李筱楊，朱克云*，范廣洲，李建平

(1.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，高原氣象與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610225；2.吉林省氣象局，長春 130000)

吉林省春玉米生長期干旱指標(biāo)研究

李筱楊1，朱克云1*，范廣洲1，李建平2

(1.成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，高原氣象與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610225；2.吉林省氣象局，長春 130000)

【目的】通過確定春玉米干旱指標(biāo)為吉林省春玉米防災(zāi)減災(zāi)對策和措施的制定提供參考和氣象依據(jù)?！痉椒ā炕诩质〈河衩字饕N植區(qū)(公主嶺、農(nóng)安、榆樹)的歷史氣象資料，利用平行分析法分析當(dāng)?shù)卮河衩追N植氣候條件的適應(yīng)性；采用三次多項(xiàng)式擬合模擬趨勢產(chǎn)量，從而分離出氣象產(chǎn)量；分析相對氣象產(chǎn)量與發(fā)育期各旬降水量的Pearson相關(guān)性；利用降水量、降水負(fù)距平、干燥度3個(gè)指標(biāo)構(gòu)建了春玉米干旱指標(biāo)；引入干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估?！窘Y(jié)果】①春玉米全生育期中，除乳熟-成熟期的溫度條件略低外，其余光熱條件基本能滿足各發(fā)育期的要求，影響產(chǎn)量的主要因子是降水條件；②通過對豐歉年降水量的對比得到三地春玉米各發(fā)育期平均降水量干旱指標(biāo)：出苗-拔節(jié)期為<112.8mm；拔節(jié)-抽雄期為<102.9mm；抽雄-乳熟期為<139.6mm；乳熟-成熟期為<32.2mm；③以降水負(fù)距平和干燥度為指標(biāo)，由減產(chǎn)率得到三地春玉米全生育期輕旱、中旱、重旱、特旱的的干旱指標(biāo)；④以干燥度為指標(biāo)，得到各發(fā)育期輕旱、中旱、重旱、特旱的干旱指標(biāo)；⑤公主嶺遭受干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，農(nóng)安風(fēng)險(xiǎn)較低，榆樹的干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)介于公主嶺和農(nóng)安之間?！窘Y(jié)論】根據(jù)干旱指標(biāo)及當(dāng)?shù)鼐唧w情況，農(nóng)業(yè)部門可以制定有針對性的應(yīng)對干旱措施，從而提高玉米的產(chǎn)量及質(zhì)量。

吉林省；春玉米；干旱指標(biāo)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

玉米是禾本科作物，全生育期中的主要發(fā)育期處在較高溫度時(shí)期，又是需水量較多的時(shí)期，因此玉米產(chǎn)量的高低與大氣降水、土壤水分條件有密切的關(guān)系。因此，干旱缺水對玉米的生長發(fā)育形態(tài)特征、生理生化及產(chǎn)量品質(zhì)均有一定影響，導(dǎo)致多數(shù)產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量不穩(wěn)不高。

我國是世界上玉米主要生產(chǎn)國之一，大部分地區(qū)氣候條件都適于玉米生長發(fā)育[1]。其中吉林玉米帶被稱為“世界三大黃金玉米帶”之一，是重要的玉米商品糧基地和工業(yè)加工原料基地，對我國糧食問題具有舉足輕重的作用。但吉林省由于降水時(shí)空分布不均勻，極易發(fā)生季節(jié)性干旱。因此，吉林省的干旱從春播作物開始播種的4月持續(xù)到5月或是6月，夏季干旱一般出現(xiàn)于7-8月。個(gè)別年份春旱連接著夏旱，則影響更為嚴(yán)重[2]。

干旱一般可使玉米減產(chǎn)兩到三成，是影響玉米生產(chǎn)的重要因素。干旱威脅到玉米的生長發(fā)育從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降，由于玉米不同發(fā)育期對水分的需求量不同，因而不同時(shí)期干旱對生產(chǎn)的影響會(huì)有較大差異[3]。鮑巨松等[4]研究表明，水分脅迫對玉米生長起抑制作用的關(guān)鍵時(shí)期是抽雄期前后。白莉萍等[5]研究表明，干旱脅迫對于發(fā)育前期營養(yǎng)生長階段和生殖階段的玉米高度影響存在明顯差異。孫鳳華等[6]認(rèn)為，20世紀(jì)以來，吉林省氣候開始呈現(xiàn)出暖干化趨勢，干旱災(zāi)害頻發(fā)，玉米干旱的預(yù)防以及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對于保障作物生產(chǎn)安全至關(guān)重要。

