北京玉米生育期氣候資源分析

李 超， 楊 洋， 姜皓嚴

(1.北京市氣候中心,北京海淀 100089；2.天津市氣象臺，天津 300000；3.天津市東麗區氣象局，天津 300300)

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北京玉米生育期氣候資源分析

李 超1， 楊 洋2， 姜皓嚴3

(1.北京市氣候中心,北京海淀 100089；2.天津市氣象臺，天津 300000；3.天津市東麗區氣象局，天津 300300)

摘要利用北京市6個氣象站平夏玉米種植生態區1960～2008年氣溫、降水和日照等資料，采用線性趨勢法、線性回歸法、M-K II法和Pettitt法對近49a北京平原地區夏玉米各生育期農業氣候資源時間變化趨勢及突變特征進行分析。結果表明，近49a北京市夏玉米全生育期≥10 ℃有效積溫呈明顯的增多趨勢，不同生育期≥10 ℃有效積溫均呈增長趨勢；降水量及日照時數則表現出明顯的下降趨勢，各生育期內降水變化相對平穩，表現出波峰波谷的曲線波動；日照時數除抽雄至吐絲期外，其他生育期下降趨勢均表現出極顯著水平。突變檢測表明，北京市夏玉米≥10 ℃有效積溫在播種至拔節期、拔節至抽雄期、抽雄至吐絲期內M-K方法未檢測出突變點，但在吐絲至成熟期內的時間序列上M-K方法和Pettitt方法檢測認定1996年為一致的突變點；各生育期內日照時數時間序列變化突變點基本出現在20世紀80年代中期～90年代初期；全生育期及各生育期內降雨量均未檢測出突變點，且夏玉米各生育期內降雨量時間序列變化相對平穩，不存在顯著的突變點。

關鍵詞玉米；生育期；氣候資源；變化特征；北京

近些年，在全球氣候變暖背景下，北京市氣候也趨于變暖，氣溫上升，降水量和日照時數減少，近50a來北京觀象臺年平均氣溫增溫趨勢達0.39 ℃/10a，降水量和年日照時數均處于減少趨勢，氣候傾向率分別為46 mm/10a、70.9 h/10a[1]。受氣候變暖趨勢影響，干旱、高溫、暴雨、冰雹等極端天氣氣候事件頻發，給當地主要農業生產帶來很大影響，農作物產量波動較大，因此加強農業氣候資源變化分析及其對農業的生產影響具有重要意義。葉彩華等[1]研究北京農業氣候資源變化特征及其對不同種植模式下玉米各生育期的影響，得出北京地區農業氣候資源變化趨勢對玉米生產利弊兼有。姚永明等[2]分析淮北夏玉米生育期氣候資源特點和增產栽培技術發現，淮北6～9月氣候基本滿足夏播玉米生長發育需求，降水略有不足。筆者在前人研究的基礎上，利用北京市昌平、大興、通州、順義、房山、平谷6個氣象站平夏玉米種植生態區1960～2008年氣溫、降水和日照等主要農業氣候要素，采用線性趨勢法、線性回歸法、M-K II法和Pettitt法對近49a北京平原地區夏玉米各生育期農業氣候資源時間變化趨勢及突變特征進行分析，以期為合理利用當地農業氣候資源科學開展玉米種植提供氣候依據。

1資料和方法

1.1資料來源氣象觀測資料來源于北京市昌平、大興、通州、順義、房山、平谷6個氣象站平夏玉米種植生態區1960～2008年氣溫、降水和日照等主要農業氣候要素，玉米各生育期采用近年來主要玉米品種集中的時段，其中6月20日～7月20日為夏玉米播種至拔節期，7月21日～8月15日為拔節至抽雄期，8月16～20日為抽雄至吐絲期，8月21日～10月5日為吐絲至成熟期，整個生育期約110 d。

1.2分析方法采用線性趨勢(傾向)法、線性回歸法對北京市近49a氣溫、降水、日照等農業氣候資源趨勢變化特征進行分析，并采用M-K II法對農業氣候資源的突變特征進行分析，結合Pettitt突變檢測方法提高檢測可靠性[3]。

2結果與分析

2.1熱量資源變化特征玉米是喜溫作物，對溫度反應敏感，整個生育期要求≥10 ℃有效積溫為1 800～2 800 ℃·d，不同生育期對≥10 ℃有效積溫的要求不同。統計分析近49a北京市夏玉米不同生育期≥10 ℃有效積溫數據及其變化(表1)可知，北京市夏玉米各生育期≥10 ℃有效積溫有一定差異，其中播種至拔節期≥10 ℃有效積溫占全生育期的33.6%，拔節至抽雄期占28.4%，抽雄至吐絲期占4.9%，吐絲至成熟期占33.1%。北京平原夏玉米生長季節≥10 ℃有效積溫整體呈增長趨勢，增長速率為19.148( ℃·d)/10a；從各生育期來看，不同生育期≥10 ℃有效積溫均呈增長趨勢，除播種至拔節期外，其他各生育期≥10 ℃有效積溫增長趨勢明顯。

