和驊蕓，胡 琦**，潘學(xué)標(biāo)，馬雪晴，胡莉婷，王曉晨，何奇瑾

氣候變化背景下華北平原夏玉米花期高溫?zé)岷μ卣骷斑m宜播期分析

和驊蕓1,2，胡 琦1,2**，潘學(xué)標(biāo)1,2，馬雪晴1,2，胡莉婷1,2，王曉晨1,2，何奇瑾1,2

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100193；2.農(nóng)業(yè)部武川農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站，呼和浩特 011700）

利用華北平原夏玉米種植區(qū)55個(gè)氣象站點(diǎn)1981?2017年逐日地面觀測資料，以日最高氣溫≥35℃持續(xù)3、4、5d，且相對濕度≤70%為一次輕、中、重度高溫?zé)岷?，從年代際尺度、年尺度、旬尺度分析37a來華北平原不同播期下夏玉米花期高溫?zé)岷Φ臅r(shí)空變化特征；以開花期避開中度高溫?zé)岷闃?biāo)準(zhǔn)，推算夏玉米花期規(guī)避高溫的適宜播期。結(jié)果表明：6月上旬播種，夏玉米花期遭遇高溫?zé)岷Φ念l率最大，河南省南部的信陽、固始等地區(qū)遭遇高溫?zé)岷︻l率超過20%；6月中旬播種，夏玉米花期遭受高溫?zé)岷︻l率為9%～12%。2011年以來華北平原夏玉米花期高溫?zé)岷又?，發(fā)生頻率高于P1?P3時(shí)段（1981?2010年）。華北平原早熟玉米平均適宜播種期在6月15日?7月5日，中熟玉米平均適宜播種期在6月15?27日，晚熟玉米平均適宜播種期在6月15?20日。在各適宜播種期范圍內(nèi)，華北平原南部應(yīng)適當(dāng)晚播，北部則應(yīng)適當(dāng)早播。

華北平原；夏玉米；高溫?zé)岷?；播?/p>

近百年來地球氣候正經(jīng)歷顯著的變暖趨勢[1?2]，全球地表氣溫波動上升[3]。1905年以來，中國地表年平均氣溫增加速率為0.08℃·10a?1[3]，增溫速率明顯高于全球或北半球同期[4?5]，尤其是20世紀(jì)80年代中期以來，升溫速率顯著加快，北方地區(qū)增溫趨勢顯著[6]，其中華北是中國大陸地區(qū)最明顯的增溫區(qū)域之一[7?8]。伴隨著氣候變暖和降水變異的加劇，極端天氣氣候現(xiàn)象出現(xiàn)的頻次在增加，強(qiáng)度也在加大，預(yù)計(jì)未來這種極端事件發(fā)生頻率會持續(xù)增加[9]。近年來，中國夏季極端最高氣溫的歷史記錄被屢屢打破[10]，華南至華北南部廣大地區(qū)均出現(xiàn)不同程度的高溫天氣，持續(xù)高溫使作物大幅減產(chǎn)[11]，對全國糧食安全帶來了很大威脅。

中國農(nóng)耕歷史悠久，中東部主要農(nóng)區(qū)均屬于季風(fēng)性氣候，氣候條件年際間變化大，氣象災(zāi)害頻繁發(fā)生[9,12]；而中國的糧食生產(chǎn)目前主要依賴于農(nóng)業(yè)氣候資源的狀況，作物種植的空間格局與產(chǎn)量的年際波動，均會受到氣候條件的顯著影響[13]。玉米是中國最重要的糧食作物之一，栽培面積和總產(chǎn)量僅次于小麥和水稻，其中夏玉米種植區(qū)主要集中在黃淮海地區(qū)[14]。同時(shí)，由于玉米屬于喜溫作物，溫度是影響其生長發(fā)育的主要?dú)庀笠蜃樱瑲夂驐l件在很大程度上會影響玉米生產(chǎn)。有研究表明，在同一增溫條件下，玉米比小麥、水稻等作物更容易受到氣候變化的負(fù)面影響[15]。在氣候變化背景下，夏玉米所受的高溫?zé)岷θ遮厙?yán)重，尤其開花期是玉米全生育期對高溫?zé)岷ψ蠲舾泻痛嗳醯碾A段，若氣溫持續(xù)高于34℃，則不利于花粉形成，開花散粉受阻，花粉數(shù)量減少[16]，陳朝輝等[17]研究表明，正在三分期的玉米雄穗在38℃高溫脅迫3d后散粉會完全停止。隨著畜產(chǎn)品消費(fèi)量的迅速增加，中國對于玉米的需求量日趨增多，這就要求加快研究夏季高溫?zé)岷Πl(fā)生的規(guī)律及其對玉米產(chǎn)量的影響，對夏玉米栽培管理措施的調(diào)整提供科學(xué)指導(dǎo)，從而預(yù)防或緩解高溫對夏玉米生長的危害，確保中國夏玉米的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。

