李慧瑩，嚴(yán) 華

（1.內(nèi)蒙古通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.內(nèi)蒙古科爾沁左翼后旗氣象局，內(nèi)蒙古 科爾沁左翼后旗 028100）

內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)玉米發(fā)育階段熱量及冷害變化分析

李慧瑩1，嚴(yán) 華2

（1.內(nèi)蒙古通遼市氣象局，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.內(nèi)蒙古科爾沁左翼后旗氣象局，內(nèi)蒙古 科爾沁左翼后旗 028100）

利用內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)1980—2009年最高氣溫、最低氣溫、平均氣溫等氣象資料和30年產(chǎn)量面積數(shù)據(jù)，對(duì)科爾沁區(qū)1980—2009年的玉米不同發(fā)育階段的生長(zhǎng)所受的低溫冷害影響進(jìn)行了綜合分析，得出玉米發(fā)育階段熱量指數(shù)、熱量指數(shù)與玉米產(chǎn)量的關(guān)系、冷害指數(shù)、熱量及冷害變化趨勢(shì)、熱量指數(shù)時(shí)空分布、冷害頻率的時(shí)空分布，為玉米發(fā)育期的生長(zhǎng)階段提供了科學(xué)依據(jù)。

科爾沁區(qū)；玉米；發(fā)育階段；熱量；冷害；變化趨勢(shì)

內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)地處中緯度地區(qū)，年均氣溫6.6℃，且年際間氣候變化劇烈。通遼市科爾沁區(qū)作為全國(guó)100個(gè)玉米生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化示范縣之一［1］，在玉米發(fā)育期經(jīng)常會(huì)發(fā)生氣溫驟降且持續(xù)的情況。持續(xù)的低溫冷害會(huì)對(duì)玉米的發(fā)育期造成嚴(yán)重影響，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)?yè)p失，所以冷害就成為內(nèi)蒙古東部春季最主要的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。但由于氣候變暖［2］，氣溫升高，帶來(lái)了積溫條件的改善，低溫冷害發(fā)生的頻率逐年減少，而溫度的大幅度波動(dòng)則成為新的致災(zāi)因子，氣溫驟然變化所造成的災(zāi)害天氣近年來(lái)常常發(fā)生。研究科爾沁區(qū)玉米發(fā)育期熱量與低溫冷害的分布規(guī)律，提前發(fā)布?xì)庀鬄?zāi)害預(yù)警，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)和玉米發(fā)育期的正常生長(zhǎng)有重要意義。

對(duì)科爾沁區(qū)1980—2009年氣溫氣象資料、30年產(chǎn)量面積資料等數(shù)據(jù)，對(duì)科爾沁區(qū)1980—2009年［3］的玉米不同發(fā)育階段的生長(zhǎng)所受的低溫冷害影響［4］進(jìn)行了綜合分析，以玉米發(fā)育階段熱量指數(shù)、低溫冷害指數(shù)［5］為基礎(chǔ)，探索玉米發(fā)育階段熱量及冷害的長(zhǎng)期變化趨勢(shì)［6］，以及熱量指數(shù)、冷害頻率時(shí)空分布規(guī)律。

圖1 玉米產(chǎn)量熱量指數(shù)分布

圖2 1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—成熟階段冷害指數(shù)平均變化

1 資料的處理和研究方法

1.1 資料處理 氣象資料使用溫度缺測(cè)值的測(cè)量數(shù)據(jù)處理主要采用10 km×10 km網(wǎng)格資料插補(bǔ)。對(duì)風(fēng)速和日照的缺測(cè)值不予處理，對(duì)太陽(yáng)輻射的缺測(cè)值根據(jù)劉鈺的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)公式來(lái)插補(bǔ)處理，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。玉米發(fā)育階段根據(jù)聯(lián)合國(guó)對(duì)作物發(fā)育期的劃分，選取的主要發(fā)育期為出苗、七葉、抽雄、乳熟、成熟，玉米的整個(gè)生育期劃分為4個(gè)階段：出苗—七葉、七葉—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—成熟［7］。數(shù)據(jù)處理主要用數(shù)據(jù)線性插補(bǔ)方法處理缺水值，并利用網(wǎng)格資料插補(bǔ)技術(shù)來(lái)處理溫度的缺測(cè)值，并根據(jù)風(fēng)速公式插補(bǔ)蒸散量進(jìn)行處理。

