我国东北地区不同生态条件下玉米品种积温需求及利用特征百度文精.docx
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我国东北地区不同生态条件下玉米品种积温需求及利用特征XX文精
我国东北地区不同生态条件下玉米品种
积温需求及利用特征
*
白彩云
1,2
李少昆
1,2**
柏军华
2
张厚宝
2
谢瑞芝
2
（1新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点开放实验室,新疆石河子832003;2
中国农业科学院作物科学研究所农业部作物生
理生态与栽培重点开放实验室,北京100081
摘要为研究玉米品种在年份间和地域间正常成熟所需积温特征及其对当地积温的利用
效率,以广适性品种郑单958为试验材料,
2007—2009年在我国东北春播玉米区（40ʎ—48ʎN,累计布置28个试验区,开展了55点次的玉米生长发育与产量表现联网试验．结果表明:
我国东北春播玉米种植区的气象条件差异较大,在同一试验区,不同年份玉米完成整个生育进程所需积温差异不显著（P＞0．1;在同一年份,不同试验区所需积温呈极显著差异（P＜0.001,其中从播种至出苗阶段地区间相对差异最大,其次是吐丝至成熟阶段,出苗至吐丝阶段差异最小．郑单958成熟度与研究区热量条件显著相关,当地积温的利用效率与纬度呈极显著的线性回归关系;该品种在生长季＞3000ħ活动积温的地区属于安全种植带,小于该值的地区将受到不能正常成熟的威胁．在一定气候条件下,玉米品种对积温的需求相对稳定．受热量条件
的影响,在玉米品种自我生理反应调节下,地区间各生长发育时期所需积温差异显著．关键词
玉米活动积温气象生态
*国家基础研究发展计划重点项目（2009CB1186和国家玉米产业技术体系项目资助．
**通讯作者．E-mail:
lishk@mail．caas．net．cn2011-01-11收稿,2011-06-21接受．
文章编号1001－9332（201109－2337－06
中图分类号
S315,S513
文献标识码
A
Characteristicsofaccumulatedtemperaturedemandanditsutilizationofmaizeunderdiffer-entecologicalconditionsinNortheastChina．BAICai-yun1,2,LIShao-kun1,2
BAIJun-hua2,
ZHANGHou-bao2,XIERui-zhi2（1KeyLaboratoryofOasisEcologyAgriculture,XinjiangProduc-tionandConstructionCrops,Shihezi832003,Xinjiang,China;2KeyLaboratoryofCropPhysiologyandProduction,InstituteofCropSciences,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China．-Chin．J．Appl．Ecol．,2011,22（9:
2337－2342．Abstract:
Tounderstandtheaccumulatedtemperature（ACTdemandofmaizeforitsnormalmat-urationamongyearsandregionsaswellastheuseefficiencyoflocalACT,
agroupofwork-netfieldexperimentswasconductedat55sitesin28regionsofNortheastChinaspringmaizeplantingarea（40ʎ07'－48ʎ08'Nin2007－2009,takinganeurychoricmaizevarietyZhengdan958astestob-ject．Themeteorologicalconditionsintheareahadlargedifference．Inthesameregions,theactiveaccumulatedtemperatureabove10ħinwholecorngrowthseason（ACT10forshortdemandofZhengdan958forcompletingitswholegrowthanddevelopmentprocesshadlittledifferenceamongdifferentyears（P＞0．1．However,indifferentregions,thisdemanddifferedsignificantly（P＜0.001inthesameyears,withthelargestdifferenceoccurredfromseedlingstagetoemergencestage,followedbyatpost-silkingstage,andtheleastatpre-silkingstage．Thematuritydegreeof
