气温变化对哈尔滨市呼兰区玉米生长发育的影响

2014-11-20 11:35解志佳吕艳杰崔泽宇孔伟庆杨德光
湖北农业科学 2014年18期
关键词:积温平均温度玉米

解志佳+吕艳杰+崔泽宇+孔伟庆+杨德光

摘要:利用国家气象中心1971-2011年的气象数据,系统分析了呼兰区41年内气温变化规律。结果表明,呼兰区≥10 ℃的有效积温变化范围为2 378.5~3 007.2 ℃,5年滑动平均曲线整体呈震荡上升趋势;呼兰区玉米苗期平均温度变化范围为16.11~22.50 ℃,5年滑动平均曲线波动频率较大,但整体呈震荡上升趋势;玉米拔节期平均温度变化范围为20.02~25.92 ℃,5年滑动平均曲线呈明显的波动变化;开花期平均温度变化范围为18.28~26.61 ℃,5年滑动平均曲线处于平稳状态;灌浆成熟期平均温度变化范围为16.41~20.37 ℃,5年滑动平均曲线整体呈震荡上升趋势。这些结果表明呼兰区玉米生育各阶段温度基本能满足玉米生长发育的需求,近15年玉米生育期内有效积温的震荡升高有利于选择中晚熟玉米品种,但干旱发生的几率增大。

关键词:玉米;平均温度;积温;哈尔滨市呼兰区

中图分类号:S513 文献标识码:A 文章编号:0439-8114(2014)18-4268-04

20世纪以来,农业生产条件得到了极大的改善,生产力水平明显提高,然而气象条件对农业生产直接或间接的不良影响日益突出,不断变化的气候条件仍然是制约农业生产发展的重要因素[1,2]。近57年来,中国北方地区气温的增加趋势呈非对称性,西北西部和东北表现较明显的增温现象,并且远远高于全国其他各地的增温幅度[3,4]。随着温度持续上升,势必导致降水量的变化以及高温、干旱等极端气候事件的频繁发生[5]。黑龙江省农业气候区划分为6个积温带[6],哈尔滨市呼兰区属于第一积温带,是黑龙江省玉米生产热量条件较好的区域。气温带的划分始于20世纪80年代,但近10年来由于气温的变化使得生长季内总积温增加,生长季延长,玉米品种和播期都应有相应的调整。因此,研究玉米生育阶段气温变化趋势对呼兰区玉米生长发育的影响,对指导呼兰区玉米生产具有重要的参考意义。

1 材料与方法

1.1 气象资料来源

主要利用的气象数据来自于国家气象中心,气象资料为呼兰区气象站点(1971-2011年)的逐日气象资料,包括连续41年的逐日平均气温。

1.2 玉米生育时期调查

玉米生育期以呼兰区主栽玉米品种先玉335为主进行统计,根据玉米生产的实际情况,把呼兰区的玉米种植从出苗至成熟分为4个阶段:苗期为5月15日~6月22日;拔节期为6月23日~7月23日;开花期为7月24日~7月28日;成熟期为7月29日~9 月29日。全生育期在5月15日~9月29日。

1.3 数据处理

为反映温度变化趋势,对呼兰区玉米生育期内平均温度和有效积温进行一元线性回归、5年滑动平均分析。用Excel 2012进行数据处理和作图,采用SPSS 16.0统计分析软件进行数据分析。

滑动平均法的计算公式为:

2 结果与分析

2.1 呼兰区玉米有效积温逐年变化趋势

积温常作为热量指标衡量某地区热量条件是否满足作物生长发育的需要。我国的主要玉米早熟品种所需的有效积温为2 000~2 200 ℃,中熟品种所需的有效积温为2 300~2 600 ℃,晚熟品种所需的有效积温为2 500~2 800 ℃,个别晚熟品种可达到3 000 ℃[7]。近41年呼兰区全生育期≥10 ℃有效积温的变化范围为2 378.5~3 007.2 ℃(图1),相邻两年≥10 ℃有效积温最大差值为304.5 ℃,最小差值为5.7 ℃。≥10 ℃有效积温变化分为两个阶段:第一阶段是1971-1994年,大多数年份的≥10 ℃有效积温低于全生育期平均值2 700 ℃;第二阶段为1995-2011年,≥10℃有效积温全部高于2 700 ℃,2000年有效积温甚至超过3 000 ℃。黑龙江省玉米第一积温带积温为2 700 ℃以上,而呼兰区自1995年来有效积温均明显高于2 700 ℃,近几年逐渐超过中熟品种的积温需求,适宜种植晚熟玉米品种。≥10 ℃有效积温5年滑动平均值整体呈波动上升趋势,全生育期最大变幅为628.7 ℃。变化趋势分为两个阶段:第一阶段为20世纪70、80年代,其积温都在平均值的下方;第二部分为2000年以后,积温基本都在平均值的上方,其中2000年更是达到最高值3 007.2 ℃。

