褚超 殷雪蓮 萬(wàn)巧銳 狄增文 雷俊

摘要 基于河西走廊中部1981—2020年玉米生長(zhǎng)季逐日日照時(shí)數(shù)以及同期玉米發(fā)育期、播種面積和產(chǎn)量資料，采用回歸、Mann-Kendall檢驗(yàn)和距平法分析玉米生長(zhǎng)季光能資源變化特征及其對(duì)制種玉米生長(zhǎng)發(fā)育和制種規(guī)模產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，1981—2020年河西走廊中部春玉米生長(zhǎng)季內(nèi)光能資源總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。光照強(qiáng)度和光照時(shí)間均在前20年隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)，后20年呈下降趨勢(shì)。20世紀(jì)80年代年太陽(yáng)總輻射為負(fù)距平，90年代為正距平，21世紀(jì)以來(lái)波動(dòng)較大，但多以負(fù)距平為主。生長(zhǎng)季4—6月日照時(shí)數(shù)呈上升趨勢(shì)，7—9月呈下降趨勢(shì)。春玉米播種期略有提前，成熟期推后速率為1.49 d/10 a，全生育期延長(zhǎng)。玉米全生育期生長(zhǎng)日數(shù)與同期日照時(shí)數(shù)均呈增加趨勢(shì)，氣候傾向率分別為2.87 d/10 a和9.61 h/10 a，兩者存在顯著正相關(guān)。近40年河西走廊中部玉米制種面積和規(guī)模明顯增加，種植面積遞增率為0.23×104 hm2/a，近10年年平均播種面積為8.93×104 hm2，現(xiàn)有規(guī)范化玉米制種企業(yè)近70家，雜交品種900多個(gè)。光能資源等農(nóng)業(yè)氣候資源的變化導(dǎo)致河西中部玉米生長(zhǎng)發(fā)育的變化，從而對(duì)制種生產(chǎn)的管理措施和農(nóng)事活動(dòng)產(chǎn)生一定影響，在玉米制種過(guò)程中尤其要關(guān)注氣候變化，做到趨利避害，促進(jìn)河西玉米制種業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 光能資源;春玉米;生長(zhǎng)發(fā)育;制種;河西走廊中部

中圖分類(lèi)號(hào) S 162? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2022）01-0220-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.01.060

Influence of Radiation Resource Change on Maize Seed Industry in Central Hexi Corridor

CHU Chao1，2，YIN Xue-lian1，WAN Qiao-rui1 et al

（1.Zhangye Meteorological Bureau， Zhangye， Gansu 734000; 2. Zhangye National Climate Observatory， Zhangye， Gansu 734000）

Abstract Based on the daily sunshine hours of maize growing season in central Hexi Corridor from 1981 to 2020 and the data of growth period， planting area and yield in the same period， the variation characteristics of radiation resources in maize growing season and its influence on the maize growth and seed production scale were analyzed by regression， Mann-Kendall test and anomaly method. The results showed that the radiation energy resources showed a fluctuating downward trend during the growing season of spring maize in central Hexi Corridor from 1981 to 2020. The light duration and intensity increased with time in the first 20 years and decreased in the last 20 years. The total solar radiation was negative anomalies in the 1980s and positive anomalies in the 1990s. Since the 21st century， the total solar radiation fluctuated greatly， but most of them were negative anomaly. During the growing season， the sunshine hours increased from April to June， and decreased from July to September. The sowing date of spring maize was slightly advanced， the rate of maturity was 1.49 d/10a， and the whole growth period was prolonged. The growth days and sunshine hours in the whole growth period of maize showed an increasing trend， and the climate tendency rates were 2.87 d/10a and 9.61 h/10a， respectively， and there was a significant positive correlation between the two.In recent 40 years， the area and scale of maize seed production in the central Hexi Corridor increased significantly， and the increasing rate of planting area was 0.23×104 hm2/a， and the average annual planting area in the past 10 years was 8.93×104 hm2. At present， there were nearly 70 standardized maize seed production enterprises and more than 900 hybrid varieties. The change of agricultural climate resources such as radiation energy resources leads to the change of maize growth and development in the central Hexi corridor， which has a certain impact on the management measures and agricultural activities of seed production. In the process of maize seed production， we should pay special attention to the climate change， so as to pursue the advantages and avoid the disadvantages， and promote the healthy and sustainable development of maize seed industry in Hexi Corridor.

