Effects of Meteorological Elements on Dry Matter Weight of Spring Maize in Semi-Arid Areas and Its Stress Effect

ZHOUZhongwen, LIUYing, QIUNinggang, ZHANGTianfeng, ZHANGWen, DUJun

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Journal of Agriculture ›› 2024, Vol. 14 ›› Issue (7) : 94-100. DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0179

Effects of Meteorological Elements on Dry Matter Weight of Spring Maize in Semi-Arid Areas and Its Stress Effect

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Abstract

In order to master the effects of climate change on the growth, development and yield formation of dryland maize and to provide a theoretical basis for spring maize to cope with extreme climate and disaster prevention and mitigation in semi-arid regions, the methods of linear regression, polynomial function and correlation analysis were adopted to study the stress effects of meteorological factors on dry matter accumulation of maize by using the dry matter observation data and meteorological factor data of maize for 29 consecutive years from 1994 to 2022. The results showed that the dry matter accumulation of maize fluctuated greatly between years in the past 29 years, and the effects of climate change on dry matter accumulation and growth rate were inconsistent. Meteorological factors had less influence on dry matter weight during the nutritional growth period and more influence during the reproductive growth period; precipitation was the most important meteorological factor affecting the dry matter weight of maize in semi-arid areas, while cumulative temperature and sunshine could basically meet the needs of maize growth and development, and the amount of dry matter accumulation was mainly affected by the precipitation from the seven-leaf stage to the tasseling stage, the cumulative temperature from the tasseling stage to the milk stage ≥10℃ and the sunshine hours from the tasseling stage to the maturing stage, and the drought and early autumn rains were the major stress factors for the maize in Longdong area; the dry matter weight was mainly determined by the reasonable matching degree of light, heat and water after the elongation stage, and the critical period of effective dry matter weight growth was from 10 days after flowering to 60 days after flowering. The accumulation of effective dry matter weight was directly affected by grouting speed and grouting period. This study can provide a reference for coping with climate change in dry crop maize in the northwest Loess Plateau under the background of climate change.

Key words

meteorological elements / semi-arid zone / spring maize / dry matter weight / impact / stress

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ZHOU Zhongwen , LIU Ying , QIU Ninggang , ZHANG Tianfeng , ZHANG Wen , DU Jun. Effects of Meteorological Elements on Dry Matter Weight of Spring Maize in Semi-Arid Areas and Its Stress Effect. Journal of Agriculture. 2024, 14(7): 94-100 https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0179

0 引言

全球气候变暖已成为事实，气候变化是当今重要的研究热点问题之一，翟盘茂等[1]许多学者从不同角度揭露了气候变暖的事实[2⇓⇓-5]。气候变暖引起高温干旱发生频率和强度递增，灾害天气多发，严重影响着作物生长发育和粮食安全[6⇓⇓-9]。陇东黄土高原是中国半湿润与半干旱气候的过渡地带，是全球气候变化较为敏感的区域之一，施雅风等[10]也对西北地区气候变化进行过深入研究，认为西北气候有暖湿化趋势，气候变化造成粮食生产的不确定性增加[11⇓⇓⇓⇓⇓-17]。干旱半干旱区是中国玉米主产区之一[18-19]，玉米也是陇东黄土高原半干旱雨养农业区重要的高产优势作物，已成为当地第一大种植作物。玉米生长受温度、降水、日照等环境因素的影响较大[20]，由于特殊地理环境和气候特点，夏季气候对陇东黄土高原春玉米发育期及产量有重大影响，在全球气候暖湿化的背景下，玉米的生长过程中干旱、高温、连阴雨、冰雹等灾害天气频发，影响玉米的正常生长。近年来，万信等[21]国内外学者对西北地区玉米气候生产力方面做了大量工作，探讨该地区玉米对全球气候变化的最新响应[22⇓⇓⇓⇓⇓⇓-29]。干物质是光合作用的产物，有效干物质的积累决定了作物产量高低，干物质积累的多少与气象因素密切相关，但就气象因素与干物质的具体关系研究较少，本研究定量分析研究了气象因素变化对玉米干物质积累过程的影响，以期明确其影响及胁迫机制，为调整种植结构和保证粮食安全提供理论依据。