2.2 呼兰区玉米各生育时期平均温度逐年变化情况

2.2.1苗期日平均温度逐年变化 玉米出苗适宜温度15~20 ℃,呼兰区玉米苗期平均温度变化为16.11~22.50 ℃(图2),大部分都满足玉米出苗的要求,个别年份高于适宜温度要求。苗期平均温度的5年滑动平均曲线波动频率较大,1973-1980年处于大幅度波动上升趋势,1981-1991年处于缓慢波动下降趋势,1992年之后又呈现大幅度上升趋势。苗期温度逐渐升高有利于加快玉米发芽速度,提高玉米苗期抗病性,同时使播种期提前。

2.2.2 呼兰区拔节期日平均温度逐年变化 春玉米在日平均温度达到18 ℃时开始拔节,拔节期适宜温度为18~22 ℃。呼兰区玉米拔节期平均温度变化范围为20.02~25.92 ℃(图3),表明呼兰区玉米拔节期平均温度整体高于玉米拔节期需求,41年中只有14年平均温度和玉米拔节期需求吻合,多数年份平均温度略高于玉米拔节期需求。拔节期是玉米生殖生长的开始阶段,当温度升高,玉米拔节的速度加快,容易造成基部节间伸长过快从而导致后期倒伏,但有利于幼穗发育。拔节期平均温度的5年滑动平均曲线波动频率明显,为4个阶段,1973-1985年处于缓慢波动下降趋势,1986-1999年处于大幅度波动上升趋势,2000年之后又处于大幅度下降趋势,整体属于缓慢波动上升。

2.2.3 开花期日平均温度逐年变化 开花期温度要求为26~27 ℃,呼兰区开花期平均温度变化范围为18.28~26.61 ℃(图4),开花期平均温度不满足最适温度要求,只有近几年的几个年份达到了温度要求,严重影响开花期玉米正常散粉。开花期平均温度的5年滑动平均曲线整体处在平稳状态,说明开花期温度变化不显著,只有1990年出现一个极值。当开花期温度和湿度适宜时,可以使开花期协调,授粉良好,温度高于要求时,会使花期不能很好相遇,花粉粒失水,丧失发芽能力,花柱过早枯萎,寿命缩短,影响授粉,造成秃顶和缺粒。

2.2.4 灌浆成熟期日平均温度逐年变化特征 灌浆成熟期适宜温度为22~24 ℃,呼兰区玉米灌浆成熟期平均温度变化范围16.41~20.37 ℃(图5),不难看出灌浆成熟期的平均温度低于适宜温度,不满足灌浆成熟期玉米生长需求,严重影响玉米的子粒形成。温度若低于16 ℃,玉米光合作用就会降低,光合有效面积减少,淀粉酶的活性受到抑制,从而影响淀粉的合成、运输和积累,玉米干粒重降低,出子率低[8]。灌浆成熟期平均温度的5年滑动平均值整体处于大幅波动上升趋势,只有个别年份有略微下降趋势,平均温度在灌浆成熟期上升幅度最大。在温度适宜范围内,灌浆成熟期温度越高,干物质积累速度越快。

2.2.5 全生育期日平均温度逐年变化特征 从图6可以看出,呼兰区41年平均温度变化范围为17.80~21.79 ℃,平均值为19.74 ℃,最大差值为3.99 ℃,其中1972年最低,2000年最高。5年滑动平均曲线显示平均气温在1991年之前处于平稳状态,1991年开始持续攀升,在2009年达到最高点,表明全生育期温度整体处于上升状态,呼兰区气温呈逐年变暖趋势。

