氣象條件對玉米適播期的影響研究

摘要：為深入了解齊齊哈爾地區(qū)水熱利用條件時空分布，合理安排春播農(nóng)事生產(chǎn)活動。利用1981-2023年齊齊哈爾地區(qū)10個國家氣象站逐日5cm地溫、氣溫、降水等資料，應(yīng)用ArcGIS軟件和趨勢分析法對齊齊哈爾地區(qū)適宜播期的空間、時間分布進(jìn)行分析。結(jié)果表明：氣溫、地溫均有提前的變化趨勢，而大部分地區(qū)透雨有延后的變化趨勢；受海拔高度影響，東部地區(qū)回溫較慢；受經(jīng)度、緯度影響，西部、南部地區(qū)回溫較快，東部地區(qū)透雨出現(xiàn)較早；得出的氣候資源推算模型可用于抵御氣候變化帶來的不利影響，同時為實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)；齊齊哈爾、甘南、龍江、富裕地區(qū)需關(guān)注的重點為透雨的預(yù)報，同時這些地區(qū)應(yīng)利用好土壤底墑，適時早播；訥河、依安、克山、克東、拜泉地區(qū)需重點關(guān)注溫度調(diào)節(jié)是否滿足播種要求，是否能夠為后續(xù)玉米生長發(fā)育提供充足的熱量條件。

關(guān)鍵詞：氣象條件；氣溫；地溫；降水；玉米；適播期；氣候傾向率

Study on the Influence of Meteorological Conditions on the

Optimum Sowing Time of Maize

XUE Yao LYU Donghui YE Qianzhu CHU Zheng LIU Changcheng SUN Yuan

（1Qiqihar Meteorological Bureau，Qiqihar 161000，Heilongjiang；2Gannan County Meteorological Bureau，Gannan 162100，Heilongjiang；3Hegang Meteorological Bureau，Hegang 154100，Heilongjiang；

4Heilongjiang Institute of Meteorological Sciences Research，Harbin 150000）

齊齊哈爾位于黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古3省區(qū)交匯處，橫跨47°N線，是全省玉米種植的主產(chǎn)區(qū)，國際公認(rèn)的“黃金玉米帶”[1]，常年年平均氣溫在2.5～5.3℃之間，年日照時數(shù)為2479～2935h，年降水量在409～549mm之間，年平均無霜期為126～145d。該地地處東北松嫩平原，地勢北高南低，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤類型主要為黑土、黑鈣土、草甸土，有機(jī)質(zhì)含量高，具有熱量高、透氣性好、質(zhì)地輕等特點，為培育優(yōu)質(zhì)玉米提供了得天獨厚的條件，具有適宜玉米種植的自然優(yōu)勢和生產(chǎn)基礎(chǔ)。齊齊哈爾市作為春玉米最主要的生產(chǎn)基地，肩負(fù)著國家糧食安全壓艙石的重任。據(jù)統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，玉米種植面積由1985年的27.3萬hm2（410.0萬畝）擴(kuò)增到2020年的107.2萬hm2（1608.6萬畝），產(chǎn)量也由1985年的61.5萬t增長到2020年的709.8萬t。2020年玉米種植面積占全市總種植面積的42.4%，玉米產(chǎn)量占總產(chǎn)量的60.1%。因此，齊齊哈爾市玉米產(chǎn)量對整個黑龍江省甚至全國的糧食安全都十分重要。

