张掖制种玉米生长期气候条件分析及气候品质认证

殷雪莲，褚 超，白青华，郭萍萍

（甘肃省张掖市气象局，甘肃 张掖 734000）

0 引言

种子是农作物优质、高效、高产的基础，优质的种子是高效农业得以实现的先决条件。何启谦等[1]研究表明：发达国家，优质种子对农业增产的贡献率达50%，中国为30%左右，故实现农产品高产、优质、高效、生态最主要的前提是提高种子质量。生产中种子质量所受影响既有自然因素，也有技术和人为因素，优越的自然气候条件是对农产品优质化的保障。相关研究表明：温度、日照及降水等生态环境要素和气候条件与农产品品质之间关系密切[2-3]，而“气候品质评价”则是农产品品质受生态环境和气候条件影响的最好“身份”证明，也即农产品气候品质认证[4]。农产品气候品质认证具体工作是指依据农产品品质与气候的密切关系，通过收集基础数据，开展种植地调查和相关试验，并应用对比、评估分析等技术手段和方法，设置认证气候条件的指标，建立认证模型，进行天气气候对农产品品质影响的优劣等级评定，最终综合评价确定气候品质等级[5-6]。开展气候品质认证，即可增强气象灾害防御意识，趋利避害，提升农产品品质，也能依据质量安全标识，提升农产品知名度和企业品牌效益[7]。开展认证后的监督抽查，可促使农产品企业不断提高质量安全管理水平，增强市场竞争力，也利于推动现代农业生产标准化进程。气候品质认证对农产品气候和生育期气象条件进行鉴定，可细化农产品小气候资源区域划分，依此提出科学合理的气候资源利用对策，根据影响的关键环境要素，引导种植户提高种植技术和管理水平，提高农产品品质质量[8]。

玉米始终是主要的粮食和经济作物[9]，也是全世界总产量最高的农作物。21世纪以来，随着由产量型向质量型的转变，其品质的重要性日益显著[10-11]。玉米产量与籽粒品质既受遗传因素控制，又受生态环境和栽培措施的影响[12-13]，生态环境是决定其生长发育和品质形成的外因[14-15]。随着生产条件的改善和产量水平的提高，气候因子对玉米生产的作用愈发显得重要[16-17]，光、热、水与二氧化碳是玉米生长发育和产量形成的基本要素，也是影响玉米籽粒品质的重要生态因子[18-20]。

甘肃省河西走廊灌区，凭借优越的地理位置和自然条件，成为全国最大、最具优势的国家级玉米杂交制种基地，常年制种面积8万～10万hm2[21]。位于走廊中部的张掖市，2010年以来杂交玉米种子基地面积稳定在6.67万hm2左右，年产优质玉米种子近50万t，占全国玉米年用种量的近40%，解决全国约1333.3万hm2农田玉米用种问题，2011年获得“张掖玉米种子”这一全国唯一的种子地理证明商标，是中国规模最大的市级玉米种子生产基地[22]，种植区域涉及全市4县1区，34个乡镇，263个行政村。

2011年国务院下发《关于加快推进现代农作物种业发展的意见》，明确指出要加强西北优势种子繁育基地规划建设；2012年国务院发布《全国现代农作物种业发展规划（2012—2020年）》，再次将建设西北杂交玉米制种基地摆在重要地位。因此，张掖作为国家级玉米制种生产基地，要站在全国种业发展战略高度，培育及生产优质、高效的玉米种子，促进种业健康发展，保证中国的粮食安全。

发展张掖市玉米制种特色优势产业，种植好优质玉米是关键。实践表明：制种玉米产量的高低、质量的优劣，与当地气候条件和气象要素关系十分密切[23]，尤其生长关键期遭遇低温冻害、大风、高温、连阴雨等灾害性天气对其产量和质量影响较大，故以期通过对张掖市沙井镇金博士种业股份有限公司制种基地133 hm2玉米（‘郑单958’）生长状况监测，分析制种玉米全生育期热量、光照、降水气候条件及关键生长阶段气象要素变化和灾害性天气对其造成的影响。本研究采用张掖国家基准气候站气温、降水、日照、风速等气象资料，结合关键物候期，分析2020年制种玉米生长期气候条件和关键生育期气象因子等的影响，并以影响制种玉米品质及质量的区划、生长期气候资源、气象灾害为主要指标，研究张掖制种玉米气候品质认证技术，通过对制种玉米地理产地气候适宜性区划指标、当年制种玉米生长气候条件、制种基地生产管理条件进行评分，以期对认证区域内制种玉米气候品质等级进行评估。

