昌吉市制种玉米生长季气候条件与产量和生育期的关系

叶尔克江·霍依哈孜 阿帕尔·肉孜

摘要 利用2008—2018年4—9月昌吉市平均氣温、日照时数、降水等气象资料及同期的制种玉米单产和生育期数据为分析资料，采用线性气候倾向率法对昌吉市制种玉米生长季气候条件与产量生育期的关系进行研究。结果表明，2009—2018年昌吉市制种玉米生长季内的年平均气温、≥35℃高温日数、≥10℃有效积温呈现出逐年增加的趋势，年日照时数、年降水量、≥10℃温度持续日数均呈现出逐年减少的趋势;随着昌吉市气候变化，近10年制种玉米播种、出苗、三叶、七叶、拔节、抽雄、开花等各发育期均表现出不同程度的变化趋势，其中出苗期、三叶期、七叶期、抽雄期、乳熟期均表现出了不同程度的推迟趋势，其余生长期均表现出不同程度的提前趋势;年平均气温、≥10℃有效积温、≥35℃高温日数与制种玉米产量间总体呈现出负相关，也就是随着温度的增加，制种玉米产量不断下降，反之亦然;年降水量、日照与制种玉米产量间呈现出正相关关系，也就是随着降水量的增加，制种玉米产量也随之上升，反之亦然。

关键词 制种玉米;气候条件;生育期;产量

中图分类号：S513;S162.53 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2019）05-047-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.05.020

Relationship between Climate Conditions and Yield and Growth Period of Seed-producing Maize in Changji City

Erkejan Hoyhazi   et al（Changji Meteorological Bureau， Changji， Xinjiang 831100）

Abstract Based on the meteorological data of average temperature，sunshine hours，precipitation and the data of maize yield and growth period in Changji City from April to September 2008-2018，the relationship between climate conditions and yield growth period in the growing season of seed-producing maize in Changji City was studied by using the method of linear climatic tendency rate. The results showed that the annual average temperature，days of high temperature ≥35℃ and effective accumulated temperature ≥10℃ during the growing season of seed-producing maize in Changji City  from 2009 to 2018 showed an increasing trend year by year，while the annual sunshine hours，annual precipitation and the days of temperature ≥10℃ decreased year by year. With the climate change in Changji City，the seeding，emergence，three-leaf，seven-leaf，jointing，staminating and flowering stages of seed-producing maize in recent 10 years showed varying degrees of variation trend，among which emergence，three-leaf，seven-leaf，staminating and milk-ripening stages showed varying degrees of delayed trend，while the other growth stages showed varying degrees of advance trend. The annual average temperature，effective accumulated temperature ≥10℃ and days of high temperature ≥35℃ were negatively correlated with the yield of seed-producing maize，and the annual precipitation，sunshine and yield of seed？鄄producing maize were positively correlated.

Key words   Seed-producing maize;Climate conditions;Growth period;Yield

农业气候资源是指影响并直接参与农业生产过程，且能被农业生产对象所利用的属于某种物质或能量的农业气候要素[1]。组成农业气候资源的光、热、水、气等要素的数量、组成及其分配状况，在一定程度上决定了一个地区的农业生产类型、农业生产率和农业生产潜力。当前，全球变暖已是不争的事实，最近100年全球平均气温升高0.3～0.6℃，特别是20世纪80年代以来，增温更为迅速[2]。全球气候变暖带来的气温、降水、光照等气候要素的变化，对农业生态环境以及作物生长发育和产量形成将造成显著影响[3-4]。受气候变化的影响，热量、水、光能等气候资源的年间分配也有明显差异。国内外许多学者在气候变化对农业生产影响方面做了大量卓有成效的工作[5-7]，这些研究多集中在气候变暖对作物种植区域界限和物候变化以及对农业生态环境的影响等方面，而对局部地区作物关键发育期的影响研究较少。

