1996—2015年同心县玉米生育期内气象因子变化及其与气象产量的关系

周芳 宋菊花 杨波

摘 要：为了掌握在各生育期内影响同心玉米产量的气象因子，以便更加有针对性地开展农业气象服务工作。应用同心县1996—2015年20年同心国家基本气象站玉米主要发育期气象资料结合玉米单产历年资料，利用相关分析等统计方法分析各生育期内日平均气温、最低气温、最高气温、降水量、日照时数等气象因子与玉米单产的关系。结果表明：1.1996—2015 年同心地区玉米生育期内日最高气温、最低气温、≥10 ℃ 活动积温、日照呈上升的趋势气候倾向率分别为 0.05 ℃/10a、0.07 ℃/10a、8.9℃/10a、0.12h/10a。降水呈下降趋势气候倾向率为-16.7mm/10a。2.1996-1999年、2006-2010年同心县玉米气象产量明显下降趋势明显，其中1999年玉米气象产量低至-1042.5 kg /公顷，为 20a 最低。3.同心玉米气象产量与4月中旬最高气温和9月上旬的最低气温的相关系数通过了P=0.05的显著性检验，均是负相关。与4月中旬和7月下旬的平均气温、4月中旬和7月下旬的大于10℃活动积温、7月下旬最高气温及7月下旬日照的相关系数通过了P= 0.1的显著性检验，除大于4月中旬10℃活动积温外均是负相关关系。与7月下旬降水量相关系数通过了P=0.01的顯著性检验，是正相关关系。4.分析在气象因子临值情况出现对产量的影响，得出出苗-拔节阶段最高气温高于30℃出现天数与气象产量有显著正相关关系，拔节至抽雄期日照<7小时的天数与气象产量有显著负相关关系，开花至成熟期最高气温>32℃的天数与气象产量有显著负相关，平均气温<15℃出现天数与气象产量有显著正相关，降水>8毫米的出现天数与气象产量有显著正相关。

关键词：玉米产量；气温；降水；日照；相关分析

气温、降水和辐射是农业生产的重要气象因素，是作物生长发育必需的气象因子，决定了一个地区的种植制度和粮食产量。因此了解作物生育期内气象因子的变化趋势及其对作物的影响，对农业生产具有重要的指导意义。玉米是中国三大粮食作物之一，其年际间产量波动受多种因素的共同影响，如气象条件、品种特性及管理措施等，其中气象因子波动是玉米生产的主要影响因素之一。高蓓等分析了陕西1971年至2003年玉米单产与气象因子的关系，研究表明，6月中下旬降水量、七月下旬气温8月中旬降水量和9月日照时数是陕西夏玉米产量的关键气象因子。徐玉秀等分析了1981年至2010年锦州地区玉米生育期气象因子变化及其气象产量的关系，研究表明锦州地区玉米产量的生育关键期为小喇叭口期、大喇叭口期和抽雄期，日最高气温，≥0℃活动积温、日照时数是影响锦州地区玉米产量的关键气象因子。扈艳萍等对1980-2004年辽宁省玉米主产区气候因子与玉米产量相关性的研究表明，玉米生育期内降水对玉米气象产量的影响最大，其次为≥0. 00 ℃活动积温和极端气温，降水关键期为4—5 月和7—8 月，≥0. 00 ℃活动积温关键期为7—8 月，降水和活动积温过大或过小对玉米产量均不利，说明了气象因子的年际间波动与作物生长发育及产量密切相关。

玉米是同心县主要的粮食作物之一，本文通过基于1996到2015年同心县气象因子（ 气温、降水、日照时数） 逐日观测资料和玉米产量资料，并将气象数据作相应时段的统计利用统计方法研究同心县玉米各生育期气象因子的年际变化特征，初步分析了气象因子与玉米气象产量的关系，找出影响玉米产量的气象因子和关键期。

一、资料方法

1.资料来源

1997—2017 年同心县气象数据（ 日最高气温、日最低气温、≥0. 00 ℃活动积温、降水量、日照时数）来源于同心国家基本气象站的逐日观测资料，玉米单产数据和玉米生育期数据来源于同心县统计局。

2.研究方法

（1）玉米生育期划分。根据玉米全生育期的生长特点，把玉米的生长过程分为4个阶段： 播种至出苗期4月中旬至5月上旬；出苗至拔节5月中旬至6月中旬；拔节至抽雄期6月下旬至7月上旬；开花吐丝期7月中旬，开花吐丝至成熟期7月下旬至9月上旬并将气象数据作相应时段的统计。