1 研究区概况和资料方法

1.1 研究区概况

研究区在西峰农业气象试验站开展，位于陇东黄土高原旱作雨养农业区的庆阳市西峰区(107°38′E, 35°42′N, 1421 m)。陇东庆阳市处于胡焕庸线与博台线交汇处，属于典型的半干旱半湿润气候过渡区，年平均气温8.6~10.0℃，年平均降水量427.8~630.5 mm，年平均日照时数2310.0~2556.7 h，无霜期143~163 d，夏半年（4—9月）集中了年降水量的80%以上，雨热同季，光、温、水匹配基本合理，在作物生长季内有利于农业气候资源的综合开发利用，粮食作物主要是玉米和冬小麦。

1.2 资料来源

玉米干物重、生长率、灌浆速度等生物资料来自西峰国家一级农业气象试验站，按照《农业气象观测规范》[30]规定进行测定；气象资料来源于西峰国家基本气象站，产量资料来源于庆阳市统计局。资料序列从1994—2022共29 a。

1.3 分析方法

采用Microsoft Excel 2003软件进行数据分析、制图、计算相关系数，建立回归模拟方程，分析气象要素变化及对干物质积累、生长率变化、产量因素等的影响，揭示玉米对气候变化的响应。

2 结果与分析

2.1 干物重变化特征分析

2.1.1 干物重增长统计特征

从玉米干物重和生长率随发育期变化统计表（表1）看出，不同年份干物重和生长率差异巨大，成熟期最大干物重达到最小干物重的3倍以上，生长率差距更大，达到8~38倍。29 a来玉米干物重波动较大，试验地在种植制度、栽培方式和措施等基本一致的情况下，这些差异主要是由当年的外部环境造成的，可见气象因素对于干物质积累有重大影响。
表1 干物重和生长率随发育期变化统计表
发育期 单株干物重/（g/株） 生长率/（g/株·d）
三叶 七叶 拔节 抽雄 乳熟 成熟 七叶 拔节 抽雄 乳熟 成熟
平均 0.09 1.26 33.20 133.65 303.56 445.48 0.35 7.17 23.11 28.81 30.83
最大 0.17 2.70 56.80 232.90 492.72 670.09 0.80 13.59 41.20 46.79 57.31
最小 0.00 0.63 15.64 84.45 149.90 224.66 0.16 2.60 2.10 6.10 1.50
由干物重极端年份气象要素统计表（表2）可见，干物重最大的年份，全生育期降水量偏多，而且分配均匀，拔节—抽雄关键期降水充足，干物重最小的年份，全生育期降水量不足，尤其是拔节—抽雄关键期降水量严重不足，可见降水量是影响半干旱区玉米干物重的最主要气象因素。干物重最大和最小年份，≥10℃积温和日照时数总量相差不大，但抽穗—乳熟期的高温会加重干旱影响并催熟，生殖生长期的日照偏少影响灌浆，干物重的高低主要由拔节期以后光、热、水的合理匹配程度决定。
表2 干物重极端年份气象要素统计表
项目 播种—七叶 七叶—拔节 拔节—抽雄 抽雄—乳熟 乳熟—成熟 营养生长期 生殖生长期 全生育期
干物重最大年 降水量/mm 94.5 59.3 103.3 72.8 24.0 153.8 200.1 353.9
≥10℃积温/℃ 520.5 349.2 633.9 612.1 487.9 869.7 1733.9 2603.6
日照时数/h 243.7 179.0 265.6 192.0 196.8 422.7 654.4 1077.1
干物重最小年 降水量/mm 46.5 9.5 19.1 95.0 20.2 56.0 134.3 190.3
≥10℃积温/℃ 548.0 471.1 491.5 803.8 452.1 1019.1 1747.4 2766.5
日照时数/h 298.8 215.6 175.2 289.7 164.2 514.4 629.1 1143.5

