玉米苗期冻害对生育期和产量影响分析

马凤莲 李春强 王淑兰 宋喜军 徐雅静

摘要：针对河北省围场县出现的一次春季霜冻灾害过程，分析冻害发生前后的温度条件及受冻害影响的玉米后期恢复生长情况，找出玉米苗期冻害的温度指标。利用数理统计、对比分析方法分析了本次玉米冻害发生前后的温度条件，结合后期跟踪调查和测定结果，综合分析了苗期玉米冻害对生育期和产量的影响。结果表明：玉米苗期气温骤降，最低气温达-3.3℃，低于O℃的持续时间达4h，使玉米叶片受冻显著，但其生长点尚未冻死，后期可以缓慢恢复生长，但致使发育期推迟；在升温期中的突然降温对玉米产生不利的冻害影响不可逆转，直接影响中后期玉米的营养生长，严重影响个体产量性状。所以在气候变暖背景下气温异常及其变化对农业生产影响显著，更须加强低温对农业生产不利影响的防范。

关键词：玉米；苗期冻害；影响

中图分类号：P49

文献标志码：A

论文编号：casb14110112

0引言

近年来与全球变暖相关的极端天气与气候事件频繁发生，极端气候越来越多地引起人们的关注。任福民等、唐红玉等对1951年以来中国极端气温的变率及变化趋势进行了分析。李春强等、刘学锋等分析了河北省近年来极端气温的变化特征。而农业是对气候变化最敏感的部门之一，强寒潮天气、短时间剧烈降温等引发的农业气象灾害在全国各地时有发生。第二次气候变化国家评估报告指出，如果不考虑技术进步作用，据估测由于气候变化，未来20-30年中国三大粮食作物产量将下降约5%-10%，针对极端天气对农业的不利影响，专家们开始了大量的农业气象灾害风险评估与区划工作。农业气象灾害中春霜冻对农业生产造成的损失占有很大比例，学者们除了对霜冻的时空演变趋势进行研究，也从霜冻灾害损失方面进行了定性或定量的研究。冯玉香等研究中国玉米霜冻害发生的时空分布时指出，玉米霜冻灾害比较严重的地区为北方春播玉米区和西北灌溉玉米区，且近年来春霜冻发生的频次要多于秋霜冻。杨建功等对宁夏春霜冻玉米进行跟踪测定，得出玉米在幼苗后期发生霜冻，可以使玉米发育期推迟，单株叶片减少、生长量不足、穗部性状降低、穗粒数减少、减产l2%-15%等结论。大多研究的定量灾害指标来源于田间实验，本研究通过对一次典型春霜冻实例，在自然环境下对苗期受冻害影响玉米进行全生育期跟踪调查、观测，对比分析整个生育期的温度条件，以探索气候变暖背景下低温冻害对农业生产的影响，为农业生产适应气候变化提供科学依据。

1资料来源与研究区域概况

1.1资料来源及方法

所用气温资料来自河北省围场县气象局观测站数据及围场县银窝沟乡两要素（气温、降水）自动观测站实时数据，作物生长发育与产量资料来自于田间实地调查、测定及围场县农牧局当年测产数据。 气温数据采取了双权重标准差判别奇异值的质量控制方案，对资料的均一性进行了检验。本研究分别以围场县和银窝沟两地近5年（2008-2012年）的平均值作为各自的常年值，采用统计分析方法，对2013年受冻害影响地的平均气温、极端气温、积温等要素分时段进行统计对比分析。

1.2研究区域概况

围场县位于河北省北部，地处内蒙古高原与冀北山地的过渡地带。2013年5月20日早晨出现了降温霜冻天气，该县的银窝沟乡最低气温达-3.3℃，兰旗卡伦乡最低气温达-2.1℃，造成上述两乡31个村3000 hm²玉米不同程度的遭受了冻害。发生玉米冻害的银窝沟乡（北纬41.90°，东经118.01°）、兰旗卡伦乡（北纬41.77°，东经118.00°），位于县城所在地的东偏南20-30km处。受灾地段均为较为平坦地块。受冻害玉米品种为‘大民3307，生长期120天左右。本研究以银窝沟乡代表受冻害影响地，与围场县气象观测资料进行对比分析。

2结果与分析

2.1冻害发生后玉米生长发育状况

2.1.1恢复生长情况描述 冻害发生时，玉米处于三叶一心。据当地农民反映，5月20日早晨发现田间玉米各叶片呈僵立状态，太阳出来后慢慢萎蔫，倒垂。5月21日田间实地调查发现，全部叶片倒伏、干枯，地上lcm根茎尚直立，剥开茎部见生长点未见异常。