制种玉米对天气、气候条件的依赖性较强，尤其对异常、灾害性天气具有很强的敏感性和脆弱性。在以全球变暖为主要特征的气候变化背景下，极端天气事件发生频率增加，气象灾害对制种玉米生产造成的不利影响日益显著。近年来，受气候变化影响，昌吉地区的高温、大风、暴雨、霜冻、低温寡照等灾害性天气和异常气候事件呈多发、重发趋势，气候变化将增加制种玉米优质高产和稳产的风险，气象因子与粮食产量间的关系已成为农业研究的热点之一。因此，了解气象因子对制种玉米生长发育及产量的影响，掌握制种玉米各生长发育阶段对气候条件的需求，有利于充分利用气候资源、趋利避害、优化制种玉米种植布局，对于促进制种玉米实现优质高产有重要意义。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

昌吉市位于天山北麓、亚欧大陆腹地、准噶尔盆地南缘，地处86°24′～87°37′E、43°06′～45°20′N，为典型的大陆性干旱气候，具有冬季寒冷、夏季炎热、昼夜温差大的特点。该市整体地势南高北低，地貌类型由南至北大体分为山地、平原和沙漠3部分，南北高差逾4 000 m。

1.2 资料来源

该文利用2008—2018年4—9月昌吉市平均气温、日照时数、降水等气象资料及同期的制种玉米单产和生育期数据为分析资料，其中气象资料来自昌吉州气象局，制种玉米生育期和单产资料来源于昌吉市九圣禾种业股份有限公司。昌吉市制种玉米主要品种是SC704、郑单958等，其中郑单958在昌吉市播种时间序列长、生育期观测资料和大田单产量有10年以上的数据，因此该文选用中熟品种郑单958为代表品种。

1.3 研究方法

数据处理及分析在Excel等软件的支持下进行。首先对观测资料进行预处理，对缺测数据进行插值处理。农业气候资源变化趋势分析采用统计相关回归分析法，探讨制种玉米各生育期阶段气象因子变化对产量的影响，明确影响玉米产量波动的气象因子。

2 结果与分析

2.1 日照时数变化

玉米是喜光的短日照作物，具有光饱和点较高、光补偿点较低的特点，因为对光照条件要求较高，光能利用率高，有利于干物质积累。昌吉市光照资源丰富，制种玉米生长季内的日照时数为1 500 h左右，太阳总辐射为3 200 MJ/m2左右，光照条件总体能够满足制种玉米生长发育和产量形成的需求。

从图1可以看出，昌吉市日照时数呈现出逐年下降的趋势，其气候倾向率为-66.5 h/10年，下降趋势较为显著。近10年昌吉市玉米生长季内平均日照时数为1 564.4 h，其中年日照时数的最大值为1 641 h，年日照时数的最小值为1501 h，出现在2017年，两者相差139 h，说明昌吉市制种玉米生长季内日照时数年际变化波动幅度较大。寡照会严重影响制种玉米的产量和品质。

2.2 温度变化

玉米是喜温作物，整个生育期过程都需要一定的温度保障。温度是影响玉米生育期长短的关键因素[8]。一般来说，温度对玉米产量的影响主要集中在地上温度的影响和地下温度的影响2个方面[9]。地上温度过高或过低都不利于提高玉米产量。温度过低会延长玉米生育期，缩短灌浆期，从而造成空秆、秃顶或者籽粒不饱满导致减产;而温度过高会引起气孔关闭，呼吸增强，光合降低，进而影响灌浆期时间和灌浆速率导致减产，同时籽粒品质也会受到影响[10]。

从图2可以看出，昌吉市平均气温呈现出逐年上升的趋势，年平均气温、平均最高气温、平均最低气温变率为0.478～1.589℃/10年（P>0.05），其中平均最高气温升温率最大，通过了0.001信度显著性检验（图2）。各季节平均气温、平均最高气温、平均最低气温变率在0.03～1.7℃/10年，其中春夏季平均最高气温升温率最大，通过了0.001信度显著性检验。夏季气温升高对制种玉米开花、授粉造成危害，缩短有效灌浆时间，果穗的缺粒秃尖率增加，同时也会加剧干旱，对提高产量造成不利影响。

2.3 降水量变化

水是玉米生育期中需求量最多的物质，会参与各种生理反应，水分多少最终会影响产量[11]。玉米生育期的水分主要来源于降水，降水主要通过调节穗粒数来影响产量[12]。玉米在整个生育期内的需水量比较大，月均降水量100 mm左右是玉米生长的最适宜降水条件，降水过多或者过少都会影响玉米产量[11]。昌吉市制种玉米整个生育期间的需水量为580～680 mm，而同期昌吉市实际降水量只有70～170 mm，仅为制种玉米需水量的10%～35%，不能满足制种玉米生长季所需的水分指标，因此，必须补充灌溉才能获得高产。