1 研究区域概况

张掖市地处青藏高原东北侧，受青藏高原大地形作用影响，大陆性温带干旱气候明显，属灌溉农业区，农业生产“天干而地不干”，具有光照充足、昼夜温差大、降雨量少、病虫害轻、灌溉条件良好的玉米制种优势，繁育的玉米种子籽粒饱满、色泽好、纯度和发芽率高，被誉为“天然的种子生产车间”和“天然种子仓库”。此区域南北为中高山、中间为盆地的特殊地势，致使灾害性天气时有发生，其中影响制种玉米生产的主要气象灾害有干旱、低温冻害、大风、高温、连阴雨等。低温可造成腊熟、收获和晾晒期的玉米遭受冻害损失；终霜冻是苗期的主要气象灾害；干旱、高温干热风影响正常开花授粉，使抽雄提早，吐丝延迟，受精不完全，结实率低，导致产量及品质下降。

2 认证资料来源及分析方法

2.1 认证区地点

张掖市甘州区沙井镇金博士种业股份有限公司制种基地。

2.2 认证中使用的气象资料来源

此次评估所用气象资料来源于张掖国家基准气候站（观测项目：气温、湿度、降水量、风、地温和日照），该站位于甘州区，地处39º05′N，100°17′E。评估气象资料为：2020年4月1日—10月20日该站观测的降水、气温、日照和地温资料，具有代表性，年平均值采用1981—2010年统计平均值。

2.3 关键物候期划分

制种玉米物候期分为：播种期、苗期（三叶—七叶期）、拔节期、抽雄—开花期、乳熟期、成熟期。其中对产量和品质影响较关键的物候期有：播种、拔节、抽雄—开花、灌浆—乳熟和成熟期。

2.4 关键生长阶段气象适宜指标

参照相关文献，总结制种玉米生长阶段研究成果及张掖市气象局近10年观测研究结果，归纳出生长期内张掖制种玉米气象因子适宜指标。

2.4.1 播种期 种子发芽温度最低8～10℃，播种时要求日平均气温达8℃以上，气温低于7℃可造成粉种；耕层土壤相对湿度60%～70%为宜，土壤相对湿度＞85%，地表板结，影响种子萌发；5天左右的低温阴雨天气，可造成粉种；大风、干旱、冻害天气影响种子萌发。

2.4.2 苗期 适宜温度18～20℃，气温低于-1℃，幼苗受冻，-2～-4℃是受冻死亡临界温度。此期，少雨干旱致使耕作层湿度减小，但底墒较为充足，可促使根系下扎，利于发根和壮苗；阴雨寡照对苗期生长不利。

2.4.3 拔节期 适宜温度24～26℃，当日平均气温达到18℃以上时，植株开始拔节，气温低于24℃，生长速度减慢；干旱导致土壤含水量低于15%，易造成雌穗部分不孕或空杆。

2.4.4 抽雄—开花期 适宜温度25～28℃，气温低于18℃，造成授粉不良；土壤相对湿度80%左右为最佳，干旱易造成捂包或花丝枯萎，需灌溉；最高气温＞35℃或日平均气温＞30℃持续5天以上的干热风持续危害，可导致花体发育受阻，超过38℃雄穗不能开花，花粉活力降低，雌穗吐丝延缓，授粉结实不良，后期籽粒瘦瘪，暗淡无光，造成产量及品质下降；晴朗微风的天气利于传粉授粉，开花期遇大风、冰雹、连阴雨等将影响授粉。