2.1.2 干物重年际变化

从玉米不同发育期干物重的年际变化（图1）和玉米不同发育期生长率的年际变化（图2）可以看出，玉米干物重和生长率的年际变化趋势基本一致，均为抽雄以前变化振幅较小，抽雄以后振幅增大，说明气候变化对营养生长期影响较小，对生殖生长期影响较大。抽雄以前不同发育期随年代变化趋势基本一致，乳熟期干物重和生长率、成熟期干物重随年代变化均为上升趋势，成熟期生长率为下降趋势，说明气候变化对干物质积累和生长率的影响不一致，有利有弊。出现这种现象的原因主要是在营养生长期影响玉米生长的气象灾害是晚霜冻和干旱，玉米采用地膜种植和适时晚播等方式，晚霜冻对其影响减小，干旱主要影响玉米播种和出苗，近年来西北初春降水增多，有暖湿化趋势[31]，加之采用秋覆膜或初春顶凌覆膜等种植技术，使得干旱对玉米播种出苗影响减小。2019年和2022年春季4月降水偏少，出现干旱和较严重的晚霜冻，但玉米苗期受影响较小，干物重和生长率正常；而在生殖生长期，也就是玉米乳熟期前后，特别是在玉米灌浆关键期7月下旬—8月中旬前后，出现高温少雨时段，对其籽粒形成影响较大。如乳熟期单株干物重平均为303.56 g/株，而最大值达到492.7 g/株（2012年），最小值仅149.9 g/株（1995年）；成熟期单株干物重平均值445.48 g/株，却在1997年出现最小值224.66 g/株，2002年达最大值670.09 g/株，变幅达到3倍，主要是因为1995、1997年夏季出现了严重伏旱，而2002、2012年夏季光温水匹配比较好。
图1 玉米不同发育期干物重的年际变化

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图2 玉米不同发育期生长率的年际变化

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2.1.3 干物重增长速率

玉米产量主要是由有效干物重决定的，玉米抽雄以前，以营养生长为主，主要生长茎和叶，为产量形成打好基础，除受冰雹、洪涝等灾害性天气胁迫外，受气象因素影响较小。抽雄开花以后，植物便由营养生长进入生殖生长期，也就是有效干物重增长关键期，主要受制于灌浆速度、灌浆期长短、百粒重等产量因素，受气象因素影响加大。由百粒重和灌浆速度随生长天数变化曲线图（图3）可见，百粒重从开花后10 d开始到开花后60 d内呈波动增加趋势，这个时期也就是有效干物重增长关键期，每年波动变化3~8 d。灌浆速度从开花后10 d开始迅速增大，到开花后25 d达到最大，之后波动性下降，至开花后56 d左右有个回弹，此时正值玉米乳熟期，灌浆速度和灌浆期长短直接影响有效干物重的积累。
图3 百粒重和灌浆速度随生长天数变化曲线图

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2.2 干物重与气象因素分析

2.2.1 干物重与降水量分析

旱作区玉米全生育期耗水量约350~400 mm[32]，陇东黄土高原玉米生育期（4—9月）降水总量400~450 mm，基本上可以满足要求，但由于降水年际变化大，时空分配不均，干旱成为当地农业生产的主要制约因子。从不同发育期干物重与降水量相关系数（表3）看出，玉米抽雄期单株干物重与播种—三叶期降水呈现正相关，相关系数为0.3797，在乳熟期和成熟期干物重与拔节—抽雄期降水均呈现显著正相关，相关系数达0.4266和0.3879，均通过R0.05显著性检验，说明前期降水量是影响旱作区玉米干物质积量的重要因子。七叶—抽雄期是玉米叶片迅速增大、茎节伸长等营养器官旺盛生长和雌雄穗等生殖器官强烈分化与形成期，耗水量增加，是玉米需水的高峰期和临界期，同时也与当地高温少雨时段重叠，此时也是黄土高原伏旱最易发生时段，“卡脖子”旱是陇东玉米最大的制约因素。而全生育期降水量与玉米各发育期干物重相关性未通过显著性检验，乳熟期和成熟期干物重与抽雄至乳熟期和乳熟至成熟期降水呈现弱的负相关，这是由于在玉米生殖生长期（抽雄—成熟的7月中旬—8月下旬）该区出现暴雨或连阴雨等极端天气气候事件频次增加所致，同时玉米进入乳熟生长期后，对水分需求的敏感性降低，根系吸收利用较深土层（30 cm以下）水分能力增强，也是该区降水量较多时段，水分能满足其生长需求，降水多反而使日照减少影响干物重增加。
表3 不同发育期干物重与降水量(R)的相关系数
发育期 三叶 七叶 拔节 抽雄 乳熟 成熟
播种—三叶R -0.0174 -0.3045 0.0612 0.3797* 0.2441 0.2077
三叶—七叶R -0.1088 -0.0832 0.0794 0.2151 0.1796
七叶—拔节R 0.2789 0.3159 0.1313 0.2429
拔节—抽雄R 0.117 0.4266* 0.3879*
抽雄—乳熟R -0.1125 -0.0932
乳熟—成熟R -0.0898
全生育期R 0.0583 -0.1861 0.2342 0.1477 0.2356 0.2754
注：表中**表示通过R0.01检验，*表示通过R0.05检验，n=29。下同。