Zhengdan958hadsignificantcorrelationswithlocalheatconditions,andtherewasalinearrelation-shipbetweenuseefficiencyandlatitude．Zhengdan958couldbesafelymaturedintheregionswiththeACT10beingmorethan3000ħ,andhadariskofimmaturityintheregionswiththeACT10lessthan3000ħ．Inconclusion,undercertainmeteorologicalconditions,theACTdemandofZhengdan958forcompletingitsgrowthprocesswasrelativelystable,and,duetotheselfphysiologicaladjus-ting,theACT10demandofZhengdan958atitsdifferentgrowthstagesshowedasignificantdifferenceamongdifferentregions．
Keywords:
maize;accumulatedtemperature;meteorologicalecology．
应用生态学报2011年9月第22卷第9期
ChineseJournalofAppliedEcology,Sep．2011,22（9:
2337－2342
温度是影响作物生长发育的重要气象因子[1]．作物要完成某一发育阶段必须积累一定的温度,这个累积温度称为积温或热量期,国外通常用生长度日（growingdegreeday,GDD预测作物的生长发育速率[2－4]．≥10ħ的活动积温表征了喜温作物生长期的长短和地区热量资源的多寡,被国内广泛用于作物生长发育[5－6]、农业气候区划[7－9]、新品种推广等的研究[10]．东北地区是我国重要的春玉米生产基地,气候资源南北差异较大,部分地区在玉米生长前期受倒春寒冷害[11－12]、在生长后期受光热资源不足等问题的严重困扰[13－15]．近年来,在全球气候变暖的作用下[16－18],较长生育期玉米品种向更低积温带扩种趋势明显,进一步加重了部分地区玉米种植安全成熟的风险[19－20],使玉米安全生产受到挑战．因此,本研究在东北春玉米种植区,以多年配套气象数据为支持,开展多年多点联网试验,通过分析该区影响玉米生产的气候因素特征,以及玉米生长期积温与生长发育的关系,探究玉米生长发育所需积温的年度和地域差异特征,以及玉米生产积温利用率的空间变化特征,以期为东北春玉米区合理利用光热资源,挖掘高产潜力,玉米品种的合理布局与推广提供理论指导．
1材料与方法
1.1研究区概况及试验设计
本试验以高产、优质、适应性强的夏玉米品种郑单958为试材,2007—2009年在内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江4省区开展多年多点联网试验．在40ʎ07'—48ʎ08'N,110ʎ01'—130ʎ21'E范围内的28个县市累计布置55个试验点,基本可以代表东北玉米区的气象和生长条件．试验点概况如表1所示．其中,2007年16个试验点中14个试验点达到完熟,2008年20个试验点中17个试验点达到完熟,2009年19个试验点中18个试验点达到完熟．各试验点统一采取均匀垄种植,行距0.65m,株距0.26m,种植密度为6.0ˑ104株·hm－2,面积约0.13hm2;各试验点均以气温稳定通过10ħ时播种．按照试验点当地情况进行管理．
表1试验地区概况
Table1Generalsituationoftheexperimentregions
省份Province试验区
Experimentregion
纬度
Latitude（N
经度
