全球氣候變化背景下應用溫度三區間理論對鄭州地區夏玉米高溫熱害規律研究

劉聰

【摘 要】 在全球氣候變化背景下，中國氣候自20世紀80年代開始明顯變暖，并且北方增溫更甚于南方，而這對于農作物的生長發育進程有著重大影響。玉米作為我國最重要的糧食作物之一，其產量對于國家糧食安全有著重要意義。而黃淮海地區，是我國夏玉米種植面積最大的區域之一，隨著全球氣候變化，黃淮海地區氣溫在50年（1958年-2007年）來處于上升趨勢，這也加重了該地區夏玉米遭受高溫熱害的程度。本文以夏玉米溫度三區間理論中的兩個指標GDDbase，opt、GDDbase+為基礎，以黃淮海地區河南省鄭州市為例，對當地夏玉米在抽穗開花期、灌漿結實期所受高溫熱害程度進行研究，并得出以下結論：50年間（1958年-2008年），鄭州地區夏玉米在其抽穗開花期、灌漿結實其所受高溫熱害程度趨于增加，且后者無論從高溫熱害的增加趨勢及嚴重程度上均要高于前者。

【關鍵詞】 高溫熱害；鄭州；夏玉米；溫度三區間理論

[Abstract] In the context of global climate change， China's climate has been significantly warmer since the 1980s， and the north is warmer than the south， which has a significant impact on the growth and development of crops. As one of the most important food crops in China， corn yield is of great significance to national food security. The temperature in the huang-huai-hai region has been on the rise for 50 years （1958-2007） with the global climate change， which aggravates the degree of high temperature and heat damage to the summer maize in the region. Based on the temperature of summer maize in the theory of three interval GDDbase two indicators， opt， GDDbase + as the foundation， in huang-huai-hai region of zhengzhou city of henan province as an example， the local summer corn in earing， grouting period by high temperature to study the thermal damage degree， and draw the following conclusion： 50 years （1958-2008）， the region of zhengzhou summer corn in the earing， grouting the level of high temperature thermal pollution tends to increase， and the latter from the increase trend of high temperature thermal pollution and severe degree were higher than the former.

[Keywords] high temperature heat damage； zhengzhou； Summer maize； temperature three interval theory

1 全球氣候變化對夏玉米生育期的影響

當今全球氣候正在進行著一場以變暖為主要特征的顯著氣候變化，全球變暖對農業生產活動潛在及直接影響正在逐漸顯現。而農業生產活動對氣候條件具有極強的依賴性，也是受氣候變化影響的最敏感行業之一。夏玉米在生長發育的過程中，對降水、輻射等氣象條件都有著一定要求，特別是在其生育期間，對空氣的溫度條件尤為敏感。生育期間空氣溫度過高可影響夏玉米傳粉、灌漿、結實，進而導致減產[1]。

2 夏玉米的溫度三區間理論

溫度對于夏玉米的完整生長發育過程中的三基點： 即為下限溫度-維持夏玉米生命、生長或發育的最低溫度，若氣溫持續低于此溫度，此時夏玉米生長發育遲緩，甚至停止生長乃至細胞因溫度過低而死亡； 最適溫度-夏玉米生長發育活動進行最快、最好時的溫度，處于該溫度附近時，夏玉米快速生長，各個生育期均處于良好狀態，在其他條件適宜的情況下，所得最終產量也最高；上限溫度-夏玉米維持生命、生長或發育的最高溫度，若氣溫持續高于此溫度，夏玉米可被認定遭受高溫熱害，對其傳粉、灌漿、結實乃至最終產量的形成有著不利影響[2]。

夏玉米所受高溫災害的指標通常是選取平均溫度，而這種方法的不利之處在于無法表征極端溫度對于夏玉米產量的影響，從而導致預期結果與實際結果往往有著較大的偏差。故本文采用在夏玉米溫度三基點理論的基礎上所發展而來的溫度三區間理論，應用積溫的方法對鄭州地區夏玉米生育期高溫熱害程度進行評估。

GDD是國際上常用的積溫指標之一，可用來表示夏玉米生長發育過程中的熱量累積量。本文利用GDDbase，opt、GDDbase+來分別表示溫度三區間理論中的正常溫度指標、高溫熱害指標。其中正常溫度指標GDDbase，opt的計算方法如圖一：

上式中 N為給定的夏玉米生育期天數，Tmax、Tmin、Tt、DDt分別為第t天的日最高溫度、日最低溫度、日平均溫度和日積溫，二Tbase和Topt分別表示夏玉米生育期間正常溫度的上限和下限。

