全 文 ：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 摇 李少昆1,2**摇 柏军华2 摇 张厚宝2 摇 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)
摘摇 要摇 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(40毅—48毅
N),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郾 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>3000 益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.
关键词摇 玉米摇 活动积温摇 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鄄mail: lishk@ mail. caas. net. cn
2011鄄01鄄11 收稿,2011鄄06鄄21 接受.
文章编号摇 1001-9332(2011)09-2337-06摇 中图分类号摇 S315,S513摇 文献标识码摇 A
Characteristics of accumulated temperature demand and its utilization of maize under differ鄄
ent ecological conditions in Northeast China. BAI Cai鄄yun1,2, LI Shao鄄kun1,2, BAI Jun鄄hua2,
ZHANG Hou鄄bao2, XIE Rui鄄zhi2 ( 1Key Laboratory of Oasis Ecology Agriculture, Xinjiang Produc鄄
tion and Construction Crops, Shihezi 832003, Xinjiang, China; 2Key Laboratory of Crop Physiology
and Production, Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing
100081, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(9): 2337-2342.
Abstract: To understand the accumulated temperature (ACT) demand of maize for its normal mat鄄
uration among years and regions as well as the use efficiency of local ACT, a group of work鄄net field
experiments was conducted at 55 sites in 28 regions of Northeast China spring maize planting area
(40毅07忆- 48毅08忆 N) in 2007-2009, taking an eurychoric maize variety Zhengdan 958 as test ob鄄
ject. The meteorological conditions in the area had large difference. In the same regions, the active
accumulated temperature above 10 益 in whole corn growth season (ACT10 for short) demand of
Zhengdan 958 for completing its whole growth and development process had little difference among
different years (P>0. 1). However, in different regions, this demand differed significantly (P<
0郾 001) in the same years, with the largest difference occurred from seedling stage to emergence
stage, followed by at post鄄silking stage, and the least at pre鄄silking stage. The maturity degree of
Zhengdan 958 had significant correlations with local heat conditions, and there was a linear relation鄄
ship between use efficiency and latitude. Zhengdan 958 could be safely matured in the regions with
the ACT10 being more than 3000 益, and had a risk of immaturity in the regions with the ACT10 less
than 3000 益. In conclusion, under certain meteorological conditions, the ACT demand of Zhengdan
958 for completing its growth process was relatively stable, and, due to the self physiological adjus鄄
ting, the ACT10 demand of Zhengdan 958 at its different growth stages showed a significant difference
among different regions.
Key words: maize; accumulated temperature; meteorological ecology.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 9 月摇 第 22 卷摇 第 9 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Sep. 2011,22(9): 2337-2342
摇 摇 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(growing degree day,GDD)预测作物的生长发育
速率[2-4] . 逸10 益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摇 材料与方法
1郾 1摇 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 40毅
07忆—48毅08忆 N,110毅01忆—130毅21忆 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郾 65 m,株距 0郾 26 m,种
植密度为 6郾 0伊104株·hm-2,面积约 0郾 13 hm2;各试
验点均以气温稳定通过 10 益时播种.按照试验点当
地情况进行管理.
表 1摇 试验地区概况
Table 1摇 General situation of the experiment regions
省摇 份
Province
试验区
Experiment region
纬摇 度
Latitude (N)
经摇 度
Longitude (E)
灌溉条件
Irrigation condition
成熟度
Maturity degree
试验年度
Year
辽摇 宁 丹东 Dandong 40毅07忆 124毅23忆 A 玉 2009
Liaoning 海城 Haicheng 40毅52忆 122毅44忆 B 玉 2007—2009
锦州 Jinzhou 41毅05忆 121毅06忆 B 玉 2009
沈阳 Shenyang 42毅01忆 123毅05忆 B 玉 2007—2008
清原 Qingyuan 42毅08忆 124毅54忆 B 域 2008
铁岭 Tieling 42毅17忆 123毅50忆 B 玉 2009
彰武 Zhangwu 42毅23忆 122毅35忆 B 玉 2007—2009
康平 Kangping 42毅55忆 123毅14忆 B 玉 2007—2009
吉摇 林 通化 Tonghua 41毅42忆 125毅57忆 B 玉 2009
Jilin 四平 Siping 43毅10忆 124毅27忆 B 玉 2007
伊通 Yitong 43毅21忆 125毅04忆 B 玉 2007—2008
公主岭 Gongzhuling 43毅31忆 125毅13忆 B 玉 2007—2009
吉林 Jilin 43毅50忆 126毅32忆 B 玉 2009
农安 Nongan 44毅31忆 125毅13忆 B 玉 2007—2009
前郭 Qianguo 45毅10忆 124毅23忆 B 玉 2007—2009
洮南 Taonan 45毅20忆 122毅40忆 B 玉 2007—2008
内蒙古 临河 Linhe 40毅45忆 107毅25忆 B 玉 2009
Inner Mongolia 赤峰 Chifeng 42毅14忆 118毅56忆 C 玉 2007—2009
通辽 Tongliao 43毅35忆 122毅10忆 B 玉 2007—2009
兴安盟 Xing忆anmeng 46毅00忆 122毅05忆 B 域 2008
阿荣旗 Arongqi 48毅08忆 123毅30忆 B 域 2008
黑龙江 牡丹江 Mudanjiang 44毅36忆 129毅35忆 B 芋 2008—2009
Heilongjiang 呼兰 Hulan 46毅00忆 126毅35忆 B 玉 2008—2009
肇东 Zhaodong 46毅02忆 125毅54忆 B 玉 2007—2009
青冈 Qinggang 46毅31忆 126毅11忆 B 芋 2007—2008
望奎 Wangkui 46毅46忆 126毅29忆 B 芋 2007—2008
佳木斯 Jiamusi 46毅50忆 130毅21忆 B 芋 2008—2009
齐齐哈尔 Qiqihaer 47毅21忆 123毅55忆 B 域 2009
A:灌溉 Irrigated; B:雨养 Rainfed; C:雨养+灌溉 Rainfed+irrigated. 玉:完熟 Fully maturity; 域:未成熟 Immaturity; 芋:蜡熟 Waxen maturity.
