北京玉米生育期气候资源分析

李 超， 杨 洋， 姜皓严

(1.北京市气候中心,北京海淀 100089；2.天津市气象台，天津 300000；3.天津市东丽区气象局，天津 300300)



北京玉米生育期气候资源分析

李 超1， 杨 洋2， 姜皓严3

(1.北京市气候中心,北京海淀 100089；2.天津市气象台，天津 300000；3.天津市东丽区气象局，天津 300300)

摘要利用北京市6个气象站平夏玉米种植生态区1960～2008年气温、降水和日照等资料，采用线性趋势法、线性回归法、M-K II法和Pettitt法对近49a北京平原地区夏玉米各生育期农业气候资源时间变化趋势及突变特征进行分析。结果表明，近49a北京市夏玉米全生育期≥10 ℃有效积温呈明显的增多趋势，不同生育期≥10 ℃有效积温均呈增长趋势；降水量及日照时数则表现出明显的下降趋势，各生育期内降水变化相对平稳，表现出波峰波谷的曲线波动；日照时数除抽雄至吐丝期外，其他生育期下降趋势均表现出极显著水平。突变检测表明，北京市夏玉米≥10 ℃有效积温在播种至拔节期、拔节至抽雄期、抽雄至吐丝期内M-K方法未检测出突变点，但在吐丝至成熟期内的时间序列上M-K方法和Pettitt方法检测认定1996年为一致的突变点；各生育期内日照时数时间序列变化突变点基本出现在20世纪80年代中期～90年代初期；全生育期及各生育期内降雨量均未检测出突变点，且夏玉米各生育期内降雨量时间序列变化相对平稳，不存在显著的突变点。

关键词玉米；生育期；气候资源；变化特征；北京

近些年，在全球气候变暖背景下，北京市气候也趋于变暖，气温上升，降水量和日照时数减少，近50a来北京观象台年平均气温增温趋势达0.39 ℃/10a，降水量和年日照时数均处于减少趋势，气候倾向率分别为46 mm/10a、70.9 h/10a[1]。受气候变暖趋势影响，干旱、高温、暴雨、冰雹等极端天气气候事件频发，给当地主要农业生产带来很大影响，农作物产量波动较大，因此加强农业气候资源变化分析及其对农业的生产影响具有重要意义。叶彩华等[1]研究北京农业气候资源变化特征及其对不同种植模式下玉米各生育期的影响，得出北京地区农业气候资源变化趋势对玉米生产利弊兼有。姚永明等[2]分析淮北夏玉米生育期气候资源特点和增产栽培技术发现，淮北6～9月气候基本满足夏播玉米生长发育需求，降水略有不足。笔者在前人研究的基础上，利用北京市昌平、大兴、通州、顺义、房山、平谷6个气象站平夏玉米种植生态区1960～2008年气温、降水和日照等主要农业气候要素，采用线性趋势法、线性回归法、M-K II法和Pettitt法对近49a北京平原地区夏玉米各生育期农业气候资源时间变化趋势及突变特征进行分析，以期为合理利用当地农业气候资源科学开展玉米种植提供气候依据。

1资料和方法

1.1资料来源气象观测资料来源于北京市昌平、大兴、通州、顺义、房山、平谷6个气象站平夏玉米种植生态区1960～2008年气温、降水和日照等主要农业气候要素，玉米各生育期采用近年来主要玉米品种集中的时段，其中6月20日～7月20日为夏玉米播种至拔节期，7月21日～8月15日为拔节至抽雄期，8月16～20日为抽雄至吐丝期，8月21日～10月5日为吐丝至成熟期，整个生育期约110 d。

1.2分析方法采用线性趋势(倾向)法、线性回归法对北京市近49a气温、降水、日照等农业气候资源趋势变化特征进行分析，并采用M-K II法对农业气候资源的突变特征进行分析，结合Pettitt突变检测方法提高检测可靠性[3]。

2结果与分析

2.1热量资源变化特征玉米是喜温作物，对温度反应敏感，整个生育期要求≥10 ℃有效积温为1 800～2 800 ℃·d，不同生育期对≥10 ℃有效积温的要求不同。统计分析近49a北京市夏玉米不同生育期≥10 ℃有效积温数据及其变化(表1)可知，北京市夏玉米各生育期≥10 ℃有效积温有一定差异，其中播种至拔节期≥10 ℃有效积温占全生育期的33.6%，拔节至抽雄期占28.4%，抽雄至吐丝期占4.9%，吐丝至成熟期占33.1%。北京平原夏玉米生长季节≥10 ℃有效积温整体呈增长趋势，增长速率为19.148( ℃·d)/10a；从各生育期来看，不同生育期≥10 ℃有效积温均呈增长趋势，除播种至拔节期外，其他各生育期≥10 ℃有效积温增长趋势明显。