東北地區(qū)近50年增溫明顯[2]，在未來一段時間內(nèi)仍呈不斷增溫的趨勢，干旱等極端事件發(fā)生的頻率也將不斷增高，為糧食安全帶來了極大的考驗。適時早播是玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，地溫偏低時播種易引發(fā)出苗率降低，過晚播種又無法合理利用后續(xù)的氣候資源，還易遭受秋霜凍引發(fā)減產(chǎn)，因此，對齊齊哈爾地區(qū)春季適播期的研究尤為重要。目前不少學(xué)者對小麥、紅高粱、馬鈴薯、大豆等作物的生育期內(nèi)氣候適宜度進(jìn)行評價，而對齊齊哈爾地區(qū)春玉米適播期氣象條件的研究較少。滕世輝等[3]采用線性趨勢性預(yù)測對小麥生育期溫度、積溫以及主要生育期日期和持續(xù)時間進(jìn)行變化規(guī)律分析，確定了臨沂市冬小麥的適播期及最佳播期；余帥等[4]通過分期播種試驗，將產(chǎn)量因素和農(nóng)氣條件綜合分析，研究不同播期下宜糯紅高粱生育期及產(chǎn)量因素的表現(xiàn)，得出每年3月中旬至4月上旬，當(dāng)氣溫≥13℃時為宜糯紅高粱適播期；馬雅麗等[5]通過趨勢分析和相關(guān)分析，研究晉北馬鈴薯氣候資源變化特征及對馬鈴薯產(chǎn)量的影響，并基于積溫穩(wěn)定性原理，建立氣象產(chǎn)量預(yù)測模型，得出最高氣象產(chǎn)量對應(yīng)的適播期；張玉芳等[6]通過分析對比的方式，研究溫度、降水、光照對中晚期大豆發(fā)育期的影響，得出中晚期大豆的適宜播種時間。

本文以齊齊哈爾地區(qū)春玉米為研究對象，研究氣象條件空間變化特征，建立基于經(jīng)緯度、海拔高度的玉米適播期所需水熱條件的數(shù)理計算模型，以期為齊齊哈爾地區(qū)玉米播種提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 研究區(qū)如圖1所示，齊齊哈爾地處松嫩平原，位于黑龍江省西部，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季特點十分明顯，日照充足，雨熱同季，春季干旱多風(fēng)，氣溫變幅大，春季降水量占全年總降水量的12.5%，加上裸地、大風(fēng)等因素，蒸發(fā)量常大于降水量，極易發(fā)生干旱，且素有“十年九旱”之說。

1.2 數(shù)據(jù)來源 選取齊齊哈爾地區(qū)10個國家氣象觀測站1981-2023年逐日氣象資料（來源于黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心），其中地溫資料自2007年開始完整，之前存在缺測或無數(shù)據(jù)情況，自動忽略。

1.3 數(shù)據(jù)處理 地理信息資料應(yīng)用ArcGIS 10.8軟件作圖，應(yīng)用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，應(yīng)用SPSS 23構(gòu)建氣候資源推算模型。應(yīng)用趨勢分析法構(gòu)建線性方程y=at+b，其中y分別為地溫、氣溫、透雨因素，t為時間，a、b為常數(shù)，氣候傾向率用10a表示。

1.4 氣候資源空間分析模型 挑選與地溫、氣溫、透雨3個指標(biāo)關(guān)系密切的經(jīng)度、緯度、海拔高度等地理因子，建立氣候資源空間分析模型[7]：Y=f（λ，ψ，h）+ε。

式中，Y為初日（日序）；f為變量方程；λ、ψ、h分別代表經(jīng)度、緯度、海拔高度（m）；ε為綜合地理殘差。

2 結(jié)果與分析

2.1 地溫變化特征

2.1.1 地溫因素空間變化 將2007-2023年齊齊哈爾地區(qū)80%保證率下5cm地溫穩(wěn)定通過10℃的初日作為玉米適播期，采用構(gòu)建氣候資源空間分析模型的方法[7]，推算出該地區(qū)5cm地溫穩(wěn)定通過10℃的初日。通過對齊齊哈爾地區(qū)10個站點80%保證率下的5cm地溫穩(wěn)定通過10℃的初日進(jìn)行多元回歸分析，得出推算模型為Y1=0.262λ+1.279ψ+0.062h+19.558（R2=0.852，Plt;0.01）。

通過模型計算出10個站點初日出現(xiàn)的日序，并與實際出現(xiàn)日序進(jìn)行對比，得出差值，應(yīng)用反距離權(quán)重法進(jìn)行空間差值計算，得到80%保證率下5cm地溫穩(wěn)定通過10℃初日的氣候圖。如圖2所示，齊齊哈爾地區(qū)5cm地溫穩(wěn)定通過10℃初日的空間分布呈現(xiàn)自西向東逐漸推遲的趨勢。龍江、甘南兩地相較周圍站點海拔高度較高，5cm地溫穩(wěn)定通過10℃初日較晚，說明海拔高度對初日出現(xiàn)的時間影響較大；依安、克山、克東、拜泉相較其他站點海拔高度較高，初日出現(xiàn)的時間也相對較晚。

