玉米苗期凍害對生育期和產(chǎn)量影響分析

馬鳳蓮 李春強 王淑蘭 宋喜軍 徐雅靜

摘要：針對河北省圍場縣出現(xiàn)的一次春季霜凍災(zāi)害過程，分析凍害發(fā)生前后的溫度條件及受凍害影響的玉米后期恢復(fù)生長情況，找出玉米苗期凍害的溫度指標(biāo)。利用數(shù)理統(tǒng)計、對比分析方法分析了本次玉米凍害發(fā)生前后的溫度條件，結(jié)合后期跟蹤調(diào)查和測定結(jié)果，綜合分析了苗期玉米凍害對生育期和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：玉米苗期氣溫驟降，最低氣溫達(dá)-3.3℃，低于O℃的持續(xù)時間達(dá)4h，使玉米葉片受凍顯著，但其生長點尚未凍死，后期可以緩慢恢復(fù)生長，但致使發(fā)育期推遲；在升溫期中的突然降溫對玉米產(chǎn)生不利的凍害影響不可逆轉(zhuǎn)，直接影響中后期玉米的營養(yǎng)生長，嚴(yán)重影響個體產(chǎn)量性狀。所以在氣候變暖背景下氣溫異常及其變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響顯著，更須加強低溫對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利影響的防范。

關(guān)鍵詞：玉米；苗期凍害；影響

中圖分類號：P49

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

論文編號：casb14110112

0引言

近年來與全球變暖相關(guān)的極端天氣與氣候事件頻繁發(fā)生，極端氣候越來越多地引起人們的關(guān)注。任福民等、唐紅玉等對1951年以來中國極端氣溫的變率及變化趨勢進(jìn)行了分析。李春強等、劉學(xué)鋒等分析了河北省近年來極端氣溫的變化特征。而農(nóng)業(yè)是對氣候變化最敏感的部門之一，強寒潮天氣、短時間劇烈降溫等引發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害在全國各地時有發(fā)生。第二次氣候變化國家評估報告指出，如果不考慮技術(shù)進(jìn)步作用，據(jù)估測由于氣候變化，未來20-30年中國三大糧食作物產(chǎn)量將下降約5%-10%，針對極端天氣對農(nóng)業(yè)的不利影響，專家們開始了大量的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險評估與區(qū)劃工作。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中春霜凍對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失占有很大比例，學(xué)者們除了對霜凍的時空演變趨勢進(jìn)行研究，也從霜凍災(zāi)害損失方面進(jìn)行了定性或定量的研究。馮玉香等研究中國玉米霜凍害發(fā)生的時空分布時指出，玉米霜凍災(zāi)害比較嚴(yán)重的地區(qū)為北方春播玉米區(qū)和西北灌溉玉米區(qū)，且近年來春霜凍發(fā)生的頻次要多于秋霜凍。楊建功等對寧夏春霜凍玉米進(jìn)行跟蹤測定，得出玉米在幼苗后期發(fā)生霜凍，可以使玉米發(fā)育期推遲，單株葉片減少、生長量不足、穗部性狀降低、穗粒數(shù)減少、減產(chǎn)l2%-15%等結(jié)論。大多研究的定量災(zāi)害指標(biāo)來源于田間實驗，本研究通過對一次典型春霜凍實例，在自然環(huán)境下對苗期受凍害影響玉米進(jìn)行全生育期跟蹤調(diào)查、觀測，對比分析整個生育期的溫度條件，以探索氣候變暖背景下低溫凍害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。

1資料來源與研究區(qū)域概況

1.1資料來源及方法

所用氣溫資料來自河北省圍場縣氣象局觀測站數(shù)據(jù)及圍場縣銀窩溝鄉(xiāng)兩要素（氣溫、降水）自動觀測站實時數(shù)據(jù)，作物生長發(fā)育與產(chǎn)量資料來自于田間實地調(diào)查、測定及圍場縣農(nóng)牧局當(dāng)年測產(chǎn)數(shù)據(jù)。 氣溫數(shù)據(jù)采取了雙權(quán)重標(biāo)準(zhǔn)差判別奇異值的質(zhì)量控制方案，對資料的均一性進(jìn)行了檢驗。本研究分別以圍場縣和銀窩溝兩地近5年（2008-2012年）的平均值作為各自的常年值，采用統(tǒng)計分析方法，對2013年受凍害影響地的平均氣溫、極端氣溫、積溫等要素分時段進(jìn)行統(tǒng)計對比分析。