Key words Radiation resources;Spring maize;Growth;Seed production;Central Hexi Corridor

基金項(xiàng)目 2020年度甘肅省高等學(xué)校產(chǎn)業(yè)支撐引導(dǎo)項(xiàng)目（2020C-34）;2020年度干旱氣象科學(xué)研究基金項(xiàng)目（IAM202009）;2021年度甘肅省科技計(jì)劃項(xiàng)目（20JR10RG823）。

作者簡(jiǎn)介 褚超（1987—），男，山東棗莊人，工程師，從事農(nóng)業(yè)氣象以及氣候變化方面的研究。

收稿日期 2021-06-01

種業(yè)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性核心產(chǎn)業(yè)，是保障國(guó)家糧食安全、提高糧食品質(zhì)、改善農(nóng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的根本要素，也是農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的重要組成部分[1]。近年來(lái)，玉米制種業(yè)已成為河西中部地區(qū)重要的支柱產(chǎn)業(yè)，也是一大特色產(chǎn)業(yè)，種植歷史已有300多年，目前種植面積達(dá)近百萬(wàn)畝，生產(chǎn)能力達(dá)到滿足全國(guó)玉米制種市場(chǎng)50%的要求，每年提供的玉米種子占整個(gè)市場(chǎng)份額的40%，因此也是現(xiàn)在全國(guó)最大的玉米制種基地，已成為我國(guó)制種玉米四大主產(chǎn)區(qū)之一。

氣候資源對(duì)玉米生長(zhǎng)有著重要的影響，適宜的氣候資源有利于制種玉米優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，其中光能資源是重要的影響因素。光能是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量、品質(zhì)形成的能量源泉，在植物體內(nèi)干物質(zhì)中，有90%左右是直接或間接地來(lái)自光合作用的產(chǎn)物。目前有關(guān)光能資源的研究多集中在多時(shí)空尺度的年季光能資源變化[2-9]、玉米生育期內(nèi)光熱水條件變化[10-19]等方面，而針對(duì)光能資源對(duì)制種玉米生產(chǎn)影響的研究尚不多見(jiàn)。筆者利用河西走廊中部1981—2020年玉米生育期逐日日照時(shí)數(shù)以及同期玉米發(fā)育期、產(chǎn)量資料，從光照強(qiáng)度和光照時(shí)間2個(gè)方面分析制種玉米生長(zhǎng)季光能資源變化特征及其對(duì)玉米制種業(yè)產(chǎn)生的影響，認(rèn)識(shí)玉米生產(chǎn)中的主要光能資源問(wèn)題，對(duì)指導(dǎo)制種玉米生產(chǎn)、防災(zāi)減災(zāi)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 資料與方法

1.1 資料選取

選用河西中部（張掖市）1981—2020年玉米播種面積、產(chǎn)量和生長(zhǎng)季（4—9月）逐日日照時(shí)數(shù)資料，以及1984—2020年玉米生育期資料，玉米為制種玉米，春性，中早熟，觀測(cè)對(duì)象為母本，抽雄開(kāi)花期為父本。氣象數(shù)據(jù)選取距離玉米觀測(cè)點(diǎn)較近的氣象站。氣象和玉米生育期資料來(lái)源于張掖市氣象局，為實(shí)際觀測(cè)值。玉米播種面積和產(chǎn)量資料來(lái)自張掖市統(tǒng)計(jì)局。

1.2 研究方法

將玉米生育期劃分為出苗—拔節(jié)期（營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期）、拔節(jié)—吐絲期（營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)期，簡(jiǎn)稱并進(jìn)期）、吐絲—成熟期（生殖生長(zhǎng)期）3個(gè)階段。

①采用目前應(yīng)用比較廣泛的基于日照觀測(cè)指標(biāo)的太陽(yáng)總輻射氣候?qū)W方法[20]，計(jì)算公式為Q=Q0（a+bS），式中，Q表示月太陽(yáng)總輻射（MJ/m2）;Q0是月天文總輻射值（MJ/m2）;S是日照百分率（%）;a和b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

