夏玉米生产气候适宜度研究——以舞阳县为例

舞阳县气象局 李艳琴 段宸宇

漯河市农机推广服务中心 芮孟阁

中国农业科学院作物科学研究所 王克如

河南省农业机械技术推广站 郭栋

河南省土壤肥料站 彭继伟

一、材料与方法

（一）试验点概况

试验于2013—2019 年舞阳县莲花镇，舞阳县总秋作物种植面积4.87 万hm2，其中，优质专用玉米种植面积1.23 万hm2。舞阳县属温带大陆性季风气候，气候温和，四季分明，光、水资源丰富，雨热同季，降水量年际变幅较大，分布不均，灾害性天气发生较为频繁。主要气象灾害有干旱、高温、暴雨（雪）、寒潮、大风、连阴雨、低温冷害、晚霜冻、雷暴等。

（二）夏玉米气候适宜度模型

舞阳县夏玉米的生长季为每年的 6—9 月，可简单划分为播种期至出苗期、出苗期至拔节期、拔节期至吐丝期、吐丝期至成熟期4 个生育阶段。（见表1）各个生育阶段的起止时间由舞阳县农业气象站历年平均计算而来，应用模糊数学理论，建立夏玉米生育期内的温度、降水、日照时数的模糊集，通过构建各个模糊集的隶属函数，计算出夏玉米各生育期内温度、降水、日照对夏玉米生长发育的影响程度，采用几何平均法计算同期光、温、水的综合气候适宜度。

表1 夏玉米全生育期起止时间

1.温度适宜度模型。温度适宜度是指不同生长阶段农作物在变温过程中的适宜程度。适宜度的值域为0～1，值的大小代表着自然环境温度对农作物生长的适宜程度。本文利用夏玉米生育期内温度资料，建立的隶属度模型为公式1 和公式2。

2.降水适宜度模型。根据研究结果，夏玉米生育期内降水量小于需水量的60%为轻旱，降水量大于需水量的150%时为轻涝。因此，定义降水量/需水量在60%～150%为降水适宜标准，本文利用夏玉米生育期内降水资料，建立的降水隶属度模型为公式3。

3.日照适宜度模型。本文利用夏玉米生育期内的日照资料，建立的隶属度模型为公式4。

4.综合适宜度模型。夏玉米的生长和产量与周围环境密切关联，单个气象因子或多因子对夏玉米生产的作用可能也会受到其他因素的加强、削弱甚至抵消。同时，适宜的温度、降水和日照是夏玉米健康生长的前提和条件。为了评价温度、降水与日照对夏玉米的综合影响，本文引出综合适宜度，并建立夏玉米各个生育期、全生育期综合气候适宜度模型（如公式5、公式6），综合适宜度能够反映该区的光、热、水等资源的组合过程对农作物生长可提供的气候资源及它们之间的匹配程度，同时也可以反映出农业生态气候过程的区域差异。综合适宜度值越大，表明环境越有利于作物生长发育,当年粮食就可能增产，达到丰产年；如果适宜度较低,粮食可能减产，通过适当的调控仍有提升的空间,作物产量还可以不断提高。

二、结果与分析

（一）玉米全生育期各气候因子及综合气候适宜度的年际变化

根据公式1 至公式6 计算得出，玉米全生育期内温度、日照、降水适宜度均值分别为0.947、0.850、0.783，表明温度适宜度维持在较高水平、多年来波动较小、光照条件比较稳定，有利于玉米生长，降水适宜度低且波动最强，可见在气候变化的背景下降水的负效应正在增强，在一定程度上增加了粮食生产的风险性。玉米全生育期综合气候适宜度平均值为0.831，降水、温度及光照基本能够满足玉米的正常生长需要，与玉米实际生产情况相符，综合适宜度呈现先下降后上升的趋势，总体变化幅度不明显,无明显的周期。由此可以说明，夏玉米对气候的综合适宜度变化相对比较稳定。

（二）玉米不同生育阶段气候适宜度的变化

1.播种期至出苗期各气候因子适宜度。播种期至出苗期光照、温度适宜度较好，均为0.972。降水适宜度较低为0.712，以0.3 为振幅在平均值上下以5 年左右的周期波动，表明在播种期至出苗期降水适宜性极不稳定，降水是影响玉米播种出苗的主要原因。温度适宜度在该生育阶段的波动不大，适宜性较高。光照适宜度在20 世纪七八十年代适宜性较好，但波动较大，转折点出现在 20 世纪 90 年代中后期，适宜性减弱。综合适宜度平均为 0.838，呈逐年降低趋势，但变化幅度不大。

2.出苗期至拔节期各气候因子适宜度。出苗期至拔节期降水、光照的气候适宜度为全生育期最低，平均分别为0.68、0.685，温度适宜度为0.947。降水适宜度呈逐年下降趋势，20 世纪 90 年代与 20 世纪七八十年代相比，降水适宜度总体下降了0.106，可见，近30 年玉米在出苗期至拔节期的降水适宜性较差，自然降水往往不能满足玉米出苗、拔节的需要。夏秋两季日照时数降低幅度较大，对玉米正常的拔节生长影响较大，导致光照适宜度较低。温度适宜度总体呈上升趋势，但波动不大。综合气候适宜度在该生育阶段的平均值是玉米全生育期的最低值（0.734）且呈逐年降低趋势，由此可见，玉米在出苗期至拔节期各气候因子的有效匹配影响了玉米的生长发育。

