基于當量積溫的春玉米葉齡模式研究

李忠輝，袁福香，郭春明，李軍偉，吳志彬

（1吉林省氣象科學研究所，長春 130062；293313部隊氣象臺，長春 130111）

0 引言

玉米是世界的三大作物之一，是重要的糧食、飼料和工業原料作物[1]。中國東北是中國玉米的主產區，與北美黃金玉米帶處于同一緯度，玉米商品糧率和人均占有量等占全國首位。為了更好促進玉米高產穩產，因此有必要科學的管理玉米生產。玉米葉齡施肥技術是對玉米精準管理的一種有效方式，能夠提高玉米的肥料利用率，有效的提高產量[2-5]。另外，玉米的葉齡是外界條件對作物影響的一個綜合反映[6]，還可以通過研究玉米葉齡變化與外界條件關系的研究，并通過氣象條件預測葉齡，能讓生產者提前知道葉齡，提前做好施肥等工作，也可預測穗分化，對提高玉米的產量有重要意義[6-7]。

關于玉米葉生長動態國內外已有研究：有的采用Logistic 生長曲線方法[8-11]；有的基于華北夏玉米的活動積溫模擬葉片生長[12]；有的采用有效積溫模擬葉齡生長[8]，有的運用逐日平均氣溫累加熱量指數來模擬玉米生長[13]；有的通過引進美國、荷蘭等國的模型對玉米的生長，及其葉片生長進行模擬[14-16]；也有通過氣候適宜度的方法模擬玉米生長[17]；還有采用當量積溫研究水稻葉齡[18-19]。在上述研究成果中，采用活動積溫和有效積溫不符合生物特性的問題，主要表現在對于一個生物體來說，存在生理學上限和下限溫度指標，即低于一定的溫度或高于一定的溫度，生育停止或死亡，而且存在最適合生育的溫度。因此，活動積溫和有效積溫都有缺陷，而當量積溫正是基于生物學特性而分析溫度對春玉米生育最合理的方法[19]。目前基于當量積溫方法模擬玉米葉齡的研究不足，針對活動積溫和有效積溫生物性不強的問題，本研究基于當量積溫方法模擬玉米葉齡，來解決活動積溫和有效積溫生物性不強的問題，更具有生物學意義。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

試驗時間：2012—2014年共3年，試驗的地點在黑龍江佳木斯農氣觀測站、吉林省梨樹縣農氣觀測站和吉林省榆樹市農氣觀測站，每個站點5個播期，具體播種時間見下表1。

1.2 試驗材料

上述3站種的玉米品種為‘先玉335’。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計黑龍江省佳木斯農氣站試驗田、吉林省榆樹農氣站和梨樹站試驗田。每個試驗點要求整個試驗區域長80 m（壟向），寬37.2 m（62 根壟），約3000 m2。每個播種期設定4個重復小區。其中3個小區每個小區大小為壟長10 m×10 根壟(10×0.6 m=6 m)，一個小區大小為壟長10 m×20 根壟(20×0.6 m=12 m)。施肥按當地大田普遍標準施肥。葉齡觀測時間待玉米出苗之后，每5 天觀測一次。觀測方法嚴格按照中國氣象局1993 年出版的農業氣象觀測規范進行[20]。氣象資料：采用3 站2012—2014 年生長季（4 月—9 月）氣象站氣象資料，包括日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫。土壤相對濕度即試驗地土壤相對濕度。

表1 佳木斯農氣站、梨樹農氣站和榆樹農氣站3年分期播種時間

1.3.2 試驗儀器采用普通米尺，精度1 mm。

1.3.3 統計分析日當量積溫和當量積溫計算和葉齡模型建立采用Excel軟件進行數據處理和分析。

1.3.4 日當量溫度和當量積溫計算方法當量溫度一般表達式如式(1)～(5)所示。

式(1)中θi為日當量積溫，ti為日平均氣溫，α(ti)為對應的日當量溫度系數，i為日期序號標識。式(2)～(4)中，TB、TM和T0分別為玉米某生育時段三基點溫度的上、下限和最適溫度，K為常數。取值大于等于0且小于等于1。α(ti)計算如式(6)所示。

按照公式(1)～(5)即可計算農作物各生育時段的逐日當量溫度θi，再將逐日當量溫度類似于活動積溫累計，即可得到當量積溫。

2 結果與分析

2.1 春玉米當量積溫參數確定

根據吉林省玉米2012—2014 年3 年分期播種試驗和1980年以來吉林省19個玉米農業氣象觀測發育期、葉齡等資料綜合分析：P和Q為經驗參數，取P等于1.65，Q等于1.25，建立吉林省春玉米當量溫度計算模式，如式(7)～(9)所示。

玉米出苗—抽雄期TB取10℃，TM取40℃，則根據式(7)～(9)確定T0=27℃，K=2646.5。

2.2 試驗過程中出現情況分析

春玉米在種植過程中受其他外界條件影響：榆樹試驗點在2012年8月29日受到臺風“布拉萬”的影響，部分玉米倒伏。此時玉米處在乳熟期，對玉米產量有影響。但是此時葉齡已全部長出，對本研究無影響。2013年的低溫春澇對佳木斯和榆樹試驗點有影響，導致播種期推遲，因而后來播期葉推遲，佳木斯少了2個播期，榆樹少了1個播期。在3個試驗點觀測的3年時間里，沒有發生大范圍的干旱，也沒有發生低溫冷害。

2.3 葉齡模型的建立與分析

經過佳木斯13 個播期和梨樹站點15 個播期出苗到抽雄期間葉齡觀測數據與對應的當量積溫累加值相關分析，得到葉齡生長與當量積溫具有很好的相關性，決定系數R=0.9823，而且通過α=0.001 的檢驗。得到回歸方程為y=0.0159x+1.6575（見圖1）。再用榆樹試驗點的檢驗該方程模擬效果。模擬結果與實際結果的向系數R=0.9952，SignificanceF=1.6282E-165＜0.0001，故可以認為該方程是可以用于模擬葉齡生長的（見圖2），而且佳木斯、梨樹和榆樹處于不同的地理緯度，從模擬結果看，東北黑龍江和吉林兩省地理變化對該模型影響較小或無影響。這說明用當量積溫方法是基于生物本身生理特性的方法，與地理緯度關系不大。

3 結論與討論

通過上述研究，得出春玉米葉齡與當量積溫有很好的線性關系，從已有的試驗結果可以應用在黑龍江和吉林地區采用該方法模擬或預測春玉米葉齡生長。要應用于其他地區或品種還需要進一步的驗證或開展研究。在查找資料中未見有采用該方法模擬玉米葉齡生長的事例。在2012—2014年試驗過程中，生長發育期內未出現干旱的情況，因此該成果能否應用在春玉米生長季發生干旱的情況，還需要進一步驗證。經驗參數P、Q，以及玉米生育期間適宜的上下限溫度也要具體品種具體分析，還有很大的研究空間。該研究可以根據天氣預報，模擬預測未來春玉米葉齡生長情況。