塔城盆地春季回寒天气对春玉米播种期的影响及应对措施

侯志强，王金梅

（托里县气象局，新疆托里834700）

塔城盆地春季回寒天气对春玉米播种期的影响及应对措施

侯志强，王金梅

（托里县气象局，新疆托里834700）

由于新疆春季冷空气活动频繁且强度大，易发生回寒天气，给农牧业生产造成严重损失。本研究对1980—1985、1991—2014年塔城盆地气象资料和春玉米生育期前的出苗情况进行分析，探讨温度变化对春玉米播种期的影响及应对措施，结果表明，春玉米平均出苗天数为11.6d，积温与出苗天数呈显著正相关，覆膜技术可使春玉米播种期和出苗期提前8～10d，并可减轻回寒天气的危害。春玉米出苗天数受影响的小周期是2年和7年左右，大周期是13年、14年和18年左右。当日最低均温、日均温、日最高均温分别为5.0℃、11.1℃、18.1℃，可考虑适时播种，出苗天数预计为13d，覆膜可提高出苗天数1.8d，日最低均温低于5.0℃时可能造成种子无法萌动，发芽势弱，日最低均温低于7.65℃时，可能造成种子无法发芽。

温度；春玉米；播种期；出苗期

塔城地区是新疆小麦、玉米等粮食作物的主要种植区之一。由于新疆春季冷空气活动频繁且强度大，常出现以大风降温为主的强天气过程，致使全疆气温变化剧烈，多风沙、浮尘、箱冻等灾害性天气，给农牧业生产等造成严重损失。天气过程直接影响春玉米的出苗及后期生长。已有研究表明，春玉米的产量与播种期及其气象条件密切相关[1]。作物能否适时播种、正常出苗受出苗期间气象条件严重制约。对北方春玉米而言，播种早晚由地温和土壤湿度决定，也就是说与气温变化密不可分。一般，作物出苗期间土壤含水量在70%左右，才能保证良好的出苗[2]。塔城地区多属大陆性干旱性气候，降雨较少，对土壤湿度的影响相对较小。因此，春玉米播期主要受到气温因子的影响。

1 材料与方法

1.1 材料来源及预处理

玉米生育期资料来源于1980—1985、1991—2014年塔城市国家基准气候观测站。春玉米一般选用中晚熟品种，2000年后采用覆膜种植。所使用的气温观测资料数据为塔城市国家基准气候观测站提供的中国地面气候资料日值数据整理而得。本研究使用了塔城市农业气象站春玉米气象观测台站1980—1985、1991—2014年期间4月和5月的气温观测记录，涉及的数据项包括出苗期的平均气温、最低均温、最高均温、日较温差和降水量。

1.2 分析方法

出苗期定义为播种至出苗的天数。试验中所用到的生育期等数据均是按照春玉米定点试验站统一要求进行田间测定的。春玉米的积温为播种至出苗间的日平均温度求和所得。回寒天气以播种后温度低于9℃（不利于发芽）进行统计。采用Excel软件进行数据处理，数据分析采用DPS数据处理软件。

2 结果与分析

2.1 积温与出苗天数分析

由近30多年数据可知，积温随出苗天数变化而变化，积温范围为98.2～248.7℃，均值为176℃，标准差为37.2℃；出苗天数范围为7～17d，平均出苗天数为11.6d，标准差为2.1d。最短出苗年限为2003年，出苗天数为7d，积温为98.2℃；最长出苗年限为1983年，出苗天数为17d，积温为227.3℃，与最短出苗年限相比，出苗天数相差10d，积温相差129.1℃。出苗天数下积温累计最大的年限为1999年，出苗天数为14d，积温累计为248.7℃，是最小积温98.2℃的2.53倍。

覆膜种植技术缩短了春玉米出苗天数。2000年以前无覆膜种植技术，春玉米出苗天数范围为9～ 17d，平均出苗天数为12.5d，标准差为2.2d；自2000年春玉米采用覆膜种植技术后，出苗天数范围为7～13d，平均出苗天数10.7d，标准差为1.8d；两者相比，春玉米覆膜种植技术平均缩短了出苗天数1.8d，可使春玉米播种期和出苗期提前8～10d。

2.2 年际温度与出苗天数分析

图1 塔城盆地春玉米出苗期间年际温度与出苗天数变化

图2 年际温度和出苗天数小波分析

由图1可知，近30多年，塔城盆地春玉米出苗期间年际日最低均温、年际日均温和年际日最高均温变化趋势基本一致，与出苗天数基本呈相反趋势。由近30年数据可知，年际日最低均温为8.9℃，标准差为2.1℃；年际日均温为15.3℃，标准差为2.4℃；年际日最高均温为22.6℃，标准差为2.8℃。最小年际日最低均温、日均温和日最高均年限均为2004年，分别为5℃、11.1℃和18.1℃，最大年际日最低均温、日均温和日最高均年限均为1996年，分别为13.9℃、21.4℃和29.3℃。