目前已有的對夏玉米花期高溫?zé)岷Φ难芯慷嗉性谠O(shè)定某一地區(qū)花期可能時(shí)段（如7月下旬?8月上旬）的高溫?zé)岷η闆r，鮮有從播種期角度分析夏玉米花期高溫?zé)岷Πl(fā)生的時(shí)空變化特征及規(guī)避高溫?zé)岷m宜播種期的研究報(bào)道。本研究根據(jù)1981?2017年華北平原55個(gè)站點(diǎn)的歷史氣象數(shù)據(jù)，分析該地區(qū)夏玉米花期高溫?zé)岷Πl(fā)生的時(shí)空分布特征，通過推算夏玉米的適宜播期制定出夏玉米規(guī)避花期高溫的適應(yīng)性對策，為合理安排和調(diào)整農(nóng)事活動，實(shí)現(xiàn)夏玉米的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

選取華北平原夏玉米種植區(qū)主要包括北京、天津、山東省、河南省全部以及除去北部以外的河北省，未考慮蘇北、淮北和山西省南部，大致位于32?40°N，114?121°E。該地區(qū)屬于季風(fēng)性暖溫帶半濕潤半干旱氣候[18]，年平均氣溫12.2℃，多年平均降水量656.1mm，主要集中在6?8月[19]。冬季寒冷干燥，夏季高溫多雨，降水區(qū)域分布差異顯著，季節(jié)分配不均，年際變化大。除河北和北京北部年積溫小于4200℃·d的區(qū)域外，大部分地區(qū)種植制度為冬小麥?夏玉米一年兩熟制[20]。選擇研究區(qū)域內(nèi)具有1981?2017年完整時(shí)間序列的逐日地面觀測資料的氣象站點(diǎn)，共計(jì)55個(gè)（圖1）。氣象資料下載自中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0）。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候傾向率計(jì)算

用X表示樣本量為n的某一氣候要素，用t表示對應(yīng)的年序，采用最小二乘法擬合得到一元線性回歸方程，即

式中，a為回歸系數(shù)，以a的10倍作為氣象要素的氣候傾向率，正的（或負(fù)的）a值表明增加（或減少）趨勢。擬合的回歸方程采用F檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

1.2.2 活動積溫計(jì)算

大于等于生物學(xué)下限溫度的日平均溫度之和為活動積溫，即

式中，ATa為活動積溫，n為界限溫度期間的持續(xù)日數(shù)，Ti為第i日平均氣溫；B為界限溫度，對夏玉米而言，界限溫度通常為10℃；對冬小麥而言，界限溫度通常為0℃。

對夏玉米生育期內(nèi)逐日平均氣溫持續(xù)≥10℃期間的日平均溫度相加可得玉米成熟所需積溫。研究區(qū)域內(nèi)全年≥0℃積溫4100～5400℃·d，≥10℃活動積溫3700～4700℃·d[18]，且其空間變異大，由北向南呈逐漸增加的趨勢。40°N以北的河北省北部地區(qū)由于地形、緯度或海拔的影響，年≥10℃積溫較小，考慮到小麥?玉米輪作制度，某些對熱量條件要求較高的中熟和晚熟品種在研究區(qū)北部無法種植。

