气候变化背景下东北地区春玉米生育期变化分析

来源:用户上传      作者:淮贺举 孙宁 于景鑫 李存军 张骞 王艾萌 史磊刚

　　摘要： 春玉米是东北地区主要作物，研究气候变化背景下春玉米生育期的变化具有重要意义。利用东北玉米种植区内39个农业气象试验站1981—2012年的物候期观测记录数据，系统分析1981—1999年和2000—2012年春玉米播种、拔节、开花、成熟等关键物候期以及营养生长期、营养生长与生殖生长并进期、生殖生长期及全生育期长度的变化特征。结果表明，与1981—1999年相比，2000—2012年东北地区春玉米平均播种期日序差的范围为-10～9 d，推迟站点占32.5%;平均拔节期日序差的范围为-8～9 d，推迟站点占42.5%;平均开花期日序差的范围为-6～6 d，推迟站点占62.5%;平均成熟期日序差的范围为-8～9 d，推迟站点占32.5%。营养生长期长度差范围分别是-23～16 d，增长的站点占57.5%;并进期长度差范围是-17～8.5 d，增长的站点占40%，生殖生长期长度差的范围为-8～21 d，增长的站点占75%;全生育期长度差范围是-19～15 d，增长的站点占55%。
　　关键词： 气候变化;东北地区;春玉米;生育期;物候期
　　中图分类号： S513.04;S162.5+3  文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2020）05-0080-04
　　气候变暖已成为不争的事实，温度升高对人类赖以生存的农业生产产生了重要影响[1-7]。作物生育期是其随着季节性环境变化而形成的生长发育节律，能够客观地反映作物对气候变化的响应和适应，研究气候变化对作物生育期的影响具有重要意义[8-13]。
　　东北地区是我国气候变暖最明显的地区，玉米是东北地区最重要的作物，围绕气候变化对东北地区作物生育期的影响，国内的专家学者做了大量的工作[14-16]。张建平等利用气候模型BBC-T63输出的未来60年气象资料，通过WOFOST作物模型模拟研究发现，未来气候变化情景下我国东北地区玉米生育期将缩短，玉米产量会相应下降[17]。王玉莹等利用2002—2009年国家东北早熟春玉米品种区域试验中对照品种生育期、产量和气候资料等相关数据，分析了气候变暖对东北早熟春玉米生产及育种的影响[18]。陈群等认为，近20年黑龙江省玉米平均播种提前，而吉林省、辽宁省推迟，东北三省玉米平均成熟日期推迟，平均生育期时间增加[19]。刘月娥研究发现，玉米各生育阶段（播种出苗、出苗吐丝和吐丝成熟）的生育期长短随着纬度的北移发生了显著的变化，随着纬度的北移，玉米营养生长期的长度显著增加，而生殖生长期的长度显著降低[20]。穆佳等认为春玉米关键发育期均有延后趋势，大部分地区春玉米生长前期（播种期―抽雄期）日数减少，生长后期（抽雄期—成熟期）日数增加，全生育期日数增加[21]。Li等研究发现，东北地区41.5%站点的玉米播期与抽穗期显著提前，43.4%站点的玉米成熟期推迟，30%站点的玉米营养生长期、生殖生长期观测结果显示区域内玉米物候期均出现了不同程度的变化响应[22]。
　　本研究利用1981—2012年期间东北地区玉米种植区39个农业气象试验站点的物候期观测记录，系统对比1981—1999年与2000—2012年春玉米播种、拔节、开花、成熟关键物候期，以及营养生长期、营养生长与生殖生长并进期、生殖生长期及全生育期长度，以期完善基于气象数据的东北地区春玉米生育期变化研究，为制定未来气候变化条件下作物种植的适应策略提供支撑。
　　1 资料与方法
　　1.1 研究区域概况
　　本研究中的东北地区主要指辽宁、吉林、黑龙江等3个省，属温带半湿润半干旱气候带，冬季低温干燥，夏季较温暖湿润，年平均气温一般在-5～10 ℃之间，≥10 ℃积温在2 000～3 600 ℃·d之间，全年降水量为500～800 mm，其中60%集中在7—9月，雨热同季，日照充足，适宜玉米生长发育，是我国春播玉米的主要产区。东北三省面积为79.18万km2，其中耕地面积为26.44万km2，约占全国耕地总面积的16.5%，是我国第一大玉米产区，玉米种植面积和总产量分别约占全国玉米总播种面积和总产量的30%、33.8%。
　　1.2 数据来源
　　春玉米物候期观测数据来自中国气象局中国农作物生长发育和农田土壤湿度旬值数据集，包括1981—2012年东北三省春玉米种植区内39个农业气象站播种、拔节、开花和成熟的具体日期。农业气象站点分布如图1所示。
　　1.3 研究方法
　　1.3.1 物候期日序 物候观测选用农业气象站记录的播种、拔节、开花和成熟日期，并将记录日期转换为儒历日（day of one year，DOY）。
　　1.3.2 生育阶段划分 本研究将春玉米生育期划分为营养生长期（从播种到拔节）、营养生长与生殖生长并进期（简称并进期，从拔节到开花）、生殖生长期（从开花到成熟）3个阶段。