2.3 年际温度和出苗天数小波分析

由图2中a、b、c、d年际温度和出苗天数小波分析可知，年际日均温、年际日最低均温、年际日最高均温和出苗天数都存在一个明显的2年周期，但都还有另一个不同的周期。年际日均温、年际日最低均温、年际日最高均温和出苗天数另一个不同的周期依次为18年、14年、13年和7年左右。因此，从气温周期变化来看，出苗天数受影响的小周期是2年和7年左右，大周期是13年、14年和18年左右。

2.4 春玉米回寒天气下播期与出苗天数分析

将1980—2014年播种至出苗期间出现回寒天气的年份数据进行统计（表1）。玉米等作物一般在温度低于9℃不利于其发芽，温度低于7℃不利于其萌发。回寒天气年份，播种日期为4月18至5月12日，播种日期均温为13.9±2.6℃；回寒日期为4月19日至5月22日，回寒日期均温为5.8±1.7℃，播种至回寒前天数为2～13d，平均为7.0±3.4d；出苗日期为4月28日至5月26日，出苗日期均温为14.6±4.8℃，回寒至出苗期前天数为2～9d，平均为5.7±2.5d；整个出苗天数为11～17d，平均为12.7±2.1d；降雨量范围为11.3～79.1mm，平均为28.7±19.8mm。在无覆膜条件下，播种日期为4月29日至5月12日，回寒日期为5月10～22日，播种至回寒前天数为5～13d，出苗日期为5月13～ 26日，回寒至出苗前天数为2～9d。而覆膜条件下，播种日期为4月18～23日，回寒日期为4月19～ 28日，播种至回寒前天数为2～7d，出苗日期为4月28日至5月5日，回寒至出苗前天数为4～9d，与无覆膜条件相比，播种日期、回寒日期和出苗日期均提前了12以上，回寒至出苗前天数缩短了2d。

表1 春玉米回寒天气下播期与出苗天数

表2 各年农业气象指标相关分析

2.5 各年气象指标与出苗天数主成分分析

对农业气象指标与出苗天数进行PCA分析（图3），投影信息表明各年气象条件与出苗天数主要分为4大类，第1类为1984、1992、1994、1995、1996、1999、2005、2012，第2类是1980、1981、1991、2000、2010、2014，第3类为1983、1985、1993、1997、1998、2001、2006，第4类为1982、2002、2003、2004、2007、2008、2009、2011、2013。回寒天气的年份在第3和第4类中，回寒天气中1982、1983、1985、2004归为一个亚类，1993、1997、1998、2001、2009、2013归为一个亚类。对于其归类的原因需对主成分PC值与各指标做相关分析做进一步剖析。

图3 各年农业气象指标PC1和PC2主成分分析排序

2.6 各年气象指标与出苗天数相关分析

由表2可知，将出苗天数与累计贡献率大于85%的PCA值进行相关分析，出苗天数仅与出苗期间积温达到极显著水平，与图1变化规律一致；PC1与温度因子均达到极显著正相关，与降水量呈显著负相关，与出苗天数未达到显著水平；PC2与积温、降雨和出苗天数达到显著正相关，其它因子未达到显著水平；PC3仅与降水量呈极显著正相关。综合分析，第一主成分影响最大的正向因子是年际日最高均温、年际日均温，其次是年际日最低均温和积温，影响最大的负向因子是降水量；第二主成分影响最大的正向因子是出苗天数、积温和降水量；第二主成分影响最大的正向因子是降水量。因此，结合对主成分分析排序结果，影响排序首要的正向因素是年际日最高均温、年际日均温，负向的因素是降水量，出苗天数与积温呈极显著正相关。

表3 春玉米出苗天数与日均温度回归模型及预测值

2.7 春玉米出苗天数与日均温度回归模型建立及优化

年际日最高均温、年际日均温、年际日最低均温这3项指标对各年际的排序是主导效应，且在实践中容易获取和进行计算，将春玉米出苗天数和这3项指标结合，建立春玉米出苗天数与日均温度回归模型，进行检验和优化，由于模型的P值检验都小于0.1水平，可依据模型预测，见表3。2个模型均为二次线性回归模型，对各变量求极值，但和实际情况基本都不符合，仅模型（2），求得年际日最低均温极值在出苗天数为0时，X1=6.98℃，表明年际日最低均温低于6.98℃，就会对出苗造成影响。模型自寻的最低出苗天数为13d，变量年际日最低均温X1、年际日均温X2、年际日最高均温X3分别为5.0℃、11.1℃、18.1℃，这3个日均温度可以作为适时播种的参考依据。结合图1和表1分析，在覆膜条件下，春玉米出苗天数可缩短1.8d左右。年际日最低均温为5.0℃，表明低于该温度可能造成种子无法萌动，发芽势弱。