1.2研究區(qū)域概況

圍場縣位于河北省北部，地處內(nèi)蒙古高原與冀北山地的過渡地帶。2013年5月20日早晨出現(xiàn)了降溫霜凍天氣，該縣的銀窩溝鄉(xiāng)最低氣溫達(dá)-3.3℃，蘭旗卡倫鄉(xiāng)最低氣溫達(dá)-2.1℃，造成上述兩鄉(xiāng)31個村3000 hm²玉米不同程度的遭受了凍害。發(fā)生玉米凍害的銀窩溝鄉(xiāng)（北緯41.90°，東經(jīng)118.01°）、蘭旗卡倫鄉(xiāng)（北緯41.77°，東經(jīng)118.00°），位于縣城所在地的東偏南20-30km處。受災(zāi)地段均為較為平坦地塊。受凍害玉米品種為‘大民3307，生長期120天左右。本研究以銀窩溝鄉(xiāng)代表受凍害影響地，與圍場縣氣象觀測資料進(jìn)行對比分析。

2結(jié)果與分析

2.1凍害發(fā)生后玉米生長發(fā)育狀況

2.1.1恢復(fù)生長情況描述 凍害發(fā)生時，玉米處于三葉一心。據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民反映，5月20日早晨發(fā)現(xiàn)田間玉米各葉片呈僵立狀態(tài)，太陽出來后慢慢萎蔫，倒垂。5月21日田間實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，全部葉片倒伏、干枯，地上lcm根莖尚直立，剝開莖部見生長點未見異常。

6月6日田間調(diào)查結(jié)果顯示，玉米生長點未受凍的植株緩苗后發(fā)育期處于三葉期，長勢良好，但同品種未受凍害影響玉米已進(jìn)入七葉期。

2.1.2乳熟期玉米果穗及產(chǎn)量對比 表1是乳熟期同品種未受凍玉米與受凍害玉米各種生物學(xué)觀測指標(biāo)對比（觀測日期：2013年9月6日）。受凍害玉米達(dá)到乳熟普期的日期較未受凍害玉米晚4天，兩者的植株平均高度、莖粗相差較大，果穗長、果穗粗2項指標(biāo)差異略小，但從玉米籽粒外觀來看，受凍害玉米明顯可見“灌漿不足”，籽粒均有凹陷，且禿尖較長。2013年圍場縣玉米單產(chǎn)為5250kg/hm²，受凍地玉米單產(chǎn)為3000kg/hm²，減產(chǎn)43%。

2.2凍害發(fā)生前后溫度指標(biāo)分析

2.2.1凍害發(fā)生前溫度變化 圖1為播種至凍害發(fā)生時（4月21日-5月20日）銀窩溝與圍場縣氣象觀測站逐日平均氣溫（T）、最高氣溫（T_g）和最低氣溫（T_d）對比分析。結(jié)果表明：凍害發(fā)生地銀窩溝的逐日平均氣溫、最高氣溫及最低氣溫均低于圍場縣數(shù)值，但二者的變化趨勢是一致的，銀窩溝19日到20日最低氣溫的降溫幅度要大于圍場縣。

2.2.2凍害發(fā)生日逐時溫度變化 圖2是5月19日10：00-20日10：00玉米凍害地逐小時氣溫變化情況。從圖中可以看出，5月19日22：00，銀窩溝氣溫為8.4℃，20日0：00達(dá)4.3℃，2h氣溫下降了4.1℃，20日1：00氣溫達(dá)0.4℃，1h氣溫下降了3.9℃。5：00整點氣溫為-2.6℃，極端最低氣溫為-3.3℃，低于O℃的持續(xù)時間為4h，低于O℃時段平均氣溫為-0.9℃。20日6：00開始?xì)鉁匮杆倩厣?0日10：00氣溫達(dá)16.7℃，4h氣溫上升15.5℃。24h之內(nèi)，氣溫出現(xiàn)了“高一低一高”的劇烈變化，其中降溫幅度達(dá)到20.5℃，升溫幅度高達(dá)20.O℃，氣溫的急劇變化影響了玉米苗期的正常生理活動。