Longitude（E
灌溉条件
Irrigationcondition
成熟度
Maturitydegree
试验年度
Year
辽宁丹东Dandong40ʎ07'124ʎ23'AⅠ2009Liaoning海城Haicheng40ʎ52'122ʎ44'BⅠ2007—2009锦州Jinzhou41ʎ05'121ʎ06'BⅠ2009
沈阳Shenyang42ʎ01'123ʎ05'BⅠ2007—2008
清原Qingyuan42ʎ08'124ʎ54'BⅡ2008
铁岭Tieling42ʎ17'123ʎ50'BⅠ2009
彰武Zhangwu42ʎ23'122ʎ35'BⅠ2007—2009
康平Kangping42ʎ55'123ʎ14'BⅠ2007—2009
吉林通化Tonghua41ʎ42'125ʎ57'BⅠ2009
Jilin四平Siping43ʎ10'124ʎ27'BⅠ2007伊通Yitong43ʎ21'125ʎ04'BⅠ2007—2008
公主岭Gongzhuling43ʎ31'125ʎ13'BⅠ2007—2009
吉林Jilin43ʎ50'126ʎ32'BⅠ2009
农安Nongan44ʎ31'125ʎ13'BⅠ2007—2009
前郭Qianguo45ʎ10'124ʎ23'BⅠ2007—2009
洮南Taonan45ʎ20'122ʎ40'BⅠ2007—2008
内蒙古临河Linhe40ʎ45'107ʎ25'BⅠ2009
InnerMongolia赤峰Chifeng42ʎ14'118ʎ56'CⅠ2007—2009通辽Tongliao43ʎ35'122ʎ10'BⅠ2007—2009
兴安盟Xing'anmeng46ʎ00'122ʎ05'BⅡ2008
阿荣旗Arongqi48ʎ08'123ʎ30'BⅡ2008
黑龙江牡丹江Mudanjiang44ʎ36'129ʎ35'BⅢ2008—2009Heilongjiang呼兰Hulan46ʎ00'126ʎ35'BⅠ2008—2009肇东Zhaodong46ʎ02'125ʎ54'BⅠ2007—2009
青冈Qinggang46ʎ31'126ʎ11'BⅢ2007—2008
望奎Wangkui46ʎ46'126ʎ29'BⅢ2007—2008
佳木斯Jiamusi46ʎ50'130ʎ21'BⅢ2008—2009
齐齐哈尔Qiqihaer47ʎ21'123ʎ55'BⅡ2009
A:
灌溉Irrigated;B:
雨养Rainfed;C:
雨养+灌溉Rainfed+irrigated．Ⅰ:
完熟Fullymaturity;Ⅱ:
未成熟Immaturity;Ⅲ:
蜡熟Waxenmaturity．8332应用生态学报22卷
1.2数据获取及研究方法
1.2.1生育阶段划分及数据获取将玉米的整个生育阶段,即从玉米播种到生理成熟的整个生育期划分为播种到出苗、出苗到吐丝和吐丝到完熟3个生育阶段,在各试验点调查记载播种、出苗、吐丝、完熟和收获的日期．
1.2.2气象数据预处理在28个试验区中,部分试验区空间距离近、气象条件相似,中国气象科学数据共享网站的数据共享气象站点有限,因此在数据处理中将合并部分试验区,采用11个气象站点的数据,分别是辽宁省的海城、沈阳、康平,吉林省的公主岭、前郭,黑龙江省的牡丹江、望奎、佳木斯、肇东,内蒙古自治区的通辽、赤峰．对2000—2009年每年4月15日—10月10日玉米生长季节的关键气象因子进行分析,分析中采用的气象生态因子有:
≥10ħ活动积温、逐日平均气温、日照时数、降雨量．
1.2.3玉米品种积温利用效率计算
AUE=G
at/Y
at
ˑ100%
式中:
AUE为玉米品种对当地积温的利用效率;G
at为玉米品种在特定地区种植全生育期所需积温;Y
at为该地区全年≥10ħ积温．
1.3数据处理
使用SPSS13.0软件进行数据分析,采用Origin8.0软件绘制相关图形,以ArcGIS9.2软件采用Kriging法制作积温的空间分布图．
2结果与分析
2.1试验点气象条件
如图1所示,各试验点2000—2009年ACT
10
、日均温度、日照时数和降雨量的分布均随其地理位置
的不同差异较大．ACT
10
和日均温度均从纬度较高的黑龙江望奎的2833ħ和17.0ħ逐渐升高到纬度较低的辽宁海城的3833.0ħ和21.5ħ;日照时数最高值和降雨量的最低值均出现在内蒙古的赤峰地区,日照时数最低值和降雨量最高值均出现在沈阳地区,日照时数和降雨量的最高值与最低值分别相差313.4h和275mm．东北春玉米区年份间日照时数和降雨量的标准差分别达101.6mm和132.7h,日照时数年份间波动最大的地区出现在吉林公主岭,其2004年日照时数最高,达1628h,最小值出现在2005年,仅为1032.5h,变异系数达16%;降雨量年份间波动最大的地区出现在内蒙古通辽,