2.2.2 干物重与≥10℃积温

从不同发育期干物重与≥10℃积温相关系数（表4）看出，玉米干物重变化与不同发育期≥10℃积温呈现不同相关，播种—三叶期≥10℃积温与乳熟期和成熟期干物重呈现显著负相关，相关系数达0.4385和0.4266，通过R0.05显著性检验；三叶—七叶期≥10℃积温与拔节期和乳熟期干物重呈现极显著负相关，相关系数达0.5363和0.4562，通过R0.01显著性检验，说明苗期低温蹲苗有利于产量形成。拔节—抽雄期≥10℃积温与抽雄期、乳熟期干物重呈现正相关，其相关系数虽未通过显著性检验，但其相关性较高；拔节—抽雄期≥10℃积温与成熟期干物重呈现显著正相关，相关系数为0.3615，通过R0.05显著性检验。主要是由于玉米拔节以后，进入旺盛生长期，对热量条件要求较高，同时此阶段（6月下旬—8月）该区进入多雨季节，降水较多，出现低温时段（如2018年7月7—11日，出现连阴雨过程，降水量为117.2 mm，平均气温为18.1℃，平均最高气温为20.2℃；2019年8月20日—31日平均气温为17.2℃，每天日平均气温均低于20℃）有不利影响，此时≥10℃积温增加有利于玉米干物质积累，对增加产量有利。
表4 不同发育期单株干物重与≥10℃积温(∑T≥10)相关系数
发育期 三叶 七叶 拔节 抽雄 乳熟 成熟
播种—三叶∑T≥10 0.2200 -0.0239 -0.2796 -0.3283 -0.4385* -0.4266*
三叶—七叶∑T≥10 0.1452 -0.5363** -0.3080 -0.4562** -0.2942
七叶—拔节∑T≥10 0.1198 -0.0010 -0.0560 -0.0631
拔节—抽雄∑T≥10 0.2772 0.2217 0.3615*
抽雄—乳熟∑T≥10 -0.0177 -0.2814
乳熟—成熟∑T≥10 0.0683
全生育期∑T≥10 -0.0728 -0.1341 0.0625 0.0222 -0.0599 0.0481

2.2.3 干物重与日照时数

从不同发育期干物重与日照时数相关系数（表5）可见，播种—乳熟的日照时数与各发育期干物重基本呈现负相关，说明日照基本能满足玉米生长发育的需要。播种—三叶日照时数与抽雄期、乳熟期和成熟期干物重呈现极显著负相关，相关系数达0.5463、0.6138和0.5519，通过R0.01显著性检验；三叶—七叶日照时数与拔节期干物重也呈现显著负相关，相关系数达0.4355，通过R0.05显著性检验，说明苗期的日照强会加快玉米生长，同时也加重干旱机率，不利于形成高产。但在生长中后期，如乳熟—成熟期的日照时数与成熟期干物重呈现正相关，虽未通过显著性检验，但相关系数为0.2586，相对较高，是由于这时候常常会出现连阴雨天气过程，造成日照不足，影响光合作用和干物质积累；因此，此时日照时数增加，对干物质积累量和玉米产量的增加有利。
表5 不同发育期单株干物重与日照时数(S)相关系数
发育期 三叶 七叶 拔节 抽雄 乳熟 成熟
播种—三叶S 0.0704 0.0773 -0.2037 -0.5463** -0.6138** -0.5519**
三叶—七叶S 0.1267 -0.4355* -0.2571 -0.2968 -0.2016
七叶—拔节S 0.1147 -0.0120 -0.1388 -0.1208
拔节—抽雄S 0.1236 -0.0433 0.0001
抽雄—乳熟S 0.0951 -0.1759
乳熟—成熟S 0.2586
全生育期S -0.1432 0.0824 -0.2433 -0.1096 -0.2685 -0.2748