2.1.2 地溫因素時間變化 通過趨勢分析法，得出2007-2023年齊齊哈爾地區(qū)5cm地溫穩(wěn)定通過10℃初日的氣候傾向率。如圖3所示，近17年中，除克山、依安地區(qū)玉米適播期有延后的趨勢外，其余地區(qū)5cm地溫穩(wěn)定通過10℃均提前，其中拜泉提前速率最快，達(dá)10.40d/10a，其次為齊齊哈爾和甘南，提前速率分別為1.86d/10a和1.76d/10a，克山、依安呈延后的趨勢，延后速率分別為3.19d/10a和2.30d/10a。所有縣市適播期變化趨勢均不顯著。

對2007-2023年5cm地溫穩(wěn)定通過10℃的初日進(jìn)行分析。由表1可以看出，除拜泉存在特殊年份外，其余各縣市5cm地溫穩(wěn)定通過10℃的初日均出現(xiàn)在4月下旬至5月上旬。2007-2010年甘南、泰來、富裕地區(qū)出現(xiàn)偏早，依安、克山、克東地區(qū)出現(xiàn)較晚，拜泉地區(qū)初日出現(xiàn)特晚；2011-2020年泰來、富裕、齊齊哈爾地區(qū)初日出現(xiàn)較早，依安、克東、拜泉地區(qū)初日出現(xiàn)較晚；2021-2023年甘南、泰來、齊齊哈爾、富裕地區(qū)初日出現(xiàn)時間早，克山、克東、拜泉出現(xiàn)時間較晚，變化規(guī)律與推算模型相吻合。

2007-2010年初日平均日期為4月27日至5月16日，2011-2020年初日平均日期為4月23日至5月7日，2021-2023年初日平均日期為4月26日至5月8日，年份間初日相差不大，2011-2020年相較另兩個年份早。

2.2 氣溫變化特征

2.2.1 氣溫因素空間變化 氣溫穩(wěn)定通過8℃播種才能保證出苗最早[8]，因此將1981-2023年80%保證率下氣溫穩(wěn)定通過8℃初日作為玉米適播期，通過建立氣候資源空間分析模型，得到齊齊哈爾地區(qū)氣溫穩(wěn)定通過8℃初日推算模型：Y2=2.009λ+

2.881ψ-0.015h-259.925（R2=0.922，Plt;0.01）。通過模型計算出10個站點初日出現(xiàn)的日序，并與實際出現(xiàn)日序進(jìn)行對比，得出差值，應(yīng)用反距離權(quán)重法進(jìn)行空間差值計算，得到80%保證率下氣溫穩(wěn)定通過8℃初日的氣候圖。如圖4所示，齊齊哈爾地區(qū)氣溫穩(wěn)定通過8℃初日的空間分布呈現(xiàn)自西向東逐漸推遲的趨勢。拜泉、克山、克東、訥河出現(xiàn)最晚，其中訥河緯度最高，克山、克東、拜泉經(jīng)度較大，而泰來緯度較低，回溫較早，由此可見經(jīng)度和緯度是影響氣溫的重要因素。

2.2.2 氣溫因素時間變化 通過趨勢分析法，得出1981-2023年齊齊哈爾地區(qū)氣溫穩(wěn)定通過8℃初日的氣候傾向率。如圖5所示，齊齊哈爾地區(qū)所有縣市玉米適播期均有提前的趨勢。各地提前速率不同，甘南最快，為2.48d/10a（Plt;0.01），其次為龍江、訥河、依安、富裕、齊齊哈爾，提前速率分別為1.95d/10a、1.89d/10a、1.82d/10a、1.74d/10a和1.72d/10a（Plt;0.05），均呈顯著提前的趨勢，其余縣市變化趨勢不顯著。