為了有效躲避、預(yù)防農(nóng)業(yè)干旱，國內(nèi)外科學(xué)工作者開展了一系列研究，利用干旱指標(biāo)進(jìn)行農(nóng)業(yè)干旱研究和旱情評(píng)價(jià)[7-10]。目前的農(nóng)業(yè)干旱指數(shù)較多，這些指數(shù)既有單指標(biāo)，又有復(fù)合指標(biāo)[11-13]，然而有些指數(shù)計(jì)算復(fù)雜或所需的數(shù)據(jù)不易獲取，應(yīng)用受到一定程度的限制，另一方面每種指數(shù)均存在一定的局限性，因而不一定適于評(píng)價(jià)吉林省干旱對春玉米的影響?；谝陨峡紤]，本文在選擇干旱指數(shù)時(shí)同時(shí)考慮了降水量、降水負(fù)距平、干燥度，分析比較以上3種指數(shù)對吉林春玉米干旱的適用性，并在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行干旱風(fēng)險(xiǎn)分析，為今后該地區(qū)春玉米防災(zāi)減災(zāi)對策和措施的制定提供參考和依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 資料來源

本文采用的氣象資料包括吉林省公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地1993-2014年每日平均溫度、降水量以及1993-2013年每日日照時(shí)數(shù)；產(chǎn)量資料包括1949-2012年每年玉米播種面積、單位面積產(chǎn)量；發(fā)育期資料為吉林中部玉米種植區(qū)多年平均播種、出苗、拔節(jié)、抽雄、乳熟、成熟日期，以上資料均由吉林省氣象局農(nóng)氣中心提供。

1.2 研究方法

利用平行分析法探討當(dāng)?shù)卮河衩追N植氣候條件的適應(yīng)性；將作物產(chǎn)量分解為趨勢產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量，采用三次多項(xiàng)式擬合模擬趨勢產(chǎn)量，從而分離出氣象產(chǎn)量；分析相對氣象產(chǎn)量與發(fā)育期各旬降水量的Pearson相關(guān)性；利用降水量、降水負(fù)距平、干燥度構(gòu)建了春玉米干旱指標(biāo)；引入干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1.2.1 產(chǎn)量分離

將氣象產(chǎn)量從玉米單位面積產(chǎn)量中準(zhǔn)確地分離出來是本文研究的關(guān)鍵步驟。依據(jù)環(huán)境因素的偶然性及人類活動(dòng)的漸進(jìn)性與相對穩(wěn)定性的特點(diǎn)，認(rèn)為玉米產(chǎn)量由趨勢產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量和隨機(jī)產(chǎn)量構(gòu)成，隨機(jī)產(chǎn)量一般可以忽略不計(jì)。玉米產(chǎn)量的分解可用公式表示如下：

其中，Y為實(shí)際產(chǎn)量，Yt為趨勢產(chǎn)量，Ym為氣象產(chǎn)量。

1.2.2 相對氣象產(chǎn)量

由于生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，使得糧食產(chǎn)量的水平不斷提高，氣象產(chǎn)量的變化也在不斷變大，前后期不具備時(shí)序的可比性，因此將產(chǎn)量做如下變換：

式中，Ym'為相對氣象產(chǎn)量(單位：1％)，Yt、Ym分別為趨勢產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量(單位：kg/hm2)，相對氣象產(chǎn)量為負(fù)值時(shí)表示減產(chǎn)率[14]。

1.2.3 降水負(fù)距平

以氣候降水量為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)干旱指標(biāo)是目前研究大區(qū)域農(nóng)業(yè)干旱應(yīng)用最為廣泛的指標(biāo)，其中最常用是降水負(fù)距平D，表達(dá)式為：