　　1.3.3 数据的统计分析和空间表达 基于Excel软件对相关数据进行分析处理，采用ArcGIS 10.0软件对东北地区春玉米的物候期日期、生育期长度进行空间表达。
　　2 结果与分析
　　2.1 东北地区春玉米平均物候期空间分布
　　从图2可以看出，东北地区春玉米物候在空间分布上存在较大差异，整体表现为纬度越高，物候期越迟，同时受地形影响，平原地区的物候期要早于山地丘陵区。其中，1981—1999年东北地区春玉米平均播种期、拔节期、开花期及成熟期日序的變化范围分别为108～142、168～192、195～222、240～275 d，2000—2012年东北地区春玉米平均播种期、拔节期、开花期及成熟期日序的变化范围分别为112～139、159～194、184～217、240～277 d。
　　 从图3可以看出，与1981—1999年相比，2000—2012年东北地区春玉米平均播种期日序差的范围为-10～9 d，多数为-5～5 d，推迟的站点占32.5%;平均拔节期日序差的范围为 -8～9 d，多数为-5～5 d，推迟的站点占42.5%;平均开花期日序差的范围为-6～6 d，推迟的站点占62.5%;平均成熟期日序差的范围为 -8～9 d，多数为-5～0 d，推迟的站点占32.5%。 　　2.2 东北地区春玉米生育阶段长度空间分布
　　从图4可以看出，东北地区春玉米各生育阶段长度的空间分布差异不明显，1981—1999年营养生长期、并进期、生殖生长期及全生育期长度的范围分别为40～73、17～35、45～62、115～156 d。2000—2012年营养生长期、并进期、生殖生长期及全生育期长度的范围分别为41～73、13～33、47～67、119～152 d。
　　 從图5可以看出，与1981—1999年相比，2000—2012年东北地区春玉米营养生长期长度差范围是-23～16 d，增长的站点占57.5%;并进期长度差范围是-17～8.5 d，增长的站点占40%;生殖生长期长度差的范围为-8～21 d，增长的站点占75%;全生育期长度差范围是-19～15 d，增长的站点占55%。
　　3 讨论与结论
　　1981—1999年东北地区春玉米平均播种期、拔节期、开花期及成熟期日序的变化范围分别为 108～142、168～192、195～222、240～275 d，2000—2012年的分别为112～139、159～194、184～217、240～277 d。1981—1999年营养生长期、并进期、生殖生长期及全生育期长度的范围分别为 40～73、17～35、45～62、115～156 d，2000—2012年的分别为41～73、13～33、47～67、119～152 d。
　　 与1981—1999年相比，2000—2012年东北地区春玉米平均播种期日序差的范围为-10～9 d，多数为-5～5 d，推迟的站点占32.5%;平均拔节期日序差的范围为-8～9 d，多数为-5～5 d，推迟的站点占42.5%;平均开花期日序差的范围为-6～6 d，推迟的站点占62.5%;平均成熟期日序差的范围为-8～9 d，多数为-5～0 d，推迟的站点占32.5%。
　　与1981—1999年相比，2000—2012年东北地区春玉米营养生长期长度差范围是-23～16 d，增长的站点占57.5%;并进期长度差范围是 -17～8.5 d，增长的站点占40%，生殖生长期长度差的范围为-8～5 d，增长的站点占75%;全生育期长度差范围是-19～15 d，增长的站点占55%。
　　作物生育期的变化是作物本身生理过程和环境条件综合作用的结果[15]。温度、光周期、日照时数、光辐射和降雨等气候条件是影响玉米生长及生育期进程的主要因素，其中温度和光周期是影响玉米生长发育的最主要因素[20]。生育期以及生育阶段长度的变化是作物被动适应气候变化的过程[23-26]，随着热量资源的不断增加，东北地区玉米播种范围不断扩大，种植面积稳步增加，在生产中更应该通过作物品种、农艺措施、种植制度的变化来主动适应气候变化。
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　　收 稿日期：2019-02-20
　　基金项目：国家重点研发计划（编号：2016YFD0300201）。
　　作者简介：淮贺举（1983—），男，河北沙河人，博士研究生，助理研究员，主要从事耕作制度与农业信息化研究。E-mail：huaihj@nercita.org.cn。
　　通信作者：史磊刚，博士，高级农艺师，主要从事数字农作制研究。E-mail：shilg@nercita.org.cn。
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