2.2.4 干物重气候模型

根据相关系数，选取七叶—拔节、拔节—抽雄降水量，拔节—抽雄、抽雄—乳熟积温，拔节—抽雄、抽雄—成熟日照时数等气象因子与成熟期干物重进行回归计算，得到干物重气候模型式(1)。
W=89.4953+0.5629R+0.3168∑T⩾10+0.2348S(F=4.0746>F0.05=3.37,n=29)
(1)
式中，W为玉米成熟期干物重，R为七叶至抽雄期降水，∑T⩾10为拔节至抽雄期≥10℃积温，S为抽雄—成熟期日照时数。
从中可以看出，七叶—抽雄期降水是影响干物重积累的主要因子，拔节—抽雄期≥10℃积温和抽雄—成熟期日照时数是次要因子。

3 结论及讨论

（1）29 a来玉米干物重年际波动较大，这些差异主要是由当年的外部环境造成的，气象因素对于干物质积累有重大影响。同一发育期因受降水等气候、环境因子的影响不同，干物重的年际变化有明显差异，与气候年型关系密切。
（2）陇东黄土高原玉米干物重年内变化呈先缓慢增长，后快速增长的特点。干物重不同年份年际变化趋势基本一致，抽雄以前变化振幅较小，抽雄之后振幅增大，在营养生长期受气候影响较小，在生殖生长期受气候影响较大。
（3）开花后10 d开始到开花后60 d是有效干物重增长关键期，灌浆速度和灌浆期长短直接影响有效干物重的积累，干物重的高低主要由拔节期以后光、热、水的合理匹配程度决定，拔节—抽雄期降水充足、热量适宜，乳熟期光照充足对干物质积累极为重要。
（4）降水量是影响半干旱区玉米干物重的最主要气象因素，七叶—抽雄期降水是影响干物重积累的关键因子。前期和后期的降水对干物质积累影响较小，生育中期降水对干物重的积累贡献最大，产生的效益最高，伏期“卡脖子”旱成为陇东玉米最大的制约因素。由于气候变暖和耕作措施改进，晚霜冻和春旱对玉米的影响逐渐减小，但伏期高温干旱和秋季阴雨影响加大。
（5）三叶—七叶期≥10℃积温与拔节期干物重呈现极显著负相关，苗期低温蹲苗有利于产量形成；抽雄、乳熟、成熟期干物重呈现正相关，≥10℃积温增加有利于玉米干物质积累，对增加产量有利。
（6）玉米干物重与拔节—抽雄和抽雄—乳熟期日照显著相关，生长前期为负相关，生长后期为正相关，生长中后期陇东常常会出现秋季连阴雨，影响了光合作用和干物质积累。
（7）在农业生产管理上，要引进抗旱新品种，采用地膜种植，注意根据气候年型选择适宜的播种期，使玉米在拔节发育期后的生长处于较为适宜气候环境中，使有效干物重增长关键期避开伏期干旱、秋季阴雨等时期，延长灌浆期，提高灌浆速度，增加干物重，提高产量。