制种玉米生长季内降水量的线性回归计算表明（图3） ，2009—2018年昌吉市制种玉米生长季内降水量年际和季节间的分布不均匀。年降水量、夏季降水量呈明顯减少趋势，其中夏季降水量减少幅度达到了14.8 mm/10年，年降水量减少幅度为5.7 mm/10年，春季降水量呈增多趋势，增多率为8.5 mm/10年。

2.4 ≥10℃有效积温和持续的天数年际变化

日平均温度≥10℃初日是制种玉米的种植时期，日平均温度≥10℃终日是玉米停止生长日，日平均温度≥10℃初、终日间持续天数代表制种玉米生长期。有效活动积温与制种玉米生长、发育和产量形成密切相关，是生长重要的热量条件之一。

由近10年昌吉市制种玉米生育期内≥10℃有效积温变化曲线（图4d）可以看出，≥10℃有效积温呈现出逐年增多的趋势，变率为134.51℃/10年。制种玉米生长季内≥10℃有效积温的平均值为3 092℃，其中最大值为3 370.9℃，出现在2012年，最小值为2 761.9℃，出现在2010年，两者间相差609℃，说明≥10℃有效积温年际变化大，但可以满足制种玉米生育期所需要的积温指标。≥10℃积温逐年增多，使制种玉米生长季延长，改善了玉米灌浆、乳熟和成熟期的热量条件，对提高制种玉米产量较有利。

从2009—2018年昌吉市制种玉米生长季内≥10℃温度持续天数年际变化（图略）可以看出，昌吉市≥10℃温度持续天数呈现出逐年减少的趋势，变化率为13.3 d/10年。近10年昌吉市玉米生长季内≥10℃温度持续天数平均值为182.6 d，全年内有将近50%的天数平均气温≥10℃。其中≥10℃温度持续天数的最大值为203 d，出现在2009年，最小值为170 d，出现在2010和2014年，两者间相差33 d。

2.5 ≥35℃高温日数年际变化

从2009—2018年昌吉市制种玉米生长季内≥35℃温度高温日数年际变化（图略）可以看出，昌吉市夏季≥35℃温度高温日数集中出现在7月，其次在8月。从图4d可以看出，昌吉市≥35℃高温日数呈现出逐年增加的趋势，变化率为14.121 d/10年。其中≥35℃高温日数的最大值为33 d，出现在2017年，最小值为13 d，出现在2009年和2013年，两者间相差20 d。7、8月是制种玉米产量形成关键期，此期间极端高温对制种玉米开花、授粉、灌浆影响较大。高温条件下，灌浆持续期缩短、灌浆速率下降、粒重下降，从而影响产量，还会造成高温热害。过高温度引起气孔关闭，呼吸消耗增多，影响制种玉米品质。

2.6 制种玉米生育期、产量变化特征

2.6.1 制种玉米各生育期变化 由表1可知，制种玉米播种、出苗、三叶、七叶、拔节、抽雄、开花等各发育期均表现出不同程度的变化趋势，其中出苗期、三叶期、七叶期、抽雄期、乳熟期均表现出了不同程度的推迟趋势，其中以三叶期的推迟趋势最为明显，变化率为0.387 d/10年，其次是七叶期，变化率0.242 d/10年。其余生长期均表现出不同程度的提前趋势，其中以吐丝期的提前趋势最为明显，变化率为-0.255 d/10年，其次是开花期，变化率为-0.176 d/10年。近10年，昌吉市制种玉米平均播种期为4月22日，平均成熟期为8月30日，制种玉米生育期平均持续时间为129 d。制种玉米全生育期天数呈现显著延长趋势。春季出苗至七叶期的生育期推迟较明显，大部分生育期延后，与气候变暖事实有冲突，可能与某个时间段气温不足或降低有关，经分析，这与2009—2018年昌吉市春季降水增多、地-气温回升缓慢有关。夏季抽雄期的推迟与春季降水增多、升温缓慢、积温不足和2016年6月下旬降水温度偏低降水偏多有关（2016年6月17—18日大雨，6月24日昌吉市日降水量31.6 mm，突破1971年以来同期6月份1日最大降水量，期间平均温度降到15℃;其次2009、2011年6月温度偏低降水偏多）。夏季乳熟期的推迟与2016年7月下旬降水偏多有关（2016年7月23—24日、29—31日，期间平均温度降到18℃;2012、2014年7月下旬同样温度偏低降水偏多），最后导致昌吉地区制种玉米全生育期的延长。

