前郭縣農(nóng)業(yè)氣候資源對玉米產(chǎn)量的影響

張磊 張富龍 叢宇辰

摘要 近56年來，前郭縣農(nóng)業(yè)氣候資源發(fā)生了顯著變化，對前郭縣的玉米產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)，玉米的產(chǎn)量變化與生長季內(nèi)的降水量、日照時(shí)數(shù)、積溫和平均氣溫的相關(guān)性較好，其中，玉米產(chǎn)量與降水量的正相關(guān)性最高，即玉米產(chǎn)量越高，所需要的水分就越多；玉米產(chǎn)量與日照時(shí)數(shù)的負(fù)相關(guān)性最高。

關(guān)鍵詞 氣象災(zāi)害；暴雨；干旱

中圖分類號：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）12–0-03

Impact of Agricultural Climate Resources on Maize Yield in Qianguo County

Zhang Lei et al（Qianguo Meteorological Bureau， Qianguo， Jilin 138000）

Abstract In the past 56 years， the agricultural climate resources in Qianguo County have changed significantly， which has had a significant impact on the corn yield in Qianguo County. It was found that the change of corn yield was well correlated with precipitation， sunshine hours， accumulated temperature and average temperature in the growing season， among them， the positive correlation between corn yield and precipitation was the highest， that was， the higher the corn yield， the more water was needed; the negative correlation between corn yield and sunshine time.

Key words Meteorological disaster; Rainstorm; Drought

利用前郭縣氣象局綜合觀測業(yè)務(wù)集成平臺提供的月平均資料，對當(dāng)?shù)赜衩桩a(chǎn)量與溫度、降水、日照時(shí)數(shù)等農(nóng)業(yè)氣候資源進(jìn)行線性趨勢、突變、年代際變化特征等相關(guān)分析，有助于加深對前郭縣近56年來氣候變化的了解和認(rèn)識，提高前郭縣農(nóng)業(yè)發(fā)展水平，對前郭縣的氣候預(yù)報(bào)、預(yù)測也具有重要意義。

1 前郭縣主要?dú)庀鬄?zāi)害及其次生災(zāi)害

1.1 暴雨洪澇

暴雨洪澇災(zāi)害是指一段時(shí)間內(nèi)的強(qiáng)降雨或持續(xù)較長時(shí)間的降雨，引起河水泛濫、河道決口及水庫垮壩造成的淹沒農(nóng)田、平地積水等災(zāi)害，對國民經(jīng)濟(jì)和人民財(cái)產(chǎn)破壞性較重。暴雨洪澇災(zāi)害發(fā)生的主要原因是暴雨量集中，由于降水集中在較短的時(shí)間內(nèi)完成，雨水無法及時(shí)滲透到地下，從而滯留在地表形成徑流，最后發(fā)展為洪澇。

據(jù)前郭縣1953—2008年氣象資料統(tǒng)計(jì)，日雨量≥50 mm的暴雨主要出現(xiàn)在每年的7—8月份，平均每年0.53次，最大降水量為106.2 mm，出現(xiàn)在1981年7月8日。1953—2008年降水量均≥50 mm。

1.2 干旱

干旱是指因長期少雨或無雨，使土壤缺水、空氣干燥的氣候現(xiàn)象。一般來說，春旱出現(xiàn)在春季，伏旱（夏旱）出現(xiàn)在7月中下旬—8月上中旬，秋旱出現(xiàn)在8月下旬—10月。如果伏旱和秋旱接著出現(xiàn)，就稱為伏秋連旱。

前郭縣的干旱主要發(fā)生于春、夏、秋季節(jié)，春旱較為普遍，中等以上的伏旱或秋旱，基本上為每2～3年1遇。前郭縣干旱有如下特點(diǎn)：春旱發(fā)生概率最多，有“十年九旱”之說，秋旱的發(fā)生頻率多于伏旱。

1.3 冰雹

冰雹是積雨云強(qiáng)烈發(fā)展形成的冰雹云中的一種固體降水物。冰雹出現(xiàn)路徑有一定的規(guī)律性，前郭縣主要有4條冰雹路徑：第一條是正南正北走向的雹線；第二條是西北走向的雹線；第三條是偏西走向的雹線；第四條是西南走向的雹線。近些年，由于氣候不定性因素的增加，每年降雹次數(shù)也有所增加，危害程度也逐漸加重。

1.4 雷暴

雷暴是指積雨云中發(fā)生的激烈的放電現(xiàn)象，一般伴隨陣雨、大風(fēng)、冰雹、龍卷等現(xiàn)象。如果建筑物、電子設(shè)備、樹木或人畜被雷電擊中，就會造成建筑物、電子設(shè)備、樹木的破壞或人畜的傷亡，稱為“雷擊”。前郭縣的年平均雷暴日數(shù)為35 d，最多時(shí)達(dá)到48 d，且近年雷暴日數(shù)有逐年上升趨勢，每年的6—8月是雷暴的多發(fā)月份，占全年總雷暴日的77.5%，每天的雷電多發(fā)于午后到傍晚。

