北京玉米生育期氣候資源分析

李 超， 楊 洋， 姜皓嚴(yán)

(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(qū)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(yán)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(qū)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(tài)區(qū)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(qū)夏玉米各生育期農(nóng)業(yè)氣候資源時間變化趨勢及突變特征進(jìn)行分析。結(jié)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(shù)則表現(xiàn)出明顯的下降趨勢，各生育期內(nèi)降水變化相對平穩(wěn)，表現(xiàn)出波峰波谷的曲線波動；日照時數(shù)除抽雄至吐絲期外，其他生育期下降趨勢均表現(xiàn)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(jié)期、拔節(jié)至抽雄期、抽雄至吐絲期內(nèi)M-K方法未檢測出突變點(diǎn)，但在吐絲至成熟期內(nèi)的時間序列上M-K方法和Pettitt方法檢測認(rèn)定1996年為一致的突變點(diǎn)；各生育期內(nèi)日照時數(shù)時間序列變化突變點(diǎn)基本出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代中期～90年代初期；全生育期及各生育期內(nèi)降雨量均未檢測出突變點(diǎn)，且夏玉米各生育期內(nèi)降雨量時間序列變化相對平穩(wěn)，不存在顯著的突變點(diǎn)。

關(guān)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(shù)減少，近50a來北京觀象臺年平均氣溫增溫趨勢達(dá)0.39 ℃/10a，降水量和年日照時數(shù)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(fā)，給當(dāng)?shù)刂饕r(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來很大影響，農(nóng)作物產(chǎn)量波動較大，因此加強(qiáng)農(nóng)業(yè)氣候資源變化分析及其對農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)影響具有重要意義。葉彩華等[1]研究北京農(nóng)業(yè)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(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源變化趨勢對玉米生產(chǎn)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(diǎn)和增產(chǎn)栽培技術(shù)發(fā)現(xiàn)，淮北6～9月氣候基本滿足夏播玉米生長發(fā)育需求，降水略有不足。筆者在前人研究的基礎(chǔ)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(tài)區(qū)1960～2008年氣溫、降水和日照等主要農(nóng)業(yè)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(qū)夏玉米各生育期農(nóng)業(yè)氣候資源時間變化趨勢及突變特征進(jìn)行分析，以期為合理利用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)氣候資源科學(xué)開展玉米種植提供氣候依據(jù)。

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(tài)區(qū)1960～2008年氣溫、降水和日照等主要農(nóng)業(yè)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(jié)期，7月21日～8月15日為拔節(jié)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(nóng)業(yè)氣候資源趨勢變化特征進(jìn)行分析，并采用M-K II法對農(nóng)業(yè)氣候資源的突變特征進(jìn)行分析，結(jié)合Pettitt突變檢測方法提高檢測可靠性[3]。

2結(jié)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(yīng)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(tǒng)計分析近49a北京市夏玉米不同生育期≥10 ℃有效積溫數(shù)據(jù)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(jié)期≥10 ℃有效積溫占全生育期的33.6%，拔節(jié)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(jié)≥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(jié)期外，其他各生育期≥10 ℃有效積溫增長趨勢明顯。

根據(jù)突變檢測分析，北京市平原區(qū)夏玉米在播種至拔節(jié)期、拔節(jié)至抽雄期、抽雄至吐絲期內(nèi)M-K方法未檢測出突變點(diǎn)，但在吐絲至成熟期內(nèi)的時間序列上M-K方法和Pettitt方法檢測認(rèn)定1996年為一致的突變點(diǎn)，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(tǒng)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M(jìn)aximum平均Average變化趨勢Changetrend(℃·d)/10aF顯著性檢驗(yàn)P值PvalueofFsignificanttestM-K突變檢測M-KtestPettitt突變檢測Pettitttest播種至拔節(jié)Sowingtojointing410.4567.1486.4390.7300.836無-拔節(jié)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(diǎn)為通過0.01顯著水平的；“-”表示未通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)。