式中，Ri為逐年降水量，R為多年平均降水量。D為負(fù)值時(shí)，表示降水負(fù)距平[15]。

1.2.4 干燥度

干燥度是張寶堃、朱崗昆以謝良尼諾夫的水熱系數(shù)[16]為依據(jù)，修訂了大于10℃的積溫與同期降水量之比的計(jì)算公式，將分子與分母作了互換獲得；根據(jù)我國氣候及地理景觀確定系數(shù)為0.16，假定秦嶺、淮河一帶的可能蒸發(fā)量和降水量接近平衡而確定，因此其表達(dá)式為：

式中：r為階段降雨量，Σt為某一時(shí)段>10℃的積溫，0.16代表蒸發(fā)量[17]。

1.2.5 干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論[18]，區(qū)域自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是由自然災(zāi)害危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和防災(zāi)減災(zāi)能力4個(gè)因素相互綜合作用而形成。

本文采用干燥度來進(jìn)行危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，不同發(fā)育階段干旱對最終產(chǎn)量造成的影響不同，故干旱危險(xiǎn)性應(yīng)考慮各發(fā)育階段干旱風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重系數(shù)。干旱危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型為：

式中：I為全生育期干旱危險(xiǎn)性指數(shù)，Kj為各發(fā)育期干燥度，aj為各發(fā)育期危險(xiǎn)性權(quán)重系數(shù)，用各階段干燥度與相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)來表示，j取值 1、2、3、4，分別代表全生育期、出苗-拔節(jié)期、拔節(jié)-抽雄期、抽雄-乳熟期。

選取春玉米播種面積作為承災(zāi)體暴露性評(píng)價(jià)指標(biāo)(E)；災(zāi)年平均減產(chǎn)率的絕對值作為承災(zāi)體脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)(F)[19]；以春玉米單產(chǎn)線性趨勢的斜率作為防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)(K)，表示生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步對干旱的抵抗能力。

其中，危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性在干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)中起正效應(yīng)，即危險(xiǎn)性、脆弱性、暴露性越高，風(fēng)險(xiǎn)越大；但防災(zāi)減災(zāi)能力在干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)中起負(fù)效應(yīng)，即某區(qū)域的防災(zāi)減災(zāi)能力越強(qiáng)，干旱危險(xiǎn)性、脆弱性和暴露性對災(zāi)害生成的作用力就會(huì)受到一定抑制，從而可降低干旱的風(fēng)險(xiǎn)?？紤]到防災(zāi)減災(zāi)能力的反向作用力，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型如下：

式中：Ri為第i年干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Ii為第i年危險(xiǎn)性指數(shù)；Ei為第i年暴露性指數(shù)；Fi為第i年暴露性指數(shù)；K為脆弱性指數(shù)，為防災(zāi)減災(zāi)能力指數(shù)[19]。

1.2.6 極差標(biāo)準(zhǔn)化

為了使數(shù)值處于0～1之間，需對數(shù)據(jù)進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化處理。為確保標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)非零，改進(jìn)計(jì)算公式如下：

式中：Rs為極差標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)；Rj為原始數(shù)據(jù)；Rmin為原始數(shù)據(jù)序列中的最小值；Rmax為原始數(shù)據(jù)序列中的最大值[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 吉林省春玉米種植氣候條件的適應(yīng)性分析

研究地區(qū)春玉米播種-出苗期的平均氣溫在14℃左右，能夠保證種子很好的萌發(fā)；春玉米出苗到乳熟期基本都處于20℃以上的熱量條件，當(dāng)?shù)責(zé)崃織l件完全符合玉米的最適生長溫度；乳熟-成熟期的平均氣溫為18℃左右，溫度略低于灌漿成熟最適溫度(22～24℃)，因此在玉米發(fā)育成熟過程中，要注意應(yīng)依地區(qū)熱量條件的差異，選擇適宜當(dāng)?shù)胤N植的品種，以免因地區(qū)溫度條件滿足不了品種成熟期對熱量的要求，遭受低溫冷害而減產(chǎn)。

玉米為短日性作物，發(fā)育期間要求一定時(shí)間的短日照，才能正常抽穗，開花。在該地區(qū)，春玉米全生育期總?cè)照諘r(shí)數(shù)為1 300h左右，平均每天約有7～8h的日照，日照充足，構(gòu)成了玉米種植獲得高產(chǎn)的有利自然因素。