2.6.2 制种玉米各生育期与不同因子的相关性分析 由表2可知，气温与制种玉米播种期的关系较为显著，通过了信度为0.05的显著性水平检验;日照时数、气温和积温与制种玉米出苗期的关系较为明显，只是气温和积温与制种玉米苗期呈现出正相关关系，而日照时数与苗期则呈现出反相关关系，均通过了信度为0.05的显著性水平检验;气温和积温与制种玉米三叶期的关系极为显著，分别通过了信度为0.01、0.05的显著性检验;降水与制种玉米七叶期的关系较为显著，通过了信度为0.05的显著性检验;日照和降水与制种玉米抽雄期则呈现出反相关关系，两者间的关系均较为显著;气温和积温与制种玉米抽雄期则呈现出正相关关系，并分别通过了信度为0.01、0.05的显著性检验;气温和降水与制种玉米开花期的关系极为显著，只是两者关系相反;降水与制种玉米吐丝期呈现出反相关关系，并通过了0.01的极显著检验，积温与制种玉米吐丝期有正相关关系，并通过了0.01的极显著检验;日照与制种玉米乳熟期则呈现出反相关关系，且通过了0.01的极显著检验，积温、气温和降水量则与制种玉米乳熟期的关系也较为显著;气温和积温与制种玉米成熟期则呈现出正相关关系，且通过了0.05的显著性检验。由此不难看出，昌吉市日照、积温、气温和降水量对制种玉米各生育期的影响不尽相同，且显著性水平也有很大的差异。

2.6.3 气候因子对制种玉米产量的影响 2009—2018年昌吉市平均气温以1.1℃/10年的速度递增，制种玉米产量以43.8 kg/10年的速度递减（图4a）。昌吉市逐年平均气温与制种玉米平均产量间的相关系数为-0.569，通过信度为0.05的显著性检验，说明平均气温对制种玉米产量的影响相对较大。

2009—2018年昌吉市逐年降水量以1.6 mm/10年的速度递减，制种玉米产量以43.8 kg/10年的速度递减（图4b）。昌吉市逐年降水量与制种玉米平均产量间的相关系数为0.663，通过了信度为0.01的显著性检验，说明降水量对制种玉米产量的影响极为显著。

2009—2018年昌吉市逐年日照时数以66.5 h/10年的速度递减，制种玉米产量以43.8 kg/10年的速度递减（图4c）。昌吉市逐年日照时数与制种玉米平均产量间的相关系数为0.079，未通过信度为0.05的显著性检验，说明日照时数对制种玉米产量的影响不明显。

2009—2018年昌吉市≥10℃有效积温以134.5℃/10年的速度递增，制种玉米产量以43.8 kg/10年的速度递减（图4d）。昌吉市≥10℃有效积温与制种玉米平均产量间的相关系数为-0.006，未通过信度为0.05的显著性水平检验，说明≥10℃有效积温对制种玉米产量的影响不明显。

2009—2018年昌吉市≥35℃高温日数以14 d/10年的速度递增，制种玉米产量以43.8 kg/10年的速度递减（图4e）。昌吉市≥35℃高溫日数与制种玉米平均产量间的相关系数为-0.626 6，通过信度为0.01的显著性水平检验，说明≥35℃高温日数对制种玉米产量的影响相对较大。

由此不难看出，年平均气温和≥35℃高温日数与制种玉米产量间总体呈现出负相关，也就是随着温度的增加、高温日数的增多，制种玉米产量不断下降，反之亦然;年降水量与制种玉米产量间呈现出正相关关系，也就是随着降水量的增加，制种玉米产量也随之上升，反之亦然。