1.2 研究方法

1.2.1 線性傾向分析

一元線性回歸分析：

式中，a為回歸常量；b為回歸系數(shù)，表示氣候變量y的趨勢(shì)，b<0表示隨t的增加y下降，b>0表示隨t的增加y上升。

1.2.2 積分回歸分析：積分回歸分析方法由英國(guó)著名學(xué)者Fisher提出，并應(yīng)用于研究氣象條件與小麥產(chǎn)量的關(guān)系，之后被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)氣象領(lǐng)域，其算法為：

式中，YC為用各時(shí)段各氣象要素估計(jì)的產(chǎn)量；k為氣象要素個(gè)數(shù)；ai（t）為 t+△t時(shí)刻的第 i個(gè)氣象要素每變化一個(gè)單位時(shí)，對(duì)作物產(chǎn)量的影響效果；xi（t）為t+△t為 時(shí)刻的第 i個(gè)氣象要素值；C為常數(shù)項(xiàng)。

ai（t）的時(shí)間正交多項(xiàng)式函數(shù)展開(kāi)式為：

式中，m 為展開(kāi)項(xiàng)次；?j（t）為時(shí)間的正交多項(xiàng)式。同時(shí)令

則原式為：

2 結(jié)果和分析

2.1 熱量指數(shù)與玉米產(chǎn)量的關(guān)系 由圖1可知，玉米產(chǎn)量隨熱量指數(shù)的逐漸升高而逐步增加，熱量每增加0.1，產(chǎn)量增加1 662.2 kg/hm2，其相關(guān)性檢驗(yàn)［8］系數(shù)r為0.417。通過(guò)對(duì)熱量指數(shù)與玉米產(chǎn)量的0.05水平的顯著性檢驗(yàn)，熱量指數(shù)與玉米產(chǎn)量呈顯著相關(guān)關(guān)系，過(guò)高或過(guò)低對(duì)玉米產(chǎn)量都有一定影響。

2.2 發(fā)育階段熱量及冷害的長(zhǎng)期變化趨勢(shì) 圖2指出1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗到成熟的冷害指數(shù)變化，在平均值的情況下，做了時(shí)間變化規(guī)律的分析，并擬合成線性趨勢(shì)分析。趨勢(shì)表明，其相關(guān)系數(shù)平方達(dá)到R2=0.1427，說(shuō)明最近30年的冷害指數(shù)明顯上升。通過(guò)0.01顯著性水平檢驗(yàn)后，得出了玉米對(duì)冷害強(qiáng)度顯著減弱?？茽柷邊^(qū)從出苗到成熟的玉米受冷害比較嚴(yán)重的年份包括1986、1989、1992年等。

圖3 1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—七葉階段熱量指數(shù)的年代際空間分布

圖4 1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—抽雄階段熱量指數(shù)的年代際空間分布

2.3 發(fā)育階段熱量指數(shù)時(shí)空分布

2.3.1 玉米出苗—七葉階段熱量指數(shù)的年代際變化：1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—七葉階段熱量指數(shù)的年代際變化見(jiàn)圖3。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，低值區(qū)熱量指數(shù)在0.75～0.78的區(qū)間，從1980年前后低值區(qū)熱量指數(shù)開(kāi)始趨于東南方向退縮，2000年后低值區(qū)熱量指數(shù)基本消失；科爾沁區(qū)玉米—七葉階段熱量指數(shù)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，0.78～0.82的中高值區(qū)從1990年以后向西南方向延伸；2000年以后最初幾年，科爾沁區(qū)西部出現(xiàn)一片 0.82～0.86的高值區(qū)（見(jiàn)圖 3）。

2.3.2 玉米出苗—抽雄階段熱量指數(shù)的年代際變化：1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—抽雄階段熱量指數(shù)的年代際變化見(jiàn)圖4。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始科爾沁區(qū)熱量指數(shù)0.85～0.87的低值區(qū)退縮；從20世紀(jì)90年代起科爾沁區(qū)熱量指數(shù)0.87～0.89的中高值區(qū)向東南方向延伸；21世紀(jì)初科爾沁區(qū)西部0.89～0.92的熱量指數(shù)高值區(qū)面積約占研究區(qū)域的2/3，科爾沁區(qū)西部出現(xiàn)一片高值區(qū) （見(jiàn)圖4）。