玉米是一種需水量較多的作物，但玉米在一生中，各個(gè)時(shí)期需要的水量也各不相同?？偟奶攸c(diǎn)為發(fā)育前期需水少，中期需水多，后期偏少，發(fā)育期總需水量約為250～300mm。研究地區(qū)全生育期平均總降水量達(dá)到400mm以上，考慮到蒸發(fā)、蒸騰作用的存在，除個(gè)別降水較少的年份外，基本滿足了玉米抽穗，灌漿對水分的要求[1]。

2.2 影響春玉米產(chǎn)量的降水條件分析

2.2.1 春玉米豐歉年各發(fā)育期降水條件的對比

本研究針對資料的特點(diǎn)，利用三次多項(xiàng)式擬合[12]得到公主嶺、農(nóng)安、榆林三地1949-2012年的春玉米趨勢產(chǎn)量，并運(yùn)用公式(1)分離各年的氣象產(chǎn)量。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀螽a(chǎn)量(Ym)，對豐歉年進(jìn)行劃分，劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 根據(jù)氣象產(chǎn)量的豐歉年劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of abundant year and disaster year according to meteorological yield kg·hm-2

將豐歉年的春玉米生長各發(fā)育期氣象因子進(jìn)行對比分析，得出影響春玉米產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃訛榻邓?。三地各發(fā)育期豐歉年平均降水量對比如圖1所示。

三地春玉米豐年播種-出苗期平均溫度、日照時(shí)數(shù)均高于歉年，降水與豐歉年沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。出苗-拔節(jié)期三地豐年平均降水量均遠(yuǎn)高于歉年，豐歉年降水差值在55mm左右，該時(shí)期降水是影響產(chǎn)量的重要因子。抽雄前后一個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，春玉米對水分反應(yīng)較為敏感，拔節(jié)-抽雄期三地豐年較歉年降水量多54.9mm，抽雄-乳熟期多46.4mm，該發(fā)育期缺水，導(dǎo)致穗小、粒數(shù)少，嚴(yán)重缺水時(shí)，雄穗或雌穗抽不出來，稱為“卡脖旱”。乳熟-成熟期豐歉年降水量差距雖有所減少，但仍較明顯，三地豐年降水較歉年多28.0mm，歉年這個(gè)時(shí)期缺水，會(huì)造成籽粒不飽滿，影響玉米質(zhì)量。乳熟期以后，籽粒基本定型，對水分的要求逐漸減少。

2.2.2 各旬降水量與相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)性分析

利用SPSS軟件對春玉米相對氣象產(chǎn)量與各旬氣象因子的Pearson相關(guān)性進(jìn)行分析[19]。得到相對氣象產(chǎn)量與三地各旬降水量相關(guān)較好的有：公主嶺7月中旬(拔節(jié)-抽雄期)、8月上旬(抽雄-乳熟期)；農(nóng)安6月中旬(出苗-拔節(jié)期)；榆樹5月上旬(播種-出苗期)，6月中、下旬(出苗-拔節(jié)期)，7月中旬(拔節(jié)-抽雄期)。其相關(guān)系數(shù)分別為0.429、0.412、0.432、0.460、0.421、0.420、0.458，并且在0.1 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。結(jié)合2.2.1，出苗到成熟期干旱缺水明顯影響了春玉米生產(chǎn)，證明對應(yīng)時(shí)期降水量作為干旱指標(biāo)可行。

2.3 從豐歉年各發(fā)育期降水量確定干旱指標(biāo)

由前文分析可知，春玉米出苗-拔節(jié)期、拔節(jié)-抽雄期、抽雄-乳熟期、乳熟-成熟期豐歉年降水量存在明顯差異，并與相對氣象產(chǎn)量表現(xiàn)出一定的相關(guān)性，因此本文選取這4個(gè)發(fā)育期的豐歉年降水量作為干旱指標(biāo)，以1993-2012年公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地氣象和產(chǎn)量資料為基礎(chǔ)，計(jì)算歷年4個(gè)發(fā)育期降水量，檢驗(yàn)其反映干旱的有效性和敏感性，并對干旱指標(biāo)進(jìn)行量化。