②采用一元線性回歸、距平法和Mann-Kendall檢驗(yàn)[21]分析光能資源變化趨勢(shì)，即xt=a0+a1t，t=1，2，…，n，式中，xt為氣象要素的擬合值;a1×10稱為氣候傾向率，表示氣象要素每10年的變化率。

③對(duì)春玉米產(chǎn)量采用正交多項(xiàng)式擬合趨勢(shì)方程的方法，分離出趨勢(shì)產(chǎn)量（Yt）和氣象產(chǎn)量（Yw）。

④用回歸分析求取春玉米關(guān)鍵生長(zhǎng)階段太陽(yáng)總輻射、日照時(shí)數(shù)與生長(zhǎng)日數(shù)和氣象產(chǎn)量的回歸系數(shù)，分析光能資源在各個(gè)生育期對(duì)春玉米生長(zhǎng)的影響情況。

2 光能資源變化分析

2.1 太陽(yáng)總輻射

從圖1a可以看出，近40年來(lái)張掖市春玉米生長(zhǎng)季太陽(yáng)總輻射總體呈下降趨勢(shì)，且具有明顯的波動(dòng)性，但下降趨勢(shì)不明顯，氣候傾向率僅為-3.98 MJ/（m2·10 a）;太陽(yáng)總輻射最少的年份為2010年，僅為3 687.20 MJ/m2，最多的年份為1990年，為4 059.87 MJ/m2，最多年比最少年多10.11%。1981—1990、1991—2000、2001—2010和2011—2020年春玉米生長(zhǎng)季太陽(yáng)總輻射擬合方程分別為y=23.672x+3 684.8、y=4.868x+3 901.1、y=-17.938x+3 933.9、y=-12.251x+3 900，各年代年平均太陽(yáng)總輻射分別為3 814.96、3 927.90、3 835.20、3 832.62 MJ/m2。從Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果看，1981—2020年張掖市春玉米生長(zhǎng)季太陽(yáng)總輻射沒(méi)有出現(xiàn)顯著的突變現(xiàn)象?？梢?jiàn)，張掖市玉米生長(zhǎng)季太陽(yáng)總輻射變化1981—1990年上升較為明顯，1991—2000年呈波動(dòng)性上升，趨勢(shì)不明顯，后20年呈顯著下降趨勢(shì)。張掖市春玉米生長(zhǎng)季太陽(yáng)總輻射距平變化呈現(xiàn)較為明顯的年代特征（圖1 b），20世紀(jì)80年代為負(fù)距平，90年代為正距平，21世紀(jì)以來(lái)波動(dòng)較大，但多以負(fù)距平為主。

2.2 日照時(shí)數(shù)

近40年來(lái)張掖市春玉米生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)隨時(shí)間變化具有一定的波動(dòng)性，線性擬合方程為y=-0.087 6x+1 675.9（圖2）;

1981—1990、1991—2000、2001—2010和2011—2020年春玉米生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)擬合方程分別為y=16.508x+1 555.6、y=3.753x+1 706.6、y=-12.932x+1 726.1、y=-7.688x+1 709.9。由此可見(jiàn)，近40年來(lái)張掖市春玉米生長(zhǎng)季日照時(shí)數(shù)總體為下降趨勢(shì)，但前20年隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)，后20年呈下降趨勢(shì)。從生長(zhǎng)季內(nèi)各月日照時(shí)數(shù)來(lái)看，4、5、6月日照時(shí)數(shù)呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率分別為7.00、1.16、1.01 h/10 a;7月為下降趨勢(shì)，但幅度較小，氣候傾向率僅為-0.10 h/10 a;8、9月為下降趨勢(shì)，氣候傾向率分別為-4.91、-5.04 h/10 a。

