衡水市夏玉米生育期氣象因子變化趨勢分析

陳克敏，張 健，李月英

衡水市氣象局，河北衡水 053000

衡水市位于河北省東南部，地處河北沖積平原，處于大陸季風(fēng)氣候區(qū)，屬于溫暖半干旱型，氣候特點(diǎn)為四季分明，冷暖干濕差異較大，春季干旱少雨、多風(fēng)增溫快，夏季潮濕悶熱、降水集中，秋季多秋高氣爽天氣，冬季氣候干冷、雨雪稀少。衡水市農(nóng)業(yè)氣候資源較豐富，是京津重要的農(nóng)副產(chǎn)品加工供應(yīng)基地。玉米是重要的食用、飼用和工業(yè)用作物，也是世界上種植面積最大、分布范圍最廣、產(chǎn)量最高的農(nóng)作物之一。衡水市夏玉米常年種植面積為28.573萬hm2，占糧食作物播種面積的47.99%，總產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的50.69%。在衡水市糧食作物中，夏玉米種植面積居第2位，總產(chǎn)排第1位。因此，夏玉米在衡水市糧食生產(chǎn)中占據(jù)舉足輕重的地位，研究夏玉米生育期氣象因子變化趨勢對(duì)玉米生產(chǎn)具有重要意義。

氣溫、降水和輻射是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要?dú)庀笠蛩?，是作物生長發(fā)育必需的氣象因子，決定了一個(gè)地區(qū)的種植制度和糧食產(chǎn)量[1]。在諸多農(nóng)業(yè)氣候資源利用研究中，已開展了一些關(guān)于夏玉米生育期氣候變化的研究。胡洵瑀等[2]對(duì)華北平原夏玉米各生育階段農(nóng)業(yè)氣候要素變化進(jìn)行了研究。薛昌穎等[3]研究了黃渤海地區(qū)夏玉米生長季干旱的時(shí)空特征等。但是，對(duì)衡水市夏玉米生育期氣象因子變化的研究較少。本研究將降水、溫度、日照等氣象因子細(xì)化到每個(gè)關(guān)鍵生育期，分析得出各關(guān)鍵生育期氣象因子的變化特征，旨在深入探討夏玉米生育期氣候變化規(guī)律，充分利用當(dāng)?shù)貧夂蛸Y料，科學(xué)設(shè)置夏玉米生產(chǎn)管理規(guī)劃，以期獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 研究內(nèi)容與方法

1.1 資料來源

將1990—2019年衡水市桃城區(qū)、阜城縣、冀州區(qū)、故城縣和饒陽縣5個(gè)縣（市區(qū)）的氣象數(shù)據(jù)平均值作為樣本資料，氣象因子資料來源于5個(gè)縣（市區(qū)）氣象局，夏玉米關(guān)鍵生育期資料來源于河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所。

1.2 研究內(nèi)容與方法

依據(jù)衡水市夏玉米生長發(fā)育規(guī)律，選取了7個(gè)關(guān)鍵生育期分別設(shè)定為：播種期6月10—20日，出苗期 6月15—25日，大喇叭口期7月15—25日，抽雄期8月1—10日， 吐絲期8月6—15日，灌漿期8月20日—9月20日，成熟期9月21日—10月10日。選取了夏玉米7個(gè)關(guān)鍵生育期的平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)，播種期 5 cm地溫，大喇叭口期、抽雄期、吐絲期極端最高氣溫和高溫日數(shù)等29個(gè)氣象因子（表1）。

建立夏玉米關(guān)鍵發(fā)育期氣象因子數(shù)據(jù)庫，分別計(jì)算各氣象因子的總和與平均值，基于Excel軟件繪制各氣象因子的年際變化和線性趨勢圖，借助SPSS21軟件計(jì)算出各氣象因子與時(shí)間的線性相關(guān)系數(shù)，對(duì)照相關(guān)系數(shù)臨界值以α＝0.05的顯著性水平為檢驗(yàn)變化是否顯著的標(biāo)準(zhǔn)，分析得出衡水市夏玉米關(guān)鍵生長發(fā)育期氣象因子變化特征（表1）。

