昌吉市制種玉米生長季氣候條件與產量和生育期的關系

葉爾克江·霍依哈孜 阿帕爾·肉孜

摘要 利用2008—2018年4—9月昌吉市平均氣溫、日照時數、降水等氣象資料及同期的制種玉米單產和生育期數據為分析資料，采用線性氣候傾向率法對昌吉市制種玉米生長季氣候條件與產量生育期的關系進行研究。結果表明，2009—2018年昌吉市制種玉米生長季內的年平均氣溫、≥35℃高溫日數、≥10℃有效積溫呈現出逐年增加的趨勢，年日照時數、年降水量、≥10℃溫度持續日數均呈現出逐年減少的趨勢;隨著昌吉市氣候變化，近10年制種玉米播種、出苗、三葉、七葉、拔節、抽雄、開花等各發育期均表現出不同程度的變化趨勢，其中出苗期、三葉期、七葉期、抽雄期、乳熟期均表現出了不同程度的推遲趨勢，其余生長期均表現出不同程度的提前趨勢;年平均氣溫、≥10℃有效積溫、≥35℃高溫日數與制種玉米產量間總體呈現出負相關，也就是隨著溫度的增加，制種玉米產量不斷下降，反之亦然;年降水量、日照與制種玉米產量間呈現出正相關關系，也就是隨著降水量的增加，制種玉米產量也隨之上升，反之亦然。

關鍵詞 制種玉米;氣候條件;生育期;產量

中圖分類號：S513;S162.53 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）05-047-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.020

Relationship between Climate Conditions and Yield and Growth Period of Seed-producing Maize in Changji City

Erkejan Hoyhazi? ?et al（Changji Meteorological Bureau， Changji， Xinjiang 831100）

Abstract Based on the meteorological data of average temperature，sunshine hours，precipitation and the data of maize yield and growth period in Changji City from April to September 2008-2018，the relationship between climate conditions and yield growth period in the growing season of seed-producing maize in Changji City was studied by using the method of linear climatic tendency rate. The results showed that the annual average temperature，days of high temperature ≥35℃ and effective accumulated temperature ≥10℃ during the growing season of seed-producing maize in Changji City? from 2009 to 2018 showed an increasing trend year by year，while the annual sunshine hours，annual precipitation and the days of temperature ≥10℃ decreased year by year. With the climate change in Changji City，the seeding，emergence，three-leaf，seven-leaf，jointing，staminating and flowering stages of seed-producing maize in recent 10 years showed varying degrees of variation trend，among which emergence，three-leaf，seven-leaf，staminating and milk-ripening stages showed varying degrees of delayed trend，while the other growth stages showed varying degrees of advance trend. The annual average temperature，effective accumulated temperature ≥10℃ and days of high temperature ≥35℃ were negatively correlated with the yield of seed-producing maize，and the annual precipitation，sunshine and yield of seed？鄄producing maize were positively correlated.

Key words? ?Seed-producing maize;Climate conditions;Growth period;Yield

農業氣候資源是指影響并直接參與農業生產過程，且能被農業生產對象所利用的屬于某種物質或能量的農業氣候要素[1]。組成農業氣候資源的光、熱、水、氣等要素的數量、組成及其分配狀況，在一定程度上決定了一個地區的農業生產類型、農業生產率和農業生產潛力。當前，全球變暖已是不爭的事實，最近100年全球平均氣溫升高0.3～0.6℃，特別是20世紀80年代以來，增溫更為迅速[2]。全球氣候變暖帶來的氣溫、降水、光照等氣候要素的變化，對農業生態環境以及作物生長發育和產量形成將造成顯著影響[3-4]。受氣候變化的影響，熱量、水、光能等氣候資源的年間分配也有明顯差異。國內外許多學者在氣候變化對農業生產影響方面做了大量卓有成效的工作[5-7]，這些研究多集中在氣候變暖對作物種植區域界限和物候變化以及對農業生態環境的影響等方面，而對局部地區作物關鍵發育期的影響研究較少。