8332 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
1郾 2摇 数据获取及研究方法
1郾 2郾 1 生育阶段划分及数据获取摇 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郾 2郾 2 气象数据预处理摇 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:逸10
益活动积温、逐日平均气温、日照时数、降雨量.
1郾 2郾 3 玉米品种积温利用效率计算
AUE = Gat / Yat 伊 100%
式中:AUE为玉米品种对当地积温的利用效率;Gat
为玉米品种在特定地区种植全生育期所需积温;Yat
为该地区全年逸10 益积温.
1郾 3摇 数据处理
使用 SPSS 13郾 0 软件进行数据分析,采用 Origin
8郾 0 软件绘制相关图形,以 ArcGIS 9郾 2 软件采用
Kriging法制作积温的空间分布图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 试验点气象条件
如图 1 所示,各试验点 2000—2009 年 ACT10、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. ACT10和日均温度均从纬度较高的
黑龙江望奎的 2833 益和 17郾 0 益逐渐升高到纬度较
低的辽宁海城的 3833郾 0 益和 21郾 5 益;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郾 4 h和 275 mm.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郾 6 mm 和 132郾 7 h,
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 1628 h,最小值出现
在 2005 年,仅为 1032郾 5 h,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 1摇 2000—2009 年试验区玉米生长季气象条件概况
Fig. 1摇 Meteorological conditions of experimental region during
growth season for corn in the experimental regions from 2000 to
2009.
A:海城 Haicheng; B:沈阳 Shenyang; C:赤峰 Chifeng; D:康平 Kang鄄
ping; E:公主岭 Gongzhuling; F:通辽 Tongliao; G:牡丹江 Mudan鄄
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 The experimental sites
were ordered at the X axis with latitude from south to north.
2006 年降雨量最高,达 450 mm,而 2007 年只有 181
mm,变异系数达 31郾 5% .
2郾 2摇 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 ACT10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
ACT10差异不显著(P>0郾 1),表明郑单 958 达到生理
成熟所需 ACT10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 ACT10呈极显著差异(P<0郾 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.