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https://doi.org/10.11755/j.issn.1006-7639(2017)-02-0165
本文引用 [1] 摘要
干旱灾害是影响社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然因素，随着气候变暖，极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势，影响不断加重。&ldquo;干旱气象科学研究&rdquo;是由中国气象局等国家部委组织的三大气象科学试验研究计划之一，是继&ldquo;第三次青藏高原大气科学试验&rdquo;实施后，于2015年以行业科研重大专项项目形式批准立项的又一重大科学研究计划。本文简要介绍了本项目的基本架构以及在外场观测试验和科学研究方面所取得的重点研究成果，展望了干旱气象科学研究趋势及可能取得的主要突破。项目以提升我国干旱防灾减灾能力、保障粮食与生态安全为科技支撑目标，以发展干旱基础理论为科学研究目标，以提高干旱监测预测预警及影响评估技术水平为业务应用目标，以我国北方地区为重点研究区域，开展跨学科、综合性、系统性的干旱气象科学试验和科学研究。实施以来，已在西北至华北的干旱半干旱区建立&ldquo;V&rdquo;型的干旱致灾过程及其陆&mdash;气相互作用观测试验站网布局，并开展系统性观测试验。科学研究方面也取得重要成果。研究发现，自我防御机制有助于我国北方草地主要优势种和建群种&mdash;&mdash;贝加尔针茅适应未来气候变化。气候变化使中国骤发性干旱显著增加，尤其在湿润和半湿润地区可能性更大，且在未来几十年有可能持续下去，这对中国农业和水资源持续利用造成严重影响。另外，复杂下垫面地区的地&mdash;气交换研究方法得到有效改进；干旱半干旱区域的模式系统发展取得进展；发现春小麦、春玉米对干旱胁迫的响应特征，构建了玉米冠层含水量的普适性高光谱遥感估算方法等。
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施雅风, 沈永平, 李栋梁, 等. 中国西北气候由暖干向暖湿转型的特征和趋势探讨[J]. 第四纪研究, 2003, 23(2):152-164.
本文引用 [1]
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李栋梁, 魏丽, 蔡英, 等. 中国西北现代气候变化事实与未来趋势展望[J]. 冰川冻土, 2003, 25(2):135-142.
本文引用 [1] 摘要
利用西北地区建站至2000年常规气象观测站资料及美国NCEP/NCAR再分析全球网格点资料,分析了西北地区现代气候变化的特点,揭示了西北地区气候由暖干转向暖湿的事实.在此基础上对未来几十年气候变化趋势作了初步估计.
[12]
侯青青, 裴婷婷, 陈英, 等. 1986—2019年黄土高原干旱变化特征及趋势[J]. 应用生态学报, 2021, 32(2):649-660.
https://doi.org/10.13287/j.1001-9332.202102.012
本文引用 [1] 摘要
干旱作为极端气候事件之一,其频率和强度的变化影响到区域水资源,而干旱半干旱区植物生长的主要限制因素是水分,因此,研究黄土高原干旱时空特征及未来变化趋势对当地的生态环境具有重要意义。本研究基于1986—2019年降水和温度逐月格点数据,计算标准化降水蒸散发指数(SPEI)和干旱发生频率,并运用Mann-Kendall检验和Sen斜率估计方法,探讨了黄土高原的年、季尺度干旱时空分布及变化特征,最后利用NAR神经网络结合Hurst指数对黄土高原未来干旱趋势进行预测。结果表明: 研究期间,黄土高原总体呈现干旱化趋势,且年际和季节尺度的干旱发生频率在空间上差异较大。其中,年际、春季和冬季以黄土高原东南部和西部干旱发生频率最高,夏季和秋季以西北部干旱发生频率最高。夏季以中度干旱发生频率最高,年际及其他季节以轻度干旱发生频率最高。黄土高原春、夏季呈现干旱化趋势,秋、冬季研究区大部分区域干旱趋势减轻。黄土高原年际、春季、夏季的SPEI值在未来一段时间内仍处于下降趋势,即干旱化趋势加重,且夏季的Hurst指数最大,持续性变化最强,未来持续干旱的可能性高于其他季节。
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商沙沙, 廉丽姝, 马婷, 等. 近54 a中国西北地区气温和降水的时空变化特征[J]. 干旱区研究, 2018, 35(1):68-76.
本文引用 [1]
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赵传成, 王雁, 丁永建, 等. 西北地区近50年气温及降水的时空变化[J]. 高原气象, 2011, 30(2):385-390.
本文引用 [1] 摘要