2.8 春玉米出苗天数与农业气象因子回归模型建立与优化

将春玉米出苗天数与农业气象因子积温、降水量、年际日最高均温、年际日均温、年际日最低均温、年际日较温差建立回归模型，经检验，含X2项各项式均未达到显著水平，故剔除该因子。优化后二次回归模型为：

Y=23.04+0.15X1-3.01X4-0.01X1×X5-0.03X3×X6+0.08X4×X5（P<0.001）（3）

（3）式中：Y为出苗天数，X1为积温，X2为年际降水量和，X3为年际日最低均温，X4为年际日均温，X5为年际日最高均温，X6为年际日较温差。

该模型的拟合值和观测值之间的误差分析，模型（3）拟合的较好，拟合误差均数为0d，标准差为0.4d，利用该模型可估算播种后的出苗天数。对各变量求极值，模型（3）X1的解与实际情况不符合，X4求得年际日最低均温极值在出苗天数为0时，X4= 7.65℃，表明年际日最低均温低于7.65℃，就会对出苗造成影响，这与上面的模型计算值较接近，由于模型（3）P值小于0.001，且以检测农业气象因子进行建模，准确度高于模型（2）。因此，当春玉米播种后，日最低均温低于7.65℃时，会对玉米发芽产生负影响。

3 小结

（1）出苗期积温范围为98.2～248.7℃，均值为176℃，出苗天数范围为7～17d，平均出苗天数为11.6d，积温与出苗天数呈显著正相关，覆膜技术可使春玉米播种期和出苗期提前8～10d。（2）春玉米出苗期间年际日最低均温、年际日均温和年际日最高均温变化趋势基本一致，与出苗天数基本呈相反趋势，年际日最低均温、日均温和日最高均温分别为8.9℃、15.3℃、22.6℃，从气温周期与出苗天数时间序列分析来看，出苗天数受影响的小周期是2年和7年左右，大周期是13年、14年和18年左右。（3）春玉米回寒天气下播种日期范围为4月18日至5月12日，播种日期均温为13.9±2.6℃；回寒日期为4月19日至5月22日，回寒日期均温为5.8±1.7℃，播种至回寒前天数为7.0±3.4d；出苗日期为4月28日至5月26日，出苗日期均温为14.6±4.8℃，回寒至出苗期前天数为5.7±2.5d；整个出苗天数为12.7±2.1d；降雨量为28.7±19.8mm，降雨量对出苗天数有影响，但未达到显著水平。（4）当日最低均温、日均温、日最高均温分别为5.0℃、11.1℃、18.1℃，可考虑适时播种，出苗天数预计为13d，覆膜可提高出苗天数1.8d，日最低均温低于5.0℃时可能造成种子无法萌动，发芽势弱，日最低均温低于7.65℃时，可能造成种子无法发芽。

4 回寒天气应对措施

（1）适时播种预报。可利用30多年气象资料与出苗天数分析结果，当日最低均温、日均温、日最高均温分别为5.0℃、11.1℃、18.1℃，可考虑适时播种，减少农民播种的盲目性。（2）回寒天气预警。对春玉米而言，播种后，日最低均温低于5.0℃时可能造成种子无法萌动，发芽势弱，日最低均温低于7.65℃时，可能造成种子无法发芽。尤其无覆膜情况下遇降雨超过10mm以上，就会产生烂种危险，出苗天数增长。（3）关注4中下旬至5月的天气年度周期变化，加强年度预警。依据出苗和温度的年度周期变化，关注回寒天气发生年限后的第2年和7年左右，13年、14年和18年左右，可能再次发生回寒天气。（4）推广春玉米覆膜技术。自2000年覆膜后，回寒天气和降雨造成的出苗迟缓和受阻减轻。春玉米覆膜后，可提早播期至4月20日左右，出苗天数稳定在13d左右，可为后期作物生长提供有利条件。

[1]陶志强，高旺盛，隋鹏，等.华北低平原不同播种期春玉米的产量表现及其与气象因子的通径分析[J].作物学报，2013，39（9）：1628-1634.

[2]石银鹿，骈跃斌，孙贵臣.影响玉米出苗的因素分析[J].玉米科学，2005，13（3）:123-127.

2016—06—19