1.5 低溫凍害

低溫凍害是指農(nóng)作物、生態(tài)農(nóng)業(yè)或經(jīng)濟(jì)林果生長期間出現(xiàn)較長時(shí)期低于作物生育要求的臨界溫度而導(dǎo)致的損害，包括低溫寒潮、冰凍、霜凍、春秋季低溫連陰雨和寒露風(fēng)等，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活都有重大影響。

前郭縣的低溫凍害主要出現(xiàn)在春季、初夏和秋季，也就是每年的4月—6月初、9—10月，這時(shí)也是前郭縣一年中春夏和秋冬季節(jié)交換時(shí)節(jié)，日最低氣溫常常會降到-2 ℃以下，霜凍或冰凍天氣較為頻繁。另外，這一時(shí)期冷空氣活動頻繁，還經(jīng)常會帶來寒潮、雨雪交加、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣。

1.6 大風(fēng)

風(fēng)的產(chǎn)生是由于氣壓分布不均勻而造成的空氣流動，氣壓差越大，風(fēng)速越強(qiáng)。根據(jù)風(fēng)力大小，通常分為0～12級。根據(jù)氣象概念的規(guī)定，當(dāng)風(fēng)力達(dá)到8級或以上（即風(fēng)速≥17.0 m/s）時(shí)，觀測日當(dāng)天可被定義為大風(fēng)日。

大風(fēng)也是前郭縣的災(zāi)害性天氣之一，一年四季均有發(fā)生，據(jù)前郭縣1986—2011年氣象資料統(tǒng)計(jì)，全縣累計(jì)8級以上大風(fēng)130次。單純的大風(fēng)天氣一般多出現(xiàn)在3—4月份，而伴隨暴雨、冰雹、沙塵的大風(fēng)災(zāi)害多出現(xiàn)在6—9月。

2 農(nóng)業(yè)氣候資源變化對玉米產(chǎn)量的影響

2.1 玉米生育期對農(nóng)業(yè)氣象的要求

前郭縣玉米種植面積大，其中主要以春玉米為主。當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)氣象資源對當(dāng)?shù)卮河衩椎纳L發(fā)育有著至關(guān)重要的影響。玉米是一種對熱量和光照要求比較高的糧食作物。玉米不同生長階段所對應(yīng)的溫度需求如表1所示。

從表1可以看出，在玉米的營養(yǎng)生長階段，發(fā)芽所需的最低溫度為8～10 ℃，適溫18～20 ℃，最高溫度可達(dá)35 ℃，但是在育秧期間最低氣溫不能低于8～10 ℃，否則可能會導(dǎo)致粉種。在幼苗期間，短時(shí)的氣溫＜-1 ℃時(shí)，會造成幼苗受傷；＜-2 ℃時(shí)，會導(dǎo)致幼苗死亡。在拔節(jié)～孕穗期適宜溫度是24～26 ℃，下限溫度為24 ℃，最高溫度為36 ℃。當(dāng)最低溫度＜24 ℃時(shí)，玉米的生長速度會變得緩慢。而在抽穗開花期，玉米的適宜溫度是25～28 ℃，最高溫度為35 ℃，最低溫度為18 ℃。當(dāng)氣溫高于35 ℃時(shí)，空氣相對濕度＜50%，容易造成捂包或花絲的枯萎。氣溫＜24 ℃不利于玉米植株抽雄，也會造成授粉不良。玉米灌漿成熟期所適宜的溫度在21～24 ℃，其中最低溫度為17 ℃，最高溫度為30 ℃。若氣溫為25～30 ℃，玉米植株的呼吸消耗會增強(qiáng)，使得功能葉片老化加快，導(dǎo)致籽粒灌漿不足。

由表2可知，在玉米營養(yǎng)生長期，通常需要500～600 mm的水量。在玉米的播種—出苗期水分需求為200 mm左右，大概占總需水量的30%；出苗—拔節(jié)期的水分需求量約為120 mm，大概占總需水量的18%；玉米拔節(jié)期后，是水分需求最大的階段，水分需求量約為300 mm，占總需水量的50%～60%；到了灌漿期，需水量減少，大約為100 mm，占總需水量的15%。

2.2 前郭縣玉米線性趨勢產(chǎn)量模型

近55年來，前郭縣玉米實(shí)際單產(chǎn)在波動中上升，尤其是20世紀(jì)80年代中后期以后，玉米的實(shí)際單產(chǎn)呈顯著上升；而80年代以前，玉米產(chǎn)量的波動不大（圖1），原因可能為當(dāng)時(shí)的玉米產(chǎn)量主要受農(nóng)業(yè)技術(shù)生產(chǎn)力影響，受氣象因子的影響較小。隨著全球氣候變暖，玉米實(shí)際產(chǎn)量受氣候變化的影響越來越大。

