基于当量积温的春玉米叶龄模式研究

李忠辉，袁福香，郭春明，李军伟，吴志彬

（1吉林省气象科学研究所，长春 130062；293313部队气象台，长春 130111）

0 引言

玉米是世界的三大作物之一，是重要的粮食、饲料和工业原料作物[1]。中国东北是中国玉米的主产区，与北美黄金玉米带处于同一纬度，玉米商品粮率和人均占有量等占全国首位。为了更好促进玉米高产稳产，因此有必要科学的管理玉米生产。玉米叶龄施肥技术是对玉米精准管理的一种有效方式，能够提高玉米的肥料利用率，有效的提高产量[2-5]。另外，玉米的叶龄是外界条件对作物影响的一个综合反映[6]，还可以通过研究玉米叶龄变化与外界条件关系的研究，并通过气象条件预测叶龄，能让生产者提前知道叶龄，提前做好施肥等工作，也可预测穗分化，对提高玉米的产量有重要意义[6-7]。

关于玉米叶生长动态国内外已有研究：有的采用Logistic 生长曲线方法[8-11]；有的基于华北夏玉米的活动积温模拟叶片生长[12]；有的采用有效积温模拟叶龄生长[8]，有的运用逐日平均气温累加热量指数来模拟玉米生长[13]；有的通过引进美国、荷兰等国的模型对玉米的生长，及其叶片生长进行模拟[14-16]；也有通过气候适宜度的方法模拟玉米生长[17]；还有采用当量积温研究水稻叶龄[18-19]。在上述研究成果中，采用活动积温和有效积温不符合生物特性的问题，主要表现在对于一个生物体来说，存在生理学上限和下限温度指标，即低于一定的温度或高于一定的温度，生育停止或死亡，而且存在最适合生育的温度。因此，活动积温和有效积温都有缺陷，而当量积温正是基于生物学特性而分析温度对春玉米生育最合理的方法[19]。目前基于当量积温方法模拟玉米叶龄的研究不足，针对活动积温和有效积温生物性不强的问题，本研究基于当量积温方法模拟玉米叶龄，来解决活动积温和有效积温生物性不强的问题，更具有生物学意义。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验时间：2012—2014年共3年，试验的地点在黑龙江佳木斯农气观测站、吉林省梨树县农气观测站和吉林省榆树市农气观测站，每个站点5个播期，具体播种时间见下表1。

1.2 试验材料

上述3站种的玉米品种为‘先玉335’。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计黑龙江省佳木斯农气站试验田、吉林省榆树农气站和梨树站试验田。每个试验点要求整个试验区域长80 m（垄向），宽37.2 m（62 根垄），约3000 m2。每个播种期设定4个重复小区。其中3个小区每个小区大小为垄长10 m×10 根垄(10×0.6 m=6 m)，一个小区大小为垄长10 m×20 根垄(20×0.6 m=12 m)。施肥按当地大田普遍标准施肥。叶龄观测时间待玉米出苗之后，每5 天观测一次。观测方法严格按照中国气象局1993 年出版的农业气象观测规范进行[20]。气象资料：采用3 站2012—2014 年生长季（4 月—9 月）气象站气象资料，包括日平均气温、日最高气温、日最低气温。土壤相对湿度即试验地土壤相对湿度。

表1 佳木斯农气站、梨树农气站和榆树农气站3年分期播种时间

1.3.2 试验仪器采用普通米尺，精度1 mm。

1.3.3 统计分析日当量积温和当量积温计算和叶龄模型建立采用Excel软件进行数据处理和分析。

1.3.4 日当量温度和当量积温计算方法当量温度一般表达式如式(1)～(5)所示。

式(1)中θi为日当量积温，ti为日平均气温，α(ti)为对应的日当量温度系数，i为日期序号标识。式(2)～(4)中，TB、TM和T0分别为玉米某生育时段三基点温度的上、下限和最适温度，K为常数。取值大于等于0且小于等于1。α(ti)计算如式(6)所示。

按照公式(1)～(5)即可计算农作物各生育时段的逐日当量温度θi，再将逐日当量温度类似于活动积温累计，即可得到当量积温。

2 结果与分析

2.1 春玉米当量积温参数确定

根据吉林省玉米2012—2014 年3 年分期播种试验和1980年以来吉林省19个玉米农业气象观测发育期、叶龄等资料综合分析：P和Q为经验参数，取P等于1.65，Q等于1.25，建立吉林省春玉米当量温度计算模式，如式(7)～(9)所示。

玉米出苗—抽雄期TB取10℃，TM取40℃，则根据式(7)～(9)确定T0=27℃，K=2646.5。

2.2 试验过程中出现情况分析

春玉米在种植过程中受其他外界条件影响：榆树试验点在2012年8月29日受到台风“布拉万”的影响，部分玉米倒伏。此时玉米处在乳熟期，对玉米产量有影响。但是此时叶龄已全部长出，对本研究无影响。2013年的低温春涝对佳木斯和榆树试验点有影响，导致播种期推迟，因而后来播期叶推迟，佳木斯少了2个播期，榆树少了1个播期。在3个试验点观测的3年时间里，没有发生大范围的干旱，也没有发生低温冷害。

2.3 叶龄模型的建立与分析

经过佳木斯13 个播期和梨树站点15 个播期出苗到抽雄期间叶龄观测数据与对应的当量积温累加值相关分析，得到叶龄生长与当量积温具有很好的相关性，决定系数R=0.9823，而且通过α=0.001 的检验。得到回归方程为y=0.0159x+1.6575（见图1）。再用榆树试验点的检验该方程模拟效果。模拟结果与实际结果的向系数R=0.9952，SignificanceF=1.6282E-165＜0.0001，故可以认为该方程是可以用于模拟叶龄生长的（见图2），而且佳木斯、梨树和榆树处于不同的地理纬度，从模拟结果看，东北黑龙江和吉林两省地理变化对该模型影响较小或无影响。这说明用当量积温方法是基于生物本身生理特性的方法，与地理纬度关系不大。

3 结论与讨论

通过上述研究，得出春玉米叶龄与当量积温有很好的线性关系，从已有的试验结果可以应用在黑龙江和吉林地区采用该方法模拟或预测春玉米叶龄生长。要应用于其他地区或品种还需要进一步的验证或开展研究。在查找资料中未见有采用该方法模拟玉米叶龄生长的事例。在2012—2014年试验过程中，生长发育期内未出现干旱的情况，因此该成果能否应用在春玉米生长季发生干旱的情况，还需要进一步验证。经验参数P、Q，以及玉米生育期间适宜的上下限温度也要具体品种具体分析，还有很大的研究空间。该研究可以根据天气预报，模拟预测未来春玉米叶龄生长情况。