利用1959-2008年间的实测地面气温和降水资料， 通过计算气候趋势系数和气候倾向率等统计量分析了西北地区气候的时空变化特征。结果表明， 50年来该区气温有明显的上升趋势， 年平均气温以0.32 ℃·(10 a)-1的幅度升高， 全年和四季气温都在上升， 冬季升温最明显， 达0.37 ℃·(10 a)-1， 夏季升温幅度最低， 约0.24 ℃·(10 a)-1。20世纪60年代初气温较高， 60年代后期气温有所下降， 80年代中期显著上升， 90年代以后上升更明显。气温升高程度存在区域差异， 升温幅度最大的地区在青海西北部\, 新疆阿尔泰山地区和内蒙古中部； 增幅最小的地区为青海海南和甘肃西南部。年降水量变化趋势存在显著的区域差异， 西北地区西部和中部降水量呈显著增加趋势， 而东部区域降水呈减少趋势。年降水量增加较显著的地区为新疆塔里木盆地南部、 阿尔泰山和天山、 青海北部和甘肃河西的中东部； 年降水量减少区为青海南部、 甘肃河东(黄河以东)、 宁夏、 陕西及内蒙古西部。
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王鹏祥, 杨金虎. 中国西北近45 a来极端高温事件及其对区域性增暖的响应[J]. 中国沙漠, 2007, 27(4):649-655.
本文引用 [1] 摘要
利用中国西北五省（区）1960—2004年100个台站逐日最高温度资料,根据百分位值法定义了不同台站逐日极端高温阈值,然后统计出了逐年逐站极端高温事件的发生频次,并进行了时空特征诊断,同时也分析了同期西北区域性增暖的响应程度。结果表明：一致性异常分布是西北年极端高温事件发生频次的最主要空间模态;西北年极端高温事件发生频次的异常空间分布可分为以下5个关键区：青海北部区、北疆区、南疆区、西北东部区及青南高原区;在西北年极端高温事件发生频次的5个空间分区中,年极端高温事件发生频次均表现为增加趋势,除青海北部区外,其他分区年极端高温事件发生频次均未发生突变现象;在西北年极端高温事件发生频次的5个空间分区中, 12~14 a的周期振荡表现得比较显著;另外西北年极端高温事件发生频次同区域性增暖呈显著的正响应。
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王鹏祥, 何金海, 郑有飞, 等. 近44年来我国西北地区干湿特征分析[J]. 应用气象学报, 2007, 18(6):769-775.
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张强, 张存杰, 白虎志, 等. 西北地区气候变化新动态及对干旱环境的影响——总体暖干化,局部出现暖湿迹象[J]. 干旱气象, 2010, 28(1):1-7.
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李新周, 刘晓东, 马柱国. 近百年来全球主要干旱区的干旱化特征分析[J]. 干旱区研究, 2004, 21(2):97-103.
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张继波, 李楠, 邱粲, 等. 水分临界期持续干旱胁迫对夏玉米光合生理与产量形成的影响[J]. 干旱气象, 2021, 39(5):734-741.
https://doi.org/10.11755/j.issn.1006-7639(2021)-05-0734
本文引用 [1] 摘要
试验于2018年夏玉米生长季在临沂设施农业气象试验站自动控制遮雨棚内水分控制场进行,以郑单958(ZD958)为试材,在水分临界期(拔节-开花期)设计5个水分梯度控制试验,模拟研究干旱胁迫对夏玉米光合生理与产量形成的影响。结果表明:水分临界期持续干旱胁迫下,开花期夏玉米叶片叶绿素a含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、株高、叶面积、地上部干物重均降低,且干旱胁迫越重降低幅度越大,T5处理下上述要素分别较T1处理下降42.6%、75.5%、83.2%、65.1%、27.5%、18.2%和44.9%。随着干旱胁迫的加剧,叶片水分利用效率呈先增后降的变化趋势,且在轻度干旱胁迫时最高。持续干旱胁迫下,夏玉米叶、叶鞘获得的养分分配增多,茎、果实、根获得的养分供给减少,植株营养供给与分配的改变不利于夏玉米健壮生长,倒伏风险增加,影响产量形成。此外,持续干旱胁迫下,夏玉米秃尖比、双穗率升高,百粒重、理论产量大幅降低。
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郭海英, 赵建萍, 索安宁, 等. 陇东黄土高原农业物侯对全球气候变化的响应[J]. 自然资源学报, 2006, 21(4):608-614.
本文引用 [1]
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张谋草, 段金省, 李宗, 等. 气候变暖对黄土高原塬区农作物生长和气候生产力的影响[J]. 资源科学, 2006, 28(6):46-50.
本文引用 [1] 摘要