2.3.3 玉米出苗—乳熟階段熱量指數(shù)的年代際變化：1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—乳熟階段熱量指數(shù)的年代際變化見(jiàn)圖5?？茽柷邊^(qū)玉米0.85～0.89的熱量指數(shù)中低值區(qū)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始向東北方向退縮，同時(shí)科爾沁區(qū)熱量指數(shù)中高值區(qū)向東南方向擴(kuò)展，21世紀(jì)初科爾沁區(qū)西部出現(xiàn)一片0.93～0.95的高值區(qū)（見(jiàn)圖5）。

2.3.4 玉米出苗—成熟階段熱量指數(shù)的年代際變化：1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—成熟階段熱量指數(shù)的年代際變化見(jiàn)圖6。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，科爾沁區(qū)玉米出苗至成熟整個(gè)生育期熱量指數(shù)0.85～0.88的中低值區(qū)向東南方向退縮；21世紀(jì)初，科爾沁區(qū)玉米熱量指數(shù)0.88～0.92的中高值區(qū)明顯向東北方向擴(kuò)展（見(jiàn)圖6）。

對(duì)科爾沁區(qū)玉米4個(gè)發(fā)育階段熱量指數(shù)的年代際變化進(jìn)行對(duì)比分析，得到以下結(jié)論：

①科爾沁區(qū)玉米年代際熱量指數(shù)在這4個(gè)發(fā)育階段基本呈帶狀分布，最低的是通遼市大林鎮(zhèn)，由東向西方向遞增。

②從20世紀(jì)80年代起科爾沁區(qū)玉米熱量指數(shù)中低值區(qū)向東南方向退縮，同時(shí)東南方向擴(kuò)展到高值區(qū)，且高值區(qū)出現(xiàn)在科爾沁區(qū)西部，明顯表現(xiàn)為總體增加趨勢(shì)。

③科爾沁區(qū)近30年最好的熱量條件為21世紀(jì)初的熱量條件。

圖5 1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—乳熟階段熱量指數(shù)的年代際空間分布

圖6 1980—2009年科爾沁區(qū)玉米出苗—成熟階段熱量指數(shù)的年代際空間分布

2.4 發(fā)育階段冷害頻率時(shí)空分布 1980—2009年科爾沁區(qū)玉米不同發(fā)育階段冷害頻率的空間分布。科爾沁區(qū)玉米出苗—七葉的發(fā)育階段，科爾沁區(qū)玉米冷害頻率40%～50%的中低值區(qū)主要分布在通遼市敖力布皋鎮(zhèn)以西，如通遼市慶和鎮(zhèn)、育新鎮(zhèn)為45%～50%的中低值區(qū)；中值區(qū)為敖力布皋鎮(zhèn)以南，如通遼市錢家店鋪、遼河鎮(zhèn)東部等；中高值區(qū)為敖力布皋鎮(zhèn)和大林鎮(zhèn)，即其他地域冷害頻率低于35%。

科爾沁區(qū)玉米出苗—乳熟發(fā)育階段，以通遼市豐田鎮(zhèn)為中心是冷害頻率為40%～50%的中低值區(qū)，主要分布在科爾沁區(qū)城區(qū)以西；通遼市清河鎮(zhèn)、敖力布皋鎮(zhèn)為35%～40%的中值區(qū)；通遼市遼河鎮(zhèn)、錢家店鋪、大林鎮(zhèn)和慶和鎮(zhèn)為30%～35%的中高值區(qū)（見(jiàn)圖 7）。

圖7 1980—2009年科爾沁區(qū)玉米冷害頻率空間分布

3 結(jié)論

在當(dāng)今玉米災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還不完善的情況下，對(duì)科爾沁區(qū)玉米出苗—七葉、七葉—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—成熟4個(gè)發(fā)育階段熱量及冷害等主要?dú)庀筮M(jìn)行重點(diǎn)分析和研究，力求得出整個(gè)發(fā)育階段的熱量及冷害變化趨勢(shì)和冷害頻率時(shí)空分布，從而發(fā)掘出合理的發(fā)育階段冷害判別指標(biāo)，努力實(shí)現(xiàn)玉米發(fā)育階段冷害的定量評(píng)估。該研究旨在對(duì)熱量、冷害這兩個(gè)方面的指數(shù)影響做出更貼合實(shí)際的估計(jì)，發(fā)掘玉米生產(chǎn)的增產(chǎn)和防災(zāi)這兩個(gè)層面的變化規(guī)律，真實(shí)地反映多種氣象條件下玉米生產(chǎn)面臨的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，從而為當(dāng)?shù)赜衩追罏?zāi)減災(zāi)提供一套有實(shí)際意義的參考資料，并能夠?yàn)楫?dāng)?shù)卣嗅槍?duì)性地制定各項(xiàng)玉米生產(chǎn)政策給出科學(xué)依據(jù)。