利用三地多年各發(fā)育期降水量與相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析。相對氣象產(chǎn)量與三地各發(fā)育期降水量的直線回歸系數(shù)均為正值(除公主嶺乳熟-成熟期外)，即降水量愈小，春玉米減產(chǎn)幅度就愈大，說明降水量對產(chǎn)量影響趨勢基本一致，反映出干旱越嚴(yán)重，減產(chǎn)程度越大，說明該指標(biāo)評(píng)估春玉米干旱有一定的合理性。公主嶺乳熟-成熟期降水量與相對氣象產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，即降水量越大，春玉米減產(chǎn)幅度越大，該指標(biāo)評(píng)估春玉米干旱不可用。

通過比較豐歉年平均降水量，將歉年各發(fā)育期平均降水量作為春玉米各發(fā)育期降水干旱指標(biāo)，見表2。

表2 春玉米各發(fā)育期降水干旱指標(biāo)Table 2 The precipitation drought indicators of spring maize in each development periodmm

圖1 各發(fā)育期豐歉年降水對比Figure 1 The precipitation of abundant year and disaster year in each development period

通過以上分析得到公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地春玉米各發(fā)育期平均降水干旱指標(biāo)：出苗-拔節(jié)期劃定降水干旱的指標(biāo)為<112.8mm；拔節(jié)-抽雄期劃定干旱的指標(biāo)為<102.9mm；抽雄-乳熟期劃定干旱的指標(biāo)為<139.6mm；乳熟-成熟期劃定干旱的指標(biāo)為<32.2mm。

2.4 從降水負(fù)距平和干燥度確定全生育期干旱指標(biāo)

2.4.1 全生育期降水負(fù)距平、干燥度與相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)性分析

為分析降水負(fù)距平與干燥度在評(píng)估春玉米全生育期干旱過程中的合理性和準(zhǔn)確性，計(jì)算公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地多年全生育期降水距平和干燥度，從中選擇負(fù)距平，分別將降水負(fù)距平、干燥度與其對應(yīng)的相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析，見表3。

由表3可知，在公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地相對氣象產(chǎn)量與降水負(fù)距平的相關(guān)系數(shù)略高于同站點(diǎn)相對氣象產(chǎn)量與干燥度的相關(guān)系數(shù)，說明利用這兩種指標(biāo)評(píng)價(jià)和分析春玉米所遇到的干旱程度時(shí)，降水負(fù)距平更敏感、更準(zhǔn)確。

但是通過分析相對氣象產(chǎn)量與兩種干旱指標(biāo)的顯著性表明，三地相對氣象產(chǎn)量與干燥度的相關(guān)系數(shù)在0.05水平(雙側(cè))均呈顯著性相關(guān)，特別是在榆樹顯著性達(dá)到0.000 2；相對氣象產(chǎn)量與降水負(fù)距平的相關(guān)系數(shù)在0.1水平(雙側(cè))均呈顯著性相關(guān)。表明干燥度在評(píng)估春玉米干旱程度時(shí)優(yōu)于降水負(fù)距平，從而確定了干燥度在評(píng)估春玉米干旱過程中具有一定優(yōu)勢。這是因?yàn)楦稍锒仍诳紤]降水的同時(shí)，增加了蒸發(fā)量的影響，彌補(bǔ)了降水負(fù)距平在評(píng)估農(nóng)業(yè)干旱過程中的不足。

表3 相對氣象產(chǎn)量與全生育期降水負(fù)距平、干燥度的相關(guān)性Table 3 Correlation between relative meteorological yield with two drought indices of whole development period

2.4.2 全生育期降水負(fù)距平、干燥度與相對氣象產(chǎn)量的回歸分析

將降水負(fù)距平、干燥度分別與其對應(yīng)年份的相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析，得到三地相對氣象產(chǎn)量和降水負(fù)距平、干燥度的回歸關(guān)系如圖2所示。

相對氣象產(chǎn)量與公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地全生育期降水負(fù)距平的直線回歸系數(shù)均為正值，即降水負(fù)距平的絕對值愈大，春玉米減產(chǎn)幅度就愈大；與三地全生育期干燥度的直線回歸系數(shù)均為負(fù)值，即干燥度越大，春玉米減產(chǎn)幅度就愈大。降水負(fù)距平、干燥度對減產(chǎn)影響趨勢基本一致，均反映出干旱越嚴(yán)重，減產(chǎn)程度越大，說明兩種指標(biāo)評(píng)估春玉米干旱有一定的合理性。