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(jié)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(nèi)降水變化相對平穩(wěn)，表現(xiàn)出波峰波谷的曲線波動。其中播種至拔節(jié)期降水量呈增加趨勢，但增加幅度不明顯，而拔節(jié)至收獲期間降水量均呈不顯著減少趨勢，以拔節(jié)至抽雄期降水量減少趨勢顯著。根據(jù)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(jié)期降水量占全生育期降水總量的33.4%，拔節(jié)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(nèi)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(fā)育時長最短，約為5 d，但此時北京市降水概率高達(dá)95%左右，近49a中僅1975、2006年夏玉米抽雄至吐絲期間未出現(xiàn)降雨，該時段內(nèi)降水過多可增加玉米香蕉穗、禿尖和缺粒等不利現(xiàn)象概率；夏末季節(jié)夏玉米進(jìn)入吐絲期，此時降水趨于減少，夏玉米進(jìn)入生殖生長階段，需水量相應(yīng)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(fā)現(xiàn)，在北京市夏玉米全生育期及各生育期內(nèi)均未檢測出突變點(diǎn)，且夏玉米各生育期內(nèi)降雨量時間序列變化相對平穩(wěn)，不存在顯著的突變點(diǎn)。

2.3光照資源變化特征玉米喜光，充足的光照有利于產(chǎn)量的形成。統(tǒng)計分析1960～2008年北京市夏玉米生育期日照時數(shù)氣候資料(表3)得出，近49a北京市夏玉米全生育期日照時數(shù)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(shù)下降趨勢均表現(xiàn)出極顯著水平。根據(jù)夏玉米全生育期日照時數(shù)總量在各生育期內(nèi)的分布來看，夏玉米播種至拔節(jié)期日照時數(shù)占全生育期總?cè)照諘r數(shù)的29.3%，拔節(jié)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(tǒng)計

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

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(shù)變化進(jìn)行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)(表3)，這2種突變檢測分析結(jié)果并不完全一致，但各生育期內(nèi)日照時數(shù)時間序列變化突變點(diǎn)基本出現(xiàn)在20世紀(jì)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(shù)及其變化統(tǒng)計

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

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(jié)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(tài)區(qū)1960～2008年氣溫、降水和日照等主要農(nóng)業(yè)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(nóng)業(yè)氣候資源趨勢變化特征進(jìn)行分析，并采用M-K II法和Pettitt法對農(nóng)業(yè)氣候資源的突變特征進(jìn)行檢測。結(jié)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(shù)則表現(xiàn)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(jié)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(nèi)降水變化相對平穩(wěn)，表現(xiàn)出波峰波谷的曲線波動；日照時數(shù)除抽雄至吐絲期外，其他生育期下降趨勢均表現(xiàn)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(jié)期、拔節(jié)至抽雄期、抽雄至吐絲期內(nèi)M-K方法未檢測出突變點(diǎn)，但在吐絲至成熟期內(nèi)的時間序列上M-K方法和Pettitt方法檢測認(rèn)定1996年為一致的突變點(diǎn)；各生育期內(nèi)日照時數(shù)時間序列變化突變點(diǎn)基本出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代中期～90年代初期；全生育期及各生育期內(nèi)降雨量均未檢測出突變點(diǎn)，且夏玉米各生育期內(nèi)降雨量時間序列變化相對平穩(wěn)，不存在顯著的突變點(diǎn)。

玉米生育期氣候資源變化對玉米生長發(fā)育及產(chǎn)量和品質(zhì)的形成影響較大。據(jù)相關(guān)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(chǎn)量提高，因此在不考慮種植技術(shù)水平和種植品種的前提下，未來北京市夏玉米產(chǎn)量將隨著氣溫升高、降水減少的農(nóng)業(yè)氣候資源變化趨勢有所增多[4-6]。同時也有研究認(rèn)為，玉米產(chǎn)量在氣溫升高、降水減少的氣候背景下會出現(xiàn)10%～13%的減產(chǎn)[2]。為應(yīng)對氣候資源變化不利影響，要選育優(yōu)良抗旱品種適時播種，在以雨養(yǎng)為主的情況下，加強(qiáng)節(jié)水抗旱技術(shù)研究應(yīng)用，延長玉米灌漿期和提高抗旱技術(shù)，在生產(chǎn)上合理調(diào)整玉米種植間距、提高農(nóng)田透光率，最終提高玉米產(chǎn)量、品質(zhì)。

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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(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)氣象研究。

收稿日期2016-02-22

中圖分類號S 162

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2016)08-238-03