衡水市夏玉米生育期气象因子变化趋势分析

陈克敏，张 健，李月英

衡水市气象局，河北衡水 053000

衡水市位于河北省东南部，地处河北冲积平原，处于大陆季风气候区，属于温暖半干旱型，气候特点为四季分明，冷暖干湿差异较大，春季干旱少雨、多风增温快，夏季潮湿闷热、降水集中，秋季多秋高气爽天气，冬季气候干冷、雨雪稀少。衡水市农业气候资源较丰富，是京津重要的农副产品加工供应基地。玉米是重要的食用、饲用和工业用作物，也是世界上种植面积最大、分布范围最广、产量最高的农作物之一。衡水市夏玉米常年种植面积为28.573万hm2，占粮食作物播种面积的47.99%，总产量占粮食总产量的50.69%。在衡水市粮食作物中，夏玉米种植面积居第2位，总产排第1位。因此，夏玉米在衡水市粮食生产中占据举足轻重的地位，研究夏玉米生育期气象因子变化趋势对玉米生产具有重要意义。

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[1]。在诸多农业气候资源利用研究中，已开展了一些关于夏玉米生育期气候变化的研究。胡洵瑀等[2]对华北平原夏玉米各生育阶段农业气候要素变化进行了研究。薛昌颖等[3]研究了黄渤海地区夏玉米生长季干旱的时空特征等。但是，对衡水市夏玉米生育期气象因子变化的研究较少。本研究将降水、温度、日照等气象因子细化到每个关键生育期，分析得出各关键生育期气象因子的变化特征，旨在深入探讨夏玉米生育期气候变化规律，充分利用当地气候资料，科学设置夏玉米生产管理规划，以期获得良好的经济效益。

1 研究内容与方法

1.1 资料来源

将1990—2019年衡水市桃城区、阜城县、冀州区、故城县和饶阳县5个县（市区）的气象数据平均值作为样本资料，气象因子资料来源于5个县（市区）气象局，夏玉米关键生育期资料来源于河北省农林科学院旱作农业研究所。

1.2 研究内容与方法

依据衡水市夏玉米生长发育规律，选取了7个关键生育期分别设定为：播种期6月10—20日，出苗期 6月15—25日，大喇叭口期7月15—25日，抽雄期8月1—10日， 吐丝期8月6—15日，灌浆期8月20日—9月20日，成熟期9月21日—10月10日。选取了夏玉米7个关键生育期的平均气温、降水量、日照时数，播种期 5 cm地温，大喇叭口期、抽雄期、吐丝期极端最高气温和高温日数等29个气象因子（表1）。

建立夏玉米关键发育期气象因子数据库，分别计算各气象因子的总和与平均值，基于Excel软件绘制各气象因子的年际变化和线性趋势图，借助SPSS21软件计算出各气象因子与时间的线性相关系数，对照相关系数临界值以α＝0.05的显著性水平为检验变化是否显著的标准，分析得出衡水市夏玉米关键生长发育期气象因子变化特征（表1）。

表1 气象因子

2 结果与分析

2.1 气温变化

气温变化直接影响玉米的发育速度和产量，是影响玉米生长的重要气象条件之一。玉米的产量、质量受低温和高温的影响都极为明显[4]。该地区夏玉米一般在6月中旬播种，10月上旬收割，生长在一年中最热的时期，尤其大喇叭口期至吐丝期是当地高温天气集中时段，也是夏玉米对温度最敏感的时期，因此夏玉米的生产主要受到高温的影响较大。

2.1.1 平均气温的变化 通过分析1990—2019年衡水市夏玉米各关键生育期平均气温表明，播种期、抽雄期、吐丝期平均气温均呈波动上升趋势，其他生育期平均气温波动趋势幅度不明显，各生育期平均气温与时间的相关系数分别达到0.065～0.354，均未通过α＝0.05的显著性水平检验，表明各生育期平均气温上升趋势不显著。

2.1.2 高温日数的变化 1990—2019年衡水市≥35℃的高温日数分析表明，高温主要出现在大喇叭口期，年平均为1.8 d，但变化趋势不明显，抽雄期、吐丝期高温日数均呈波动上升趋势，上升幅度分别为0.42 d/10年和0.34 d/10年。高温日数与时间的相关系数分别达到0.020～0.289，均未通过α＝0.05的显著性水平检验，表明高温日数上升趋势未达到显著水平。

2.1.3 极端最高气温的变化 1990—2019年衡水市夏玉米大喇叭口期、抽雄期、吐丝期极端最高气温变化范围为30.94℃～42.18℃，大喇叭口期极端最高气温年平均达35.7℃，变化趋势不明显，抽雄期、吐丝期极端最高气温呈波动上升趋势，与时间的相关系数为0.205、0.439，吐丝期极端最高气温相关系数通过了α＝0.05的显著性水平检验，呈显著上升趋势（图1），上升速率为0.664℃/10年。

