玉米气象

玉米生长发育、产量形成与气象条件的相互关系。16世纪中期玉米传入中国。1760年张宗法著的《三农记》中就有玉米播种期的记载。1902年陈启谦著的《农话》中记载有南、北方不同的气候条件对玉米生长发育的影响；提出了北方种抗寒性强的品种以及南方品种种于北方时成熟较晚，引种时须种数次，方可与土性相宜等看法。20世纪以来，由研究玉米发育与气象因子之间的关系，进展为玉米地域分布规律与气候条件关系的研究。70年代以后苏联学者又进一步将玉米产量与天气、土壤进行综合研究，建立了产量、天气、土壤综合模式，并对玉米生产力进行了研究。 分布与气候 玉米气候适应性比较广泛，凡大于10℃积温在1900℃以上，夏季平均气温在18℃以上的地区均可种植。从55°N到40°S之间，低纬度海拔高度达3636米，都可种植玉米。中国南起海南岛崖县（18°N），北至黑龙江省的黑河（50°N），东至台湾西至新疆的喀什地区以及西藏（西藏东南的察隅、墨脱等地）均有玉米种植。根据自然条件及种植制度的地域差异，全国可分五个气候特征不同的产区（图1）；①北方春播玉米区。日平均气温10℃以上的日数120～170天。夏季平均气温在20℃以上，大于10℃积温在2000～3600℃之间，年降水量500毫米左右，为一年一熟春玉米区。本区除春旱外，夏季雨水较多，温度适宜，日照充足，有利于玉米高产。②黄淮平原春、夏播玉米区。是中国种植玉米面积最大的区域。大于10℃日数为200～240天左右，大于10℃积温在4000～4600℃左右，年降水量400～900毫米，主要集中在夏季。因降水季节分配不均匀，有春旱、夏涝及秋旱现象。日照充足，年日照时数为2400～2800小时左右，以一年二熟的夏玉米为主要形式。北部尚有二年三熟的春、夏玉米种植。③西南山地丘陵玉米区。4～10月平均气温均在15℃以上，10℃以上日数250天以上，高山区150天以上。年降水量在1000毫米以上，分布均匀。玉米主要分布在山区、丘陵地。④南方丘陵玉米区。3～10月平均气温在20℃以上，10℃以上日数250天以上，年降水量一般在1000毫米以上，夏涝秋旱。以秋播玉米较多。海南岛部分地区有冬播玉米。⑤西北内陆灌溉玉米区。本区生育期125～180天。大于10℃积温大部地区在2000～4000℃之间。年降水量不足150～300毫米，干旱少雨。主要以一年一熟春玉米为主。另外，西藏东南海拔较低的温暖河谷地区以及青海东部农业区部分地区（如民和、循化、贵德、西宁等地），5～9月平均气温10℃以上，10℃以上日数120～140天以上，大于10℃积温1900℃以上，为一年一熟的早熟或极早熟春玉米。

      图1 中国玉米分区
       生长发育与气象 温度 玉米为喜温作物，生育期间生物学零度为10℃。种子在6～7℃开始发芽，但极缓慢，并易感菌霉烂。10～12℃发芽正常。最适发芽温度为25～28℃。种子由播种到出苗的间隔时间与温度关系密切，10～12℃需18～20天出苗，15～18℃需8～10天出苗，大于20℃5～6天即可出苗。玉米在18℃以上幼苗生长较快，30～32℃时最快。抽穗开花时期适宜温度为25～28℃，气温低于18℃或高于38℃不开花，当气温高于30℃，空气湿度小于60%开花甚少，气温高于32℃（有的品种在35℃以上）花粉粒1～2小时即丧失生活力。在籽粒灌浆、成熟时期要求日平均温度保持在20～24℃，有利于有机物质合成和向果穗子粒运转。籽粒成熟期日平均气温超过25℃或低于16℃均影响酶活动，不利养分积累和运转，日平均气温13℃左右玉米灌浆仍可很缓慢进行。成熟后期遇-3℃低温，易使含水量高的子粒丧失发芽力。夏玉米出现叶片数与其间积温有极显著的幂函数关系，在籽粒灌浆过程中，子粒增重与积温呈指数曲线关系。全生育期间平均气温在20℃以下时，每降低0.5℃，玉米达到成熟时生育期要延长10～20天。中国玉米品种对热量的要求见表1。同一品种玉米套种后，其生育期比平作玉米要长3～6天，所需积温相应约多50～100℃。
      表1 不同熟性玉米对热量的要求
       加拿大学者D.M.布朗认为每日最高温度与玉米生长发育呈非线性关系。因此，求算积温值的每日温度应该采用玉米热量单位C.H.U.（cron heat unit）  式中 Tmin为日最低温度；Tmax为日最高温度。由玉米热量单位求得的积温值2500℃，为加拿大栽培玉米籽粒成熟区的北界温度指标，2000℃为青饲玉米北界的温度指标。 水分 玉米是一种水分利用效率较高的作物，蒸腾系数约为250～350，相对需水量低于麦、棉等作物。玉米是高秆作物，全生育期又处在高温时期，需水较多。总耗水量早熟品种约为300～400毫米，中熟品种约500～800毫米。玉米全生育期需水量因地域、品种、栽培条件不同而异。根系活动以田间持水量60～80%为适宜。适宜生长的年降水量为500～1000毫米。但生育期内至少要有250毫米，且分布均匀。 玉米苗期较耐干旱，拔节、抽穗，开花期需水最多，后期偏少。由拔节到灌浆约占全生育期需水量的50%，抽穗前10天至开花后20天是对水分敏感的临界期，特别是吐丝期和散粉期更为敏感。此时期平均每昼夜耗水6～8毫米，土壤水分不足，会严重影响产量。苗期和成熟后期，缺水对产量影响较小。 在干旱条件下，玉米适时灌水可加快发育速度，有利于物质向生殖器官运输，加速子粒灌浆过程，可提早5～6天成熟。产量亦随水分供应量增加而提高，水分利用率也随之提高（表2）。
