全球气候变化背景下应用温度三区间理论对郑州地区夏玉米高温热害规律研究

刘聪

【摘 要】 在全球气候变化背景下，中国气候自20世纪80年代开始明显变暖，并且北方增温更甚于南方，而这对于农作物的生长发育进程有着重大影响。玉米作为我国最重要的粮食作物之一，其产量对于国家粮食安全有着重要意义。而黄淮海地区，是我国夏玉米种植面积最大的区域之一，随着全球气候变化，黄淮海地区气温在50年（1958年-2007年）来处于上升趋势，这也加重了该地区夏玉米遭受高温热害的程度。本文以夏玉米温度三区间理论中的两个指标GDDbase，opt、GDDbase+为基础，以黄淮海地区河南省郑州市为例，对当地夏玉米在抽穗开花期、灌浆结实期所受高温热害程度进行研究，并得出以下结论：50年间（1958年-2008年），郑州地区夏玉米在其抽穗开花期、灌浆结实其所受高温热害程度趋于增加，且后者无论从高温热害的增加趋势及严重程度上均要高于前者。

【关键词】 高温热害；郑州；夏玉米；温度三区间理论

[Abstract] In the context of global climate change， China's climate has been significantly warmer since the 1980s， and the north is warmer than the south， which has a significant impact on the growth and development of crops. As one of the most important food crops in China， corn yield is of great significance to national food security. The temperature in the huang-huai-hai region has been on the rise for 50 years （1958-2007） with the global climate change， which aggravates the degree of high temperature and heat damage to the summer maize in the region. Based on the temperature of summer maize in the theory of three interval GDDbase two indicators， opt， GDDbase + as the foundation， in huang-huai-hai region of zhengzhou city of henan province as an example， the local summer corn in earing， grouting period by high temperature to study the thermal damage degree， and draw the following conclusion： 50 years （1958-2008）， the region of zhengzhou summer corn in the earing， grouting the level of high temperature thermal pollution tends to increase， and the latter from the increase trend of high temperature thermal pollution and severe degree were higher than the former.

[Keywords] high temperature heat damage； zhengzhou； Summer maize； temperature three interval theory

1 全球气候变化对夏玉米生育期的影响

当今全球气候正在进行着一场以变暖为主要特征的显著气候变化，全球变暖对农业生产活动潜在及直接影响正在逐渐显现。而农业生产活动对气候条件具有极强的依赖性，也是受气候变化影响的最敏感行业之一。夏玉米在生长发育的过程中，对降水、辐射等气象条件都有着一定要求，特别是在其生育期间，对空气的温度条件尤为敏感。生育期间空气温度过高可影响夏玉米传粉、灌浆、结实，进而导致减产[1]。

2 夏玉米的温度三区间理论

温度对于夏玉米的完整生长发育过程中的三基点： 即为下限温度-维持夏玉米生命、生长或发育的最低温度，若气温持续低于此温度，此时夏玉米生长发育迟缓，甚至停止生长乃至细胞因温度過低而死亡； 最适温度-夏玉米生长发育活动进行最快、最好时的温度，处于该温度附近时，夏玉米快速生长，各个生育期均处于良好状态，在其他条件适宜的情况下，所得最终产量也最高；上限温度-夏玉米维持生命、生长或发育的最高温度，若气温持续高于此温度，夏玉米可被认定遭受高温热害，对其传粉、灌浆、结实乃至最终产量的形成有着不利影响[2]。

夏玉米所受高温灾害的指标通常是选取平均温度，而这种方法的不利之处在于无法表征极端温度对于夏玉米产量的影响，从而导致预期结果与实际结果往往有着较大的偏差。故本文采用在夏玉米温度三基点理论的基础上所发展而来的温度三区间理论，应用积温的方法对郑州地区夏玉米生育期高温热害程度进行评估。

GDD是国际上常用的积温指标之一，可用来表示夏玉米生长发育过程中的热量累积量。本文利用GDDbase，opt、GDDbase+来分别表示温度三区间理论中的正常温度指标、高温热害指标。其中正常温度指标GDDbase，opt的计算方法如图一：

上式中 N为给定的夏玉米生育期天数，Tmax、Tmin、Tt、DDt分别为第t天的日最高温度、日最低温度、日平均温度和日积温，二Tbase和Topt分别表示夏玉米生育期间正常温度的上限和下限。