2.4.5 灌浆—乳熟期 灌浆期是籽粒品质形成和粒重增长期，适宜温度18～20℃，利于有机物质合成和向果穗籽粒运转，温度＜16℃，停止灌浆，造成空秆、秃顶或籽粒不饱满导致减产；适宜日照时数7～10 h；土壤水分保持在田间持水量的75%左右，干旱导致子粒灌浆不足，结实率低；伏旱会引发红蜘蛛、玉米螟等病虫危害，影响植株正常生长或直接危害果穗、损伤种子，影响发芽率，造成品质不佳，产量降低。大风、连阴雨影响灌浆及乳熟。

2.4.6 成熟—晾晒期 玉米生育后期的空气湿度、温度、风速、降雨等生态气象因子对籽粒脱水速率具有重要影响[24]，成熟期适宜温度10～15℃，晴朗、干燥少雨天气最佳；最低气温降至3℃以下，生长停止，秋季-1～-3℃的早霜冻造成植株死亡，成熟后期遇-3℃低温，造成未成熟的玉米种子受冻害，粒重下降，导致含水量高的籽粒丧失发芽力。阴雨持续将延长成熟期，玉米棒底部和顶部发生霉变，使粒重下降，芽率降低，影响品质，失去种用价值和商品性。最佳晾晒期平均气温7～13℃，相对湿度＜35%，平均风速≥5.5 m/s，日平均日照时数大于8.5 h；种子含水量30%左右，若地面温度骤降到-7℃时，持续1天，发芽率降到85%以下，持续5天，全部丧失发芽率。

2.5 认证方法（对比法、指标判别法、数学模型分析法等）

本研究应用对比法、指标判别法进行评价。

制种玉米气候品质认证的方法主要取决于张掖独特的自然生态环境、气候条件。将制种玉米气候品质等级划分为4级，按优劣顺序分别为特优、优、良、一般[25]。气候品质认证综合考虑地理产区适宜性区划指标评分值、当年制种玉米生长气候条件分析评分值及制种基地生产管理条件评分值3部分，并赋予不同权重，最终得出认证评分标准模式。

3 认证区域气候概况及制种玉米生长期气候资源评估

3.1 认证区域气候概况

金博士种业股份有限公司制种基地位于张掖市沙井镇，该区域属温带干旱区，年平均气温7.8℃，≥10℃积温3088.2℃，降水量132.6 mm，蒸发量2003 mm，日照时数3066 h，日照百分率69%。日平均气温稳定通过10℃的初日为4月23日，稳定通过10℃的终日为10月3日，无霜冻期150余天，灌浆后期平均日较差为14.3℃，具有热量丰富、降水稀少、日照时间长、蒸发量大、昼夜温差大的特点。玉米制种必须靠灌溉，该区域常有干旱、高温干热风、霜冻、低温冻害、大风等危害。

3.2 2020年制种玉米生长期气候条件分析评估

3.2.1 热量条件充沛 玉米是喜温作物，整个生育期热量条件要求较高。2020年4—9月≥10℃积温为3454.4℃，较常年同期偏多366.2℃，除5月下旬、7月下旬略低于历年同期外，其余各旬积温均较常年偏多，整个生育期热量条件优于历年同期（见图1）。

图1 2020年制种玉米生长期热量条件对比

4—9月平均气温19.1℃，较历年同期偏高1.6℃，其中5月下旬、7月下旬偏低0.1～0.4℃，其余各旬偏高0.1～3.7℃。4月中—下旬，气温较常年偏高，玉米播期较往年提前2～3天；5月上旬—中旬气温持续偏高，利于制种玉米出苗和苗期生长，出苗期较历年略有提前；5月下旬较历年同期偏低0.4℃，此时制种玉米处于拔节前期，气温偏低对玉米植株正常生长略有影响；6月上—下旬气温偏高2.0～2.5℃，加之灌溉及时，拔节期间热量水分条件匹配，为营养生长向生殖生长期过渡的玉米提供有利保障；7月上—中旬气温持续偏高，日平均最高气温24.9～34.9℃，适合有机质合成、转化和输送，抽雄—开花—吐丝期未出现35℃以上高温天气，对制种玉米正常开花—授粉提供有利条件；7月下旬平均气温22.8℃，较历年同期略偏低，但低于20℃的日数只持续2天，对制种玉米授粉后的生长未产生不利影响；温度是影响玉米子粒形成与灌浆的重要环境条件[19]，8月上旬—9月下旬气温持续偏高0.1～3.1℃，其中玉米灌浆后期平均气温19.6℃，日较差为14.1℃，利于干物质的积累，对玉米植株后期生长和品质及产量形成有利。成熟期平均气温偏高近1℃，为籽粒成色、千粒重及品质和商品性的提高提供有利条件（见图2）。

