2018–2021 年华北北部不同播期对玉米生长发育的影响数据集

耿金剑，周广胜*，宋艳玲，任三学，赵花荣，周怀林，宋兴阳，田晓丽

1.中国气象科学研究院，北京 100081

2.河北固城农业气象国家野外科学观测研究站，河北保定 072656

引 言

玉米是我国第一大粮食作物，其高产稳产对于保障国家粮食安全具有重要意义[1]。在全球气候变化背景下，气候资源的改变对玉米生长发育和高产稳产产生了显著影响[2]。播期主要通过影响有效积温调节玉米生长发育，播期推迟会导致玉米全生育期缩短[3]。光合有效辐射和气温是影响叶片净光合速率的主要气象因素，适宜播期可促进光合速率，利于干物质形成积累[4]。播期通过温度条件影响玉米干物质累积和转运，适宜早播可以提高有效积温生产效率，维持更长干物质累积时间，播期推迟，籽粒灌浆期累积干物质降低，造成减产[5-6]。综上，不同播期通过调节玉米生育期内的光温水等气候资源配置影响玉米生长发育过程，最终影响产量形成，连续性田间分期播种试验是研究玉米生产和发展适应气候变化、保证高产稳产的关键手段[7-8]。 多年连续、不同播期玉米全生育期的生理生态观测数据是多种方法评估玉米长势监测和适应气候变化影响程度的重要参数，可以为研究玉米生态系统适应气候变化研究提供数据支撑[9-10]。目前，关于玉米适应气候变化的数据集多为单一播期年际变化的生育期、生物量、叶面积和土壤水分数据集产品，尚无连续多年基于同一品种玉米分期播种试验形成的包含生育期、生物量、叶面积指数、灌浆速率、产量、土壤水分、光合生理、光谱反射率等在内的综合性玉米农业生态系统适应气候变化数据集产品。

河北固城农业气象国家野外科学观测研究站（简称固城站）围绕农业—气象—生态相互作用，以华北平原农田生态系统为核心研究对象，是唯一以农业气象为特色的国家级农田生态系统长期试验与观测平台。本数据集整合了固城站2018–2021 年四个播期（常规播期提前10 天（播期A，6 月8 日）、常规播期（播期B，6 月18 日）、常规播期推迟10 天（播期C，6 月28 日）、常规播期推迟20 天（播期D，7 月8 日））夏玉米不同生育期的生物量、叶面积指数、光合生理、光谱特征、土壤水分、灌浆速率、产量构成的年际、年内变化数据，以期为研究玉米生态系统适应气候变化研究的农业气象业务服务指标的修订、农业气象模拟模型的改进及区域应用、农业气象适用技术的开发提供科学依据。

1 数据采集和观测方法

1.1 采样点介绍

固城站位于华北平原北部灌溉高产农业区的河北省定兴县固城镇东(39° 08' N, 115° 48' E)，海拔15.2 m，自有土地9.5 hm2，是集野外监测、研究、试验、示范、教学和科普于一体的综合支撑平台。固城站所在地区属暖温带大陆性季风气候区，气候温暖，水热同季，多年平均气温12.2 ℃，多年平均年降水量528 mm，降水主要集中于6–9 月份，多年平均日照时数2264 小时，近年地下水位约15 m。固城站土地类型为沙壤土，0–30 cm 土层平均有机碳含量为9.46 g·kg-1，全氮含量为0.96 g·kg-1，全磷含量为1.04 g·kg-1，全钾含量为17.28 g·kg-1，0–200 cm 土层平均土壤容重为1.37g·cm-3，田间持水量为22.7%，玉米平均产量在650 kg/亩。

采样地布设在固城站分期播种试验场内，是固城站长期定位观测样地，试验场地平整，四周设有2 m 保护带且为相同土地利用类型的农田，试验场内常规施肥，采用喷灌方式灌溉，满足旱涝灾害的防御和农业病虫害防治要求，固城站分期播种试验场如图1 所示。

图1 固城站分期播种试验场Figure 1 Staging seeding test site of Gucheng Station

1.2 样地设计

样地总面积780 m2(30 m×26 m)，共设置16 个小区，每个小区面积30 m2(6 m×5 m)，保护行设在样地周边，宽度2 m，样地边设有试验标牌。玉米品种是廉玉1 号，种植密度4000 株/亩，行距50 cm，株距35 cm。每个小区施底肥量2.5 kg，复合肥品牌为绿得利（N-P2O5-K2O，26-14-5，总养分≥45%），播种时肥料一次性施入。病虫害防治采用农药防治。A、B、C、D 四个播期试验的所有观测均在小区A1–A3、B1–B3、C1–C3、D1–D3 中进行，A4、B4、C4、D4 四个小区用于产量要素测定，不进行任何观测，分期播种试验场不同播期样地分布如图2 所示。