1.2.3 夏玉米生育期理論推算

研究區(qū)種植制度多為冬小麥?夏玉米輪作體系，因此要得到夏玉米理論播種期及收獲期，需先推算冬小麥越冬期及返青期初日。

華北平原冬麥區(qū)一般分為北部冬性麥區(qū)（Ⅰ區(qū)）及弱冬性和弱春性麥區(qū)（Ⅱ區(qū)）[21]。Ⅰ區(qū)屬于北部冬麥區(qū)，包括河北省境內(nèi)長城以南的廊坊、保定、滄州、唐山、秦皇島市全部以及京津兩市全部；Ⅱ區(qū)大部分屬于黃淮冬麥區(qū)，包括山東省和河南省全部以及河北省中、南部。Ⅰ區(qū)冬小麥冬前形成高產(chǎn)壯苗需要的≥0℃積溫最適范圍為550～600℃·d，Ⅱ區(qū)為500～550℃·d[22?25]，根據(jù)該指標(biāo)，由越冬期初日開始向前推算≥0℃的積溫，直至越冬前的積溫達(dá)到所需積溫（統(tǒng)一取550℃·d），由此得到冬小麥的理論播種期。根據(jù)冬小麥返青?成熟所需積溫應(yīng)高于2200℃·d，由返青期初日開始向后推算≥0℃的積溫，直至此后的積溫達(dá)到成熟，由此得到冬小麥的理論收獲期。

在現(xiàn)有的技術(shù)條件下，預(yù)留2d的整地灌溉時(shí)間，將冬小麥播種期提前2d作為夏玉米的最晚收獲期，冬小麥的收獲期推后2d作為夏玉米的最早播種期。根據(jù)不同熟制的玉米成熟所需積溫和生育期天數(shù)（表1），由玉米的最晚收獲期向前推算，可得到不同熟制的夏玉米最晚播種期。

表1 不同熟制夏玉米品種成熟所需≥10℃活動積溫和生育期天數(shù)

夏玉米最早播種期與不同熟制夏玉米最晚播種期之間即為可調(diào)整播期的范圍。根據(jù)華北平原的氣候條件，結(jié)合前人研究成果[26]，取夏玉米播種?開花期所需≥10℃活動積溫為1490～1750℃·d。由播種期開始將逐日平均氣溫≥10℃持續(xù)期間的日平均溫度累加，界定出≥10℃活動積溫1490～1750℃·d所在的時(shí)段，得到夏玉米花期時(shí)間范圍。

夏玉米生育期具體推算步驟如圖2所示。

為確保推算出的夏玉米最早播種期的準(zhǔn)確性，將最早播期提前兩天作為冬小麥的最早收獲期，并與華北平原冬小麥實(shí)際生育期數(shù)據(jù)進(jìn)行對比（T檢驗(yàn)），總計(jì)14個(gè)站，結(jié)果如表2所示。其中86%的站點(diǎn)（n=12）冬小麥普遍成熟期與理論推算所得日序數(shù)無顯著性差異。

1.2.4 夏玉米花期高溫?zé)岷︻l率計(jì)算

將日最高氣溫≥35℃持續(xù)3、4、5d且相對濕度≤70%分別作為夏玉米花期輕、中、重度高溫?zé)岷χ笜?biāo)，由于玉米花期對高溫最敏感[27?30]，且華北平原一般在6月上旬?7月上旬播種，因此首先根據(jù)熱害指標(biāo)，編程計(jì)算55個(gè)站點(diǎn)37a內(nèi)在6月1日?7月10日逐日播種時(shí)分別遭受花期輕、中、重度高溫?zé)岷Φ目偞螖?shù)，進(jìn)而求得在4個(gè)旬播種（6月上旬?7月上旬）分別遭受不同等級的高溫?zé)岷Φ目偞螖?shù)，即每個(gè)旬10d之內(nèi)播種發(fā)生熱害次數(shù)的平均值，將總次數(shù)除以總年份即為在4個(gè)旬播種發(fā)生高溫?zé)岷Φ念l率。華北平原北部多于6月中旬收獲小麥，不可能在6月上旬播種夏玉米，6月中旬播種的也不多。但由于華北平原地域遼闊，研究區(qū)域較大，考慮到南部仍有一些地區(qū)在6月上旬播種，因此，對6月上旬播種遭受花期高溫?zé)岷Φ那闆r也進(jìn)行分析。

圖2 夏玉米播種期范圍確定步驟示意圖

表2 不同站點(diǎn)冬小麥理論收獲期與實(shí)際收獲期對比（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

注:理論收獲期和實(shí)際收獲期均以日序表示。

Note: Both the theoretical harvest date and the actual harvest date are expressed in ordinal day from Jan.1.