图2 2020年制种玉米生长期旬平均温度对比

3.2.2 降水及光照正常 2020年4—9月降水量117.5 mm，较历年同期偏多1.4%，其中5月上旬及下旬、6月下旬、8月下旬和9月下旬偏多16%～430%。5月6—8日出现14.7 mm的较强降水，提高了耕层土壤墒情；5月22—26日连续5天降水量达18.0 mm，为拔节前期水分供给提供有利条件；8月21—23日16.9 mm的降水有效缓解伏期干旱，为制种玉米灌浆期生长和产量形成提供良好的水分供给；9月21日降水量达21.3 mm，对处于黄熟期的玉米未造成影响。其余时段降水量偏少7%～100%，尤其7—8月中旬抽雄—开花—灌浆前期偏少74%，对玉米正常开花、吐丝及授粉产生一定影响，并诱发红蜘蛛等病虫害，但该区域灌溉条件良好，且适时灌溉，及时喷药，减轻了降水偏少对制种玉米正常生长造成的不利影响（图3）。

图3 2020年制种玉米生长期降水条件比较

7月下旬开花授粉期，出现2次小到中雨，且风力较小，影响授粉，基地为增加授粉率，及时开展人工辅助授粉。光照对玉米籽粒品质的影响小于温度[26]，2020年4—9月日照时数为1603.9 h，比常年同期偏少72.4 h。其中4月及5月中旬和9月上—中旬偏多4.6～27.9 h，其余时段偏少0.7～26.9 h。5月上旬日照偏少对玉米出苗影响不大；5月中旬日照偏多利于幼苗迅速生长；5月下旬—8月下旬日照时数偏少幅度不大，未出现连阴雨及长时间阴云持续时段，对玉米营养及生殖关键期正常生长未造成影响；9月上—中旬乳熟至成熟期日照偏多（图4），光照、热量条件匹配，对营养物质向籽粒转移有利，利于籽粒品质形成。

图4 2020年制种玉米生长期日照条件比较

总体，2020年制种玉米生长期积温偏高，热量充沛；降水虽偏少，但干旱时段灌溉及时，对其正常生长未产生较大影响；日照时数略有不足，但总体利于植株各阶段的光合作用；整个生育期未出现影响品质及产量的重大气象灾害。

3.3 2020年主要物候期气象条件评价

3.3.1 播种期（4月中—下旬）平均气温较历年同期偏高2.3℃，虽下旬前期出现低温霜冻天气，但基地已提前覆膜，对已播或正在播种的玉米萌芽影响不大，后期晴热天气利于适期播种和正常出苗。4月无降水，耕作层墒情下降，由于冬前已灌溉，未影响制种玉米正常播种。

3.3.2 拔节期（6月中旬）平均气温22.9℃，较历年同期偏高2.5℃，为玉米营养生长期提供良好的热量条件；降水量1.0 mm，较常年同期偏少6.4 mm，6月21—22日出现5.6 mm的有效降水，墒情提高缓解了夏初旱情；日照时数较常年偏少26.9 h，对玉米光合作用不利，但对正常生长影响不大。

3.3.3 抽雄、开花、吐丝期（7月中旬）气温较常年偏高0.9℃，降水量0.3 mm，较历年同期偏少96%，日照时数少于历年同期。7月降水持续偏少，出现了伏旱，对处于大喇叭口至吐丝期的植株水分供给不利，但基地及时实施滴灌，管理措施全面有效，未对制种玉米抽雄、开花及籽粒形成发育造成较大影响。期间只出现1天≥35℃的高温天气，且未出现大风、冰雹、连阴雨等影响去雄、开花、授粉的不利天气，为芽率及种子纯度的提高提供了保障。