93329 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 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摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 郑单 958 ACT10需求的年份及地区间方差分析
Table 2摇 ANOVA analysis of different regions and years of ACT10 needing for Zhengdan 958
方差来源
Variance source
平方和
Sum of squares
自由度
df
均方
Mean square
F P
组间 颐 年份 Between group: Years 276344 2 64504 2郾 06 0郾 15
组内 颐 地区 Within group: Regions 588683 30 31373
总和 Total 865027 32
组间 颐 地区 Between group: Regions 270530 10 80105 6郾 55 0郾 00
组内 颐 年份 Within group: Years 338183 22 12234
总和 Total 608713 32
表 3摇 不同地区郑单 958 各生育阶段 ACT10积温需求
Table 3摇 ACT10 needed of Zhengdan 958 at different growth periods at different regions (益·d)
试验区
Experiment region
全生育期
Whole growing period
播种鄄出苗
Seeding to emergence
出苗鄄吐丝
Emergence to silking
吐丝鄄成熟
Silking to mature
辽宁海城 Haicheng, Liaoning 3247郾 5 195郾 4 1461郾 1 1590郾 9
辽宁沈阳 Shenyang, Liaoning 3161. 6 217郾 8 1458郾 5 1485郾 3
辽宁康平 Kangping, Liaoning 3102郾 9 308郾 2 1498郾 6 1296郾 1
吉林公主岭 Gongzhuling, Jilin 3033郾 7 236郾 7 1408郾 1 1389郾 0
吉林前郭 Qianguo, Jilin 3080郾 9 273郾 6 1623郾 0 1184郾 3
内蒙古赤峰 Chifeng, Inner Mongolia 3213郾 5 239郾 3 1567郾 4 1406郾 8
内蒙古通辽 Tongliao, Inner Mongolia 3213郾 4 260郾 1 1551郾 9 1401郾 4
黑龙江牡丹江 Mudanjiang, Heilongjiang 2851郾 6 162郾 3 1396郾 2 1293郾 0
黑龙江肇东 Zhaodong, Heilongjiang 2985郾 8 233郾 7 1561郾 9 1190郾 3
黑龙江望奎 Wangkui, Heilongjiang 2776郾 7 161郾 6 1429郾 0 1186郾 1
黑龙江佳木斯 Jiamusi, Heilongjiang 2850郾 0 173郾 1 1543郾 7 1138郾 0
摇 摇 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 ACT10出现在辽宁海城地区,最低 ACT10
出现在黑龙江望奎地区,差值为 397郾 5 益,试验区间
变异系数达 5郾 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郾 3% 、49郾 3%和 43郾 4% . 不同试验区
间,播种至出苗阶段变异系数最高,为 21郾 2% ;其次
是吐丝至成熟阶段,变异系数为 10郾 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 ACT10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郾 3摇 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 ACT10,依据 200 益为一个积
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 ACT10以“马蹄形冶向北逐步降低,最南部的
辽宁沿海地区ACT10在3600益以上,内蒙古北部
图 2摇 东北春播玉米区 ACT10积温带分布
Fig. 2摇 Distribution of the ACT10 belt during corn growing sea鄄
son in the Northeast China.
0432 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 4摇 2007—2009 年郑单 958 对当地积温的利用率及其与纬度的关系
Table 4摇 ACT10 use efficiency of Zhengdan 958 hybrid and linear relationship between latitude (Lat) and ACT10 use efficien鄄
cy (AUE)
年份
Year
逸10 益积温利用率 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
Relationship between AUE and Lat
2007 90. 6 96郾 0 (46郾 77毅 N) 81郾 0 (40郾 87毅 N) AUE=2郾 18Lat-5郾 5,R2 =0郾 78**
2008 86郾 1 93郾 6 (46郾 77毅 N) 76郾 9 (40郾 87毅 N) AUE=2郾 16Lat-9郾 01,R2 =0郾 86**
2009 87郾 3 96郾 8 (46郾 77毅 N) 75郾 7 (40郾 87毅 N) AUE=2郾 79Lat-35郾 5,R2 =0郾 69**
*P<0郾 05;**P<0郾 01.
ACT10低于 1800 益 .郑单 958 能够达到完熟的试验
区均处于 ACT10 >3000 益的积温带上. 黑龙江的佳
木斯、牡丹江、望奎和青冈试验点处于 2800 益 ~
3000 益积温带. 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 ACT10 <3000 益的积温带,
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 ACT10<3000 益的地区存在
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摇 讨摇 摇 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,尤其是出苗至
吐丝阶段,不同积温区积温的需求趋于一致,基本不
受地域的影响.由此初步推断,出苗到吐丝期所需积
温是玉米品种积温需求的生理体现,每个玉米品种
在这个生育时期对积温的需求是一定的,其值大小
可以代表这个玉米品种的熟性. 播种到出苗和吐丝
到成熟两个阶段,不同地区种植的郑单 958 表现出
极显著的积温需求差异,这应该归于玉米品种对外
界温度资源条件的自我生理调节. 在实现正常生理
成熟的条件下,不同品种的变异程度可以代表玉米
品种生态适应性的大小.
在我国东北春播玉米区,地区间光、热、水等气
候资源条件差异较大,对玉米的生长发育有显著影
响.如果不考虑本地热量资源与品种熟性的匹配关
系,在年积温高值区引种或扩种较早熟品种,在年积
温低值区引种或扩种较晚熟品种,都会降低光热资
源利用率,影响玉米的高产与稳产.笔者前期的研究
也表明,郑单 958 只在东北部分地区表现出较好的
增产潜力[20] .因此,还需以不同熟性的玉米品种进
行多点联网试验,进一步验证多品种不同生育时期
的热量利用特征,并开展不同熟性玉米品种空间布
局的研究,探索地区光热资源与玉米品种的合理匹
配,挖掘特定玉米品种的生产潜力,为进一步提高东
北区玉米的单产和总产提供理论依据.
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作者简介摇 白彩云,女,1983 年生,硕士.主要从事作物生理
生态研究. E鄄mail: baicaiyun221@ 126. com
责任编辑摇 张凤丽
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