1.3 數(shù)據(jù)處理

分別計(jì)算研究區(qū)各站點(diǎn)逐年冬小麥生長季內(nèi)≥0℃活動積溫、冬小麥越冬期初日和返青期初日，推算小麥播種期和收獲期，進(jìn)而確定夏玉米可能播種期范圍；再根據(jù)37a來高溫天氣發(fā)生的規(guī)律，確定使開花期規(guī)避高溫的適宜播種期。為了便于比較37a來高溫日數(shù)及夏玉米高溫?zé)岷Πl(fā)生的時(shí)空變化特征，將1981?2017年劃分為4個(gè)時(shí)段，時(shí)段1（P1）：1981?1990年；時(shí)段2（P2）：1991?2000年；時(shí)段3（P3）：2001?2010年；時(shí)段4（P4）：2011?2017年。

數(shù)據(jù)處理均利用Matlab2014軟件實(shí)現(xiàn)；空間分布圖利用ArcGIS10.2軟件反距離權(quán)重插值法（Inverse Distance Weighted Interpolation，IDW）制作，分辨率為0.02°。條形圖采用Origin9.1制作。折線圖采用Excel2019制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于小麥生育需求確定夏玉米可能播種期

計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)冬小麥?夏玉米輪作模式下55個(gè)站點(diǎn)37a來夏玉米平均最早播種期，并繪制空間分布圖，如圖3所示。由圖可見，華北平原最早播種期由北向南逐漸提前。華北平原東北部，包括河北省中北部、京津、山東省東部等地區(qū)最早播種期日序均在第165天以后，即6月15日以后；兩條160d等值線之間的地區(qū)均可在第160天以前播種，即6月10日以前。

華北平原55個(gè)站點(diǎn)早熟、中熟、晚熟品種37a來平均最晚播種期空間分布如圖4所示。由圖可見，最晚播種期空間上均呈現(xiàn)由北向南逐漸推遲的趨勢。早熟品種成熟所需積溫最少，生育期短，在收獲期一定的條件下，其適宜播種期更長。晚熟品種對積溫要求較高，因此可調(diào)節(jié)的播期范圍較小。

圖3 1981?2017年夏玉米最早播種期日序的空間分布

對于早熟品種，在180d等值線以北的地區(qū)，最晚應(yīng)在6月底之前播種，中部地區(qū)最晚可在7月上旬及以前播種，河南省最晚播期最晚，7月中旬也可播種。華北平原早熟玉米平均播種期在第166?186天，即6月15日?7月5日。

中熟品種在40°N以北的地區(qū)需在6月20日之前播種，但由圖3可見，同一地區(qū)最早播期也為6月20日，圖4b中170d等值線以北地區(qū)最晚播期更早。本研究由冬小麥的收獲期確定最早播種期，而最晚播種期由夏玉米收獲期反推而出，因此在170d等值線以北地區(qū)會出現(xiàn)中熟品種的最晚播期早于最早播期的現(xiàn)象，表明該地區(qū)積溫條件無法滿足中熟品種完全成熟，圖4b中已用斜線表示。180d及175d等值線之間的地區(qū)6月下旬之間播種，品種基本不受限制。華北平原中熟玉米平均播種期在第166?178天，即6月15?27日。

晚熟品種需要充足的熱量資源才能正常生長并且完全成熟，165d等值線以北地區(qū)夏玉米最晚播期早于最早播期，理論上165d等值線以北的地區(qū)不能播種晚熟品種，即圖4c斜線部分。華北平原中部最晚應(yīng)在6月中旬及以前播種，河南省南部地區(qū)應(yīng)在6月底之前播種。華北平原晚熟玉米平均播種期在第166?171天，即6月15?20日。

2.2 不同播種期夏玉米花期高溫?zé)岷Φ臅r(shí)空分布特征

圖5為華北平原1981?2017年在6月上、中、下旬及7月上旬播種夏玉米，其在花期遭受輕度及以上、中度及以上、重度高溫?zé)岷Φ念l率的空間分布。

圖4 1981?2017年早熟、中熟、晚熟夏玉米最晚播種期日序的空間分布

注:圖4b、4c中斜線部分表示該地區(qū)不能播種中熟和晚熟品種。

Note：The oblique lines in figure 4b and 4c indicate that mid-maturity and late-maturity varieties cannot be sown in this region.