表1 氣象因子

2 結(jié)果與分析

2.1 氣溫變化

氣溫變化直接影響玉米的發(fā)育速度和產(chǎn)量，是影響玉米生長的重要?dú)庀髼l件之一。玉米的產(chǎn)量、質(zhì)量受低溫和高溫的影響都極為明顯[4]。該地區(qū)夏玉米一般在6月中旬播種，10月上旬收割，生長在一年中最熱的時(shí)期，尤其大喇叭口期至吐絲期是當(dāng)?shù)馗邷靥鞖饧袝r(shí)段，也是夏玉米對(duì)溫度最敏感的時(shí)期，因此夏玉米的生產(chǎn)主要受到高溫的影響較大。

2.1.1 平均氣溫的變化 通過分析1990—2019年衡水市夏玉米各關(guān)鍵生育期平均氣溫表明，播種期、抽雄期、吐絲期平均氣溫均呈波動(dòng)上升趨勢，其他生育期平均氣溫波動(dòng)趨勢幅度不明顯，各生育期平均氣溫與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.065～0.354，均未通過α＝0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，表明各生育期平均氣溫上升趨勢不顯著。

2.1.2 高溫日數(shù)的變化 1990—2019年衡水市≥35℃的高溫日數(shù)分析表明，高溫主要出現(xiàn)在大喇叭口期，年平均為1.8 d，但變化趨勢不明顯，抽雄期、吐絲期高溫日數(shù)均呈波動(dòng)上升趨勢，上升幅度分別為0.42 d/10年和0.34 d/10年。高溫日數(shù)與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.020～0.289，均未通過α＝0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，表明高溫日數(shù)上升趨勢未達(dá)到顯著水平。

2.1.3 極端最高氣溫的變化 1990—2019年衡水市夏玉米大喇叭口期、抽雄期、吐絲期極端最高氣溫變化范圍為30.94℃～42.18℃，大喇叭口期極端最高氣溫年平均達(dá)35.7℃，變化趨勢不明顯，抽雄期、吐絲期極端最高氣溫呈波動(dòng)上升趨勢，與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為0.205、0.439，吐絲期極端最高氣溫相關(guān)系數(shù)通過了α＝0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，呈顯著上升趨勢（圖1），上升速率為0.664℃/10年。

圖1 1990—2019年大喇叭口期、抽雄期、吐絲期的極端最高氣溫變化

2.1.4 有效積溫的變化 1990—2019年衡水市夏玉米播種期—成熟期≥10℃的有效積溫變化范圍在1 624.42℃·d～1 915.38℃·d之間，從年際變化線性趨勢來看呈波動(dòng)上升趨勢，與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為0.358，接近α＝0.05的顯著性水平檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)0.361。

2.1.5 播種期5 cm地溫的變化 1990—2019年衡水市夏玉米播種期5 ㎝地溫變化范圍為24.72℃～32.43℃，呈波動(dòng)上升趨勢（圖2），上升幅度為0.825℃/10年，與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為0.408通過了α＝0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，說明播種期的5 cm地溫呈顯著上升趨勢。播種期地溫的上升有利于玉米快速發(fā)芽，可以提高夏玉米出苗速率。

圖2 1990—2019年播種期5 ㎝地溫變化

2.2 降水量的變化

玉米生長在一年中最熱的時(shí)期，需水量較大，玉米不同生育階段對(duì)水分的需求不同，其中苗期較耐干旱，抽雄期前后30 d至灌漿期需水量最大，約占全生育期需水量的50%，后期相對(duì)偏少[5]。

分析1990—2019年衡水市夏玉米各關(guān)鍵生育期平均降水量，結(jié)果表明降水主要集中在大喇叭口期、抽雄期、吐絲期、灌漿期，符合玉米生長發(fā)育的需水規(guī)律。從各發(fā)育期平均降水量變化曲線圖來看，平均降水量年際變化波動(dòng)幅度較大，趨勢變化不明顯，計(jì)算各生育期平均降水量與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為-0.088～0.140，說明各關(guān)鍵生育期平均降水量年際變化趨勢不明顯。

該地區(qū)夏玉米生育期與降水集中期相重合，且當(dāng)?shù)剞r(nóng)田水利灌溉設(shè)施完善，夏玉米的灌溉以河渠地表水和開采地下水為主，對(duì)自然降水的依賴度較低，因此降水量的變化對(duì)該地區(qū)夏玉米生產(chǎn)的影響較小。