分析气候变暖对黄土高原塬区作物发育期的影响表明：气候变暖使冬小麦越冬前各发育期日期推后，越冬后各发育期日期提前；冬小麦全生育期生长天数缩短，每10年缩短8.3天，主要是越冬期（休眠期）缩短，每10年缩短6.8天；冬小麦越冬死亡率降低。使玉米各发育期日期提前，但播种期、三叶期、拔节期、抽雄期日期提前较小，其变化速率仅为0.5天～1.1天/10年；而乳熟期、成熟期日期提前较多，变化速率为3.5天～9.0天/10年。冬小麦、玉米气候产量变化与干旱发生程度有关，干旱越严重，气候产量越低。年气候生产力40年(1961年～2000年)呈递减趋势，递减率为1.13kg～19.21kg/(hm<sup>2</sup>·年)，从对未来假定的气候变化年型看，以暖湿型气候年型对农业生产最为有利，年气候生产力增加13.7%～31.2%；冷干型气候对农业生产不利，年气候生产力减少5.1%～27.1%。
[24]
周忠文, 刘英, 张谋草, 等. 农业气候资源变化对陇东黄土高原旱作粮食的影响分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(3):55-60.
https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0179
本文引用 [1] 摘要
为了研究气候变化对陇东塬区旱作粮食的影响，利用陇东塬区1961—2020连续60年气候因子资料，采用线性回归、多项式函数、气候倾向率等方法，分析农业气候资源变化特征，进而分析80%保证率下农业气候资源变化对主要粮食作物冬小麦、玉米的影响。结果表明：日均气温稳定通过0℃和10℃的初日呈提前趋势，终日呈现推后趋势，初终日期间持续天数呈现极显著增加趋势；80%保证率下，日均气温稳定通过0℃和10℃初终日期间降水量随年代的增加呈现递减趋势，≥0℃和≥10℃积温随年代增加呈现增加趋势，日照时数随年代增加呈现递减趋势。农业气候资源变化造成小麦播种推迟，成熟提前，但生育期缩短主要体现在越冬期缩短上，有效生长期得到保证；夏季热量资源增加保证了玉米生长，成熟期提早为小秋作物收获后的秋播工作赢得了时间，有效扩大了作物种植面积。陇东塬区小麦、玉米气候产量与生育期内降水量呈显著正相关，水份影响着陇东粮食产量的生育全过程，水资源短缺是陇东塬区作物生长的制约因素；平均气温对小麦、玉米是不显著的负效应，温度是重要的影响因子；有效积温和日照时数对小麦、玉米的影响不一致，玉米受气候不确定性影响大于小麦。
[25]
周忠文, 张谋草, 刘英, 等. 气象要素对陇东黄土高原春玉米灌浆速度影响分析[J]. 中国农学通报, 2022, 38(5):94-98.
https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0268
本文引用 [1] 摘要
为了研究气象要素对陇东塬区春玉米灌浆速度的影响,利用2018—2020年全国农业气象试验站西峰试验点玉米分期播种作物资料及气象资料,分析气象因素与玉米灌浆的关系。结果表明：灌浆速度与灌浆天数变化呈二次曲线,开花始期后第24天开始到第46天是百粒重增长最快时间段,开花后第38天灌浆速度达到高峰;影响灌浆速度的主要气象因子有平均气温、最高气温、最低气温、气温日较差及日照时数、空气湿度和降水量;温度和日照的影响呈现正效应,湿度和降水影响呈现负效应;应根据当年的气候年型综合来确定玉米适宜播种期,使玉米百粒重快速增长期与庆阳高温少雨时段重合,避开多雨寡照天气的影响,从而通过调整播期来减轻或避免灾害造成损失,达到玉米稳产、高产的目的。
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王宁珍, 邓振镛, 黄斌, 等. 气候变化对陇东黄土高原玉米干物重的影响[C]. 中国气象学会年会, 2009.
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张谋草, 李宗䶮, 段金省, 等. 气象要素对陇东黄土高原玉米产量影响的通径分析[J]. 中国农业气象, 2007, 28(2):162-165.
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张谋草, 李宗䶮, 段金省, 等. 陇东黄土高原玉米不同发育期生长量对产量构成因素的影响[J]. 玉米科学, 2006(6):50-53,58.
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王宁珍, 邓振镛, 张谋草, 等. 陇东黄土高原气候变化对玉米叶面积生长的影响研究[J]. 干旱地区农业研究, 2006, 24(2):189-194.
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邓振镛. 高原干旱气候作物生态适应性研究[M]. 北京: 气象出版社, 2005.
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