2.4.3 全生育期干旱指標(biāo)的確立

農(nóng)業(yè)上劃分干旱災(zāi)害發(fā)生程度，通常以減產(chǎn)率作為指標(biāo)，干旱等級(jí)由低到高反映對最終產(chǎn)量的影響程度。根據(jù)圖2中的降水負(fù)距平與減產(chǎn)率回歸方程，可以求出公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地不同降水距平對應(yīng)的減產(chǎn)率，見表4。

表4 全生育期降水距平與減產(chǎn)率Table 4 Negative precipitation anomaly and yield reduction rate of whole development period

從表4可以看出，三地均表現(xiàn)出降水負(fù)距平絕對值越大，春玉米減產(chǎn)越嚴(yán)重的趨勢。由于三地距離較近，故取三地減產(chǎn)率的平均值作為劃分春玉米干旱等級(jí)的指標(biāo)。

根據(jù)圖2中的干燥度與相對氣象產(chǎn)量回歸方程，可以求出公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地不同干燥度對應(yīng)的減產(chǎn)率，見表5。

表5 全生育期干燥度與減產(chǎn)率Table 5 Aridity index and yield reduction rate of whole development period

從表5中可以看出，三地均表現(xiàn)出干燥度越大，春玉米減產(chǎn)越嚴(yán)重的趨勢。同樣取三地減產(chǎn)率的平均值作為劃分春玉米干旱等級(jí)的指標(biāo)。

農(nóng)業(yè)上一般以減產(chǎn)10％以下為輕旱，10％～20％為中旱，20％～30％為重旱，>30％為特旱[21]。根據(jù)表4與表5中降水負(fù)距平、干燥度與三地平均減產(chǎn)率的對應(yīng)關(guān)系，可以得到以上三地通用干旱等級(jí)及指標(biāo)，見表6。

2.5 從降水負(fù)距平和干燥度確定各發(fā)育期干旱指標(biāo)

為制定更加準(zhǔn)確細(xì)致的干旱指標(biāo)，對各發(fā)育期降水負(fù)距平和干燥度進(jìn)行分析，以確定各發(fā)育期的干旱指標(biāo)。

圖2 相對氣象產(chǎn)量與全生育期降水負(fù)距平、干燥度回歸關(guān)系Figure 2 Regression analysis between relative meteorological yield and two indices of whole development period

表6 全生育期干旱等級(jí)及指標(biāo)Table 6 The drought grades and indicators of whole development period

2.5.1 各發(fā)育期降水負(fù)距平、干燥度與相對氣象產(chǎn)量的相關(guān)性分析

計(jì)算公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地多年各發(fā)育期降水距平和干燥度，從中選擇負(fù)距平，分別將降水負(fù)距平、干燥度與其對應(yīng)的相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)分析。

春玉米相對氣象產(chǎn)量與公主嶺拔節(jié)-抽雄期、榆樹抽雄-乳熟期的降水負(fù)距平相關(guān)系數(shù)分別為0.669、0.701，并且在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；與公主嶺乳熟-成熟期的降水負(fù)距平相關(guān)系數(shù)為0.557，且在0.1水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；與其他時(shí)期降水負(fù)距平的相關(guān)性未通過顯著性檢驗(yàn)。

春玉米相對氣象產(chǎn)量與三地各發(fā)育期干燥度相關(guān)較好的有：公主嶺拔節(jié)-抽雄期，農(nóng)安抽雄-乳熟期、乳熟-成熟期，榆樹抽雄-乳熟期、乳熟-成熟期。其相關(guān)系數(shù)分別為-0.526、-0.461、-0.455、-0.574、-0.465，并且在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。相對氣象產(chǎn)量與公主嶺抽雄-乳熟期，榆樹出苗-拔節(jié)期、拔節(jié)-抽雄期干燥度相關(guān)系數(shù)分別為-0.408、-0.382、-0.382，并且在0.1水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。相對氣象產(chǎn)量與各地播種-出苗期干燥度的相關(guān)性均未通過顯著性檢驗(yàn)。

比較相對氣象產(chǎn)量與兩種指標(biāo)的相關(guān)性可以看出干燥度在對春玉米各發(fā)育期進(jìn)行干旱評(píng)估時(shí)存在明顯優(yōu)勢。