3 小结与讨论

玉米生育期热量条件是影响玉米产量的关键气象因子。已有研究表明[9-12]东北地区主要作物生长季气候变化有明显的暖化趋势,平均温度表现为稳定的升高趋势。苗期和拔节期平均温度均高于生物学温度[13]。平均气温还与出苗速率、生长速率呈线性关系,气温每上升10 ℃,出苗速率提升17%,营养生长速率提升5%[14]。灌浆成熟期的平均温度一般为16.7~23.5 ℃,不能满足玉米灌浆需求[15]。本研究表明,呼兰区≥10℃有效积温变化范围为2 378.5~3 007.2 ℃,达到晚熟春播品种所需的积温需求。农作物生长期热量资源的升高,有利于扩大农作物的耕作范围,并且大幅度提高作物产量。积温越高,作物生长越快[13]。≥10 ℃有效积温的5年滑动平均曲线整体呈震荡上升趋势。呼兰区玉米苗期平均温度变化范围为16.11~22.50 ℃,能满足玉米出苗和生长发育的要求。苗期平均温度的5年滑动平均曲线波动频率较大,但整体呈震荡上升趋势。呼兰区玉米拔节期平均温度变化范围为20.02~25.92 ℃,高于拔节期玉米需求,不利于抗倒伏,有利幼穗分化。拔节期平均温度的5年滑动平均曲线呈明显的波动变化。呼兰区玉米开花期平均温度变化范围为18.28~26.61 ℃,低于开花期玉米最适温度要求,不利于花粉粒的形成,影响正常授粉。开花期平均温度的5年滑动平均曲线处于平稳状态。呼兰区玉米灌浆成熟期平均温度变化范围为16.41~20.37 ℃,低于灌浆成熟期玉米需求,影响淀粉合成、运输和积累,影响子粒形成,导致产量降低。灌浆成熟期的平均温度的5年滑动平均曲线整体呈震荡上升趋势。呼兰区全生育期平均温度变化范围为17.80~21.79 ℃,全生育期温度整体处于上升状态,呼兰区气温呈逐年变暖趋势。宋世娟等 [16] 研究认为,玉米生长后期气象条件匹配合理,将有利于光合产物积累,实现稳产,因此如何充分利用呼兰区的温度变化,选择适宜的玉米品种,使玉米产量形成期处于最适热量条件下,是提高玉米产量的关键。

热量资源是决定一个地区农业生态环境的关键因素,一个地区的产业结构、作物布局、品种搭配、耕作制度,在一定程度上取决于作物生育期间的温度变化。随着温度的持续增长,开花期和灌浆成熟期的温度会越来越接近玉米最适温度要求,有利于玉米的成熟和高产;而较高的苗期温度和拔节期温度会持续攀升,远高于适宜温度,并且造成水分损失,这也是呼兰区未来需要注意和解决的问题,可以采取提前播种时期,做好蓄水保墒,增加灌溉设施,种植耐旱品种等措施。

参考文献

[1] 曹 玲,邓振镛,窦永祥,等.气候变暖对河西走廊绿洲灌区玉米产量影响及对策研究[J].西北植物学报,2008,28(5):1043-1048.

[2] 常向阳,姚华锋等.农业技术选择影响因素的实证分析[J].中国农村经济,2005(10):36-42

[3] 王海军,张 勃,赵传燕,等.中国北方近57年气温时空变化特征[J].地理科学进展,2009,28(4):643-650.

[4] 任国玉,徐铭志,初子莹,等.近54年中国地面气温变化[J].气候与环境研究,2005,10(4):717-727.

[5] 王 萍,李廷全,闫 平,等.近年黑龙江省春旱频繁发生的研究分析[J].自然灾害学报,2005,14(3):95-98.

[6] 于荣环,孙孟梅.黑龙江省热量资源及积温带的划分[J].黑龙江气象,2010,29(5):68-71.

[7] 曹卫星.作物栽培学总论[M].北京:科学出版社,2006.

[8] 魏 湜,曹广才,高 洁,等.玉米生态基础[M].北京:中国农业出版社,2010.

[9] 王秀芬,杨艳昭,尤 飞.黑龙江省气候变化及其对玉米生产潜力的影响[J].干旱地区农业研究,2012,30(5):25-29.

[10] 毛恒青,万 晖.华北,东北地区积温的变化[J].中国农业气象,2000,21(3):1-5.

[11] 孙凤华,任国玉,赵春雨,等.中国东北地区及不同典型下垫面的气温异常变化分析[J].地理科学,2005,25(2):167-171

[12] 孙凤华,杨素英,陈鹏狮,等.东北地区近44年的气候暖干化趋势分析及可能影响[J].生态学杂志,2005,24(7):751-755.

[13] 张荣霞,隋 岩,杨秀华,等.聊城地区气候变化对农业的影响与对策[J].中国农业气象,2010,31(增1):40-42.