在此基础之上热害指标GDDbase+的计算方法如图二：

通过对GDDbase+的计算对50年间郑州地区夏玉米生育期高温热害程度进行判断[3]。

3 对夏玉米生育期的定义及数据来源

根据前人研究，在中国黄淮海夏玉米主产区（山东、河南和河北），温度变化对夏玉米的生育期及产量影响明显，大部分地区其播种期提前且成熟期推迟。气温升高同时也导致了黄淮海地区整体夏玉米生育期天数增加[4]。因此本文将河南郑州地区夏玉米的抽穗开花期定义为7月15日至8月15日，将此期间夏玉米的高温热害临界温度定义为29度；灌浆结实期定义为8月16日至9月15日，将此期间夏玉米的高温热害临界温度定义为30度[5]，以便于对GDDbase+指标的计算。

文中所使用的郑州地区50年间（1958年-2007年）的气象数据来自于中国气象数据网。

4 郑州地区1958年-2007年间夏玉米生育期GDDbase+值的变化

4.1 夏玉米抽穗开花期GDDbase+值的变化

如图3所示，在河南郑州地区1958年-2007年50年间，当地夏玉米抽穗开花期（7月15日至8月15日）的GDDbase+值并非一直处于上升状态，而是处于波动状态中。50年间，GDDbase+的均值为31.0，其中，在1973年这一年间，出现了GDDbase+的峰值为76.3；而在1971年这一年间出现了GDDbase+的最低值，为5.3。总体上看，50十年间的GDDbase+值的趋势是趋于上升的，但趋势线却趋于平缓，上升幅度不大，且各个年份之间差异较大，不易看出各个时间段GDDbase+值的变化规律，故对其做距平处理。

从图4可以看出，GDDbase+值在1989年-1997年间较均值相比，一直处于下降阶段；而1958年-1979年这一时间段GDDbase+值较均值波动较大；而从1998年至2007年，GDDbase+值处于上升阶段，距平值整体也趋于上升。

4.2 夏玉米灌浆结实期GDDbase+值的变化

如图5所示，在河南郑州地区1958年-2007年50年间，当地夏玉米灌浆结实期（8月16日至9月15日）的GDDbase+的值仍是处于波动上升状态，对比夏玉米抽穗开花期GDDbase+值的柱状图趋势线，其50年间的上升趋势更为明显。在该地区所调查的时间内，夏玉米GDDbase+值的峰值出现在1998年间，为112.3；GDDbase+值的最低值仍出现在1971年，为11.1；50年间平均来看，GDDbase+的均值为40.0。无论是峰值、最低值还是平均值，郑州地区夏玉米灌浆结实期（8月16日至9月15日）的GDDbase+的值相较于夏玉米抽穗开花期（7月15日至8月15日）的值要高，从而反映出即使同处在生育期间，高温热害对夏玉米的不同生长发育阶段的危害严重程度是不同的，该地区夏玉米灌浆结实期的高温热害程度要高于抽穗开花期，且前者上升趋势更为明显。同样的，我们对夏玉米灌浆结实期这一时间段的GDDbase+值做距平处理在1958年至1997年间郑州夏玉米灌浆结實期GDDbase+值较均值处于波动状态，而后至2007年间几乎全部处于正值部分。整体趋势也趋向于上升，这与前面所得出的结论相符。

5 结论

在全球气候变化背景下，河南郑州地区1958年至2007年50年间，整体极端温度出现趋势区域增加，且夏玉米生育期高温热害发生的频率及严重程度趋于上升。

在该地区夏玉米生育期推迟的情况下，其灌浆结实期与抽穗开花期的GDDbase+值均处于波动上升状态，且各自的距平值也很好的反映了这一点；两段时期对比，前者无论从GDDbase+值的峰值、均值、最低值任一个方面来看，均较后者要高，从而反映出该地区夏玉米灌浆结实期所受的高温热害程度要严重于抽穗开花期；从50年间GDDbase+值变化的趋势线的倾斜程度上来看，前者要明显于后者，从而表明了在未来时间内，当地夏玉米灌浆结实期这一阶段的高温热害事件需要高度重视，以保证夏玉米的最终产量。

参考文献：

[1] 徐玲玲，吕厚荃，方利.气候变化对黄淮海地区夏玉米气候适宜度的影响[J].资源科学，2014：124-129.

[2] 刘公棣.农业气象知识讲座（二） 作物的温度三基点[J].天津农林科技，1983（02）：49.

[3] 魏 星，王品，张朝.温度三区间理论评价气候变化对作物产量影响[J].自然资源学报，2015：112-121.

[4] 陆伟婷，于 欢，曹胜男.近20年黄淮海地区气候变暖对夏玉米生育进程及产量的影响[J].中国农业科学，2015（16）：50-63.

[5] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局与中国国家标准化管理委员会. 主要农作物高温危害温度指标 （GB/ T 21985—2008）[S]. 2008-06-03 发布， 2008-11-01 实施.