2.5.2 各發(fā)育期干燥度與相對氣象產(chǎn)量的回歸分析

將公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地通過顯著性檢驗(yàn)的發(fā)育期干燥度與相對氣象產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析，得到表7。

相對氣象產(chǎn)量與公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地各發(fā)育期干燥度的直線回歸系數(shù)均為負(fù)值，即干燥度越大，春玉米減產(chǎn)幅度就愈大，說明干燥度對減產(chǎn)影響趨勢基本一致，反映出干旱越嚴(yán)重，減產(chǎn)程度越大，說明該指標(biāo)評(píng)估春玉米干旱有一定的合理性。

2.5.3 各發(fā)育期干旱指標(biāo)的確立

各發(fā)育期選取與干燥度相關(guān)系數(shù)較大，且相關(guān)性通過顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)來建立干旱等級(jí)及指標(biāo)。即出苗-拔節(jié)期利用榆樹的回歸方程計(jì)算得到的減產(chǎn)率，拔節(jié)-抽雄期利用公主嶺、榆樹兩地回歸方程計(jì)算所得減產(chǎn)率的平均值，抽雄-乳熟期利用公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地結(jié)果平均，乳熟-成熟期利用農(nóng)安、榆樹兩地結(jié)果平均，確定干燥度與減產(chǎn)率之間的關(guān)系。

根據(jù)減產(chǎn)10％以下為輕旱，10％～20％為中旱，20％～30％為重旱，>30％為特旱的標(biāo)準(zhǔn)，得到各發(fā)育期干旱等級(jí)及干燥度指標(biāo)，見表8。

通過以上分析得到公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地春玉米各發(fā)育期干旱等級(jí)及對應(yīng)的干燥度指標(biāo)，干燥度越高，所對應(yīng)的干旱越嚴(yán)重。在乳熟-成熟期，只有當(dāng)干燥度>5.25時(shí)才有可能造成春玉米輕旱，而在玉米的實(shí)際生長中乳熟-成熟期不可能出現(xiàn)干燥度>5.25的數(shù)值，因此考慮乳熟-成熟期干旱不會(huì)達(dá)到中旱、重旱甚至特旱的程度。

2.6 干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)分析

分別求出公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地1993-2012年干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的多年平均值，并對其進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，見表9。

分析表9可知，在三地中，公主嶺遭受干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，農(nóng)安風(fēng)險(xiǎn)較低，榆樹的干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)介于公主嶺和農(nóng)安之間。

3 討論與結(jié)論

吉林玉米帶是我國重要的玉米種植區(qū)，研究表明該地區(qū)氣候較為適宜春玉米的種植[1]，但干旱發(fā)生頻率較高，給春玉米的生產(chǎn)帶來威脅[2，6]。本文對公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地春玉米各發(fā)育期氣候條件進(jìn)行適應(yīng)性分析，研究表明，全生育期中，除乳熟-成熟期的溫度條件略低，個(gè)別年份降水偏少外，其余光熱條件基本能滿足春玉米各發(fā)育期的要求，影響春玉米產(chǎn)量的主要因子是降水條件。

表7 相對氣象產(chǎn)量與各發(fā)育期干燥度的回歸分析Table 7 Regression analysis between relative meteorological yield and aridity index of every development period

表8 各發(fā)育期干旱等級(jí)及干燥度指標(biāo)Table 8 The drought grades and aridity index indicators of every development period

表9 公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Table 9 The drought comprehensive risk index in three locations

一般認(rèn)為抽雄期前后是春玉米需水較多的時(shí)期[4]。本研究通過春玉米豐歉年降水量對比分析發(fā)現(xiàn)，從出苗到抽雄期，豐年降水量較歉年多55mm左右；抽雄-乳熟期多46.4mm；乳熟-成熟期多28.0mm。即豐年的降水量均較為豐富，歉年降水較少。出苗到乳熟期降水對產(chǎn)量的影響較為顯著。