2.7 气候变化对制种玉米产量的综合影响

对制种玉米单产与各气候因子进行多元回归分析，常数项设为0，置信度为95%，代表站昌吉市回归模型为：

Y=51.111 3X1+0.763 3X2+0.476 6X3 -0.241 0X4-5.307 7X5

式中，Y为制种玉米单产;X1为平均气温;X2为降水量;X3为日照时数;X4为 ≥10℃有效积温;X5为≥35℃高温日数。模型建立显著性明显，通过了0.001显著性检验，表明回归方程有效。

从代表站的多元回归模型来看，对制种玉米产量影响大小顺序是日平均温度>降水量>日照时数，多元回归系数分别为51.111 3、0.763 3、0.476 6。结果表明气象要素对制种玉米单产有不同影响，≥10℃有效积温和≥35℃高温日数与制种玉米单产呈负线性关系（多元回归系数分别为-0.241 0、-5.307 7），日照时数、 平均温度、降水量与制种玉米单产呈正线性关系。各气象因子间既相互作用又相互影响，如较长时间的日照，可以形成较高的平均温度和积温，而降水量与暖湿气流、冷空气有关。因此，气象要素对农作物的作用是一个诸多气象因素相互影响、相互制约、综合作用的结果。

3 结论

（1）2009—2018年昌吉市制种玉米生长季内的年平均气温呈现出逐年增加的趋势，变率为1.1℃/10年;≥10℃有效积温呈现出逐年增多的趋势，变率为134.5℃/10年;≥35℃高温日数呈现出逐年增多的趋势，变率为14.1 d/10年。年日照时数、年降水量、≥10℃温度持续日数均呈现出逐年减少的趋势。

（2）随着昌吉市气候变化，近10年制种玉米播种、出苗、三叶、七叶、拔节、抽雄、开花等各发育期均表现出不同程度的变化趋势，其中出苗期、三叶期、七叶期、抽雄期、乳熟期均表现出了不同程度的推迟趋势，其余生长期均表现出不同程度的提前趋势。

（3）主要气象因子对制种玉米生长影响较大，以春季降水和日照对制种玉米适时播种、出苗、苗齐和苗壮影响明显。夏季（7月）气温、降水对制种玉米花期生长影响较大，花期温度过高不利于开花授粉，造成减产。

（4）年平均气温、≥10℃有效积温、≥35℃高温日数与制种玉米产量间总体呈现出负相关，也就是随着温度的增加，制种玉米产量不断下降，反之亦然;年降水量、日照与制种玉米产量间呈现出正相关关系，也就是随着降水量的增加，制种玉米产量也随之上升，反之亦然。

（5）通过多元回归分析模型的系数，可从各气象因子系数大小、正负等判断影响该地区制种玉米产量的气候因子是日平均温度、降水量、日照时数。≥10℃有效积温、≥35℃高温日数与制种玉米单产呈负线性关系，日照时数、 平均温度、降水量与制种玉米单产呈正线性关系。较高的温度、较强的降水、较强的日照有利于昌吉地区制种玉米产量的增加。

（6）受气候变化的影响，昌吉市制种玉米单产呈显著降低趋势，降低幅度为43.8 kg/10年。研究表明，昌吉地区气候变化下制种玉米单产下降主要是由于制种玉米生育期内温度升高、≥35℃高温日数增多，日照时数、降水量偏少共同作用的结果，其中温度、降水对制种玉米单产下降影响较大。当前在气候变暖大背景下，建议对未来昌吉市制种玉米产量变化的评估考虑2个方面：一是制种玉米产量形成期应尽量避开高温，同时灌浆期的相对适宜低温也是制种玉米高产的关键所在，适时早播中晚熟品种，對播种期进行适当调节，以充分利用当地气候资源，提高产量;二是培育或引进推广抗旱耐热性强、高产优质的玉米品种，推广应用高效节水灌溉技术等，提高应对气候变化的能力，促进玉米的持续稳定高产。

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责任编辑：郑丹丹

基金项目 中亚大气科学研究基金（CAAS201818）。

作者简介 叶尔克江·霍依哈孜（1979-），女，哈萨克族，新疆沙湾人，工程师，从事应用气象研究工作。*通讯作者，高级工程师，主要从事气候变化研究。

收稿日期 2019-07-02