3.3.4 乳熟期（9月上旬）平均气温18.4℃，较历年同期偏高2.4℃，降水量偏少89%，日照时数偏多17.5 h。适宜的气温及充足的光照为籽粒灌浆、粒重增加提供良好的气象条件。

3.3.5 成熟期（9月下旬）气温较历年同期偏高0.8℃，降水量24.9 mm，较历年同期偏多20.2 mm，较大降水集中在9月21日，对黄熟期未开始收获的玉米未造成影响，其余时段晴朗干燥，日照时数为71.5 h，光照热量适宜，利于玉米正常成熟及收获。此期无早霜冻、连阴雨等影响收获的灾害性天气。适时收获提高了玉米产量，确保玉米品质。

3.3.6 晾晒阶段（9月下旬—10月中旬）9月下旬气温偏高，10月上—中旬气温偏低1.6～1.7℃，无降水，日照偏多10.3～10.7 h。收获后果穗安全晾晒是保证种子品质及质量的关键环节，空旷地自然晾晒的种子色泽、发芽率和生活力均会得到保障。10月4—5日及12日地面最低气温降至零下1～2.4℃，14—16日降至零下3.1～5.0℃，对果穗晾晒不利，但此时籽粒含水量接近16%，且基地10月10日后夜间覆盖，晚盖早揭且及时翻动，为种子水分快速降到13%的安全含水量及免遭低温冻害提供了保障。10月下旬晾晒后测得种子百粒重为37.3 g，发芽率96%，种子含水量10.8%，种子纯度98.1%，品质及质量均达到优质种标准。

4 认证依据

4.1 制种玉米质量标准

高品质的玉米种子发芽迅速、整齐，幼苗生长健壮，能使植株充分生长发育获得高产。制种玉米籽粒商品品质指其形态、色泽、发芽率、纯度、水分、净度等性状。发芽率方面，相关专家开展关键生长期异常高温干旱、低温冻害等气象灾害影响研究，收获后降低籽粒水分方面，也做了相关试验研究。根据上述研究成果及甘肃省地方标准（DB62/T 1755—200—农作物种子质量-张掖玉米杂交种），结合张掖市气象局对甘州区标准化生产基地主导品种调查结果，建立制种玉米发芽率、纯度、净度、水分等的等级评定指标。

4.2 气候品质认证评分标准

张掖市气象局和市农业农村局相关专家共同建立制种玉米气候品质认证指标评分值(W)[见公式(1)]，评分值由制种玉米地理产地区划指标评分值(X1)、当年制种玉米生长期气候条件分析评分值(X2)和制种基地生产管理条件评分值(X3)3部分组成。

其中，W≥90分为“特优”等级，85≤W＜90分为“优”等级，80≤W＜85分为“良”等级，W＜80分为“一般”等级。

4.2.1 制种玉米地理产地区划 指标评分值X1表示制种玉米种植区域气候适宜性区划指标，最适宜区=100分，适宜区=90分，次适宜区=80分。

4.2.2 制种玉米关键生育期分析 评分值X2表示当年制种玉米关键生育期（取4—9月）生长气候条件评分值，评分公式：X2=α-β。其中，α表示主要气候资源情况。评分公式见式(2)。

其中：α1：4—9月日照时数（权重10%）在1680～1800 h为适宜条件；α2：≥10℃积温3100～3460℃之间为适宜条件（权重30%）；α3：7月中—下旬平均气温23.0～24℃之间为适宜条件（权重30%）；α4：9月上—中旬平均气温16～19℃之间为适宜条件（权重20%）；α5：最佳晾晒期日照时数（权重10%）在280 h以上为适宜条件。各α因子的评分依据是根据当年值所对应的评定标准，在适宜条件内得100分，在适宜条件的±10%内得90分；在适宜条件的±15%内得85分；在适宜条件的±20%内得80分。

β表示主要气象灾害情况，其中β1：苗期冻害（权重10%）；β2：干旱（权重20%）；β3：花期高温热害（权重20%）；β4：花期大风（权重20%）；β5：花期阴雨（权重10%）；β6:：收获晾晒期低温冻害（权重20%）。因气象灾害影响效果有限，按统计及经验估算影响程度最多占20%，灾害总分20分。各β因子评分依据是无灾害0分，轻微灾害10分，中度灾害15分，严重灾害20分。