图2 分期播种试验场不同播期样地分布图Figure 2 Plot distribution of different sowing dates in staging seeding test sites

1.3 数据采集方法

1.3.1 发育期观测

按不同播期顺序观测玉米播种、出苗、三叶、七叶、拔节、抽穗、开花、吐丝、乳熟、成熟各发育期的普遍期。观测标准按《农业气象观测规范 玉米》[11]进行。

1.3.2 生长状况及干物重测定

（1）株高：在不同播期玉米七叶、拔节、抽雄、乳熟4 个发育普遍期测定。拔节期及其以前，从土壤表面量至植株叶子伸直后的最高叶尖；拔节期以后，量至最上部一片展开叶的基部叶枕，抽穗后量至穗顶。每个小区顺序测定5 株（茎），求平均后记录株高。记录单位（cm），取小数1 位。

（2）地上部分干重：在不同播期玉米三叶、七叶、拔节、抽穗、乳熟、成熟普遍期测定。每个小区顺序取3 株，将茎秆、叶鞘、叶、穗分开，烘干后称取干重，并求取平均值。记录单位（g/株），取小数2 位。

（3）叶面积指数：在不同播期玉米三叶、七叶、拔节、抽穗、乳熟、成熟普遍期测定。在叶片鲜重称量完成后，测定所取植株的绿叶的叶面积，并求取平均值。记录单位（cm2/株），取小数2 位，换算成叶面积指数。

（4）密度：在不同播期玉米七叶和乳熟期测定。按照《农业气象观测规范 玉米》要求，分别计算出1 米内行数和1 米株数，换算成每平方米株数。记录单位（株/m2），取整数。

1.3.3 光合生理参数测定

在不同播期玉米七叶、拔节、抽雄、乳熟阶段各选择一个晴朗天气测定。随机选择长势良好的植株，测定时间从日出前1 小时左右开始，至日落后1 小时左右结束，每2 小时测定1 次。选择长势健康的叶片，抽穗前选择从上至下第1 片完全展开叶，抽雄后选择穗位叶测定。每次测定3 个重复值（3 片叶）。测定仪器采用Li-6400 系列产品（采用自然光）。

1.3.4 光谱特征测定

在不同播期玉米三叶、七叶、拔节、抽雄、乳熟、成熟阶段各选择一个晴朗天气测定。测定作物冠层光谱，测定内容为不同波段的反射率，波段范围为350–2000 nm，测量时间是10:30–14:00，每次测定3 个重复，每次重复测3 个样点观各观测10 次，取平均值作为该重复的冠层光谱反射率，测定仪器采用地物光谱仪（FieldSpec3），观测值剔除3 个水汽吸收带（1350～1400 nm、1800～1950 nm、2430～2500 nm）的光谱反射率大于1 的异常值。

1.3.5 土壤湿度测定

从不同播期玉米播种至成熟期间的每旬逢3 和8 号、播种期和成熟期当天测定。测定深度为0.5 m，分5 层。测点选择小区中央（每个小区每次取1 个样本，分期播种试验第4 列）。土壤湿度测定统一采用烘干法。

1.3.6 灌浆速率测定

在不同播期玉米开花始期，每轮处理（不分小区）选择同日开花、大小一致的30 株挂牌，并注明日期。开花后第10 天起每5 天取样1 次，直至成熟。每个处理观测获取7 次灌浆速率数据，如在玉米达到成熟期后未获得7 次灌浆速率数据，则继续观测。每次取2 个果穗，取下籽粒，数出总粒数，放入铝盒称鲜重，烘干后称干重。求取每穗籽粒干重。记录单位（g/穗），取小数3 位。

1.3.7 产量结构测定

在玉米成熟期测定。测定项目包括茎粗、果穗粗、果穗长、双穗率、株籽粒数、百粒重、茎秆重、籽粒与茎秆比。在每个小区连续取5 株，脱粒数出总粒数并求取株籽粒数，晾晒风干后称取百粒重，方法参照《农业气象观测规范 玉米》。

1.4 数据观测的几点说明

（1）2021 年玉米试验光谱观测因为仪器故障原因导致播期A 和播期处理B 观测至开花期，播期C 观测至抽雄期，播期D 观测至拔节期。

（2）因作物光合作用观测受天气状况影响大，2019 年玉米播期B 七叶期和2020 年播期A 七叶期未能观测，其他生育期光合作用观测受天气状况影响较大时第二天进行补测，保证数据准确可靠。