根據突變檢測分析，北京市平原區夏玉米在播種至拔節期、拔節至抽雄期、抽雄至吐絲期內M-K方法未檢測出突變點，但在吐絲至成熟期內的時間序列上M-K方法和Pettitt方法檢測認定1996年為一致的突變點，1996年以前≥10 ℃平均有效積溫為466.0 ℃·d，1996年以后≥10 ℃平均有效積溫為508.4 ℃·d。

2.2降水資源變化特征北京市夏玉米主要生長季與雨季

表11960～2008年北京市夏玉米不同生育期≥10 ℃有效積溫及其變化統計

Table 1The ≥ 10 ℃ effective accumulative temperature and the variation statistics of summer corn in different growth periods in Beijing City from 1960 to 2008

生育期Growthperiod≥10℃有效積溫∥℃·d≥10℃effectiveaccumulativetemperature最低Minimum最高Maximum平均Average變化趨勢Changetrend(℃·d)/10aF顯著性檢驗P值PvalueofFsignificanttestM-K突變檢測M-KtestPettitt突變檢測Pettitttest播種至拔節Sowingtojointing410.4567.1486.4390.7300.836無-拔節至抽雄Jointingtotasseling378.5469.9411.4205.5820.007無-抽雄至吐絲Tasselingtospinning72.0103.086.1291.6490.038無-吐絲至成熟Spinningtomaturity414.3563.8476.71611.6550.0011996年1996年全生育期Wholegrowthperiod1308.41643.51447.07819.1480.010無1996年

注：Pettitt突變檢測出的突變點為通過0.01顯著水平的；“-”表示未通過0.01顯著性水平檢驗。

Note: The mutation sites of Pettitt test passed by the 0.01 significant level; “-” indicated did not pass by 0.01 significant level test.

同期，80%以上年份自然降水即可滿足玉米生長對水分的需求。分析近49a北京市夏玉米各生育期降水變化趨勢(表2)可知，北京市夏玉米生長季節降水量呈減少趨勢，近49a來降水量約減少100.35 mm，氣候傾向率為-20.700 mm/10a，各生育期內降水變化相對平穩，表現出波峰波谷的曲線波動。其中播種至拔節期降水量呈增加趨勢，但增加幅度不明顯，而拔節至收獲期間降水量均呈不顯著減少趨勢，以拔節至抽雄期降水量減少趨勢顯著。根據玉米全生育期降水量在各個生育期的分布來看，夏玉米播種至拔節期降水量占全生育期降水總量的33.4%，拔節至抽雄期占41.4%，抽雄至吐絲期占6.4%，吐絲至成熟期占18.8%。由于北京市夏玉米播種至抽雄期正處于雨季集中時段，降水量充足，該時期內降水量約占全生育期降水總量的74.8%；玉米抽雄至吐絲期發育時長最短，約為5 d，但此時北京市降水概率高達95%左右，近49a中僅1975、2006年夏玉米抽雄至吐絲期間未出現降雨，該時段內降水過多可增加玉米香蕉穗、禿尖和缺粒等不利現象概率；夏末季節夏玉米進入吐絲期，此時降水趨于減少，夏玉米進入生殖生長階段，需水量相應減少，但若遭遇干旱不利于夏玉米灌漿，降低千粒重。

M-K方法和Pettitt方法突變檢測分析(表2)發現，在北京市夏玉米全生育期及各生育期內均未檢測出突變點，且夏玉米各生育期內降雨量時間序列變化相對平穩，不存在顯著的突變點。

2.3光照資源變化特征玉米喜光，充足的光照有利于產量的形成。統計分析1960～2008年北京市夏玉米生育期日照時數氣候資料(表3)得出，近49a北京市夏玉米全生育期日照時數呈下降趨勢，氣候傾向率為-42.157 h/10a；除抽雄至吐絲期外，其他生育期日照時數下降趨勢均表現出極顯著水平。根據夏玉米全生育期日照時數總量在各生育期內的分布來看，夏玉米播種至拔節期日照時數占全生育期總日照時數的29.3%，拔節至抽雄期占21.0%，抽雄至吐絲期占5.5%，吐絲至成熟期占44.2%。

表2　1960～2008年北京市夏玉米不同生育期降水量及其變化統計

注：Pettitt突變檢測出的突變點為通過0.01顯著水平的；“-”表示未通過0.01顯著性水平檢驗。

Note: The mutation sites of Pettitt test passed by the 0.01 significant level; “-” indicated not passed by 0.01 significant level test.

利用M-K方法和Pettitt方法對北京市夏玉米生育期日照時數變化進行檢測，結果發現(表3)，這2種突變檢測分析結果并不完全一致，但各生育期內日照時數時間序列變化突變點基本出現在20世紀80年代中期～90年代初期。

表3　1960～2008年北京市夏玉米不同生育期日照時數及其變化統計

注：Pettitt突變檢測出的突變點為通過0.01顯著水平的；“-”表示未通過0.01顯著性水平檢驗。

Note: The mutation sites of Pettitt test passed by the 0.01 significant level; “-” indicated did not pass by 0.01 significant level test.