评分公式见式(3)。

4.2.3 制种基地生产管理条件评分值X3表示生产管理评分，根据玉米生产专家的实际经验总结，该项评分根据制种玉米生产过程中的各项条件来划分，评分公式见式(4)。

其中包括：γ1：产地环境条件（权重40%）；γ2：制种玉米生产具有标准化的生产技术规范，生产严格按标准执行（包括具有干旱、霜冻、低温冻害、高温等自然灾害防御措施，并在生产中严格执行）（权重30%）；γ3：具有制种玉米质量安全技术规范，在生产中严格执行（权重20%）；γ4：制种玉米品质抽查结果（权重10%）。

5 认证结论

5.1 地理产区适宜性区划指标评分

根据区划指标确定认证区为适宜区，X1项得分为90分。

5.2 2020年玉米生长条件评分

5.2.1 关键生长期气候资源评分 关键生长期气候资源评分表如表1所示。

表1 气候资源(α)评分情况（2020年4—10月）

5.2.2 生长关键期气象灾害评分 生长关键期气象灾害评分表如表2所示。

表2 生长关键期气象灾害β项评分

X2=α-β，该项得分为96.0分。

5.3 基地生产管理评分

基地生产管理评分如表3所示。

表3 基地生产管理项(X3)评分

X3项平均得分为95.7分。

5.4 认证结论

评分公式见式(5)。

认证综合得分：综合制种玉米气候品质认证指标体系中的以上3项得分，生产基地制种玉米品质认证总得分94.1分。认证区域处于制种玉米适宜种植区，区域内产地环境条件优越，基地具有标准化生产技术规范，2020年，虽抽雄—开花—吐丝期出现干旱时段，基地灌溉及时定量，并采取相应防范措施，且生长期光热条件匹配适宜，未出现对品质影响较大的气象灾害。认定该区域内制种玉米的气候品质等级为特优。

6 结论与讨论

（1）2020年沙井镇制种玉米生长期积温较历年同期偏多366.2℃，除5月下旬及7月下旬降温及阴雨天气影响外，其他时段均偏多；降水总量为117.5 mm，较历年同期偏多1.4%，抽雄—开花—吐丝及灌浆前期的7—8月中旬，降水偏少75%（7月偏少84%）出现伏期干旱，因此区域属于灌溉农业区，玉米水分供需主要靠灌溉保障，基地根据耕作层墒情及时灌溉，采取增加灌溉频次、及时去杂去雄、追施攻粒肥及清除老叶等田间管理措施，减少水分损耗，使干旱对玉米开花、授粉及灌浆和籽粒品质形成的损失减小到最小。生长期日照时数1603.9 h，较常年偏少4.3%，但乳熟至成熟、晾晒时段日照偏多，对籽粒色泽向好、芽率升高、百粒重增加及水分的降低提供了有利条件。10月下旬晾晒脱粒后测得种子发芽率96%，种子含水量10.8%，种子纯度98.1%，籽粒饱满、色泽黄亮，品质及质量均达到优质种标准。

（2）7月下旬授粉期，光照热量略差于常年同期，降水偏少51%，且几次小到中雨天气，影响风力传粉，对授粉产生一定影响，为增加授粉率，基地雨后清晨及时人工授粉提高结实率。8月上—中旬，病虫害发展高峰期，气温较历年偏高，降水偏少60%，致使土壤失墒明显，植株蒸腾作用加剧，伏旱诱发玉米红蜘蛛、锈病等的发生发展，因基地频繁滴管，并摘除病叶，喷施唑螨酯、螺螨酯及噻呋酰胺悬浮剂等药剂防治，有效减轻干旱及病虫害对灌浆期玉米的危害，使该基地‘郑单958’玉米产量和品质得到了保障。

（3）通过对制种玉米地理产地区划指标、当年生长气候条件、基地生产管理条件分析评分，对认证区域内制种玉米（‘郑单958’）气候品质等级进行评估，认定该区域内制种玉米的气候品质等级为特优。