3 光能資源變化對(duì)玉米制種業(yè)的影響

3.1 對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

玉米是喜光作物，光能資源的增加有利于延長(zhǎng)玉米的全生育期，發(fā)育期天數(shù)增加，使得玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)有了明顯提高[22]。1981—2020年河西中部玉米播種期略有提前，但變化速率不大，為0.71 d/10 a;1981—2007年玉米播期提前較多，變化速率為3.53 d/10 a;2008年以來(lái)，變化較小;成熟期推后較多，變化速率為1.49 d/10 a。這表明河西中部玉米播期提前，成熟期延后，全生育期延長(zhǎng)。對(duì)玉米產(chǎn)量和光能資源的變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量隨日照時(shí)數(shù)增多略有增長(zhǎng)，但相關(guān)性較差，主要是由于氣象產(chǎn)量是由氣象因子綜合作用引起的，且玉米產(chǎn)量受種植制度、耕作方式、農(nóng)業(yè)投入以及品種等影響較大。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)（表1），1984—2020年河西中部春玉米全生育期生長(zhǎng)日數(shù)與同期日照時(shí)數(shù)均呈增加趨勢(shì)，氣候傾向率分別為2.87 d/10 a和9.61 h/10 a，兩者存在顯著正相關(guān)。其中，1984—1995年日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)呈上升趨勢(shì)，而1996—2007和2008—2020年春玉米日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)、生長(zhǎng)日數(shù)呈上升趨勢(shì)，可見(jiàn)河西中部春玉米出苗—成熟期生長(zhǎng)日數(shù)和同期日照時(shí)數(shù)在1984—1995年存在正相關(guān)，在1996—2007和2008—2020年存在負(fù)相關(guān)。

光能資源的變化對(duì)河西中部制種玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響因生長(zhǎng)階段不同而有所差異。在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期（出苗—拔節(jié)期），1984—2020年春玉米生長(zhǎng)日數(shù)與同期日照時(shí)數(shù)均呈下降趨勢(shì)，兩者存在正相關(guān);1984—1995和1996—2007年日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)均呈上升趨勢(shì)，2008—2020年日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)均呈下降趨勢(shì)，表明河西中部制種玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)存在顯著正相關(guān)。

在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并進(jìn)期（拔節(jié)—吐絲期），1984—2020年春玉米生長(zhǎng)日數(shù)與同期日照時(shí)數(shù)均呈上升趨勢(shì)，兩者存在正相關(guān);1984—1995和1996—2007年日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)均呈上升趨勢(shì)，而2008—2020年日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)呈負(fù)相關(guān);由此可知，河西中部制種玉米營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并進(jìn)期日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)在1984—1995和1996—2007年呈正相關(guān)，在2008—2020年呈負(fù)相關(guān)，這種負(fù)相關(guān)性可能是雜交玉米品種的變化和其他氣象要素綜合作用造成的。

在生殖生長(zhǎng)期（吐絲—成熟期），1984—2020年春玉米生長(zhǎng)日數(shù)與同期日照時(shí)數(shù)均呈上升趨勢(shì)，兩者存在正相關(guān);1984—1995和2008—2020年日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)均呈上升趨勢(shì)，而1996—2007年生長(zhǎng)日數(shù)和日照時(shí)數(shù)均呈下降趨勢(shì)，表明河西中部制種玉米生殖生長(zhǎng)階段日照時(shí)數(shù)和生長(zhǎng)日數(shù)存在顯著正相關(guān)，生長(zhǎng)日數(shù)對(duì)同期日照時(shí)數(shù)的增加表現(xiàn)為明顯的延長(zhǎng)趨勢(shì)。

3.2 對(duì)玉米制種規(guī)模的影響

近40年河西走廊中部春玉米種植區(qū)域擴(kuò)展，面積明顯增加（圖3）。在氣候暖濕化背景下，由于光能資源與水熱條件的綜合作用，玉米種植上限高度已由海拔1 500 m提升到海拔2 000 m左右，張掖市適宜種植區(qū)由20世紀(jì)80年代的荒漠綠洲擴(kuò)展到近2 000 m海拔的沿山區(qū)，向東南延伸近 50 km[23]。近40年河西走廊中部春玉米種植面積增加迅猛，1981—2020年春玉米種植面積遞增率為0.23×104 hm2/a。20世紀(jì)80年代張掖市春玉米年平均播種面積為1.72×104 hm2，90年代年平均播種面積為2.55×104 hm2，2001—2010年年平均播種面積為4.76×104 hm2，而2011—2020年年平均播種面積猛增至8.93×104 hm2，其中大部分為制種玉米，成為該區(qū)域內(nèi)播種面積最大的作物。同時(shí)，制種企業(yè)的規(guī)模也在不斷發(fā)展壯大，現(xiàn)有規(guī)范化玉米制種企業(yè)70多家，雜交品種900多個(gè)，制種面積近6 700 hm2，占全省玉米制種面積的73%左右，占全國(guó)玉米制種面積的36%左右。