尋找干旱指標(biāo)是本文研究的重點(diǎn)。董秋婷等[2]利用作物水分虧缺指數(shù)計(jì)算春玉米干旱指標(biāo)，本文考慮當(dāng)?shù)刭Y料特點(diǎn)并結(jié)合吉林省干旱的具體情況，選取了降水量、降水負(fù)距平、干燥度3個(gè)指標(biāo)：對歉年各發(fā)育期降水量求平均，得到公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地春玉米各發(fā)育期降水干旱指標(biāo)；根據(jù)減產(chǎn)率得到三地春玉米全生育期和各發(fā)育期干燥度輕、中、重、特旱的指標(biāo)以及全生育期降水負(fù)距平輕、中、重、特旱的指標(biāo)。根據(jù)得到的干旱指標(biāo)及當(dāng)?shù)亟邓巴寥罎穸惹闆r可以制定有針對性的應(yīng)對干旱措施，從而為玉米的生長提供良好的環(huán)境。

目前，還未見對吉林省春玉米進(jìn)行干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究。本文引入干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)估三地干旱風(fēng)險(xiǎn)，得出公主嶺、農(nóng)安、榆樹三地干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分別為0.900 0、0.100 0、0.514 4。即公主嶺遭受干旱風(fēng)險(xiǎn)較高，農(nóng)安風(fēng)險(xiǎn)較低，榆樹的干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)介于公主嶺和農(nóng)安之間。在春玉米種植過程中，要注意對干旱災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防以提高玉米的產(chǎn)量及質(zhì)量。

本文對吉林省春玉米的研究選用了公主嶺、農(nóng)安、榆樹3個(gè)站點(diǎn)作為代表，確定干旱指標(biāo)時(shí)選取產(chǎn)量與干旱相關(guān)性較好的站點(diǎn)得到平均指標(biāo)，沒有考慮地形、土壤對干旱的影響。因此在使用平均指標(biāo)時(shí)要考慮各地因地形、土壤等條件不同造成的差異。

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Study on the Drought Index of Spring Maize Growth Period in Jilin Province

LI Xiao-yang1，ZHU Ke-yun1*，F(xiàn)AN Guang-zhou1，LI Jian-ping2
(1.Chengdu University of Information Technology，Plateau Atmosphere and Environment Key Laboratory of Sichuan Province，Chengdu 610225，China；2.Meteorological Bureau of Jilin Province，Changchun 130000，Jilin，China)

【Objective】To determine the drought indicators of spring maize could provide references and meteorological basis for the design of measures to lessen and prevent calamity of spring maize in Jilin Province.【Method】Based on the historical meteorological data of the key area of spring maize in Jilin Province(Gongzhuling，Nongan and Yushu)，the adaptability of climatic conditions of the spring maize planting was analyzed by using the parallel analysis approach；Cubic polynomial fitting was used to simulate tendency yield，and then the meteorological yield was separated out.The Pearson correlation between relative meteorological yield and precipitation of each ten-days in development stage was analyzed.The drought indicators in drought-resistant identification of spring maize was constructed according to precipitation index，negative precipitation anomaly and aridity index.The concept of drought comprehensive risk index was applied to make risk assessments.【Results】①The temperature during milk maturity to maturity stage was a bit lower，and other sunlight and temperature conditions basically meet the growth requirements of spring maize in every stage，the major factor affecting spring maize yields is precipitation.②Through the rainfall comparison between abundant years and disaster years，the precipitation drought indicator was defined as<112.8mm from seedling to jointing，<102.9mm from jointing to heading，<139.6mm from heading to milk maturity，<32.3mm from milk maturity to maturity.③From yield reduction rate，the drought indicators corresponding light drought，medium drought，heavy drought，specially drought of whole development period were determined by negative precipitation anomaly and aridity index.④According to aridity index，the drought indicators corresponding light drought，medium drought，heavy drought，specially drought of every development period were determined. ⑤The drought risk in Gongzhuling was higher which in Nongan was low，and the risk index of Yushu was between the first two.【Conclusion】According to the drought indicators and local specific circumstances，agricultural sector would be make targeted measures to against drought and thus improve the yield and quality of maize.

Jilin province；spring maize；drought index；risk assessment

S162.1

A

1000-2650(2017)01-0001-09

10.16036/j.issn.1000-2650.2017.01.001

2016-09-13

科技部公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)(GYHY201506001)資助。

李筱楊，研究生。*責(zé)任作者：朱克云，教授，主要從事資料變分同化和應(yīng)用氣象的研究，E-mail：zhuky@cuit.edu.cn。

(本文審稿：武 晶；責(zé)任編輯：劉詩航；英文編輯：劉詩航)