2.3 日照時(shí)數(shù)的變化

玉米是一種極其喜陽的植物，充分的光照可以保證生產(chǎn)的基本需求，良好的玉米產(chǎn)量與充足的光照分不開。較長時(shí)間的光照條件可以保證玉米在生長過程中的光合作用，通過合理地提高玉米質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)玉米各個(gè)環(huán)境溫度的有效控制[6]。

衡水市，近30年來各關(guān)鍵生育期日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢，其中出苗期、大喇叭口期、抽雄期、 吐絲期、灌漿期、成熟期下降趨勢較明顯，平均下降速率分別為50.1 h/10年、52.8 h/10年、50.8 h/10年、50.0 h/10年、130.0 h/10年、117.0 h/10年，計(jì)算各關(guān)鍵生育期日照時(shí)數(shù)與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為-0.190～-0.334均為負(fù)相關(guān)，未通過α＝0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，說明日照時(shí)數(shù)的下降趨勢未達(dá)到顯著水平[7]。

夏玉米在不同生育期對(duì)日照時(shí)數(shù)的要求存在差異，播種期到乳熟期為8～10 h/d，乳熟期到成熟期應(yīng)大于9 h/d，而成熟期日照時(shí)數(shù)越長則更加有利于玉米增產(chǎn)，反之則會(huì)造成減產(chǎn)。分析表明，該地區(qū)夏玉米各生育期日照時(shí)數(shù)均呈較明顯的下降趨勢，將對(duì)夏玉米生產(chǎn)造成不利影響。

3 結(jié)論

（1）1990—2019年衡水市夏玉米各關(guān)鍵生育期中抽雄期、吐絲期平均氣溫上升趨勢接近顯著水平； 抽雄期和吐絲期≥35℃的高溫日數(shù)、極端最高氣溫呈波動(dòng)上升趨勢，其中吐絲期呈顯著上升趨勢；播種期—成熟期≥10℃的有效積溫呈波動(dòng)上升趨勢；播種期5 cm地溫變化范圍為24.72℃～32.43℃，呈顯著上升趨勢；夏玉米各關(guān)鍵生育期平均降水量年際變化波動(dòng)幅度較大趨勢變化不明顯；各關(guān)鍵生育期日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢，其中出苗期、大喇叭口期、抽雄期、吐絲期、灌漿期、成熟期下降趨勢較明顯。

（2）氣象因子的變化給衡水市夏玉米生產(chǎn)總體帶來不利影響。在降水量無明顯增加的情況下，氣溫持續(xù)上升使得蒸發(fā)量不斷提高，會(huì)加劇玉米生長和產(chǎn)量形成關(guān)鍵時(shí)期的干旱。玉米抽雄、開花時(shí)期是對(duì)溫度最敏感的時(shí)期，如果氣溫持續(xù)升高、空氣非常干燥，導(dǎo)致花絲容易掉落，就會(huì)出現(xiàn)因受精不成熟而出現(xiàn)缺粒的情況，本研究玉米關(guān)鍵生育期氣溫呈持續(xù)上升趨勢可能導(dǎo)致玉米產(chǎn)量下降。另外，玉米開花授粉后的光照時(shí)數(shù)是影響玉米品質(zhì)的重要因子，光照時(shí)數(shù)的增加有利于改善玉米植株內(nèi)部生理代謝功能，提高玉米產(chǎn)量。尤其是在玉米抽雄—成熟期，充足的日照時(shí)數(shù)，有利于開花授粉和籽粒灌漿。本研究中該時(shí)期日照時(shí)數(shù)均呈下降趨勢，將會(huì)給玉米品質(zhì)帶來不利影響。

本研究的結(jié)果可以為夏玉米生產(chǎn)調(diào)整栽培措施、發(fā)展農(nóng)田水利建設(shè)、玉米品種的改良提供理論基礎(chǔ)，降低氣候變化對(duì)夏玉米生產(chǎn)的不利影響，提高玉米生產(chǎn)能力，為玉米豐產(chǎn)創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)條件。實(shí)際上氣象因子對(duì)玉米生產(chǎn)的影響是多方面的，如降水的時(shí)間分布、直接輻射和散射輻射的變化等對(duì)玉米生產(chǎn)的影響也不容忽視，這些都有待進(jìn)一步研究。