制種玉米對天氣、氣候條件的依賴性較強，尤其對異常、災害性天氣具有很強的敏感性和脆弱性。在以全球變暖為主要特征的氣候變化背景下，極端天氣事件發生頻率增加，氣象災害對制種玉米生產造成的不利影響日益顯著。近年來，受氣候變化影響，昌吉地區的高溫、大風、暴雨、霜凍、低溫寡照等災害性天氣和異常氣候事件呈多發、重發趨勢，氣候變化將增加制種玉米優質高產和穩產的風險，氣象因子與糧食產量間的關系已成為農業研究的熱點之一。因此，了解氣象因子對制種玉米生長發育及產量的影響，掌握制種玉米各生長發育階段對氣候條件的需求，有利于充分利用氣候資源、趨利避害、優化制種玉米種植布局，對于促進制種玉米實現優質高產有重要意義。

1 資料與方法

1.1 研究區概況

昌吉市位于天山北麓、亞歐大陸腹地、準噶爾盆地南緣，地處86°24′～87°37′E、43°06′～45°20′N，為典型的大陸性干旱氣候，具有冬季寒冷、夏季炎熱、晝夜溫差大的特點。該市整體地勢南高北低，地貌類型由南至北大體分為山地、平原和沙漠3部分，南北高差逾4 000 m。

1.2 資料來源

該文利用2008—2018年4—9月昌吉市平均氣溫、日照時數、降水等氣象資料及同期的制種玉米單產和生育期數據為分析資料，其中氣象資料來自昌吉州氣象局，制種玉米生育期和單產資料來源于昌吉市九圣禾種業股份有限公司。昌吉市制種玉米主要品種是SC704、鄭單958等，其中鄭單958在昌吉市播種時間序列長、生育期觀測資料和大田單產量有10年以上的數據，因此該文選用中熟品種鄭單958為代表品種。

1.3 研究方法

數據處理及分析在Excel等軟件的支持下進行。首先對觀測資料進行預處理，對缺測數據進行插值處理。農業氣候資源變化趨勢分析采用統計相關回歸分析法，探討制種玉米各生育期階段氣象因子變化對產量的影響，明確影響玉米產量波動的氣象因子。

2 結果與分析

2.1 日照時數變化

玉米是喜光的短日照作物，具有光飽和點較高、光補償點較低的特點，因為對光照條件要求較高，光能利用率高，有利于干物質積累。昌吉市光照資源豐富，制種玉米生長季內的日照時數為1 500 h左右，太陽總輻射為3 200 MJ/m2左右，光照條件總體能夠滿足制種玉米生長發育和產量形成的需求。

從圖1可以看出，昌吉市日照時數呈現出逐年下降的趨勢，其氣候傾向率為-66.5 h/10年，下降趨勢較為顯著。近10年昌吉市玉米生長季內平均日照時數為1 564.4 h，其中年日照時數的最大值為1 641 h，年日照時數的最小值為1501 h，出現在2017年，兩者相差139 h，說明昌吉市制種玉米生長季內日照時數年際變化波動幅度較大。寡照會嚴重影響制種玉米的產量和品質。

2.2 溫度變化

玉米是喜溫作物，整個生育期過程都需要一定的溫度保障。溫度是影響玉米生育期長短的關鍵因素[8]。一般來說，溫度對玉米產量的影響主要集中在地上溫度的影響和地下溫度的影響2個方面[9]。地上溫度過高或過低都不利于提高玉米產量。溫度過低會延長玉米生育期，縮短灌漿期，從而造成空稈、禿頂或者籽粒不飽滿導致減產;而溫度過高會引起氣孔關閉，呼吸增強，光合降低，進而影響灌漿期時間和灌漿速率導致減產，同時籽粒品質也會受到影響[10]。

從圖2可以看出，昌吉市平均氣溫呈現出逐年上升的趨勢，年平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫變率為0.478～1.589℃/10年（P>0.05），其中平均最高氣溫升溫率最大，通過了0.001信度顯著性檢驗（圖2）。各季節平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫變率在0.03～1.7℃/10年，其中春夏季平均最高氣溫升溫率最大，通過了0.001信度顯著性檢驗。夏季氣溫升高對制種玉米開花、授粉造成危害，縮短有效灌漿時間，果穗的缺粒禿尖率增加，同時也會加劇干旱，對提高產量造成不利影響。

2.3 降水量變化

水是玉米生育期中需求量最多的物質，會參與各種生理反應，水分多少最終會影響產量[11]。玉米生育期的水分主要來源于降水，降水主要通過調節穗粒數來影響產量[12]。玉米在整個生育期內的需水量比較大，月均降水量100 mm左右是玉米生長的最適宜降水條件，降水過多或者過少都會影響玉米產量[11]。昌吉市制種玉米整個生育期間的需水量為580～680 mm，而同期昌吉市實際降水量只有70～170 mm，僅為制種玉米需水量的10%～35%，不能滿足制種玉米生長季所需的水分指標，因此，必須補充灌溉才能獲得高產。