根据突变检测分析，北京市平原区夏玉米在播种至拔节期、拔节至抽雄期、抽雄至吐丝期内M-K方法未检测出突变点，但在吐丝至成熟期内的时间序列上M-K方法和Pettitt方法检测认定1996年为一致的突变点，1996年以前≥10 ℃平均有效积温为466.0 ℃·d，1996年以后≥10 ℃平均有效积温为508.4 ℃·d。

2.2降水资源变化特征北京市夏玉米主要生长季与雨季

表11960～2008年北京市夏玉米不同生育期≥10 ℃有效积温及其变化统计

Table 1The ≥ 10 ℃ effective accumulative temperature and the variation statistics of summer corn in different growth periods in Beijing City from 1960 to 2008

生育期Growthperiod≥10℃有效积温∥℃·d≥10℃effectiveaccumulativetemperature最低Minimum最高Maximum平均Average变化趋势Changetrend(℃·d)/10aF显著性检验P值PvalueofFsignificanttestM-K突变检测M-KtestPettitt突变检测Pettitttest播种至拔节Sowingtojointing410.4567.1486.4390.7300.836无-拔节至抽雄Jointingtotasseling378.5469.9411.4205.5820.007无-抽雄至吐丝Tasselingtospinning72.0103.086.1291.6490.038无-吐丝至成熟Spinningtomaturity414.3563.8476.71611.6550.0011996年1996年全生育期Wholegrowthperiod1308.41643.51447.07819.1480.010无1996年

注：Pettitt突变检测出的突变点为通过0.01显著水平的；“-”表示未通过0.01显著性水平检验。

Note: The mutation sites of Pettitt test passed by the 0.01 significant level; “-” indicated did not pass by 0.01 significant level test.

同期，80%以上年份自然降水即可满足玉米生长对水分的需求。分析近49a北京市夏玉米各生育期降水变化趋势(表2)可知，北京市夏玉米生长季节降水量呈减少趋势，近49a来降水量约减少100.35 mm，气候倾向率为-20.700 mm/10a，各生育期内降水变化相对平稳，表现出波峰波谷的曲线波动。其中播种至拔节期降水量呈增加趋势，但增加幅度不明显，而拔节至收获期间降水量均呈不显著减少趋势，以拔节至抽雄期降水量减少趋势显著。根据玉米全生育期降水量在各个生育期的分布来看，夏玉米播种至拔节期降水量占全生育期降水总量的33.4%，拔节至抽雄期占41.4%，抽雄至吐丝期占6.4%，吐丝至成熟期占18.8%。由于北京市夏玉米播种至抽雄期正处于雨季集中时段，降水量充足，该时期内降水量约占全生育期降水总量的74.8%；玉米抽雄至吐丝期发育时长最短，约为5 d，但此时北京市降水概率高达95%左右，近49a中仅1975、2006年夏玉米抽雄至吐丝期间未出现降雨，该时段内降水过多可增加玉米香蕉穗、秃尖和缺粒等不利现象概率；夏末季节夏玉米进入吐丝期，此时降水趋于减少，夏玉米进入生殖生长阶段，需水量相应减少，但若遭遇干旱不利于夏玉米灌浆，降低千粒重。

M-K方法和Pettitt方法突变检测分析(表2)发现，在北京市夏玉米全生育期及各生育期内均未检测出突变点，且夏玉米各生育期内降雨量时间序列变化相对平稳，不存在显著的突变点。

2.3光照资源变化特征玉米喜光，充足的光照有利于产量的形成。统计分析1960～2008年北京市夏玉米生育期日照时数气候资料(表3)得出，近49a北京市夏玉米全生育期日照时数呈下降趋势，气候倾向率为-42.157 h/10a；除抽雄至吐丝期外，其他生育期日照时数下降趋势均表现出极显著水平。根据夏玉米全生育期日照时数总量在各生育期内的分布来看，夏玉米播种至拔节期日照时数占全生育期总日照时数的29.3%，拔节至抽雄期占21.0%，抽雄至吐丝期占5.5%，吐丝至成熟期占44.2%。

表2　1960～2008年北京市夏玉米不同生育期降水量及其变化统计

注：Pettitt突变检测出的突变点为通过0.01显著水平的；“-”表示未通过0.01显著性水平检验。

Note: The mutation sites of Pettitt test passed by the 0.01 significant level; “-” indicated not passed by 0.01 significant level test.

利用M-K方法和Pettitt方法对北京市夏玉米生育期日照时数变化进行检测，结果发现(表3)，这2种突变检测分析结果并不完全一致，但各生育期内日照时数时间序列变化突变点基本出现在20世纪80年代中期～90年代初期。

表3　1960～2008年北京市夏玉米不同生育期日照时数及其变化统计

注：Pettitt突变检测出的突变点为通过0.01显著水平的；“-”表示未通过0.01显著性水平检验。

Note: The mutation sites of Pettitt test passed by the 0.01 significant level; “-” indicated did not pass by 0.01 significant level test.

