玉米生长阶段降水分布影响分析

郑凤杰，张 超

（1.内蒙古气象灾害监测预警与人工影响天气中心，内蒙古呼和浩特 010051；2.内蒙古生态与农业气象中心，内蒙古呼和浩特 010000）

1 研究区域概况

内蒙古东有大兴安岭、燕山和太行山山脉，阻挡太平洋水汽输送，西南方有青藏高原，阻挡印度洋水汽输送，遥远的大西洋和北冰洋上的水汽经过长途消耗，少量到达内蒙古上空[1]。由于终年在大陆气团的控制下，干燥少雨是内蒙古气候的主要特点。降水量东西差异大，自东北向西南逐渐减少，兴安岭以东的东北部地区年降水量接近500 mm，降水量最少的阿拉善盟西北部多年平均降水量不足50 mm。各地区降水主要集中在夏季，占全年降水量的50%以上[2]。本文利用内蒙古105个气象站点1960—2010年5月上旬至8月下旬的逐旬降水资料进行降水分布影响分析。

内蒙古地区玉米从4月下旬逐渐进入播种期，6月上旬至7月上旬是大秋作物的苗期和营养生育期，7月中旬至8月中旬生殖生长期，8月下旬逐步进入作物成熟期，9月中下旬达到收获普期[3]。本文的玉米生长发育资料自1980年至2008年，包含10个典型玉米种植区播种、出苗、三叶、七叶、拔节、孕穗、抽雄、开花、吐丝、乳熟、成熟等生长期的始期和普期资料。

2 研究路线

在土壤水分达不到植物的基本要求时，植物的生长发育就要受到影响，作物的需水量不仅与品种有关，还与所处的生育阶段有关[4]。本文根据玉米的需水量要求[5-7]及不同生长期的缺雨敏感度得到玉米生长期降水量的影响系数，通过地理信息系统空间分析的方法[8-10]，将影响系数扩展到整个研究区域，使研究结果空间分布更直观，便于进行玉米干旱风险的评估工作，研究路线如图1所示。

3 研究方法

3.1 生长期降水量时空分布计算

计算各站点5月上旬至9月上旬的逐旬历年平均降水量，根据生长期的划分标准，统计各站点各生长期的历年平均降水量。以经度、纬度、海拔高度等少变自然地理要素作为自变量（x）[11-12]，以各生长期的平均降水量作为因变量（y），确定引进变量的F检验水平为F＞0.05，剔除变量的F检验水平为F＜0.1，建立玉米各生长阶段降水量逐步回归模型。回归模型以及各模型相关系数如表1所示。

表1 玉米各生长阶段降水量回归模型

表1中，JD为经度，WD为纬度，H为海拔高度，ln（H）为海拔高度的自然对数，JSn、JSbz、JSmq、JSbj、JScs、JSgj、JSls分别表示玉米全生育期、播种期、苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、蜡熟期的累计降水量。经过回归方程模拟的站点降水量与实测值出现了偏差，为保证各站点值与实测值相等，对各模型进行误差订正[13]。分别计算各站点实测值与模拟值的绝对误差，其大小反映插值结果偏离真值的程度，作为需要订正的误差。

反距离权重插值法（IDW）以插值点与站点间的距离为权重进行加权平均，离插值点越近的站点赋予的权重越大。本研究采用IDW方法计算误差的空间分布，对降水量模拟值图层与误差值图层进行合并计算，达到修订误差的目的[14]。经过误差订正可以看出，降水量主要分布于抽穗期与灌浆期，各生长期降水量分布都有自东向西逐渐减少的趋势。

3.2 各阶段影响分析

玉米生长在正常年份不同时期所需的平均降水量以及不同生长期的缺雨敏感度见表2[6]。定义各阶段需水量占全生长期需水量的百分比为各阶段的比重，灌浆期和拔节期是水分关键期，苗期、抽穗期重要性次之。