2 数据样本描述

本数据集为2018–2021 年华北北部不同播期对玉米生长发育的影响数据集，作物为夏玉米。数据集主要内容及各字段含义见表1。

表1 2018–2021 年华北北部玉米农业生态系统适应气候变化试验数据表字段含义Table 1 Field meaning of the experimental data table of maize agroecosystem adaptation to climate change in the northern part of North China from 2018 to 2021

3 数据质量控制和评估

本数据集的质量控制贯穿试验过程的各个环节，严格按照《农业气象观测规范 玉米》进行，观测数据从场地布局、田间采样、野外数据观测、实验室分析、数据记录、数据复核等步骤都由台站专业技术人员进行质量控制和检验。

数据生产过程中的质量控制措施有：

（1）数据观测获取

固城站2018–2021 年试验观测人员均为熟练掌握观测项目的一线专业技术人员，且四年连续未更换人员。不同播期玉米处理的生长状况、干物质测定、光合生理参数和光谱特征是按照每个播期处理达到相应生育期后分开观测，数据代表不同播期处理玉米在气象条件影响下的各生育期真实数据。样本采样时严格按照观测规范选择长势均匀具有代表性的植株，避免因发生病虫害导致的植株个体差异导致的数据误差。数据观测后利用统计方法及时进行复核，对异常数据进行剔除补测，保证数据准确可靠。

（2）数据记录存档

数据观测后及时准确记录调查时间、调查人员、调查样地、天气状况等试验调查信息。观测原始数据记录有专门记录本，要求做到数据真实、记录规范、书写清晰，原始数据记录如有更改需备注原因，原始数据记录后及时转化成电子文档储存。

试验过程中实时准确记录试验样地的栽培措施（播种日期、播种量、深度等）、田间管理记录（施肥情况、灌溉情况、病虫害防治情况等）、天气状况记录（灾害性天气发生的时间、种类、持续时间、构成灾害的主要气象要素等）等辅助数据信息。

（3）数据质量审核

观测数据经过一线观测技术人员、数据分析人员、台站负责人等多个环节审核，观测数据记录后提交数据分析人员及时与历史观测数据进行比较，评价观测数据的准确性、年际可比性和连续性，发现可疑异常数据及时补救，最后交由固城站站长进行数据审核储存。

4 数据使用方法和建议

河北固城农业气象国家野外科学观测研究站是唯一以农业气象为特色的国家野外科学观测研究站，本文提供的华北北部玉米生态系统适应气候变化试验数据集可为玉米生态系统适应气候变化研究的相关农业气象业务服务指标的修订、农业气象模拟模型的改进及区域应用、农业气象适用于技术的开发提供数据支撑。

5 数据可用性声明

数据集现储存在科学数据银行（https://www.scidb.cn/），因项目研究成果需要，数据共享设置保护期，保护期至论文正式出版。保护期内，访客仅能访问数据的元数据，而无法下载获取数据文件。保护期后，数据自动转为开放获取状态，所有访客均可访问其元数据和下载数据文件。读者如需要进一步了解其他作物方面的观测数据，可与本文的通信作者联系。

致 谢

感谢河北固城农业气象国家野外观测研究站观测人员在试验管理观测中付出的辛勤和努力。

数据作者分工职责

耿金剑（1990—），男，河北保定人，硕士，助理研究员，研究方向是气候变化和气候资源高效利用。主要承担工作：数据采集、数据整理和论文撰写。

周广胜（1965—），男，江苏高淳人，博士，研究员，研究方向是生态气象和农业气象等。主要承担工作：实验设计、数据质量控制。

宋艳玲（1974—），女，河北秦皇岛人，博士，正研级高级工程师，研究方向是农业气象等。主要承担工作：实验设计、数据质量控制。

任三学（1965—），男，甘肃陇南人，本科，高级工程师，研究方向是农业气象等。主要承担工作：数据采集、数据分析。

赵花荣（1968—），女，甘肃陇南人，本科，高级工程师，研究方向是农业气象等。主要承担工作：数据采集、数据整理。

周怀林（1990—），男，江西吉安人，博士后，研究方向是农业应对气候变化。主要承担工作：数据采集。

宋兴阳（1991—），男，甘肃临泽人，博士，助理研究员，研究方向是生态气象等。主要承担工作：数据采集。

田晓丽（1986—），女，河北石家庄人，本科，助理工程师，研究方向是试验观测。主要承担工作：数据采集。