      表2 水分供应与玉米产量关系
       光照 玉米为短日性植物，一般早熟种不如晚熟种对日照长短反应敏感，日照时间过长能延长玉米的正常发育和成熟。玉米光饱和点为7～8万勒克斯（单株），光补偿点为1500勒克斯（群体）。自然光范围内，玉米群体达不到光饱和点。CO2补偿点为4～6ppm。玉米为C4作物，在低光照度，低CO2浓度下仍可继续光合作用，单叶最大光合效率为60-80毫克CO2·分米-2·时-1。光合作用的最适温度是30～40℃，20℃以下光合作用急速下降（图2）。玉米籽粒于物质累积过程中，至少需要3.0～3.7万勒克斯，才能满足要求。同时，在相同的太阳能辐射条件下，光合速率随日长增加而增加，太阳辐射对产量影响较大，尤其在籽粒灌浆阶段对产量形成更为重要。作物下层增加反射光，可增加籽粒产量，切除玉米顶部遮荫的雄花可提高籽粒产量4～12%。
      图2 玉米的温度—光合曲线（村田等 1965）
      注：光照度为40千勒克斯
       光质对玉米也有影响。在相同光照度下，红光的光合效率高，但在蓝光和白光下，玉米雌穗发育最快，在红光下迟缓。雄穗在绿光下生长发育减慢，在红光下不减慢。全天接受直射光在6小时左右，则雌穗发育受影响。光质也影响玉米的光合作用和物质形成。在红光下光合强度最大，植株生产效率（干物质量）高，合成碳水化合物多。在蓝紫光下光合强度较弱，但合成蛋白质多。 在生殖生长和籽粒灌浆期的水分供应、光周期，夜间温度和灌浆期的太阳辐射是影响玉米产量的四个重要气候参数。玉米大田实际产量与太阳辐射、夜间温度、日照长度关系密切，其关系式为： Y=-9848.98-1.463R-27.829T+17.787D 式中 Y为玉米产量（公斤/公顷）；R为太阳辐射（卡·厘米-2·日-1）；T为夜间温度（°F）；D为日照长度（分）。 生产与气象 播种期 适宜播种期与气候条件关系密切，要考虑生育期总热量和各生育阶段的农业气象条件。此外，华北地区春玉米播种期还要考虑玉米水分临界期与雨季的配合问题。东北、西北地区还需注意子粒成熟期的低温危害影响。广东海南岛冬播玉米则要注意避开1～2月的花期低温不实。套种玉米的播种期应考虑小麦、玉米共生期的长短，一般北方地区有25天左右的共生期为宜，南方可略短些。其次要保证麦收时玉米能进入穗分化阶段，否则会影响玉米的产量。同时，还要使玉米生长后期有足够的温度，保证其正常成熟[见播种（裁插）期预报]。 低温冷害及早涝害 低温使玉米根系活动降低，根伤流量急剧减少，同时，破坏玉米矿物质营养代谢，降低光合及物质运输能力。苗期遇低温，降低呼吸强度，减少了玉米生长能源。乳熟期受低温影响，呼吸强度可从1.492毫克CO2·克鲜重-1·小时-1降至0.887毫克CO2·克鲜重-1·小时-1。呼吸减弱是造成玉米减产的重要生理原因。冷害的气象原因是气温年际变化大，造成生育期热量不足或秋季降温过早，或两者同时发生；品种选用不当，或播种期过迟危害更为严重。防御措施有：①确定玉米冷害农业气候指标，做好中长期预报，适时播种，北方寒冷地区适时早播。②选用耐冷、早熟、高产杂交品种。欧洲选用抗寒品种，使籽粒用玉米北界达52°N，青饲玉米扩展到55°N，提高了产量。加拿大玉米也向北扩展了150公里。③合理施肥，提高玉米苗期抗寒性，加速玉米生育（见农业气象灾害）。 玉米苗期需水少，而不耐涝。在低洼易涝地区的夏季，雨水过多或地表面积水，土壤湿度达田间持水量的90%，夏播玉米幼苗易受涝害。超过90%，幼苗停止生长，甚至死亡。在这些地区，生产上一般采用套种，提前播种。避免夏播幼苗太小，雨季到来易遭涝害。 玉米抽雄前后，若长期无雨，土壤湿度小于10%（壤质土），叶片凋萎，持续半个月就遭受“卡脖旱”，造成雄雌穗间隔期长，花期不遇，或雌穗抽不出来，严重时可减产达50%以上。 玉米引种 玉米感温性强，感光性较弱，只要满足生育期对水热的要求，一般可以在不同地区生长，同一品种可春播或夏播。但南方培育的品种感光性强于北方品种，其生育期受温度和日照的双重影响，而北方培育的品种，对日照反应不敏感，生育期主要受温度的影响。因此，由低海拔向高海拔，出南向北引种，生育期延长；反之，生育期缩短（表3）。通常，北方培育的品种南引效果好，南方的品种北引常因低温和长日影响，延迟发育，雌雄花期不遇，造成空秆多，果穗小，产量低。 玉米品种的抗性与育种地生育期间的气候条件关系密切。干旱地区培育的品种，一般抗大小斑瘸及抗涝力差，中国西北地区培育的品种，不适应华北、东北地区的夏季多雨少日照条件。因此，玉米引种必须考虑原产地及引种地的气候条件。并根据农业气候相似原理进行。
      表3 金皇后玉米品种在不同地区（纬度、海拔）的生育期差异 （1958）