根据玉米生长期降水量时空分布计算结果及各生长阶段相应的所需降水量、缺雨敏感度，计算各阶段降水影响的空间分布。本文将玉米生长阶段内的平均降水量与所需降水量进行对比，定义各阶段降水量占需水量的比例与各阶段敏感度的乘积为降水影响因子，计算公式如下所示。

表2 玉米不同生长期所需降水量及缺雨敏感度

式中，Ai为各生长阶段的降水影响因子，Ri为各生育阶段降水量，Xi为各生育阶段需水量，ai为各生育阶段敏感度。采用地理信息系统空间统计分析功能，计算得到玉米各生长阶段降水影响因子空间分布结果，分析玉米播种期、苗期、抽穗期、拔节期、灌浆期、蜡熟期的降水影响因子空间分布。

播种期，降水影响因子-0.6～0，东部大部及中部偏南地区水分条件较好。苗期，降水影响因子-0.6～-0.2，中东部大部大于-0.4。抽穗期，降水影响因子-0.8～0.5，东部主要农区大于0，河套灌区-0.6～-0.2。拔节期，降水影响因子-0.6～-0.2，与苗期空间分布相近。灌浆期，降水影响因子-1.0～-0.2，呼和浩特大部、呼伦贝尔岭东地区及兴安盟东北部大于-0.4，其余大部农区-0.6～-0.4。蜡熟期，降水影响因子-0.6～2.5，全区大部水分条件较好，除阿拉善盟中西部沙漠地区外均大于0，鄂尔多斯东部、呼和浩特大部、乌兰察布西南部、呼伦贝尔中东部及兴安盟北部大于1.5。

综上，内蒙古各生育阶段的降水影响因子呈现西部影响大、东部影响小的趋势。播种期、苗期、拔节期、灌浆期内蒙古全区降水影响因子均小于0，降水量少于玉米生长发育所需要的水量。尤其是灌浆期，全区大部降水影响因子大于40%，对玉米生长极为不利。抽穗期内蒙古东部地区降水量满足玉米需要，中部及西部偏东地区降水影响因子在40%以下。蜡熟期内蒙古大部降水条件较好，东部及中部偏南地区降水影响因子显著高于0。

3.3 全生长阶段综合影响分析

考虑到不同生育阶段的降水影响因子的正负在全生育期的降水影响因子计算中会产生抵消，本文计算各阶段降水影响因子的绝对值与相应比重的乘积，再进行求和，以此作为玉米全生长期降水综合影响因子，各生育阶段受降水影响程度Ai，各生育阶段需水量为Xi，全生育期需水量为∑Xi，玉米全生育期受降水的影响程度A计算公式如下所示。利用玉米各生长阶段降水影响因子空间分布计算结果和相应比重，计算得到玉米全生长期受降水影响的空间分布结果（图2）。

从玉米全生育期受降水影响程度分布可以看出，全区降水量时空分布难以满足玉米正常生长需要。内蒙古东部及中部偏南地区降水条件较好，但时间分配不均，对玉米生长发育过程的影响程度在40%以下。内蒙古中部及西部偏东地区降水条件次之，降水影响因子50%左右。

结合内蒙古玉米播种范围，内蒙古东部大部分地区满足60%以上降水需求，内蒙古中西部，除阿拉善盟以外，满足40%以上降水需求，对玉米种植区的灌溉条件提出了较高的要求。

4 结论

内蒙古大部分地区属于温带大陆性季风气候区，降水地域分布上有自东北向西南逐渐减少的趋势，在时间分布上受东亚季风气候的影响，降水主要集中在夏季6—8月[15]，正好与玉米生长发育需水敏感期吻合，有利于提供充沛水分。

内蒙古地区玉米生长期降水在时空分布上普遍不能满足正常生长的需要。空间分布存在自东向西影响程度逐级降低的特征。时间分布上，只有抽穗期内蒙古东部地区、蜡熟期内蒙古大部地区降水量符合玉米生长正常年份所需的平均降水量，其余生长阶段均难以达到需求。

全生育期降水综合影响程度分布上自东向西影响减小，东部降水最多区域也难以全生育期都满足玉米生长需要。

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