為了更好地分析前郭縣玉米產(chǎn)量的變化趨勢，以及其與氣候資源的變化之間的關(guān)系，剖析影響玉米產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃樱x取80年代中期以后，即1985—2015年作為趨勢和相關(guān)分析時(shí)段（圖2）。從圖中可以看出，前郭縣近31年的實(shí)際玉米單產(chǎn)在波動中上升，上升率為186.73 kg/hm2。

對1985—2015年前郭縣玉米的實(shí)際單產(chǎn)量進(jìn)行線性趨勢擬合，近31年前郭縣的實(shí)際玉米單產(chǎn)的線性趨勢如下公式所示。

y=186.73x+4685.7（1）

式（1）中，y為粳稻的趨勢產(chǎn)量，單位是kg/hm2，x為年份。

2.3 氣候資源變化對玉米產(chǎn)量的影響

玉米是一種對光照和熱量要求較高的作物，光照和熱量的不足會影響其產(chǎn)量、品質(zhì)。研究表明，玉米對溫度變化的反映比較敏感，光照資源豐富的地區(qū)適宜種植玉米[3]。同時(shí)，資料表明，適合玉米生長的外界溫度為10～25 ℃，若玉米種植期間溫度＞35 ℃，大氣中的相對濕度會偏低，不利于玉米的花粉授粉，容易影響玉米的生長[4]。

此外，玉米生長過程中，水分也是影響玉米產(chǎn)量的一個(gè)重要因素。玉米的產(chǎn)量越高，所需要的水分就會越多。因此，深入了解前郭縣農(nóng)業(yè)氣候資源的變化與實(shí)際玉米產(chǎn)量之間的關(guān)系，有助于實(shí)現(xiàn)玉米種植的高產(chǎn)高效。

根據(jù)1985—2015年前郭縣玉米產(chǎn)量以及玉米生長季期間內(nèi)的溫度、降水、日照、積溫等氣象要素資料，分析上述因素與玉米產(chǎn)量之間的關(guān)系。根據(jù)表3的相關(guān)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量與5—9月降水量、日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性最好，與≥10 ℃積溫和平均氣溫的相關(guān)性也較好，相關(guān)系數(shù)均通過了顯著性檢驗(yàn)，其中玉米產(chǎn)量與降水量的正相關(guān)系數(shù)最大，系數(shù)為0.49。玉米產(chǎn)量與日照時(shí)數(shù)的負(fù)相關(guān)最大，相關(guān)系數(shù)為-0.45，通過了95%的顯著性檢驗(yàn)。

表3數(shù)據(jù)表明，玉米產(chǎn)量與降水量呈顯著的正相關(guān)；玉米產(chǎn)量與5—9月的日照時(shí)數(shù)呈顯著的負(fù)相關(guān)；玉米產(chǎn)量與平均氣溫和≥10 ℃積溫的相關(guān)性顯著；玉米產(chǎn)量與5—9月最高氣溫和最低氣溫的相關(guān)性不顯著。

2.4 前郭縣玉米產(chǎn)量預(yù)測模型

根據(jù)上述對玉米產(chǎn)量與其生長發(fā)育階段內(nèi)的農(nóng)業(yè)氣候資源的關(guān)系，建立前郭縣玉米產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型，選取1985—2015年玉米生長季內(nèi)對玉米產(chǎn)量有顯著影響的氣象因子，即降水量、日照時(shí)數(shù)、≥10 ℃積溫和平均氣溫作為預(yù)報(bào)因子，對玉米產(chǎn)量做多元線性回歸分析，最終獲得玉米產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型：

y=8.59R-10.01SH-6.34AT+5.9T+3852.126（2）

式（2）中，R為玉米生長季內(nèi)的降水量，單位為mm；SH為玉米生長季內(nèi)的日照時(shí)數(shù)，單位為h；AT為玉米生長季內(nèi)的≥10 ℃積溫，單位為℃·d，T為玉米生長季內(nèi)的平均氣溫，單位為℃。

3 結(jié)論

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增長，氣候變化已成為當(dāng)今科學(xué)界、各國政府和社會公眾普遍關(guān)注的環(huán)境問題之一。氣候變化背景下，高溫?zé)崂恕?qiáng)降水、低溫冷害、干旱等極端天氣氣候事件的頻繁發(fā)生會給世界各國帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和難以估量的社會問題。前郭縣被評為“國家級現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)”和“全國農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范縣”，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在其經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占據(jù)著重要的地位，深入研究和認(rèn)識當(dāng)?shù)貧夂蜃兓?guī)律有利于提高前郭縣農(nóng)業(yè)水平，加快當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展速度。

參考文獻(xiàn)

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[3] 邢榮平.我國玉米種植區(qū)分布的氣候適宜性分析[J].中國農(nóng)業(yè)信息，2017（7）：48-49.

[4] 王磊.氣候變化對我國玉米種植區(qū)域劃分的影響[D].長春：吉林大學(xué)，2015.