①在熱量指數(shù)、冷害頻率的時(shí)空分布方面，熱量與冷害的變化趨勢(shì)相一致。這與數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)氣候持續(xù)變暖相對(duì)應(yīng)，并對(duì)不同品種的玉米產(chǎn)生了不同影響。在該趨勢(shì)下，當(dāng)生長(zhǎng)發(fā)育條件較好時(shí)，中晚熟品種的玉米會(huì)較少遭受冷害。

②在熱量及冷害變化趨勢(shì)方面，4個(gè)發(fā)育階段的發(fā)展趨勢(shì)呈現(xiàn)同方向階梯狀變化，從東北向西南方向遞增分布。在整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)，熱量指數(shù)表現(xiàn)出了明顯的增加趨勢(shì)，超過(guò)50%的區(qū)域出現(xiàn)了超過(guò)0.1指數(shù)的變化。

③在熱量及冷害年代際空間分布方面，4個(gè)發(fā)育階段的空間分布表現(xiàn)出以單一極點(diǎn)向周邊遞減擴(kuò)散的形態(tài)。在通遼市豐田鎮(zhèn)以及通遼市育新鎮(zhèn)出現(xiàn)了極點(diǎn)，并長(zhǎng)時(shí)間保持固定。冷害頻率在數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)了明顯的拐點(diǎn)。

［1］劉春艷，侯輝，宋文有，等.通遼市科爾沁區(qū)玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展對(duì)策［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2011（6）：374，376.

［2］王石立，莊立偉，王馥棠.近20年氣候變暖對(duì)東北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水熱條件影響的研究［J］.應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，2003，14（2）：152-164.

［3］白殿奎，高濤，王俊.赤峰、通遼地區(qū)1979—2008年玉米生長(zhǎng)期溫濕條件對(duì)單產(chǎn)影響分析［J］.內(nèi)蒙古氣象，2010（5）：35-38.

［4］襲祝香，馬樹(shù)慶，王琪.東北區(qū)低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及區(qū)劃［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2003，12（2）：98-102.

［5］王遠(yuǎn)皓，王春乙，張雪芬.作物低溫冷害指標(biāo)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展［J］.氣象科技，2008，36（3）：310-317.

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［7］高曉容.東北地區(qū)玉米主要?dú)庀鬄?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究［D］.南京：南京信息工程大學(xué)，2012.

［8］白美蘭，劉興漢，馮曉晶，等.內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)氣候條件對(duì)產(chǎn)量的影響［J］.內(nèi)蒙古氣象，2004（3）：35-37.

Analysis of Variations in Heat and Chilling Damage of Corn in Various Growth Phases in Horqin District of Tongliao City of Inner Mongolia

LI Hui-ying1，YAN Hua2
（1.Tongliao Meteorological Bureau of Inner Mongolia,Tongliao 028000，China；2.Horqin Left Back Banner Meteorological Bureau of Inner Mongolia,Horqin Left Back Banner 028100，China）

Based on meteorological data such as the maximum temperature,the minimum temperature and average temperature as well as data of corn yield and area in Horqin District of Tongliao City of Inner Mongolia during 1980-2009,the effects of chilling damage on corm in different developmental stages were comprehensively analyzed from the aspects of heat index,relationship between heat index and yield of maize,chilling damage index,changing trends of heat and chilling damage,temporal and spatial distribution of heat index and chilling damage frequency.The results can provide scientific basis for the growth stage of maize.

Horqin District；maize；growth phase；heat；chilling damage；variation tends

S513；P468

A文章順序編號(hào)1672-5190（2016）11-0007-05

2016－10－22

李慧瑩（1987—），女，碩士，主要從事氣象服務(wù)、綜合氣象觀測(cè)及天氣預(yù)報(bào)工作。

（責(zé)任編輯：慕宗杰）