玉米苗期凍害對(duì)生育期和產(chǎn)量影響分析

馬鳳蓮 李春強(qiáng) 王淑蘭 宋喜軍 徐雅靜

摘要：針對(duì)河北省圍場(chǎng)縣出現(xiàn)的一次春季霜凍災(zāi)害過(guò)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(zhǎng)情況，找出玉米苗期凍害的溫度指標(biāo)。利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、對(duì)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(cè)定結(jié)果，綜合分析了苗期玉米凍害對(duì)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(shí)間達(dá)4h，使玉米葉片受凍顯著，但其生長(zhǎng)點(diǎn)尚未凍死，后期可以緩慢恢復(fù)生長(zhǎng)，但致使發(fā)育期推遲；在升溫期中的突然降溫對(duì)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，嚴(yán)重影響個(gè)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(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響顯著，更須加強(qiáng)低溫對(duì)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(hào)：P49

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

論文編號(hào)：casb14110112

0引言

近年來(lái)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(lái)越多地引起人們的關(guān)注。任福民等、唐紅玉等對(duì)1951年以來(lái)中國(guó)極端氣溫的變率及變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析。李春強(qiáng)等、劉學(xué)鋒等分析了河北省近年來(lái)極端氣溫的變化特征。而農(nóng)業(yè)是對(duì)氣候變化最敏感的部門之一，強(qiáng)寒潮天氣、短時(shí)間劇烈降溫等引發(fā)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害在全國(guó)各地時(shí)有發(fā)生。第二次氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告指出，如果不考慮技術(shù)進(jìn)步作用，據(jù)估測(cè)由于氣候變化，未來(lái)20-30年中國(guó)三大糧食作物產(chǎn)量將下降約5%-10%，針對(duì)極端天氣對(duì)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(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃工作。農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害中春霜凍對(duì)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(duì)霜凍的時(shí)空演變趨勢(shì)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(guó)玉米霜凍害發(fā)生的時(shí)空分布時(shí)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(lái)春霜凍發(fā)生的頻次要多于秋霜凍。楊建功等對(duì)寧夏春霜凍玉米進(jìn)行跟蹤測(cè)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(zhǎng)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(lái)源于田間實(shí)驗(yàn)，本研究通過(guò)對(duì)一次典型春霜凍實(shí)例，在自然環(huán)境下對(duì)苗期受凍害影響玉米進(jìn)行全生育期跟蹤調(diào)查、觀測(cè)，對(duì)比分析整個(gè)生育期的溫度條件，以探索氣候變暖背景下低溫凍害對(duì)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(lái)源與研究區(qū)域概況

1.1資料來(lái)源及方法

所用氣溫資料來(lái)自河北省圍場(chǎng)縣氣象局觀測(cè)站數(shù)據(jù)及圍場(chǎng)縣銀窩溝鄉(xiāng)兩要素（氣溫、降水）自動(dòng)觀測(cè)站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，作物生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量資料來(lái)自于田間實(shí)地調(diào)查、測(cè)定及圍場(chǎng)縣農(nóng)牧局當(dāng)年測(cè)產(chǎn)數(shù)據(jù)。 氣溫?cái)?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(duì)資料的均一性進(jìn)行了檢驗(yàn)。本研究分別以圍場(chǎng)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(jì)分析方法，對(duì)2013年受凍害影響地的平均氣溫、極端氣溫、積溫等要素分時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析。

1.2研究區(qū)域概況

圍場(chǎng)縣位于河北省北部，地處內(nèi)蒙古高原與冀北山地的過(guò)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(gè)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(zhǎng)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(chǎng)縣氣象觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析。

2結(jié)果與分析

2.1凍害發(fā)生后玉米生長(zhǎng)發(fā)育狀況

2.1.1恢復(fù)生長(zhǎng)情況描述 凍害發(fā)生時(shí)，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(yáng)出來(lái)后慢慢萎蔫，倒垂。5月21日田間實(shí)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(zhǎng)點(diǎn)未見異常。

6月6日田間調(diào)查結(jié)果顯示，玉米生長(zhǎng)點(diǎn)未受凍的植株緩苗后發(fā)育期處于三葉期，長(zhǎng)勢(shì)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(duì)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(cè)指標(biāo)對(duì)比（觀測(cè)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(zhǎng)、果穗粗2項(xiàng)指標(biāo)差異略小，但從玉米籽粒外觀來(lái)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(zhǎng)。2013年圍場(chǎng)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(shí)（4月21日-5月20日）銀窩溝與圍場(chǎng)縣氣象觀測(cè)站逐日平均氣溫（T）、最高氣溫（T_g）和最低氣溫（T_d）對(duì)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(chǎng)縣數(shù)值，但二者的變化趨勢(shì)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(chǎng)縣。

2.2.2凍害發(fā)生日逐時(shí)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(shí)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(diǎn)氣溫為-2.6℃，極端最低氣溫為-3.3℃，低于O℃的持續(xù)時(shí)間為4h，低于O℃時(shí)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(dòng)。

從以上氣溫資料分析來(lái)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(shí)間較長(zhǎng)。

2.2.3凍害之后溫度條件變化 分別將圍場(chǎng)縣、銀窩溝2008至4月21日-2012年9月20日5年氣溫觀測(cè)資料平均值作為常年值，與未受凍地（圍場(chǎng)）和受凍地（銀窩溝）2013年數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(chǎng)常年值與銀窩溝常年值在作物整個(gè)發(fā)育期的變化趨勢(shì)是一致的，銀窩溝各時(shí)段平均氣溫均低于圍場(chǎng)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(chǎng)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(shí)段的積溫情況，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，2013年圍場(chǎng)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(duì)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(zhǎng)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(wú)關(guān)，而與5月20日凍害直接相關(guān)。

3結(jié)論與討論

通過(guò)對(duì)受凍害玉米的跟蹤調(diào)查、對(duì)比觀測(cè)，以及對(duì)受災(zāi)地點(diǎn)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(shí)間達(dá)4h，玉米葉片受到嚴(yán)重凍害，但生長(zhǎng)點(diǎn)尚未凍死，在氣溫回升之后玉米仍可以緩慢恢復(fù)生長(zhǎng)。

（2）受凍害后恢復(fù)生長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)，并嚴(yán)重影響個(gè)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(zhǎng)，但會(huì)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(shí)，有條件的農(nóng)戶盡可能提早翻種生長(zhǎng)期短的作物，以保證作物生長(zhǎng)后期不受初霜凍的影響。

近年來(lái)，春季氣溫多變，特別是高低溫出現(xiàn)異常，會(huì)對(duì)作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育有較明顯的影響。本研究?jī)H通過(guò)一次局地降溫天氣過(guò)程，分析總結(jié)的苗期玉米凍害指標(biāo)及定性凍害對(duì)作物后期恢復(fù)生長(zhǎng)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(qiáng)氣象災(zāi)害實(shí)況資料的積累和對(duì)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(zhǎng)早期的溫度突變和溫度異常對(duì)其影響較大，且發(fā)生凍害的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加，在生產(chǎn)中急需引起注意。