基于當(dāng)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(xué)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(yè)原料作物[1]。中國東北是中國玉米的主產(chǎn)區(qū)，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(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，因此有必要科學(xué)的管理玉米生產(chǎn)。玉米葉齡施肥技術(shù)是對玉米精準(zhǔn)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(chǎn)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(guān)系的研究，并通過氣象條件預(yù)測葉齡，能讓生產(chǎn)者提前知道葉齡，提前做好施肥等工作，也可預(yù)測穗分化，對提高玉米的產(chǎn)量有重要意義[6-7]。

關(guān)于玉米葉生長動態(tài)國內(nèi)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(shù)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(dāng)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(xiàn)在對于一個生物體來說，存在生理學(xué)上限和下限溫度指標(biāo)，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(dāng)量積溫正是基于生物學(xué)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(dāng)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(dāng)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(xué)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(nóng)氣觀測站、吉林省梨樹縣農(nóng)氣觀測站和吉林省榆樹市農(nóng)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(shè)計黑龍江省佳木斯農(nóng)氣站試驗田、吉林省榆樹農(nóng)氣站和梨樹站試驗田。每個試驗點要求整個試驗區(qū)域長80 m（壟向），寬37.2 m（62 根壟），約3000 m2。每個播種期設(shè)定4個重復(fù)小區(qū)。其中3個小區(qū)每個小區(qū)大小為壟長10 m×10 根壟(10×0.6 m=6 m)，一個小區(qū)大小為壟長10 m×20 根壟(20×0.6 m=12 m)。施肥按當(dāng)?shù)卮筇锲毡闃?biāo)準(zhǔn)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(yán)格按照中國氣象局1993 年出版的農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)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(nóng)氣站、梨樹農(nóng)氣站和榆樹農(nóng)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(tǒng)計分析日當(dāng)量積溫和當(dāng)量積溫計算和葉齡模型建立采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析。

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

式(1)中θi為日當(dāng)量積溫，ti為日平均氣溫，α(ti)為對應(yīng)的日當(dāng)量溫度系數(shù)，i為日期序號標(biāo)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(shù)。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(nóng)作物各生育時段的逐日當(dāng)量溫度θi，再將逐日當(dāng)量溫度類似于活動積溫累計，即可得到當(dāng)量積溫。

2 結(jié)果與分析

2.1 春玉米當(dāng)量積溫參數(shù)確定

根據(jù)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(nóng)業(yè)氣象觀測發(fā)育期、葉齡等資料綜合分析：P和Q為經(jīng)驗參數(shù)，取P等于1.65，Q等于1.25，建立吉林省春玉米當(dāng)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(jù)式(7)～(9)確定T0=27℃，K=2646.5。

2.2 試驗過程中出現(xiàn)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(fēng)“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(chǎn)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(dǎo)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(fā)生大范圍的干旱，也沒有發(fā)生低溫冷害。

2.3 葉齡模型的建立與分析

經(jīng)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(shù)據(jù)與對應(yīng)的當(dāng)量積溫累加值相關(guān)分析，得到葉齡生長與當(dāng)量積溫具有很好的相關(guān)性，決定系數(shù)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(jié)果與實際結(jié)果的向系數(shù)R=0.9952，SignificanceF=1.6282E-165＜0.0001，故可以認(rèn)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(jié)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(dāng)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(guān)系不大。

3 結(jié)論與討論

通過上述研究，得出春玉米葉齡與當(dāng)量積溫有很好的線性關(guān)系，從已有的試驗結(jié)果可以應(yīng)用在黑龍江和吉林地區(qū)采用該方法模擬或預(yù)測春玉米葉齡生長。要應(yīng)用于其他地區(qū)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(fā)育期內(nèi)未出現(xiàn)干旱的情況，因此該成果能否應(yīng)用在春玉米生長季發(fā)生干旱的情況，還需要進一步驗證。經(jīng)驗參數(shù)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(jù)天氣預(yù)報，模擬預(yù)測未來春玉米葉齡生長情況。