路。模型Ⅰ在2008—2009年東北春玉米應用結果顯示，不同氣候要素適宜度偏低或適宜度變化偏大時，相應氣候災害易出現(xiàn)，該模型對農業(yè)氣象災害具有良好的捕獲能力。

本文利用模型Ⅰ估算東北2008—2009年春玉米不同生育期各氣候要素適宜度及其變化發(fā)現(xiàn)，東北地區(qū)2008年氣候條件較2009年更利于春玉米生長，這與2009年氣候災害較2008年嚴重及產量下降相一致。兩年間東北春玉米不同氣候要素適宜度表現(xiàn)為溫度>日照>有效降水，溫度適宜度在兩年內變化較小，且多在0.80以上，其基本可以滿足東北春玉米生長的熱量需求。2008—2009年東北春玉米綜合氣候適宜度在中后期偏高，此時期氣候條件比其余生育期適宜春玉米發(fā)育。兩年間東北氣候適宜度在三葉期前變化幅度最大，這是由于2008與2009年此時期氣候差異較大造成的。對于不同省份來說，兩年間遼寧和吉林省溫度適宜度總體較黑龍江偏高，而日照適宜度較黑龍江偏低。這主要是因為東北地區(qū)西南部溫度普遍高于東北部，而緯度位置高的東北部日照更強。遼寧和吉林省的日照和有效降水適宜度變化量高于黑龍江省，溫度適宜度變化量低于黑龍江省，這與2009年遼寧的昌圖、綏中和莊河及吉林的長嶺、農安和遼源等地區(qū)發(fā)生的頻繁重度干旱相吻合。吉林、黑龍江的日照和有效降水適宜度分別在播種～三葉期和七葉～乳熟期、七葉期前變化較大，是由于2009年此時期的干旱較2008年影響范圍廣且嚴重造成的。遼寧、吉林省溫度適宜度分別在出苗期前、七葉～拔節(jié)期和乳熟期后變化量最大，主要原因是2009年遼寧的昌圖與吉林的白城、長嶺和遼源等地區(qū)在此階段發(fā)生冷害。這可為東北地區(qū)春玉米生產管理決策提供基礎信息服務。

本文構建的“基于有效降水的氣候適宜度模型Ⅰ”在捕獲春玉米生長態(tài)勢上展露潛在優(yōu)勢，能較好地反映春玉米全生育期氣候適宜性變化。此外，由于底墑、玉米品種和施肥等田間管理信息獲取困難，難以作為輸入變量，本文主要考慮了溫度、光照和降水三個要素，忽略了品種更替等信息的影響，這部分工作待收集更多田間管理和其他因素信息后逐步完善。