（2）数据处理。建立气象要素数据库，分别计算玉米全生育期和各关键期气温、降水、日照总和及平均值，基于Excel软件作图，采用回归分析、滑动平均等对数据进行分析。

①计算玉米气象产量

将玉米实际产量分为趋势产量、气象产量和随机产量（ 随机误差） 3 个部分，其中气象产量是受气象因素影响的波动产量分量玉米气象产量的公式为：

Y = Yt + Yw + e （ 1）

式（ 1） 中，Y 为作物实际产量； Yt为社会生产力决定的趋势产量； Yw为气候条件决定的气象产量（ kg /667 m2 ） ； e 为随机产量（ 随机误差） ，一般在实际计算中不考虑。趋势产量可以采用直线滑动平均模拟得到，即将1996—2015年同心地区玉米实际产量进行5 a 滑动平均后获得，实际产量减去趋势产量即为气象产量。

二、结果分析

1.玉米生育期内气象因子的变化趋势

（1）气温。气温是影响玉米生长的重要气象条件之一，它既影响作物的发育速度，同时也影响作物的产量，因此气温的变化直接影响玉米的整个生长过程。玉米是喜温作物，玉米生长的最低气温为 10. 00—12. 00 ℃，最高气温为 40. 00—42. 00 ℃，最适气温为25. 00—31. 00 ℃[4-5]。通过对1996—2015年同心最高气温分析表明，玉米生育期内日最高气温出现在2000 年7月24日，为39.0℃ ，同时2000 年，玉米整个生育期平均日最高气温（ 28. 34 ℃） 为20年内次高值，最高值出现在2005年为（28.78℃） ，日最高气温整体略有上升的趋势，气候倾向率为0. 05 ℃ /10 a。由同心玉米全生育期日最高气温的 5 a 滑动平均可知，1996-2009年上升的趋势，2009—2015 年同心玉米全生育期日最高气温整体趋下降的趋势。

1996—2015 年同心地区玉米全生育期平均日最低气温在13.2-15.0之间，由趋势线看出玉米全生育期日最低气温略有上升，气候倾向率为 0. 07 ℃ /10 a，由玉米全生育期日最低气温的 5 a 滑动平均 ，1996—2002 年玉米全生育期日最低气温的明显上升趋势，之后呈平缓的稳定状态。

1996—2015 年同心地區玉米全生育期大于10摄氏度活动积温最大出现在2005年为3137℃，最小出现在1996年为2787℃，由趋势线看出玉米全生育期日大于10℃活动积温呈缓慢下降的趋势，气候倾向率为 8.9 ℃ /10 a，由玉米全生育期日大于10摄氏度活动积温的 5 a 滑动平均（ 图 1c） ，玉米全生育期大于10摄氏度活动积温在1996—2001 年、2001-2004年有上升趋势，2004-2009年有下降趋势，2009年之后上升趋势明显。

（2）降水。水分是玉米生长发育的基本条件，在光热满足的条件下，降水是影响玉米生长和产量的主导因素，因此玉米生育期降水量的年际变化对玉米生长发育和产量的影响较大。玉米属于喜温喜水作物，生育期内适量的降水可以促进作物生长和增加产量。通过统计分析，1996—2015年同心玉米全生育期降水量为91.8—283 mm，生育期降水最少年出现在2005年，最多是出现在2014年，生育期平均降水量为187.7 mm ，1996-2015年玉米生育期内降水量呈下降的趋势，气候倾向率为 16.7mm /10 a，玉米全生育期降水量 5 a 滑动平均曲线在 1996—2011 明显下降趋势，2011年以后略有上升。

（3）日照。日照时数是指一日中日照时间的长短，是太阳辐射最直观的表现。日照时数与作物生长发育及产量密切关系。通过统计分析可得1996—2015 年同心玉米全生育期日照时数为8.1—9.8h/日，生育期内平均日照时数为 9.0h/日，其中1996 年玉米全生育期日照时数最短，2005 年平均日照时数最长，玉米全生育期日照时数整体呈略增大的趋势，气候倾向率为0.12 h /10 a，1996—2008 年玉米全生育期日照时数明显上升，2008 年以后日照时数显著缩短，

2.玉米产量变化趋势

通过统计分析，1996-1999年、2001-2004年、2006-2010年、2012-2015年同心县玉米气象产量下降趋势明显，其中1999年玉米气象产量低至-1042.5 千克/公顷，为 20a 最低，其他时段则为上升趋势，气象产量最高为689.2千克 /公顷出现在1996年。

