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，處于大陸季風氣候區，屬于溫暖半干旱型，氣候特點為四季分明，冷暖干濕差異較大，春季干旱少雨、多風增溫快，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。衡水市農業氣候資源較豐富，是京津重要的農副產品加工供應基地。玉米是重要的食用、飼用和工業用作物，也是世界上種植面積最大、分布范圍最廣、產量最高的農作物之一。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%，總產量占糧食總產量的50.69%。在衡水市糧食作物中，夏玉米種植面積居第2位，總產排第1位。因此，夏玉米在衡水市糧食生產中占據舉足輕重的地位，研究夏玉米生育期氣象因子變化趨勢對玉米生產具有重要意義。

氣溫、降水和輻射是農業生產的重要氣象因素，是作物生長發育必需的氣象因子，決定了一個地區的種植制度和糧食產量[1]。在諸多農業氣候資源利用研究中，已開展了一些關于夏玉米生育期氣候變化的研究。胡洵瑀等[2]對華北平原夏玉米各生育階段農業氣候要素變化進行了研究。薛昌穎等[3]研究了黃渤海地區夏玉米生長季干旱的時空特征等。但是，對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、日照等氣象因子細化到每個關鍵生育期，分析得出各關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律，充分利用當地氣候資料，科學設置夏玉米生產管理規劃，以期獲得良好的經濟效益。

1 研究內容與方法

1.1 資料來源

將1990—2019年衡水市桃城區、阜城縣、冀州區、故城縣和饒陽縣5個縣（市區）的氣象數據平均值作為樣本資料，氣象因子資料來源于5個縣（市區）氣象局，夏玉米關鍵生育期資料來源于河北省農林科學院旱作農業研究所。

1.2 研究內容與方法

依據衡水市夏玉米生長發育規律，選取了7個關鍵生育期分別設定為：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個關鍵生育期的平均氣溫、降水量、日照時數，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等29個氣象因子（表1）。

建立夏玉米關鍵發育期氣象因子數據庫，分別計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軟件計算出各氣象因子與時間的線性相關系數，對照相關系數臨界值以α＝0.05的顯著性水平為檢驗變化是否顯著的標準，分析得出衡水市夏玉米關鍵生長發育期氣象因子變化特征（表1）。

表1 氣象因子

2 結果與分析

2.1 氣溫變化

氣溫變化直接影響玉米的發育速度和產量，是影響玉米生長的重要氣象條件之一。玉米的產量、質量受低溫和高溫的影響都極為明顯[4]。該地區夏玉米一般在6月中旬播種，10月上旬收割，生長在一年中最熱的時期，尤其大喇叭口期至吐絲期是當地高溫天氣集中時段，也是夏玉米對溫度最敏感的時期，因此夏玉米的生產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上升趨勢，其他生育期平均氣溫波動趨勢幅度不明顯，各生育期平均氣溫與時間的相關系數分別達到0.065～0.354，均未通過α＝0.05的顯著性水平檢驗，表明各生育期平均氣溫上升趨勢不顯著。

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

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35.7℃，變化趨勢不明顯，抽雄期、吐絲期極端最高氣溫呈波動上升趨勢，與時間的相關系數為0.205、0.439，吐絲期極端最高氣溫相關系數通過了α＝0.05的顯著性水平檢驗，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上升趨勢，與時間的相關系數為0.358，接近α＝0.05的顯著性水平檢驗標準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℃，呈波動上升趨勢（圖2），上升幅度為0.825℃/10年，與時間的相關系數為0.408通過了α＝0.05的顯著性水平檢驗，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期，需水量較大，玉米不同生育階段對水分的需求不同，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%，后期相對偏少[5]。

分析1990—2019年衡水市夏玉米各關鍵生育期平均降水量，結果表明降水主要集中在大喇叭口期、抽雄期、吐絲期、灌漿期，符合玉米生長發育的需水規律。從各發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幅度較大，趨勢變化不明顯，計算各生育期平均降水量與時間的相關系數為-0.088～0.140，說明各關鍵生育期平均降水量年際變化趨勢不明顯。

該地區夏玉米生育期與降水集中期相重合，且當地農田水利灌溉設施完善，夏玉米的灌溉以河渠地表水和開采地下水為主，對自然降水的依賴度較低，因此降水量的變化對該地區夏玉米生產的影響較小。

2.3 日照時數的變化

玉米是一種極其喜陽的植物，充分的光照可以保證生產的基本需求，良好的玉米產量與充足的光照分不開。較長時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量，實現對玉米各個環境溫度的有效控制[6]。

衡水市，近30年來各關鍵生育期日照時數均呈減少趨勢，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，計算各關鍵生育期日照時數與時間的相關系數為-0.190～-0.334均為負相關，未通過α＝0.05的顯著性水平檢驗，說明日照時數的下降趨勢未達到顯著水平[7]。

夏玉米在不同生育期對日照時數的要求存在差異，播種期到乳熟期為8～10 h/d，乳熟期到成熟期應大于9 h/d，而成熟期日照時數越長則更加有利于玉米增產，反之則會造成減產。分析表明，該地區夏玉米各生育期日照時數均呈較明顯的下降趨勢，將對夏玉米生產造成不利影響。

3 結論

（1）1990—2019年衡水市夏玉米各關鍵生育期中抽雄期、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、極端最高氣溫呈波動上升趨勢，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；夏玉米各關鍵生育期平均降水量年際變化波動幅度較大趨勢變化不明顯；各關鍵生育期日照時數均呈減少趨勢，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，氣溫持續上升使得蒸發量不斷提高，會加劇玉米生長和產量形成關鍵時期的干旱。玉米抽雄、開花時期是對溫度最敏感的時期，如果氣溫持續升高、空氣非常干燥，導致花絲容易掉落，就會出現因受精不成熟而出現缺粒的情況，本研究玉米關鍵生育期氣溫呈持續上升趨勢可能導致玉米產量下降。另外，玉米開花授粉后的光照時數是影響玉米品質的重要因子，光照時數的增加有利于改善玉米植株內部生理代謝功能，提高玉米產量。尤其是在玉米抽雄—成熟期，充足的日照時數，有利于開花授粉和籽粒灌漿。本研究中該時期日照時數均呈下降趨勢，將會給玉米品質帶來不利影響。

本研究的結果可以為夏玉米生產調整栽培措施、發展農田水利建設、玉米品種的改良提供理論基礎，降低氣候變化對夏玉米生產的不利影響，提高玉米生產能力，為玉米豐產創造良好的基礎條件。實際上氣象因子對玉米生產的影響是多方面的，如降水的時間分布、直接輻射和散射輻射的變化等對玉米生產的影響也不容忽視，這些都有待進一步研究。