制種玉米生長季內降水量的線性回歸計算表明（圖3） ，2009—2018年昌吉市制種玉米生長季內降水量年際和季節間的分布不均勻。年降水量、夏季降水量呈明顯減少趨勢，其中夏季降水量減少幅度達到了14.8 mm/10年，年降水量減少幅度為5.7 mm/10年，春季降水量呈增多趨勢，增多率為8.5 mm/10年。

2.4 ≥10℃有效積溫和持續的天數年際變化

日平均溫度≥10℃初日是制種玉米的種植時期，日平均溫度≥10℃終日是玉米停止生長日，日平均溫度≥10℃初、終日間持續天數代表制種玉米生長期。有效活動積溫與制種玉米生長、發育和產量形成密切相關，是生長重要的熱量條件之一。

由近10年昌吉市制種玉米生育期內≥10℃有效積溫變化曲線（圖4d）可以看出，≥10℃有效積溫呈現出逐年增多的趨勢，變率為134.51℃/10年。制種玉米生長季內≥10℃有效積溫的平均值為3 092℃，其中最大值為3 370.9℃，出現在2012年，最小值為2 761.9℃，出現在2010年，兩者間相差609℃，說明≥10℃有效積溫年際變化大，但可以滿足制種玉米生育期所需要的積溫指標?！?0℃積溫逐年增多，使制種玉米生長季延長，改善了玉米灌漿、乳熟和成熟期的熱量條件，對提高制種玉米產量較有利。

從2009—2018年昌吉市制種玉米生長季內≥10℃溫度持續天數年際變化（圖略）可以看出，昌吉市≥10℃溫度持續天數呈現出逐年減少的趨勢，變化率為13.3 d/10年。近10年昌吉市玉米生長季內≥10℃溫度持續天數平均值為182.6 d，全年內有將近50%的天數平均氣溫≥10℃。其中≥10℃溫度持續天數的最大值為203 d，出現在2009年，最小值為170 d，出現在2010和2014年，兩者間相差33 d。

2.5 ≥35℃高溫日數年際變化

從2009—2018年昌吉市制種玉米生長季內≥35℃溫度高溫日數年際變化（圖略）可以看出，昌吉市夏季≥35℃溫度高溫日數集中出現在7月，其次在8月。從圖4d可以看出，昌吉市≥35℃高溫日數呈現出逐年增加的趨勢，變化率為14.121 d/10年。其中≥35℃高溫日數的最大值為33 d，出現在2017年，最小值為13 d，出現在2009年和2013年，兩者間相差20 d。7、8月是制種玉米產量形成關鍵期，此期間極端高溫對制種玉米開花、授粉、灌漿影響較大。高溫條件下，灌漿持續期縮短、灌漿速率下降、粒重下降，從而影響產量，還會造成高溫熱害。過高溫度引起氣孔關閉，呼吸消耗增多，影響制種玉米品質。

2.6 制種玉米生育期、產量變化特征

2.6.1 制種玉米各生育期變化 由表1可知，制種玉米播種、出苗、三葉、七葉、拔節、抽雄、開花等各發育期均表現出不同程度的變化趨勢，其中出苗期、三葉期、七葉期、抽雄期、乳熟期均表現出了不同程度的推遲趨勢，其中以三葉期的推遲趨勢最為明顯，變化率為0.387 d/10年，其次是七葉期，變化率0.242 d/10年。其余生長期均表現出不同程度的提前趨勢，其中以吐絲期的提前趨勢最為明顯，變化率為-0.255 d/10年，其次是開花期，變化率為-0.176 d/10年。近10年，昌吉市制種玉米平均播種期為4月22日，平均成熟期為8月30日，制種玉米生育期平均持續時間為129 d。制種玉米全生育期天數呈現顯著延長趨勢。春季出苗至七葉期的生育期推遲較明顯，大部分生育期延后，與氣候變暖事實有沖突，可能與某個時間段氣溫不足或降低有關，經分析，這與2009—2018年昌吉市春季降水增多、地-氣溫回升緩慢有關。夏季抽雄期的推遲與春季降水增多、升溫緩慢、積溫不足和2016年6月下旬降水溫度偏低降水偏多有關（2016年6月17—18日大雨，6月24日昌吉市日降水量31.6 mm，突破1971年以來同期6月份1日最大降水量，期間平均溫度降到15℃;其次2009、2011年6月溫度偏低降水偏多）。夏季乳熟期的推遲與2016年7月下旬降水偏多有關（2016年7月23—24日、29—31日，期間平均溫度降到18℃;2012、2014年7月下旬同樣溫度偏低降水偏多），最后導致昌吉地區制種玉米全生育期的延長。