其在图12000—2009年试验区玉米生长季气象条件概况Fig．1Meteorologicalconditionsofexperimentalregionduringgrowthseasonforcornintheexperimentalregionsfrom2000to2009．
A:
海城Haicheng;B:
沈阳Shenyang;C:
赤峰Chifeng;D:
康平Kang-ping;E:
公主岭Gongzhuling;F:
通辽Tongliao;G:
牡丹江Mudan-jiang;H:
前郭Qianguo;I:
肇东Zhaodong;J:
望奎Wangkui;K:
佳木斯Jiamusi．图中试验点按照纬度从南到北排列TheexperimentalsiteswereorderedattheXaxiswithlatitudefromsouthtonorth．
2006年降雨量最高,达450mm,而2007年只有181mm,变异系数达31.5%．
2.2郑单958完熟的积温需求时空差异及原因
为明确郑单958完熟所需ACT
10
在年份与地域间的差异特征,进行了方差分析,其结果如表2所示．3年间,在同一试验区,郑单958达到完熟所需
ACT
10
差异不显著（P＞0.1,表明郑单958达到生理
成熟所需ACT
10
相对稳定,且同一区域年份间的温度资源波动不显著;在同一年份,不同试验区郑单
958达到完熟所需ACT
10
呈极显著差异（P＜0.001．表明东北春玉米区不同区域间温度条件差异大,对玉米生长发育有较大影响,有必要有选择地种植不同熟性的玉米品种．
9332
9期白彩云等:
我国东北地区不同生态条件下玉米品种积温需求及利用特征
表2郑单958ACT
10
需求的年份及地区间方差分析
Table2ANOVAanalysisofdifferentregionsandyearsofACT
10
needingforZhengdan958
方差来源Variancesource
平方和
Sumofsquares
自由度
df
均方
Meansquare
FP
组间ʒ年份Betweengroup:
Years2763442645042.060.15组内ʒ地区Withingroup:
Regions5886833031373
总和Total86502732
组间ʒ地区Betweengroup:
Regions27053010801056.550.00组内ʒ年份Withingroup:
Years3381832212234
总和Total60871332
表3不同地区郑单958各生育阶段ACT
10
积温需求
Table3ACT
10
neededofZhengdan958atdifferentgrowthperiodsatdifferentregions（ħ·d
试验区Experimentregion
全生育期
Wholegrowingperiod
播种-出苗
Seedingtoemergence
出苗-吐丝
Emergencetosilking
吐丝-成熟
Silkingtomature
辽宁海城Haicheng,Liaoning3247.5195.41461.11590.9辽宁沈阳Shenyang,Liaoning3161．6217.81458.51485.3辽宁康平Kangping,Liaoning3102.9308.21498.61296.1吉林公主岭Gongzhuling,Jilin3033.7236.71408.11389.0吉林前郭Qianguo,Jilin3080.9273.61623.01184.3内蒙古赤峰Chifeng,InnerMongolia3213.5239.31567.41406.8内蒙古通辽Tongliao,InnerMongolia3213.4260.11551.91401.4黑龙江牡丹江Mudanjiang,Heilongjiang2851.6162.31396.21293.0黑龙江肇东Zhaodong,Heilongjiang2985.8233.71561.91190.3黑龙江望奎Wangkui,Heilongjiang2776.7161.61429.01186.1黑龙江佳木斯Jiamusi,Heilongjiang2850.0173.11543.71138.0