图1 1990—2019年大喇叭口期、抽雄期、吐丝期的极端最高气温变化

2.1.4 有效积温的变化 1990—2019年衡水市夏玉米播种期—成熟期≥10℃的有效积温变化范围在1 624.42℃·d～1 915.38℃·d之间，从年际变化线性趋势来看呈波动上升趋势，与时间的相关系数为0.358，接近α＝0.05的显著性水平检验标准0.361。

2.1.5 播种期5 cm地温的变化 1990—2019年衡水市夏玉米播种期5 ㎝地温变化范围为24.72℃～32.43℃，呈波动上升趋势（图2），上升幅度为0.825℃/10年，与时间的相关系数为0.408通过了α＝0.05的显著性水平检验，说明播种期的5 cm地温呈显著上升趋势。播种期地温的上升有利于玉米快速发芽，可以提高夏玉米出苗速率。

图2 1990—2019年播种期5 ㎝地温变化

2.2 降水量的变化

玉米生长在一年中最热的时期，需水量较大，玉米不同生育阶段对水分的需求不同，其中苗期较耐干旱，抽雄期前后30 d至灌浆期需水量最大，约占全生育期需水量的50%，后期相对偏少[5]。

分析1990—2019年衡水市夏玉米各关键生育期平均降水量，结果表明降水主要集中在大喇叭口期、抽雄期、吐丝期、灌浆期，符合玉米生长发育的需水规律。从各发育期平均降水量变化曲线图来看，平均降水量年际变化波动幅度较大，趋势变化不明显，计算各生育期平均降水量与时间的相关系数为-0.088～0.140，说明各关键生育期平均降水量年际变化趋势不明显。

该地区夏玉米生育期与降水集中期相重合，且当地农田水利灌溉设施完善，夏玉米的灌溉以河渠地表水和开采地下水为主，对自然降水的依赖度较低，因此降水量的变化对该地区夏玉米生产的影响较小。

2.3 日照时数的变化

玉米是一种极其喜阳的植物，充分的光照可以保证生产的基本需求，良好的玉米产量与充足的光照分不开。较长时间的光照条件可以保证玉米在生长过程中的光合作用，通过合理地提高玉米质量，实现对玉米各个环境温度的有效控制[6]。

衡水市，近30年来各关键生育期日照时数均呈减少趋势，其中出苗期、大喇叭口期、抽雄期、 吐丝期、灌浆期、成熟期下降趋势较明显，平均下降速率分别为50.1 h/10年、52.8 h/10年、50.8 h/10年、50.0 h/10年、130.0 h/10年、117.0 h/10年，计算各关键生育期日照时数与时间的相关系数为-0.190～-0.334均为负相关，未通过α＝0.05的显著性水平检验，说明日照时数的下降趋势未达到显著水平[7]。

夏玉米在不同生育期对日照时数的要求存在差异，播种期到乳熟期为8～10 h/d，乳熟期到成熟期应大于9 h/d，而成熟期日照时数越长则更加有利于玉米增产，反之则会造成减产。分析表明，该地区夏玉米各生育期日照时数均呈较明显的下降趋势，将对夏玉米生产造成不利影响。

3 结论

（1）1990—2019年衡水市夏玉米各关键生育期中抽雄期、吐丝期平均气温上升趋势接近显著水平； 抽雄期和吐丝期≥35℃的高温日数、极端最高气温呈波动上升趋势，其中吐丝期呈显著上升趋势；播种期—成熟期≥10℃的有效积温呈波动上升趋势；播种期5 cm地温变化范围为24.72℃～32.43℃，呈显著上升趋势；夏玉米各关键生育期平均降水量年际变化波动幅度较大趋势变化不明显；各关键生育期日照时数均呈减少趋势，其中出苗期、大喇叭口期、抽雄期、吐丝期、灌浆期、成熟期下降趋势较明显。

（2）气象因子的变化给衡水市夏玉米生产总体带来不利影响。在降水量无明显增加的情况下，气温持续上升使得蒸发量不断提高，会加剧玉米生长和产量形成关键时期的干旱。玉米抽雄、开花时期是对温度最敏感的时期，如果气温持续升高、空气非常干燥，导致花丝容易掉落，就会出现因受精不成熟而出现缺粒的情况，本研究玉米关键生育期气温呈持续上升趋势可能导致玉米产量下降。另外，玉米开花授粉后的光照时数是影响玉米品质的重要因子，光照时数的增加有利于改善玉米植株内部生理代谢功能，提高玉米产量。尤其是在玉米抽雄—成熟期，充足的日照时数，有利于开花授粉和籽粒灌浆。本研究中该时期日照时数均呈下降趋势，将会给玉米品质带来不利影响。

本研究的结果可以为夏玉米生产调整栽培措施、发展农田水利建设、玉米品种的改良提供理论基础，降低气候变化对夏玉米生产的不利影响，提高玉米生产能力，为玉米丰产创造良好的基础条件。实际上气象因子对玉米生产的影响是多方面的，如降水的时间分布、直接辐射和散射辐射的变化等对玉米生产的影响也不容忽视，这些都有待进一步研究。