由圖可見，在6月上旬播種，研究區(qū)夏玉米花期遭遇高溫?zé)岷Φ念l率最大。京津地區(qū)、河北省北部及山東沿海地區(qū)輕度及以上熱害頻率最小，小于5%；到內(nèi)陸逐漸增加，河北省南部、山東省西部頻率為5%～10%；河南省南部頻率最大，對于信陽、固始及周邊地區(qū)，如在6月上旬播種，則夏玉米在花期遭遇高溫?zé)岷Φ念l率可達(dá)20%，將會對產(chǎn)量造成極大的影響。中度及以上熱害主要分布在河南省，頻率大于5%，最南部小部分地區(qū)仍有10%的頻率發(fā)生中度及以上高溫?zé)岷ΑＶ囟雀邷責(zé)岷︻l率小于3%。

若在6月中旬播種，河南省仍有一定的頻率遭受輕度及以上高溫?zé)岷Γl率為5%以上，三門峽，信陽等少數(shù)地區(qū)發(fā)生頻率更大，達(dá)到10%左右。華北平原其余地區(qū)夏玉米高溫?zé)岷Πl(fā)生的可能性較小。

綜上所述，6月上旬播種，夏玉米花期遭受輕度及以上高溫?zé)岷Φ念l率最大，尤其是河南省，應(yīng)盡量避免這個(gè)時(shí)段播種。相對于6月上旬，在6月中旬及以后播種，更有利于避免夏玉米花期與熱害易發(fā)時(shí)段的耦合。

圖6表示華北平原各站點(diǎn)6月1日?7月10日逐日播種，在花期遭遇輕度及以上高溫?zé)岷Φ钠骄l率。由圖可見，在6月上旬?7月上旬時(shí)段內(nèi)，花期高溫?zé)岷Φ念l率整體呈逐漸減小的趨勢，其中最高值出現(xiàn)在6月上旬，此時(shí)播種會有很大頻率遭受花期熱害；之后頻率開始下降，在6月中旬及以后播種，頻次降至1次以下，更有利于夏玉米安全度過花期，完成正常的開花授粉。由于7月上旬播種，花期熱害頻率很小，因此不同播期年代際分析不考慮7月上旬。

圖5 不同播期下（6月上旬?7月上旬）夏玉米花期遭遇高溫?zé)岷Φ念l率

注:a、b、c、d分別為6月上旬、中旬、下旬和7月上旬播種，1、2、3分別指遭遇輕度及以上、中度及以上和重度熱害頻率。

Note: a, b, c, and d indicate seeding in early, mid, late June and early July, respectively. 1, 2, and 3 refer to frequency of mild and above, moderate and above, and severe heat damage, respectively.

圖6 不同播種期夏玉米遭遇花期熱害的平均頻率（6月1日?7月10日）

2.3 不同播種期夏玉米花期高溫?zé)岷Φ哪甏H變化特征

計(jì)算華北平原6月上旬播種夏玉米，在1981? 2017年各時(shí)段發(fā)生輕、中、重度高溫?zé)岷Φ念l率，其空間分布如圖7所示。由圖可見，P1時(shí)段，石家莊、邢臺周邊地區(qū)及華北平原東南部發(fā)生頻率較大，多為5%～10%；P2時(shí)段熱害加重，受災(zāi)面積增大，河南省熱害頻率增加趨勢最為顯著，南部頻率為10%以上；P3時(shí)段與P1時(shí)段相比，差異不顯著。P4時(shí)段與P3相比，高溫?zé)岷Πl(fā)生區(qū)域整體南移，河南省整體災(zāi)情加重，全省頻率均為15%以上，最南部地區(qū)頻率甚至達(dá)到30%。