從以上氣溫資料分析來看，此次玉米苗期凍害原因：一是最低氣溫下降幅度大，且下降速度快；二是氣溫低于O℃的持續(xù)時間較長。

2.2.3凍害之后溫度條件變化 分別將圍場縣、銀窩溝2008至4月21日-2012年9月20日5年氣溫觀測資料平均值作為常年值，與未受凍地（圍場）和受凍地（銀窩溝）2013年數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。圖3是2013年凍害發(fā)生前后的溫度變化情況，可見圍場常年值與銀窩溝常年值在作物整個發(fā)育期的變化趨勢是一致的，銀窩溝各時段平均氣溫均低于圍場0.6-0.8℃。

2013年受凍前（4月21-5月19日）銀窩溝平均氣溫較常年略偏高，較圍場同期偏低0.9℃；受凍日（5月20日）銀窩溝平均氣溫為11.8℃，較常值偏低2.6℃；凍后至收獲（5月21日-9月20日）銀窩溝各階段平均氣溫變化與常年值一致，且數(shù)值接近或略高于常年，5月下旬氣溫高于常年值1.5℃。

表2是各時段的積溫情況，從統(tǒng)計結(jié)果看，2013年圍場和銀窩溝作物播種到受凍前及受凍后到收獲的積溫均多于常年值，全生育期積溫分別較常年偏多34.7℃和34.2℃。

從以上凍害發(fā)生前后溫度、積溫條件分析結(jié)果可以得出，雖然全生育期積溫高于常年，但在升溫期中的突然降溫對玉米產(chǎn)生不利的凍害影響不可逆轉(zhuǎn)。2013年銀窩溝受凍害玉米恢復(fù)生長后“發(fā)育期推遲、籽粒品質(zhì)差、減產(chǎn)”等結(jié)果與凍害發(fā)生前后溫度、積溫條件無關(guān)，而與5月20日凍害直接相關(guān)。

3結(jié)論與討論

通過對受凍害玉米的跟蹤調(diào)查、對比觀測，以及對受災(zāi)地點溫度條件變化分析，得出以下結(jié)論：

（l）玉米苗期氣溫驟降，最低氣溫達(dá)-3.3℃，低于O℃的持續(xù)時間達(dá)4h，玉米葉片受到嚴(yán)重凍害，但生長點尚未凍死，在氣溫回升之后玉米仍可以緩慢恢復(fù)生長。

（2）受凍害后恢復(fù)生長的玉米中后期發(fā)育期與未受凍害玉米相差不大，但苗期凍害，直接影響玉米中后期的營養(yǎng)生長與生殖生長，并嚴(yán)重影響個體產(chǎn)量性狀。

（3）苗期嚴(yán)重凍害，雖然后期能夠恢復(fù)生長，但會嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，發(fā)生較嚴(yán)重凍害時，有條件的農(nóng)戶盡可能提早翻種生長期短的作物，以保證作物生長后期不受初霜凍的影響。

近年來，春季氣溫多變，特別是高低溫出現(xiàn)異常，會對作物的正常生長發(fā)育有較明顯的影響。本研究僅通過一次局地降溫天氣過程，分析總結(jié)的苗期玉米凍害指標(biāo)及定性凍害對作物后期恢復(fù)生長和產(chǎn)量的影響，資料略顯不夠充分，今后還將進(jìn)一步加強氣象災(zāi)害實況資料的積累和對比分析。但值得關(guān)注的是，在氣候變暖大背景下，區(qū)域的溫度變化，特別是在作物生長早期的溫度突變和溫度異常對其影響較大，且發(fā)生凍害的風(fēng)險也相應(yīng)增加，在生產(chǎn)中急需引起注意。