3結論與討論

該研究利用北京市昌平、大興、通州、順義、房山、平谷6個氣象站平夏玉米種植生態區1960～2008年氣溫、降水和日照等主要農業氣候要素，采用線性趨勢法、線性回歸法對近49a北京市氣溫、降水、日照等農業氣候資源趨勢變化特征進行分析，并采用M-K II法和Pettitt法對農業氣候資源的突變特征進行檢測。結果表明，近49a北京市夏玉米全生育期≥10 ℃有效積溫呈明顯的增多趨勢，而降水量及日照時數則表現出明顯的下降趨勢。北京市夏玉米不同生育期≥10 ℃有效積溫均呈增長趨勢，除播種至拔節期以外，其他各生育期≥10 ℃有效積溫增長趨勢明顯；各生育期內降水變化相對平穩，表現出波峰波谷的曲線波動；日照時數除抽雄至吐絲期外，其他生育期下降趨勢均表現出極顯著水平。突變檢測表明，北京市夏玉米≥10 ℃有效積溫在播種至拔節期、拔節至抽雄期、抽雄至吐絲期內M-K方法未檢測出突變點，但在吐絲至成熟期內的時間序列上M-K方法和Pettitt方法檢測認定1996年為一致的突變點；各生育期內日照時數時間序列變化突變點基本出現在20世紀80年代中期～90年代初期；全生育期及各生育期內降雨量均未檢測出突變點，且夏玉米各生育期內降雨量時間序列變化相對平穩，不存在顯著的突變點。

玉米生育期氣候資源變化對玉米生長發育及產量和品質的形成影響較大。據相關研究表明，隨著氣候變暖和熱量增多，≥10 ℃有效積溫增加，玉米平均產量提高，因此在不考慮種植技術水平和種植品種的前提下，未來北京市夏玉米產量將隨著氣溫升高、降水減少的農業氣候資源變化趨勢有所增多[4-6]。同時也有研究認為，玉米產量在氣溫升高、降水減少的氣候背景下會出現10%～13%的減產[2]。為應對氣候資源變化不利影響，要選育優良抗旱品種適時播種，在以雨養為主的情況下，加強節水抗旱技術研究應用，延長玉米灌漿期和提高抗旱技術，在生產上合理調整玉米種植間距、提高農田透光率，最終提高玉米產量、品質。

參考文獻

[1] 葉彩華，欒慶祖，胡寶昆，等.北京農業氣候資源變化特征及其對不同種植模式玉米各生育期的影響[J].自然資源學報，2010,25(8)：1350-1364.

[2] 姚永明，陳玉琪，陳若禮，等.淮北夏玉米生育期氣候資源特點和增產栽培技術[J].中國農業氣象，2009,30(S2)：205-209.

[3] 魏鳳英.現代氣候統計診斷與預測技術[M].北京：氣象出版社，2007：253-257.

[4] 姚曉紅，許彥平，劉曉強，等.農業氣候資源配置對天水山旱地玉米的影響[J].中國農業氣象，2006,27(3)：240-243.

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[6] 黃梅麗，林振敏，丘平珠，等.廣西氣候變暖及其對農業的影響[J].山地農業生物學報，2008,27(3)：200-206.

Analysis of Climate Resources in the Growth Period of Corn in Beijing

LI Chao1,YANG Yang2,JIANG Hao-yan3

(1.Beijing Climate Center,Beijing 100089; 2.Tianjin Meteorological Station,Tianjin 300000; 3.Meteorological Bureau of Dongli District,Tianjin 300300)

AbstractAccording to the temperature,precipitation and sunlight in Pingxia Corn Planting Ecological Zone in Beijing from 1960 to 2008,linear tendency method,linear regression method,M-K II method and Pettitt method were used to analyze the time changing trends of agroclimatic resources and mutation characteristics of summer corn in the whole growth period in Beijing within 49 years.Results showed that ≥ 10 ℃ effective of summer corn ≥ 10 ℃ effective in the whole growth period of summer corn showed obvious increasing trend within the 49 years.≥10 ℃ effective accumulative temperature in different growth periods showed growth trend.Precipitation and sunshine duration showed significant downward trend.Precipitation in each growth period was relatively stable,showing vibration curve of peaks and valleys.Sunshine duration showed extremely significant level of downward trend,except the tasseling stage and spinning stage.Mutation detection showed that no mutational site was found by M-K method from sowing to jointing stage,from jointing stage to tasseling stage,from tasseling stage to spinning stage of summer corn ≥ 10 ℃ effective.However,M-K method and Pettitt method argued that from spinning stage to mature stage,1996 was the mutation site in time series.In different growth stages,mutation sites of time series of sunshine duration basically appeared from late 1980s to middle 1990s.No mutation sites were detected for precipitation in the whole growth period.Time series variation of precipitation in different growth periods of su mmer corn was relatively stable,with no significant mutation sites.

Key wordsCorn; Growth period; Climate resources; Change characteristics; Beijing

作者簡介李超(1986- )，男，山西右玉人，工程師，碩士，從事農業和農業氣象研究。

收稿日期2016-02-22

中圖分類號S 162

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)08-238-03