6月6日田间调查结果显示，玉米生长点未受冻的植株缓苗后发育期处于三叶期，长势良好，但同品种未受冻害影响玉米已进入七叶期。

2.1.2乳熟期玉米果穗及产量对比 表1是乳熟期同品种未受冻玉米与受冻害玉米各种生物学观测指标对比（观测日期：2013年9月6日）。受冻害玉米达到乳熟普期的日期较未受冻害玉米晚4天，两者的植株平均高度、茎粗相差较大，果穗长、果穗粗2项指标差异略小，但从玉米籽粒外观来看，受冻害玉米明显可见“灌浆不足”，籽粒均有凹陷，且秃尖较长。2013年围场县玉米单产为5250kg/hm²，受冻地玉米单产为3000kg/hm²，减产43%。

2.2冻害发生前后温度指标分析

2.2.1冻害发生前温度变化 图1为播种至冻害发生时（4月21日-5月20日）银窝沟与围场县气象观测站逐日平均气温（T）、最高气温（T_g）和最低气温（T_d）对比分析。结果表明：冻害发生地银窝沟的逐日平均气温、最高气温及最低气温均低于围场县数值，但二者的变化趋势是一致的，银窝沟19日到20日最低气温的降温幅度要大于围场县。

2.2.2冻害发生日逐时温度变化 图2是5月19日10：00-20日10：00玉米冻害地逐小时气温变化情况。从图中可以看出，5月19日22：00，银窝沟气温为8.4℃，20日0：00达4.3℃，2h气温下降了4.1℃，20日1：00气温达0.4℃，1h气温下降了3.9℃。5：00整点气温为-2.6℃，极端最低气温为-3.3℃，低于O℃的持续时间为4h，低于O℃时段平均气温为-0.9℃。20日6：00开始气温迅速回升，20日10：00气温达16.7℃，4h气温上升15.5℃。24h之内，气温出现了“高一低一高”的剧烈变化，其中降温幅度达到20.5℃，升温幅度高达20.O℃，气温的急剧变化影响了玉米苗期的正常生理活动。

从以上气温资料分析来看，此次玉米苗期冻害原因：一是最低气温下降幅度大，且下降速度快；二是气温低于O℃的持续时间较长。

2.2.3冻害之后温度条件变化 分别将围场县、银窝沟2008至4月21日-2012年9月20日5年气温观测资料平均值作为常年值，与未受冻地（围场）和受冻地（银窝沟）2013年数据进行对比分析。图3是2013年冻害发生前后的温度变化情况，可见围场常年值与银窝沟常年值在作物整个发育期的变化趋势是一致的，银窝沟各时段平均气温均低于围场0.6-0.8℃。

2013年受冻前（4月21-5月19日）银窝沟平均气温较常年略偏高，较围场同期偏低0.9℃；受冻日（5月20日）银窝沟平均气温为11.8℃，较常值偏低2.6℃；冻后至收获（5月21日-9月20日）银窝沟各阶段平均气温变化与常年值一致，且数值接近或略高于常年，5月下旬气温高于常年值1.5℃。

表2是各时段的积温情况，从统计结果看，2013年围场和银窝沟作物播种到受冻前及受冻后到收获的积温均多于常年值，全生育期积温分别较常年偏多34.7℃和34.2℃。

从以上冻害发生前后温度、积温条件分析结果可以得出，虽然全生育期积温高于常年，但在升温期中的突然降温对玉米产生不利的冻害影响不可逆转。2013年银窝沟受冻害玉米恢复生长后“发育期推迟、籽粒品质差、减产”等结果与冻害发生前后温度、积温条件无关，而与5月20日冻害直接相关。

3结论与讨论

通过对受冻害玉米的跟踪调查、对比观测，以及对受灾地点温度条件变化分析，得出以下结论：

（l）玉米苗期气温骤降，最低气温达-3.3℃，低于O℃的持续时间达4h，玉米叶片受到严重冻害，但生长点尚未冻死，在气温回升之后玉米仍可以缓慢恢复生长。

（2）受冻害后恢复生长的玉米中后期发育期与未受冻害玉米相差不大，但苗期冻害，直接影响玉米中后期的营养生长与生殖生长，并严重影响个体产量性状。

（3）苗期严重冻害，虽然后期能够恢复生长，但会严重影响玉米产量和品质。因此，发生较严重冻害时，有条件的农户尽可能提早翻种生长期短的作物，以保证作物生长后期不受初霜冻的影响。

近年来，春季气温多变，特别是高低温出现异常，会对作物的正常生长发育有较明显的影响。本研究仅通过一次局地降温天气过程，分析总结的苗期玉米冻害指标及定性冻害对作物后期恢复生长和产量的影响，资料略显不够充分，今后还将进一步加强气象灾害实况资料的积累和对比分析。但值得关注的是，在气候变暖大背景下，区域的温度变化，特别是在作物生长早期的温度突变和温度异常对其影响较大，且发生冻害的风险也相应增加，在生产中急需引起注意。