綜上所述，從1981?2017年，若在6月上旬播種，華北平原高溫?zé)岷Τ手饾u加重的趨勢，且受災(zāi)嚴(yán)重的地區(qū)逐漸南移，夏玉米遭受高溫?zé)岷Φ念l率也顯著增加，因此，合理調(diào)整播期規(guī)避花期高溫?zé)岷哂兄匾饬x。

圖7 研究區(qū)不同時(shí)段在6月上旬播種夏玉米花期遭遇輕度及以上高溫?zé)岷︻l率的空間分布

圖8顯示了華北平原6月中旬播種夏玉米，在1981?2017年各時(shí)段發(fā)生輕、中、重度高溫?zé)岷Φ念l率的空間分布。由圖可見，P1、P2時(shí)段相比差異較小，大部分地區(qū)頻率小于5%，僅有河南省中部小部分地區(qū)如鄭州、寶豐等地頻率大于5%。P3時(shí)段熱害分布區(qū)域較為分散，京津地區(qū)及河北省北部會發(fā)生一定程度的熱害。但河北省北部地區(qū)播種期一般不在6月中旬，因此，可以避開高溫對開花授粉的傷害。P4時(shí)段研究區(qū)高溫?zé)岷θ约邪l(fā)生于河南省，頻率大于10%；此時(shí)段華北平原北部地區(qū)熱害逐漸退散。

若在6月下旬播種夏玉米，在1981?2017年各時(shí)段發(fā)生輕、中、重度高溫?zé)岷︻l率的空間分布如圖9所示。由圖可見，P1、P2、P3時(shí)段在6月下旬播種均較安全，花期遭遇高溫?zé)岷Φ念l率較小；P4時(shí)段仍然只有河南省易發(fā)高溫?zé)岷Γl率在5%～10%。

以積溫為指標(biāo)推算1981?2017年中熟品種適宜播期初始日及終止日所在日序數(shù)的平均值，以夏玉米花期規(guī)避中度熱害為標(biāo)準(zhǔn)，即從6月1日開始逐日計(jì)算夏玉米遭受花期高溫?zé)岷Φ念l率，若花期內(nèi)有4d及以上日平均溫度≥35℃，則該日不適宜播種。在最大播期范圍內(nèi)確定出的適宜播期空間分布如圖10。

由圖10a可見，華北平原夏玉米適宜播期初始日由東北至西南逐漸提前，山東省東部、京津地區(qū)、河北省東部適宜播期初始日在第165天即6月14日及以后，其余地區(qū)初始日沒有較大差別，均在第160天即6月9日前后，其中河南省在5月下旬。

圖10b表明，華北平原夏玉米適宜播期終止日由北向南逐漸推遲，南部地區(qū)熱量充足，較晚播種也可滿足夏玉米生長發(fā)育所需積溫；北部地區(qū)由于緯度、海拔等影響，適宜播期終止日較早，在第175天即6月25日前后，175d等值線及其以南地區(qū)適宜播期終止日較晚。

圖8 研究區(qū)不同時(shí)段在6月中旬播種夏玉米花期遭遇輕度及以上高溫?zé)岷︻l率的空間分布

圖10 1981?2017年夏玉米適宜播期初始日（a）、終止日（b）日序的空間分布

由于以中熟品種所需積溫為指標(biāo)計(jì)算適宜播期初始日及終止日，因此時(shí)間范圍較大；對于晚熟品種，最晚播期早于適宜播期終止日，因此應(yīng)以最晚播期為準(zhǔn)。在不同站點(diǎn)，各種熟制玉米適宜播期有一定的間斷，不為連續(xù)區(qū)間。但在實(shí)際生產(chǎn)中，各地氣候條件能夠滿足的情況下，選擇種植品種時(shí)一般會優(yōu)先考慮晚熟品種，其次為中熟及早熟品種。由于華北平原北部部分地區(qū)積溫條件無法滿足晚熟品種完全成熟，因此以中熟品種為準(zhǔn)，分別選取河北省、山東省、河南省具有代表性的站點(diǎn)石家莊、濟(jì)南及固始制作1981?2016年適宜播期條形圖，如圖11所示。