3.3 對(duì)玉米種植方式的影響

河西走廊中部玉米制種主要采用父母本雜交制種技術(shù)，這種技術(shù)是根據(jù)雙親花期差別進(jìn)行父母本分期、錯(cuò)期播種，使父母本花期相遇，完成雜交授粉，得到具備雙親優(yōu)良性狀的玉米種子。這種制種方法決定了制種玉米的生長(zhǎng)發(fā)育比傳統(tǒng)常規(guī)玉米對(duì)光能資源的變化更敏感，種植措施比常規(guī)玉米更嚴(yán)格，在制種過(guò)程中需要嚴(yán)格執(zhí)行制種規(guī)程。其中對(duì)玉米種子產(chǎn)量、純度和發(fā)芽率影響較大的生產(chǎn)過(guò)程，如播種、去雄、收獲、晾曬等對(duì)光能等農(nóng)業(yè)氣候資源尤為敏感，在生產(chǎn)過(guò)程中需根據(jù)當(dāng)?shù)毓?、熱、水等條件推測(cè)發(fā)育期，適時(shí)早播種，充分利用氣候資源;父母本分期、錯(cuò)期播種，保證花期相遇;花期及時(shí)去雄，保證種子純度;適時(shí)早收獲，避開(kāi)早霜凍對(duì)種子的不利影響;及早烘干晾曬，避免種子受凍影響發(fā)芽率。另外，根據(jù)氣候預(yù)測(cè)做好施肥、噴藥、灌溉等農(nóng)事活動(dòng)，同時(shí)還要預(yù)防因氣象條件變化引起的氣象災(zāi)害、病蟲(chóng)草害等，做到趨利避害，促進(jìn)河西玉米制種業(yè)健康持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)河西走廊中部1981—2020年玉米生長(zhǎng)季光照強(qiáng)度和光照時(shí)間的變化特征及其對(duì)制種玉米生長(zhǎng)發(fā)育和玉米制種規(guī)模影響的統(tǒng)計(jì)分析，得出以下結(jié)論：

（1）1981—2020年河西走廊中部春玉米生長(zhǎng)季內(nèi)光能資源總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。光照強(qiáng)度和光照時(shí)間均在前20年隨時(shí)間呈上升趨勢(shì)，后20年呈下降趨勢(shì)。20世紀(jì)80年代年太陽(yáng)總輻射為負(fù)距平，90年代為正距平，21世紀(jì)以來(lái)波動(dòng)較大，但多以負(fù)距平為主。從生長(zhǎng)季內(nèi)各月日照時(shí)數(shù)來(lái)看，4—6月日照時(shí)數(shù)呈上升趨勢(shì)，7—9月呈下降趨勢(shì)。

（2）春玉米播種期略有提前，成熟期推后速率為1.49 d/10 a，全生育期延長(zhǎng)。1984—2020年河西中部春玉米全生育期生長(zhǎng)日數(shù)與同期日照時(shí)數(shù)均呈增加趨勢(shì)，氣候傾向率分別為2.87 d/10 a和9.61 h/10 a，兩者存在顯著正相關(guān)。對(duì)玉米產(chǎn)量和光能資源的變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量隨日照時(shí)數(shù)增多略有增長(zhǎng)，但相關(guān)性較差，主要是由于氣象產(chǎn)量是由氣象因子綜合作用引起的，且玉米產(chǎn)量受種植制度、耕作方式、農(nóng)業(yè)投入以及品種等影響較大。

（3）1981—2020年河西走廊中部春玉米制種面積和規(guī)模明顯增加。近40年春玉米種植面積遞增率為0.23×104 hm2/a，近10年年平均播種面積為8.93×104 hm2?，F(xiàn)有規(guī)范化玉米制種企業(yè)近70家，雜交品種900多個(gè)，制種面積近百萬(wàn)畝，占全省玉米制種面積的73%左右，占全國(guó)玉米制種面積的36%左右。

（4）光能資源等農(nóng)業(yè)氣候資源的變化導(dǎo)致河西中部玉米生長(zhǎng)發(fā)育的變化，從而對(duì)制種生產(chǎn)的管理措施和農(nóng)事活動(dòng)產(chǎn)生一定影響，在玉米制種過(guò)程中尤其要關(guān)注氣候變化，保證制種玉米優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

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