對1981-2023年氣溫穩(wěn)定通過8℃初日進(jìn)行分析。由表2可以看出，各地區(qū)氣溫穩(wěn)定通過8℃的初日均出現(xiàn)在4月下旬至5月上旬。1981-1990年初日平均日期泰來地區(qū)出現(xiàn)較早，其次為齊齊哈爾，訥河、克山、克東地區(qū)初日出現(xiàn)較晚；1991-2000年初日平均日期泰來、龍江、齊齊哈爾出現(xiàn)較早，克東、拜泉、訥河地區(qū)出現(xiàn)較晚；2001-2010年泰來、齊齊哈爾、龍江地區(qū)初日出現(xiàn)較早，克山、克東、拜泉地區(qū)出現(xiàn)較晚；2011-2020年泰來、龍江、齊齊哈爾、甘南地區(qū)初日出現(xiàn)較早，克東、拜泉、訥河、克山地區(qū)出現(xiàn)較晚；2021-2023年泰來、齊齊哈爾、甘南地區(qū)初日出現(xiàn)較早，依安、克山、克東地區(qū)出現(xiàn)較晚，總體趨勢與推算模型吻合。

1981-1990年氣溫穩(wěn)定通過8℃初日平均日期為4月27日至5月5日，1991-2000年初日平均日期為4月21-30日，2001-2010年初日平均日期為4月22日至5月3日，2011-2020年初日平均日期為4月21-29日，2021-2023年初日平均日期為4月24日至5月2日。由此可見，1991-2000年與2011-2020年比其他3個年份氣溫穩(wěn)定通過8℃初日的出現(xiàn)時間相對較早，1981-1990年氣溫回升最慢。

2.3 透雨變化特征

2.3.1 透雨因素空間變化 對1981-2023年齊齊哈爾地區(qū)10個站點80%保證率下首場透雨初日的日序進(jìn)行多元回歸分析，得到齊齊哈爾地區(qū)首場透雨初日推算模型：Y3=-1.368λ+2.007ψ-0.001h+212.549（R2=0.716，Plt;0.01）。

通過模型計算出10個站點初日出現(xiàn)的日序，并與實際出現(xiàn)日序進(jìn)行對比，得出差值，應(yīng)用反距離權(quán)重法進(jìn)行空間差值計算，得到80%保證率下透雨初日氣候圖。如圖6所示，齊齊哈爾地區(qū)首場透雨自東向西、自南向北呈現(xiàn)逐漸延后的趨勢，經(jīng)度、緯度與初日的早晚有著密不可分的關(guān)系，克東、拜泉經(jīng)度最高，初日出現(xiàn)的最早，泰來緯度最低，出現(xiàn)的也相對較早，由此可見，經(jīng)度越高，初日越提前，緯度越高，初日越延后。

2.3.2 透雨因素時間變化 通過趨勢分析法，得出1981-2023年齊齊哈爾地區(qū)有透雨年份的透雨初日氣候傾向率。如圖7所示，拜泉、克東地區(qū)玉米適播期有提前的趨勢，其余地區(qū)均呈現(xiàn)延后的趨勢，其中泰來延后的速率最大，為4.82d/10a（Plt;0.05），齊齊哈爾延后速率最小，為0.46d/10a，齊齊哈爾大部分地區(qū)延后或提前的趨勢變化不顯著。

對1981-2023年首場透雨初日進(jìn)行分析。由表3可以看出，各地區(qū)首場透雨初日平均日期主要集中在4月下旬至5月上旬。1981-1990年訥河、泰來、克山、龍江地區(qū)初日出現(xiàn)普遍較早，甘南、齊齊哈爾地區(qū)出現(xiàn)較晚；1991-2000年泰來、甘南、依安、克山地區(qū)初日出現(xiàn)早，拜泉、克東、龍江初日出現(xiàn)較晚；2001-2010年拜泉、泰來、依安、克山、訥河、齊齊哈爾地區(qū)初日出現(xiàn)早，龍江、克東、富裕初日出現(xiàn)較晚；2011-2020年克東地區(qū)初日出現(xiàn)較早，龍江、克山、訥河、甘南地區(qū)初日出現(xiàn)較晚；2021-2023年拜泉、克山、齊齊哈爾、富裕地區(qū)初日出現(xiàn)早，泰來、訥河、龍江初日出現(xiàn)較晚，變化趨勢與推算模型高度吻合。