2.6.2 制種玉米各生育期與不同因子的相關性分析 由表2可知，氣溫與制種玉米播種期的關系較為顯著，通過了信度為0.05的顯著性水平檢驗;日照時數、氣溫和積溫與制種玉米出苗期的關系較為明顯，只是氣溫和積溫與制種玉米苗期呈現出正相關關系，而日照時數與苗期則呈現出反相關關系，均通過了信度為0.05的顯著性水平檢驗;氣溫和積溫與制種玉米三葉期的關系極為顯著，分別通過了信度為0.01、0.05的顯著性檢驗;降水與制種玉米七葉期的關系較為顯著，通過了信度為0.05的顯著性檢驗;日照和降水與制種玉米抽雄期則呈現出反相關關系，兩者間的關系均較為顯著;氣溫和積溫與制種玉米抽雄期則呈現出正相關關系，并分別通過了信度為0.01、0.05的顯著性檢驗;氣溫和降水與制種玉米開花期的關系極為顯著，只是兩者關系相反;降水與制種玉米吐絲期呈現出反相關關系，并通過了0.01的極顯著檢驗，積溫與制種玉米吐絲期有正相關關系，并通過了0.01的極顯著檢驗;日照與制種玉米乳熟期則呈現出反相關關系，且通過了0.01的極顯著檢驗，積溫、氣溫和降水量則與制種玉米乳熟期的關系也較為顯著;氣溫和積溫與制種玉米成熟期則呈現出正相關關系，且通過了0.05的顯著性檢驗。由此不難看出，昌吉市日照、積溫、氣溫和降水量對制種玉米各生育期的影響不盡相同，且顯著性水平也有很大的差異。

2.6.3 氣候因子對制種玉米產量的影響 2009—2018年昌吉市平均氣溫以1.1℃/10年的速度遞增，制種玉米產量以43.8 kg/10年的速度遞減（圖4a）。昌吉市逐年平均氣溫與制種玉米平均產量間的相關系數為-0.569，通過信度為0.05的顯著性檢驗，說明平均氣溫對制種玉米產量的影響相對較大。

2009—2018年昌吉市逐年降水量以1.6 mm/10年的速度遞減，制種玉米產量以43.8 kg/10年的速度遞減（圖4b）。昌吉市逐年降水量與制種玉米平均產量間的相關系數為0.663，通過了信度為0.01的顯著性檢驗，說明降水量對制種玉米產量的影響極為顯著。

2009—2018年昌吉市逐年日照時數以66.5 h/10年的速度遞減，制種玉米產量以43.8 kg/10年的速度遞減（圖4c）。昌吉市逐年日照時數與制種玉米平均產量間的相關系數為0.079，未通過信度為0.05的顯著性檢驗，說明日照時數對制種玉米產量的影響不明顯。

2009—2018年昌吉市≥10℃有效積溫以134.5℃/10年的速度遞增，制種玉米產量以43.8 kg/10年的速度遞減（圖4d）。昌吉市≥10℃有效積溫與制種玉米平均產量間的相關系數為-0.006，未通過信度為0.05的顯著性水平檢驗，說明≥10℃有效積溫對制種玉米產量的影響不明顯。

2009—2018年昌吉市≥35℃高溫日數以14 d/10年的速度遞增，制種玉米產量以43.8 kg/10年的速度遞減（圖4e）。昌吉市≥35℃高溫日數與制種玉米平均產量間的相關系數為-0.626 6，通過信度為0.01的顯著性水平檢驗，說明≥35℃高溫日數對制種玉米產量的影響相對較大。

由此不難看出，年平均氣溫和≥35℃高溫日數與制種玉米產量間總體呈現出負相關，也就是隨著溫度的增加、高溫日數的增多，制種玉米產量不斷下降，反之亦然;年降水量與制種玉米產量間呈現出正相關關系，也就是隨著降水量的增加，制種玉米產量也隨之上升，反之亦然。