[14] 扈艳萍,曹敏建,刘 敏,等.辽宁省玉米主产区气候因子与玉米产量相关性的研究[J].玉米科学,2008,16(3):140-146

[15] 马玉平,王石立,李维京,等.基于作物生长模型的玉米生殖期冷害致灾因子研究[J].作物学报,2011,37(9):1642-1649

[16] 宋世娟,柳金来,腾文星,等.王米群体光合性能与气象因素及产量的关系[J].玉米科学,1996,4(4):60-62.

2.2.4 灌浆成熟期日平均温度逐年变化特征 灌浆成熟期适宜温度为22~24 ℃,呼兰区玉米灌浆成熟期平均温度变化范围16.41~20.37 ℃(图5),不难看出灌浆成熟期的平均温度低于适宜温度,不满足灌浆成熟期玉米生长需求,严重影响玉米的子粒形成。温度若低于16 ℃,玉米光合作用就会降低,光合有效面积减少,淀粉酶的活性受到抑制,从而影响淀粉的合成、运输和积累,玉米干粒重降低,出子率低[8]。灌浆成熟期平均温度的5年滑动平均值整体处于大幅波动上升趋势,只有个别年份有略微下降趋势,平均温度在灌浆成熟期上升幅度最大。在温度适宜范围内,灌浆成熟期温度越高,干物质积累速度越快。

2.2.5 全生育期日平均温度逐年变化特征 从图6可以看出,呼兰区41年平均温度变化范围为17.80~21.79 ℃,平均值为19.74 ℃,最大差值为3.99 ℃,其中1972年最低,2000年最高。5年滑动平均曲线显示平均气温在1991年之前处于平稳状态,1991年开始持续攀升,在2009年达到最高点,表明全生育期温度整体处于上升状态,呼兰区气温呈逐年变暖趋势。

3 小结与讨论

玉米生育期热量条件是影响玉米产量的关键气象因子。已有研究表明[9-12]东北地区主要作物生长季气候变化有明显的暖化趋势,平均温度表现为稳定的升高趋势。苗期和拔节期平均温度均高于生物学温度[13]。平均气温还与出苗速率、生长速率呈线性关系,气温每上升10 ℃,出苗速率提升17%,营养生长速率提升5%[14]。灌浆成熟期的平均温度一般为16.7~23.5 ℃,不能满足玉米灌浆需求[15]。本研究表明,呼兰区≥10℃有效积温变化范围为2 378.5~3 007.2 ℃,达到晚熟春播品种所需的积温需求。农作物生长期热量资源的升高,有利于扩大农作物的耕作范围,并且大幅度提高作物产量。积温越高,作物生长越快[13]。≥10 ℃有效积温的5年滑动平均曲线整体呈震荡上升趋势。呼兰区玉米苗期平均温度变化范围为16.11~22.50 ℃,能满足玉米出苗和生长发育的要求。苗期平均温度的5年滑动平均曲线波动频率较大,但整体呈震荡上升趋势。呼兰区玉米拔节期平均温度变化范围为20.02~25.92 ℃,高于拔节期玉米需求,不利于抗倒伏,有利幼穗分化。拔节期平均温度的5年滑动平均曲线呈明显的波动变化。呼兰区玉米开花期平均温度变化范围为18.28~26.61 ℃,低于开花期玉米最适温度要求,不利于花粉粒的形成,影响正常授粉。开花期平均温度的5年滑动平均曲线处于平稳状态。呼兰区玉米灌浆成熟期平均温度变化范围为16.41~20.37 ℃,低于灌浆成熟期玉米需求,影响淀粉合成、运输和积累,影响子粒形成,导致产量降低。灌浆成熟期的平均温度的5年滑动平均曲线整体呈震荡上升趋势。呼兰区全生育期平均温度变化范围为17.80~21.79 ℃,全生育期温度整体处于上升状态,呼兰区气温呈逐年变暖趋势。宋世娟等 [16] 研究认为,玉米生长后期气象条件匹配合理,将有利于光合产物积累,实现稳产,因此如何充分利用呼兰区的温度变化,选择适宜的玉米品种,使玉米产量形成期处于最适热量条件下,是提高玉米产量的关键。

热量资源是决定一个地区农业生态环境的关键因素,一个地区的产业结构、作物布局、品种搭配、耕作制度,在一定程度上取决于作物生育期间的温度变化。随着温度的持续增长,开花期和灌浆成熟期的温度会越来越接近玉米最适温度要求,有利于玉米的成熟和高产;而较高的苗期温度和拔节期温度会持续攀升,远高于适宜温度,并且造成水分损失,这也是呼兰区未来需要注意和解决的问题,可以采取提前播种时期,做好蓄水保墒,增加灌溉设施,种植耐旱品种等措施。