1981-1990年首場透雨初日平均日期為4月28日至5月9日，1991-2000年初日平均日期為4月21日至5月10日，2001-2010年初日平均日期為4月22-29日，2011-2020年初日平均日期為4月26日至5月14日，2021-2023年初日平均日期為4月13日至5月27日。由此可見，2001-2010年首場透雨各地區(qū)普遍出現(xiàn)較早，2021-2023年拜泉首場透雨出現(xiàn)極早，泰來首場透雨出現(xiàn)極晚。

3 結(jié)果與分析

適宜的播種時間能夠提高玉米生長發(fā)育過程中的干物質(zhì)積累，促進(jìn)產(chǎn)量形成，本研究考慮水熱綜合條件對玉米適播期的影響，得出齊齊哈爾地區(qū)大部分玉米適播期在4月下旬至5月上旬，受海拔高度影響，東部地區(qū)回溫較慢，受經(jīng)度、緯度影響，西部、南部地區(qū)回溫較快，東部地區(qū)透雨出現(xiàn)較早。根據(jù)推算模型計算，泰來4月29日地溫、氣溫就已達(dá)到適宜標(biāo)準(zhǔn)，但至5月17日才迎來首場透雨，齊齊哈爾、甘南、龍江、富裕地區(qū)5月4日普遍達(dá)播種適宜的溫度條件，但透雨發(fā)生在5月19日，因此這些地區(qū)需關(guān)注的重點為透雨的預(yù)報，同時應(yīng)利用好土壤底墑，適時早播；訥河、依安、克山、克東、拜泉地區(qū)5月10日普遍達(dá)適宜溫度，5月16日首場透雨出現(xiàn)，這些地區(qū)需重點關(guān)注溫度調(diào)節(jié)是否滿足播種要求，是否能為后續(xù)玉米生長發(fā)育提供充足的熱量條件。

在氣候不斷變化的背景下，除克山、依安地區(qū)玉米適播期有延后的趨勢外，其余地區(qū)5cm地溫穩(wěn)定通過10℃的初日均提前，其中拜泉提前速率最快，達(dá)10.40d/10a；齊齊哈爾地區(qū)所有縣市氣溫穩(wěn)定通過8℃初日均有提前的趨勢，各地提前速率不同，甘南最快，為2.48d/10a（Plt;0.01）；拜泉、克東地區(qū)透雨初日有提前的趨勢，其余地區(qū)均呈現(xiàn)延后的趨勢，其中泰來延后的速率最大，為4.82d/10a（Plt;0.05）。氣溫、地溫變化為適時早播提供了熱量條件，但透雨延后不利于玉米早播。

參考文獻(xiàn)

[1]佚名．齊齊哈爾：全國重要的非轉(zhuǎn)基因大豆主產(chǎn)區(qū)．農(nóng)產(chǎn)品市場，2023（1）：18-19

[2]呂佳佳，王秋京，閆平，王晾晾，朱海霞，姜麗霞，杜春英．基于氣溫資料的黑龍江省玉米播種期分析．中國農(nóng)業(yè)氣象，2014，35（1）：68-73

[3]滕世輝，李曉霞，劉慶娟．氣候變化對臨沂冬小麥主要生育期的影響及適播期研究．農(nóng)學(xué)學(xué)報，2023，13（4）：18-24

[4]余帥，張偉，唐軼，詹植鈞，趙藝．宜糯紅高粱適播期研究．農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2023（5）：9-11

[5]馬雅麗，欒青，李效珍，劉文平，李芬，班勝林，李海濤，張娜，張祎瑋．氣候變暖對晉北黃土高原半干旱區(qū)馬鈴薯適播期的影響．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2023，41（2）：274-281

[6]張玉芳，何正梅．大同地區(qū)中晚期大豆適播期研究．農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備，2022（1）：37-40

[7]閆平，楊明，王萍，紀(jì)仰慧．基于GIS的黑龍江省積溫帶精細(xì)劃分．黑龍江氣象，2009，26（1）：26-27，29

[8]陳立亭，孫玉亭．黑龍江省氣候與農(nóng)業(yè)．北京：氣象出版社，2000

（收稿日期：2024-04-23）