从郑单958全生育期及不同生育阶段的积温需
求（表3可知,在安全成熟情况下,郑单958全生育
期所需最高ACT
10出现在辽宁海城地区,最低ACT
10
出现在黑龙江望奎地区,差值为397.5ħ,试验区间变异系数达5.4%．不同生育阶段中,播种至出苗、出苗至吐丝、吐丝至成熟阶段所需积温分别占全生育期积温的7.3%、49.3%和43.4%．不同试验区间,播种至出苗阶段变异系数最高,为21.2%;其次是吐丝至成熟阶段,变异系数为10.9%;出苗至吐丝阶段变异系数最小（5%．由此可知,播种至出苗阶段,由于各试验区春季气温回升速度、倒春寒、土壤属性、海拔等气候与地理条件的综合影响,导致该阶段所需积温地区间差异明显;吐丝至成熟阶段,各试验区花后热量条件,特别是初霜时间的早晚,决定了玉米成熟收获期的ACT
10
差异．以上两方面的因素是造成郑单958地区间所需积温差异显著的主要原因．
2.3郑单958成熟度的空间分布及对当地积温的利用率
计算东北春播玉米区145个气象站点玉米生长
季2000—2009年平均ACT
10,依据200ħ为一个积
温带的划分标准[7－8],将东北春播玉米区划分为11
个积温带（图2．由于地理条件及气候因素的影响,
该区域ACT
10
以“马蹄形”向北逐步降低,最南部的
辽宁沿海地区ACT
10
在3600ħ以上,内蒙古北
部
图2东北春播玉米区ACT
10
积温带分布
Fig．2DistributionoftheACT
10
beltduringcorngrowingsea-
sonintheNortheastChina．
0432应用生态学报22卷
表42007—2009年郑单958对当地积温的利用率及其与纬度的关系
Table4ACT
10useefficiencyofZhengdan958hybridandlinearrelationshipbetweenlatitude（LatandACT
10
useefficien-
cy（AUE
年份Year
≥10ħ积温利用率AUE（%
平均
Mean
最大值
Maximum
最小值
Minimum
积温利用率与纬度的拟合方程
RelationshipbetweenAUEandLat
200790．696.0（46.77ʎN81.0（40.87ʎNAUE=2.18Lat－5.5,R2=0.78**200886.193.6（46.77ʎN76.9（40.87ʎNAUE=2.16Lat－9.01,R2=0.86**200987.396.8（46.77ʎN75.7（40.87ʎNAUE=2.79Lat－35.5,R2=0.69***P＜0.05;**P＜0.01．
ACT
10
低于1800ħ．郑单958能够达到完熟的试验
区均处于ACT
10
＞3000ħ的积温带上．黑龙江的佳木斯、牡丹江、望奎和青冈试验点处于2800ħ3000ħ积温带．这些地区在露地直播条件下,种植郑单958玉米品种只能完成蜡熟;在采用地膜覆盖或育苗移栽技术保证下,可以达到完熟．在4个未成
熟的试验区中,3个处于ACT
10
＜3000ħ的积温带,这些地区虽然在纬度上与蜡熟试验区相差不大,有些纬度甚至还低,但由于海拔及地方小气候的影响,在这些地区种植郑单958,即使采取增温栽培措施也不能成熟．可见,在我国东北春玉米区,种植类似
郑单958的玉米品种,在ACT
10
＜3000ħ的地区存在严重的安全生产风险,将影响玉米品种对光温的利用率．
由表4可知,在东北春玉米区,积温利用率（AUE与纬度（Lat呈极显著的线性回归关系,随着纬度的北移积温利用率不断上升,积温利用率相对较高的地区均处在纬度较高的黑龙江望奎、佳木斯地区,利用率较低的地区均处在纬度相对较低的辽宁沈阳、海城地区．可见,玉米完成生长发育,适宜的积温利用率是其充分利用当地气候资源、获得最高产量的基础．较低的积温利用率存在积温浪费,过高的积温利用率又存在种植风险,平衡二者的关系可以实现高产与稳产的统一．
3讨论
温光资源是衡量农业气候资源的主要指标[21－23],是决定玉米产量高低和玉米品种能否在某个地区安全种植的首要生态因素[7－8,24－25],也是玉米品种区域间引种优先考虑的条件．本研究表明,在热量资源差异较大的地区种植同一玉米品种,实现正常完熟时,年积温不同的试验区之间,玉米全生育期需求的积温差异较大．在各生育阶段,尤其是出苗
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