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2.2.4 灌浆成熟期日平均温度逐年变化特征 灌浆成熟期适宜温度为22~24 ℃,呼兰区玉米灌浆成熟期平均温度变化范围16.41~20.37 ℃(图5),不难看出灌浆成熟期的平均温度低于适宜温度,不满足灌浆成熟期玉米生长需求,严重影响玉米的子粒形成。温度若低于16 ℃,玉米光合作用就会降低,光合有效面积减少,淀粉酶的活性受到抑制,从而影响淀粉的合成、运输和积累,玉米干粒重降低,出子率低[8]。灌浆成熟期平均温度的5年滑动平均值整体处于大幅波动上升趋势,只有个别年份有略微下降趋势,平均温度在灌浆成熟期上升幅度最大。在温度适宜范围内,灌浆成熟期温度越高,干物质积累速度越快。

2.2.5 全生育期日平均温度逐年变化特征 从图6可以看出,呼兰区41年平均温度变化范围为17.80~21.79 ℃,平均值为19.74 ℃,最大差值为3.99 ℃,其中1972年最低,2000年最高。5年滑动平均曲线显示平均气温在1991年之前处于平稳状态,1991年开始持续攀升,在2009年达到最高点,表明全生育期温度整体处于上升状态,呼兰区气温呈逐年变暖趋势。

3 小结与讨论

玉米生育期热量条件是影响玉米产量的关键气象因子。已有研究表明[9-12]东北地区主要作物生长季气候变化有明显的暖化趋势,平均温度表现为稳定的升高趋势。苗期和拔节期平均温度均高于生物学温度[13]。平均气温还与出苗速率、生长速率呈线性关系,气温每上升10 ℃,出苗速率提升17%,营养生长速率提升5%[14]。灌浆成熟期的平均温度一般为16.7~23.5 ℃,不能满足玉米灌浆需求[15]。本研究表明,呼兰区≥10℃有效积温变化范围为2 378.5~3 007.2 ℃,达到晚熟春播品种所需的积温需求。农作物生长期热量资源的升高,有利于扩大农作物的耕作范围,并且大幅度提高作物产量。积温越高,作物生长越快[13]。≥10 ℃有效积温的5年滑动平均曲线整体呈震荡上升趋势。呼兰区玉米苗期平均温度变化范围为16.11~22.50 ℃,能满足玉米出苗和生长发育的要求。苗期平均温度的5年滑动平均曲线波动频率较大,但整体呈震荡上升趋势。呼兰区玉米拔节期平均温度变化范围为20.02~25.92 ℃,高于拔节期玉米需求,不利于抗倒伏,有利幼穗分化。拔节期平均温度的5年滑动平均曲线呈明显的波动变化。呼兰区玉米开花期平均温度变化范围为18.28~26.61 ℃,低于开花期玉米最适温度要求,不利于花粉粒的形成,影响正常授粉。开花期平均温度的5年滑动平均曲线处于平稳状态。呼兰区玉米灌浆成熟期平均温度变化范围为16.41~20.37 ℃,低于灌浆成熟期玉米需求,影响淀粉合成、运输和积累,影响子粒形成,导致产量降低。灌浆成熟期的平均温度的5年滑动平均曲线整体呈震荡上升趋势。呼兰区全生育期平均温度变化范围为17.80~21.79 ℃,全生育期温度整体处于上升状态,呼兰区气温呈逐年变暖趋势。宋世娟等 [16] 研究认为,玉米生长后期气象条件匹配合理,将有利于光合产物积累,实现稳产,因此如何充分利用呼兰区的温度变化,选择适宜的玉米品种,使玉米产量形成期处于最适热量条件下,是提高玉米产量的关键。

热量资源是决定一个地区农业生态环境的关键因素,一个地区的产业结构、作物布局、品种搭配、耕作制度,在一定程度上取决于作物生育期间的温度变化。随着温度的持续增长,开花期和灌浆成熟期的温度会越来越接近玉米最适温度要求,有利于玉米的成熟和高产;而较高的苗期温度和拔节期温度会持续攀升,远高于适宜温度,并且造成水分损失,这也是呼兰区未来需要注意和解决的问题,可以采取提前播种时期,做好蓄水保墒,增加灌溉设施,种植耐旱品种等措施。

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