3结论与讨论

该研究利用北京市昌平、大兴、通州、顺义、房山、平谷6个气象站平夏玉米种植生态区1960～2008年气温、降水和日照等主要农业气候要素，采用线性趋势法、线性回归法对近49a北京市气温、降水、日照等农业气候资源趋势变化特征进行分析，并采用M-K II法和Pettitt法对农业气候资源的突变特征进行检测。结果表明，近49a北京市夏玉米全生育期≥10 ℃有效积温呈明显的增多趋势，而降水量及日照时数则表现出明显的下降趋势。北京市夏玉米不同生育期≥10 ℃有效积温均呈增长趋势，除播种至拔节期以外，其他各生育期≥10 ℃有效积温增长趋势明显；各生育期内降水变化相对平稳，表现出波峰波谷的曲线波动；日照时数除抽雄至吐丝期外，其他生育期下降趋势均表现出极显著水平。突变检测表明，北京市夏玉米≥10 ℃有效积温在播种至拔节期、拔节至抽雄期、抽雄至吐丝期内M-K方法未检测出突变点，但在吐丝至成熟期内的时间序列上M-K方法和Pettitt方法检测认定1996年为一致的突变点；各生育期内日照时数时间序列变化突变点基本出现在20世纪80年代中期～90年代初期；全生育期及各生育期内降雨量均未检测出突变点，且夏玉米各生育期内降雨量时间序列变化相对平稳，不存在显著的突变点。

玉米生育期气候资源变化对玉米生长发育及产量和品质的形成影响较大。据相关研究表明，随着气候变暖和热量增多，≥10 ℃有效积温增加，玉米平均产量提高，因此在不考虑种植技术水平和种植品种的前提下，未来北京市夏玉米产量将随着气温升高、降水减少的农业气候资源变化趋势有所增多[4-6]。同时也有研究认为，玉米产量在气温升高、降水减少的气候背景下会出现10%～13%的减产[2]。为应对气候资源变化不利影响，要选育优良抗旱品种适时播种，在以雨养为主的情况下，加强节水抗旱技术研究应用，延长玉米灌浆期和提高抗旱技术，在生产上合理调整玉米种植间距、提高农田透光率，最终提高玉米产量、品质。

参考文献

[1] 叶彩华，栾庆祖，胡宝昆，等.北京农业气候资源变化特征及其对不同种植模式玉米各生育期的影响[J].自然资源学报，2010,25(8)：1350-1364.

[2] 姚永明，陈玉琪，陈若礼，等.淮北夏玉米生育期气候资源特点和增产栽培技术[J].中国农业气象，2009,30(S2)：205-209.

[3] 魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京：气象出版社，2007：253-257.

[4] 姚晓红，许彦平，刘晓强，等.农业气候资源配置对天水山旱地玉米的影响[J].中国农业气象，2006,27(3)：240-243.

[5] 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.

[6] 黄梅丽，林振敏，丘平珠，等.广西气候变暖及其对农业的影响[J].山地农业生物学报，2008,27(3)：200-206.

Analysis of Climate Resources in the Growth Period of Corn in Beijing

LI Chao1,YANG Yang2,JIANG Hao-yan3

(1.Beijing Climate Center,Beijing 100089; 2.Tianjin Meteorological Station,Tianjin 300000; 3.Meteorological Bureau of Dongli District,Tianjin 300300)

AbstractAccording to the temperature,precipitation and sunlight in Pingxia Corn Planting Ecological Zone in Beijing from 1960 to 2008,linear tendency method,linear regression method,M-K II method and Pettitt method were used to analyze the time changing trends of agroclimatic resources and mutation characteristics of summer corn in the whole growth period in Beijing within 49 years.Results showed that ≥ 10 ℃ effective of summer corn ≥ 10 ℃ effective in the whole growth period of summer corn showed obvious increasing trend within the 49 years.≥10 ℃ effective accumulative temperature in different growth periods showed growth trend.Precipitation and sunshine duration showed significant downward trend.Precipitation in each growth period was relatively stable,showing vibration curve of peaks and valleys.Sunshine duration showed extremely significant level of downward trend,except the tasseling stage and spinning stage.Mutation detection showed that no mutational site was found by M-K method from sowing to jointing stage,from jointing stage to tasseling stage,from tasseling stage to spinning stage of summer corn ≥ 10 ℃ effective.However,M-K method and Pettitt method argued that from spinning stage to mature stage,1996 was the mutation site in time series.In different growth stages,mutation sites of time series of sunshine duration basically appeared from late 1980s to middle 1990s.No mutation sites were detected for precipitation in the whole growth period.Time series variation of precipitation in different growth periods of su mmer corn was relatively stable,with no significant mutation sites.

Key wordsCorn; Growth period; Climate resources; Change characteristics; Beijing

作者简介李超(1986- )，男，山西右玉人，工程师，硕士，从事农业和农业气象研究。

收稿日期2016-02-22

中图分类号S 162

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)08-238-03