圖11 石家莊（a）、濟(jì)南（b）、固始（c）1981?2016年彈性播期及適宜播期的變化

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）將華北平原夏玉米播期（6月?7月上旬）分為4個(gè)旬，6月上旬播種時(shí)，花期遭遇高溫?zé)岷Φ念l率最大。河南省南部信陽、固始及周邊地區(qū)，如在6月上旬播種，則夏玉米在花期遭遇輕度及以上高溫?zé)岷Φ念l率可達(dá)20%。若在6月中旬播種，河南省三門峽、信陽等少數(shù)地區(qū)仍有一定的頻率遭受輕度及以上高溫?zé)岷?，頻率為10%左右。華北平原其余地區(qū)夏玉米高溫?zé)岷Φ目赡苄暂^小。相比于P1?P3時(shí)段（1981?2010年），P4時(shí)段（2011?2017年）6月上、中旬播種遭遇花期高溫的頻率均顯著增加。

（2）從規(guī)避花期高溫?zé)岷Φ慕嵌龋?981?2017年華北平原早熟玉米適宜播種期在6月15日?7月5日，中熟玉米適宜播種期在6月15?27日，晚熟玉米適宜播種期在6月15?20日。

3.2 討論

受到全球氣候變化的影響，華北平原地區(qū)增溫顯著，熱量資源增加[31?32]，同時(shí)也造成高溫事件頻發(fā)。前人研究表明，黃淮海地區(qū)對夏玉米花期影響較大的高溫天氣一般出現(xiàn)在7月底至8月初，因此應(yīng)適當(dāng)早播或晚播，以減小花期與高溫的耦合[33?34]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河南省近年來高溫?zé)岷︻l發(fā)，南部7月24日?8月1日的平均最高氣溫較高，這個(gè)階段恰好與河南省南部玉米抽雄散粉期耦合，其中駐馬店市5a內(nèi)發(fā)生了4次高溫?zé)岷?，是河南省重度熱害發(fā)生區(qū)域。這與本研究對花期高溫?zé)岷Φ目臻g分布研究結(jié)果一致。程長江[35]在對河南省寶豐縣夏玉米花期高溫?zé)岷Φ姆治鲋?，僅以7月下旬?8月上旬出現(xiàn)的極端最高氣溫為指標(biāo)，確定熱害等級，并未考慮持續(xù)時(shí)間，得出寶豐縣發(fā)生高溫?zé)岷Φ念l率為93.7%，與本研究結(jié)果相差較大。原因在于本研究通過積溫區(qū)間確定花期所在時(shí)段，且花期時(shí)間持續(xù)10d左右，推算結(jié)果更接近實(shí)際花期，且熱害指標(biāo)為≥35℃高溫持續(xù)3、4、5d，因此計(jì)算結(jié)果更精確。

適當(dāng)提前播種可避開高溫天氣，且使夏玉米生育期延長，光熱資源利用率更高[34]。劉戰(zhàn)東等[36]指出，鄭單958在河南省的適宜播種期為6月5?24日，最晚應(yīng)在6月27日之前完成播種，否則不利于營養(yǎng)物質(zhì)的積累；董秀春等[37]在濟(jì)寧市設(shè)計(jì)分期播種實(shí)驗(yàn)，得出魯西南地區(qū)登海605（晚熟品種）適宜播期為6月12?20日，均與本研究結(jié)果基本一致。氣候增暖一方面增加了熱量資源，吐絲后期的有效積溫增多，能夠有效提升玉米產(chǎn)量[38?39]；另一方面使得夏玉米生長季延長，播種期也發(fā)生了相應(yīng)變化。本研究進(jìn)一步對1961?2017華北地區(qū)夏玉米最早和最晚播種期進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，由于冬小麥成熟提早和機(jī)收面積擴(kuò)大，夏玉米最早播種期呈現(xiàn)逐漸提前的趨勢，總體每10a提前2.5d；最晚播種期呈現(xiàn)逐漸推遲的趨勢，總體每10a推遲1.7d。氣候變化背景下雖然熱害發(fā)生頻率增大，但華北地區(qū)夏玉米可調(diào)節(jié)的播期范圍也在變大，更有利于確定規(guī)避高溫的適宜播期。