2.7 氣候變化對制種玉米產量的綜合影響

對制種玉米單產與各氣候因子進行多元回歸分析，常數項設為0，置信度為95%，代表站昌吉市回歸模型為：

Y=51.111 3X1+0.763 3X2+0.476 6X3 -0.241 0X4-5.307 7X5

式中，Y為制種玉米單產;X1為平均氣溫;X2為降水量;X3為日照時數;X4為 ≥10℃有效積溫;X5為≥35℃高溫日數。模型建立顯著性明顯，通過了0.001顯著性檢驗，表明回歸方程有效。

從代表站的多元回歸模型來看，對制種玉米產量影響大小順序是日平均溫度>降水量>日照時數，多元回歸系數分別為51.111 3、0.763 3、0.476 6。結果表明氣象要素對制種玉米單產有不同影響，≥10℃有效積溫和≥35℃高溫日數與制種玉米單產呈負線性關系（多元回歸系數分別為-0.241 0、-5.307 7），日照時數、 平均溫度、降水量與制種玉米單產呈正線性關系。各氣象因子間既相互作用又相互影響，如較長時間的日照，可以形成較高的平均溫度和積溫，而降水量與暖濕氣流、冷空氣有關。因此，氣象要素對農作物的作用是一個諸多氣象因素相互影響、相互制約、綜合作用的結果。

3 結論

（1）2009—2018年昌吉市制種玉米生長季內的年平均氣溫呈現出逐年增加的趨勢，變率為1.1℃/10年;≥10℃有效積溫呈現出逐年增多的趨勢，變率為134.5℃/10年;≥35℃高溫日數呈現出逐年增多的趨勢，變率為14.1 d/10年。年日照時數、年降水量、≥10℃溫度持續日數均呈現出逐年減少的趨勢。

（2）隨著昌吉市氣候變化，近10年制種玉米播種、出苗、三葉、七葉、拔節、抽雄、開花等各發育期均表現出不同程度的變化趨勢，其中出苗期、三葉期、七葉期、抽雄期、乳熟期均表現出了不同程度的推遲趨勢，其余生長期均表現出不同程度的提前趨勢。

（3）主要氣象因子對制種玉米生長影響較大，以春季降水和日照對制種玉米適時播種、出苗、苗齊和苗壯影響明顯。夏季（7月）氣溫、降水對制種玉米花期生長影響較大，花期溫度過高不利于開花授粉，造成減產。

（4）年平均氣溫、≥10℃有效積溫、≥35℃高溫日數與制種玉米產量間總體呈現出負相關，也就是隨著溫度的增加，制種玉米產量不斷下降，反之亦然;年降水量、日照與制種玉米產量間呈現出正相關關系，也就是隨著降水量的增加，制種玉米產量也隨之上升，反之亦然。

（5）通過多元回歸分析模型的系數，可從各氣象因子系數大小、正負等判斷影響該地區制種玉米產量的氣候因子是日平均溫度、降水量、日照時數?！?0℃有效積溫、≥35℃高溫日數與制種玉米單產呈負線性關系，日照時數、 平均溫度、降水量與制種玉米單產呈正線性關系。較高的溫度、較強的降水、較強的日照有利于昌吉地區制種玉米產量的增加。

（6）受氣候變化的影響，昌吉市制種玉米單產呈顯著降低趨勢，降低幅度為43.8 kg/10年。研究表明，昌吉地區氣候變化下制種玉米單產下降主要是由于制種玉米生育期內溫度升高、≥35℃高溫日數增多，日照時數、降水量偏少共同作用的結果，其中溫度、降水對制種玉米單產下降影響較大。當前在氣候變暖大背景下，建議對未來昌吉市制種玉米產量變化的評估考慮2個方面：一是制種玉米產量形成期應盡量避開高溫，同時灌漿期的相對適宜低溫也是制種玉米高產的關鍵所在，適時早播中晚熟品種，對播種期進行適當調節，以充分利用當地氣候資源，提高產量;二是培育或引進推廣抗旱耐熱性強、高產優質的玉米品種，推廣應用高效節水灌溉技術等，提高應對氣候變化的能力，促進玉米的持續穩定高產。

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責任編輯：鄭丹丹

基金項目 中亞大氣科學研究基金（CAAS201818）。

作者簡介 葉爾克江·霍依哈孜（1979-），女，哈薩克族，新疆沙灣人，工程師，從事應用氣象研究工作。*通訊作者，高級工程師，主要從事氣候變化研究。

收稿日期 2019-07-02