在此基礎之上熱害指標GDDbase+的計算方法如圖二：

通過對GDDbase+的計算對50年間鄭州地區夏玉米生育期高溫熱害程度進行判斷[3]。

3 對夏玉米生育期的定義及數據來源

根據前人研究，在中國黃淮海夏玉米主產區（山東、河南和河北），溫度變化對夏玉米的生育期及產量影響明顯，大部分地區其播種期提前且成熟期推遲。氣溫升高同時也導致了黃淮海地區整體夏玉米生育期天數增加[4]。因此本文將河南鄭州地區夏玉米的抽穗開花期定義為7月15日至8月15日，將此期間夏玉米的高溫熱害臨界溫度定義為29度；灌漿結實期定義為8月16日至9月15日，將此期間夏玉米的高溫熱害臨界溫度定義為30度[5]，以便于對GDDbase+指標的計算。

文中所使用的鄭州地區50年間（1958年-2007年）的氣象數據來自于中國氣象數據網。

4 鄭州地區1958年-2007年間夏玉米生育期GDDbase+值的變化

4.1 夏玉米抽穗開花期GDDbase+值的變化

如圖3所示，在河南鄭州地區1958年-2007年50年間，當地夏玉米抽穗開花期（7月15日至8月15日）的GDDbase+值并非一直處于上升狀態，而是處于波動狀態中。50年間，GDDbase+的均值為31.0，其中，在1973年這一年間，出現了GDDbase+的峰值為76.3；而在1971年這一年間出現了GDDbase+的最低值，為5.3。總體上看，50十年間的GDDbase+值的趨勢是趨于上升的，但趨勢線卻趨于平緩，上升幅度不大，且各個年份之間差異較大，不易看出各個時間段GDDbase+值的變化規律，故對其做距平處理。

從圖4可以看出，GDDbase+值在1989年-1997年間較均值相比，一直處于下降階段；而1958年-1979年這一時間段GDDbase+值較均值波動較大；而從1998年至2007年，GDDbase+值處于上升階段，距平值整體也趨于上升。

4.2 夏玉米灌漿結實期GDDbase+值的變化

如圖5所示，在河南鄭州地區1958年-2007年50年間，當地夏玉米灌漿結實期（8月16日至9月15日）的GDDbase+的值仍是處于波動上升狀態，對比夏玉米抽穗開花期GDDbase+值的柱狀圖趨勢線，其50年間的上升趨勢更為明顯。在該地區所調查的時間內，夏玉米GDDbase+值的峰值出現在1998年間，為112.3；GDDbase+值的最低值仍出現在1971年，為11.1；50年間平均來看，GDDbase+的均值為40.0。無論是峰值、最低值還是平均值，鄭州地區夏玉米灌漿結實期（8月16日至9月15日）的GDDbase+的值相較于夏玉米抽穗開花期（7月15日至8月15日）的值要高，從而反映出即使同處在生育期間，高溫熱害對夏玉米的不同生長發育階段的危害嚴重程度是不同的，該地區夏玉米灌漿結實期的高溫熱害程度要高于抽穗開花期，且前者上升趨勢更為明顯。同樣的，我們對夏玉米灌漿結實期這一時間段的GDDbase+值做距平處理在1958年至1997年間鄭州夏玉米灌漿結實期GDDbase+值較均值處于波動狀態，而后至2007年間幾乎全部處于正值部分。整體趨勢也趨向于上升，這與前面所得出的結論相符。

5 結論

在全球氣候變化背景下，河南鄭州地區1958年至2007年50年間，整體極端溫度出現趨勢區域增加，且夏玉米生育期高溫熱害發生的頻率及嚴重程度趨于上升。

在該地區夏玉米生育期推遲的情況下，其灌漿結實期與抽穗開花期的GDDbase+值均處于波動上升狀態，且各自的距平值也很好的反映了這一點；兩段時期對比，前者無論從GDDbase+值的峰值、均值、最低值任一個方面來看，均較后者要高，從而反映出該地區夏玉米灌漿結實期所受的高溫熱害程度要嚴重于抽穗開花期；從50年間GDDbase+值變化的趨勢線的傾斜程度上來看，前者要明顯于后者，從而表明了在未來時間內，當地夏玉米灌漿結實期這一階段的高溫熱害事件需要高度重視，以保證夏玉米的最終產量。

參考文獻：

[1] 徐玲玲，呂厚荃，方利.氣候變化對黃淮海地區夏玉米氣候適宜度的影響[J].資源科學，2014：124-129.

[2] 劉公棣.農業氣象知識講座（二） 作物的溫度三基點[J].天津農林科技，1983（02）：49.

[3] 魏 星，王品，張朝.溫度三區間理論評價氣候變化對作物產量影響[J].自然資源學報，2015：112-121.

[4] 陸偉婷，于 歡，曹勝男.近20年黃淮海地區氣候變暖對夏玉米生育進程及產量的影響[J].中國農業科學，2015（16）：50-63.

[5] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局與中國國家標準化管理委員會. 主要農作物高溫危害溫度指標 （GB/ T 21985—2008）[S]. 2008-06-03 發布， 2008-11-01 實施.