3.玉米生育期内玉米产量与气象因子之间的关系

（1）气温。表1显示 同心玉米气象产量与4月中旬最高气温和9月上旬的最低气温的相关系数通过了P=0.05的显著性检验，均是负相关关系，说明同心玉米气象产量受播种期极端高温和收获期极端低温影响较大。与4月中旬和7月下旬的平均气温、4月上旬和7月下旬的大于10℃活动积温及7月下旬最高气温的相关系数通过了P= 0.1的显著性检验，与4月中旬大于10℃活动积温和7月下旬最高气温是正相关，与4月中旬和7月下旬的平均气温、7月下旬的大于10℃活动积温呈负相关，说明同心4月常出现大风天气蒸发、蒸腾加大气温高易导致农田水分亏缺加剧；7月下旬正值夏玉米处于籽粒形成期，需要充足的水分和养分，最高气温、平均气温、大于10摄氏度活动积温对玉米气象产量均有负效应，说明 气温偏高、易发生干旱，且气温高发育速度加快，生长量不足导致减产。9月下旬平均气温、最低气温、最高气温、大于10摄氏度积温对气象产量均有负效应，说明同心地区9月下旬气温过高易导致玉米减产

（2）降水。表1显示4月下旬到5月下旬降水量与气象产量是负相关，6月至9月上旬，降水与玉米气象产量均是正相关，但除7月下旬降水相关系数为0.661通过了P= 0.01的显著性检验，其它各旬降水量的相关性均不显著，显然同心地区7月下旬降水量的多少是玉米产量形成的关键因子。7月下旬正值同心玉米的籽粒形成的关键时期，需水量急剧增加，是玉米生长发育和提高产量的关键时期，此时降水适宜或充分，可以促进玉米生长发育，增加玉米气象产量，有利于玉米的高产。

（3）日照。4月中旬、7月中下旬、8月下旬日照与玉米气象产量是负相关系，其他各旬是正相关，但只有7月下旬日照与气象产量相关系数达显著水平，此阶段玉米生长正处于营养生长阶段，需水量急剧增加，日照时数过长，降水偏少易造成干旱，对籽粒形成有不利影响。

4.气象因子临界值及其与气象产量相关系

为分析在气象因子临值情况出现对产量的影响，并找到这一气象因子临值情况，本研究计算同心县 1996-2015年各发育阶段内对产量产生影响的气象要素临值出现的天数，通过相关分析找到相关性最大的气象要素临值，结果如表 2所示。

经统计计算发现，各测站均不存在低于某值的最低气温天数与产量具有相关性情况，则在影响该地区产量的研究中不考虑最低温度这一气象因子。在各发育阶段中，出苗-拔节期、拔节-抽雄期及开花至成熟普遍有大于或小于某值的气象因子出现天数与产量有相关关系，而在其他发育阶段未见明显关系。因此，表 3 中只列出这3个发育阶段与产量具有显著相关关系的气象要素及相应相关系数。可以看出，在出苗-拔节阶段最高气温高于30℃出现天数与气象产量有显著正相关关系，拔节至抽雄期日照<7小时的天数与气象产量有显著负相关关系，开花至成熟期，最高气温>32℃的天数与气象产量有显著负相关，平均气温<15℃出现天数与气象产量有显著正相关，降水>8毫米的出现天数与气象产量有显著正相关。

三、结语

1.1996—2015 年同心地区玉米生育期内日最高气温、日最低气变化较小，气候倾向率分别为 0.05 ℃/10a和0.07 ℃/10a，，≥10 ℃ 活动积温、日照呈上升的趋势，气候倾向率分别为8.9℃/10a和0.12h/10a。降水呈下降趋势气候倾向率分别为-16.7mm/10a

2.1996-1999年、2001-2004年、2006-2010年、2012-2015年同心县玉米气象产量下降趋势明显，其中1999年玉米气象产量低至-1042.5 千克/公顷，为 20a 最低，其他时段则为上升趋势，气象产量最高为689.2千克 /公顷出现在1996年。

3同心玉米气象产量与4月中旬最高气温和9月上旬的最低气温的相关系数通过了P=0.05的显著性检验，均是负相关。与4月中旬和7月下旬的平均气温、4月中旬和7月下旬的大于10℃活动积温、7月下旬最高气温及7月下旬日照的相关系数通过了P= 0.1的显著性检验，除大于4月中旬10℃活动积温外均是负相关关系。与7月下旬降水量相关系数通过了P=0.01的显著性检验，是正相关关系。

4.分析在气象因子临值情况出现对产量的影响，得出出苗-拔节阶段最高气温高于30℃出现天数与气象产量有显著正相关关系，拔节至抽雄期日照<7小时的天数与气象产量有显著负相关关系，开花至成熟期最高气温>32℃的天数与气象产量有显著负相关，平均气温<15℃出现天数和降水>8毫米的出现天数与气象产量有显著正相关。

参考文献：

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