3.拔节期至吐丝期各气候因子适宜度。拔节期至吐丝期玉米营养器官生长迅速，生殖器官强烈分化，是玉米一生中生长最旺的时期，温度、光照和降水适宜度平均值分别为 0.921、0.945 和 0.838，玉米对温度、光照和降水的适宜性均较好。降水适宜度呈增加趋势，随年份的波动较大，以0.024/10 年的线性趋势上升，光照适宜度随年份呈减少趋势，温度适宜度变化不明显。综合适宜度为玉米全生育期的最高值为0.888，综合气候适宜度总体变化较小，但90 年代后波动较大，总体来看，该生育期各气候因子匹配效果较好，有利于玉米的生长。

4.吐丝期至成熟期各气候因子适宜度。吐丝期至成熟期温度、光照和降水适宜度平均值分别为 0.949、0.797 和 0.901，玉米对温度和降水的适宜性较好，对光照的适宜性较差，吐丝期至成熟期阶段常常因为连阴雨天气而影响玉米正常成熟。温度适宜度为全生育期最高的时段，线性变化不明显，20 世纪80 年代中后期及21 世纪初的温度适宜度较高。光照适宜度以0.017/10 年的趋势减小，适宜度较高的值出现在20 世纪70 年代初、80 年代末及 90 年代初。降水适宜度呈减小趋势，降水对玉米该生育阶段的影响较大，21 世纪以来随年份的波动较大，20 世纪 70 年代初及21 世纪初的适宜度值较低，其余年份均较高。综合气候适宜度平均值为0.870，夏玉米对温度、光照和降水的适宜性均较好，但21 世纪以来，下降幅度变大，各气候因子匹配效果较差。

通过计算不同阶段气候要素适宜度与产量之间的相关性进行模型合理性检验，结果表明（见表2），全生育期日照适宜度和综合适宜度与产量的相关性分别达极显著和显著水平。拔节期至吐丝期是夏玉米产量形成的关键时期，各气候要素对产量形成的相关性均达显著水平，吐丝期至成熟期主要受日照影响；综合适宜度在拔节期至吐丝期与夏玉米产量的相关性达显著水平，其他生育期相关性不显著。通过计算各生育期气候适宜度的相关系数以及合理性检验的显著性结果，舞阳夏玉米综合气候适宜性模型模拟结果与夏玉米的气候产量具有显著的相关性，相关系数为-0.298，通过了临界值（r=0.05）检验，相关性达到显著水平。说明本研究建立的夏玉米气候适宜度模型较好地反映了夏玉米的气候适宜性水平和变化趋势，能够为今后分析气候变化对该地区玉米生产的影响以及夏玉米气候适宜性评价提供科学的依据。

表2 夏玉米各生育期气候适宜度与单产的相关系数

三、结论与讨论

在气候变暖的大背景下，本文运用数学模型法分析了夏玉米温度适宜度，水分适宜度和日照适宜度，通过几何分析法反映出气候要素变化的适宜程度的综合值。通过分析夏玉米对气候变化的适应性研究，探明夏玉米的适宜度变化以及影响夏玉米生长发育的不利气候因素，为舞阳县改善农作物生长环境，提高作物的相对适宜能力,并为提高适应性提供针对性的措施。

舞阳县夏玉米全生育期温度、日照、降水及综合气候适宜度分别为0.947、0.850、0.783、0.831，降水适宜度最低且波动最强。由此可知，降水是限制玉米正常生长发育的主要气候因子。近50 年来，温度适宜度维持在较高水平，多年来波动较小，降水和日照适宜度以0.005/10 年和0.014/10 年的速率增高，综合气候适宜度以0.007/10 年的速率呈逐年降低趋势，说明环境因子匹配效果变差。

从各生育阶段来说，播种期至出苗期综合适宜度为0.834，此阶段水分胁迫较大，气象条件不稳定，自然降水往往不能满足出苗的需要；出苗期至拔节期综合适宜度为0.734，日照时数多变，降水适宜度最低且波动较大，各气候因子匹配较差；拔节期至吐丝期综合适宜度为0.888，温度、日照适宜度最高，各因子组合效果较好；吐丝期至成熟期综合适宜度为0.870，温度、降水适宜度较好，日照适宜度较低且波动较大，对玉米灌浆和成熟有不利的影响。舞阳地区夏玉米各生育期和全生育期综合适宜度在一定的范围内变化,变化幅度较小，可以说明虽然气候突变的发生，会造成夏玉米对温度、降水量、热量以及日照时数的适宜度也随之出现不同程度的突变，但夏玉米对气候的综合适宜度变化相对比较稳定。今后玉米生产中，应采取加大水利设施投入、选用抗逆性强的品种、加强玉米后期管理等措施，减轻气象灾害对夏玉米生长发育的影响，提高夏玉米的产量。