夏玉米生產(chǎn)過程中可能會受到多重氣象因子的共同影響，在考慮規(guī)避高溫的同時(shí)，應(yīng)兼顧生育后期光、溫、水等條件的配合情況。如7月上旬及以后播種，雖然可以有效避開花期高溫?zé)岷?，但易引起高溫催熟現(xiàn)象，后期熱量、降水均不足，減產(chǎn)可能性大[40]。且在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)?shù)貧夂驐l件允許的情況下，農(nóng)戶會更傾向于選擇增產(chǎn)潛力更大的偏晚熟品種，并盡量提前播種。同時(shí)，氣候變化包括溫度、降水、CO2等多種氣象因子的時(shí)空變化，且各氣象因子之間存在一定的聯(lián)系，并非完全獨(dú)立。例如，大田氣候條件下，高溫往往伴隨干旱同時(shí)發(fā)生，二者共同作用，加重對作物的脅迫程度[27,30]。再次，除了氣象因子的影響外，夏玉米花期高溫的發(fā)生及減產(chǎn)程度還受植物本身的品種特性、基因型等植物學(xué)因子及各地區(qū)栽培管理方式的影響，氣候變化及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的復(fù)雜性決定了夏玉米花期高溫?zé)岷ρ芯康膹?fù)雜性，仍有很多問題需要探討。通過調(diào)整播期，可以有效規(guī)避高溫?zé)岷?，如晚熟品種適當(dāng)遲播，早熟品種適當(dāng)早播，都有可能使玉米開花期避開高溫天氣的高發(fā)期。采用≥10℃活動積溫推算夏玉米生育期，在環(huán)境條件正常時(shí)運(yùn)用≥10℃積溫推算發(fā)育進(jìn)程與實(shí)況擬合較好，但如發(fā)生干旱或漬澇則因?qū)ιL發(fā)育產(chǎn)生抑制，所需積溫會明顯增加，這也是本研究考慮不足之處。因此，應(yīng)對玉米熱害還應(yīng)與灌溉、化學(xué)制劑調(diào)控、人工輔助授粉等其它措施相結(jié)合，并綜合考慮不同熟期品種的增產(chǎn)潛力與其它風(fēng)險(xiǎn)權(quán)衡利弊，才能取得適宜減災(zāi)增產(chǎn)效果。未來研究中還應(yīng)考慮多種因子的復(fù)合作用。

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Characteristics of Heat Damage during Flowering Period of Summer Maize and Suitable Sowing Date in North China Plain under Climate Change

HE Hua-yun1,2, HU Qi1,2, PAN Xue-biao1,2, MA Xue-qing1,2, HU Li-ting1,2, WANG Xiao-chen1,2, HE Qi-jin1,2

(1.College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China; 2.Scientific and Observing Experimental Station of Agro-Environment, Ministry of Agriculture, Hohhot 011700)

Using the daily ground observation data of 55 meteorological stations in the summer maize planting area of North China Plain from 1981 to 2017, annual heat damage events of summer maize was calculated by taking the daily maximum temperature ≥35℃ lasts for 3, 4, 5 days, as well as the relative humidity ≤70% as an indicator for light, medium and severe high temperature heat damage, respectively. The temporal and spatial variation characteristics of high temperature heat damage during the flowering period of summer maize under different sowing dates in the North China Plain were analyzed at the decadal scale, annual scale and ten?days scale. With the standard of avoiding medium high temperature heat damage at flowering stage, the suitable sowing dates for summer maize were then estimated. The results showed that the greatest frequency of heat damage at flowering stage of summer maize was found when sown in early June. And if planted in mid?June, the frequency of heat damage was 9%?12%. However, the heat damage has been increased since 2011, and the occurrence probability is higher than that in the P1?P3 period (1981?2010). The average suitable sowing date of early-maturity varieties in North China Plain is from June 15th to July 5th. That of mid-maturity and late-maturity varieties were from June 15th to June 27th and from June 15th to June 20th respectively. Within the suitable sowing period, planting should be postponed appropriately in the southern part of the North China Plain. And in the north, it should be earlier.

North China Plain; Summer maize; High temperature heat damage; Sowing date

10.3969/j.issn.1000-6362.2020.01.001

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2019?05?27

胡琦，E-mail：huq@cau.edu.cn

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0300304；2017YFD0300404；2016YFD0300106）

和驊蕓，E-mail：hehuayun0715@163.com