夏玉米花期高温热害预警方法

摘要

本发明公开了一种夏玉米花期高温热害预警方法，旨在解决河南省夏玉米种植区缺乏准确、可靠的夏玉米花期高温热害预警评价指标的技术问题。该发明主要是基于夏玉米花期内≥32℃高温日数或/和≥35℃的高温日数进行花期高温预警等级的确定。本发明基于夏玉米高温热害为“累积型”的灾害的科学认知，并结合河南省多年气象资料和夏玉米丰富的生产实践，构建了能准确、可靠的表征夏玉米花期高温热害的气象指标，以此建立了规范、简便、严谨的花期高温热害预警方法，能为河南省玉米产区提供及时准确的可量化的花期高温监测预警信息，为相关部门决策和农业生产部门指导玉米生产防灾减灾提供有力的技术支撑，进而可有效保障该区粮食生产安全。

说明书

技术领域

本发明涉及农业灾害预警技术领域，具体涉及一种适用于夏玉米种植区的夏玉米花期高温热害预警方法。

背景技术

玉米是我国第一大粮食作物，在国民经济发展中具有举足轻重的地位。而河南是夏玉米种植大省，近年播种面积约330万hm

灾害监测预警是农业气象业务服务的重要内容，提供及时、准确的夏玉米花期高温监测预警产品，对于相关部门决策和农业生产部门指导玉米生产防灾减灾，保障粮食安全生产具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种主要适用河南玉米种植区的夏玉米花期高温热害预警方法，旨在解决该区域缺乏准确、可靠、量化的夏玉米花期高温热害预警评价指标的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种夏玉米花期高温热害预警方法，包括如下步骤：

（1）确定夏玉米花期

通过农业气象观测确定夏玉米抽雄起始日，或者依据以下标准确定夏玉米抽雄起始日：

自夏玉米抽雄起始日开始向后连续10d为夏玉米花期；

（2）确定高温日数

分别观测夏玉米花期内的最高气温≥32℃时总日数或/和≥35℃时总日数，为“高温日数”指标；

（3）确定花期高温预警气象等级

基于≥32℃高温日数或/和≥35℃的高温日数指标按如下标准进行花期高温预警等级判断：

在所述步骤（3）中，当同时利用≥32℃和≥35℃的高温日数指标进行花期高温预警等级判断时，如两个指标判断结果出现等级偏差，以高一等级为准。

在所述步骤（2）中，最高气温是指地面气象观测中距地面1.50m高度温度表测定的一日内的气温最高值。

在所述步骤（1）中，所述抽雄起始日指全区内≥10%的玉米植株雄穗主轴从顶叶露出3 cm～5 cm的日期。

与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果在于：

基于夏玉米高温热害为“累积型”的灾害的科学认知，并结合河南省多年累积气象资料和丰富的夏玉米生产实践，构建了能准确、可靠、量化的表征夏玉米花期高温热害的气象指标，以此建立了规范、简便、严谨的花期高温热害预警方法，能为河南省玉米产区提供及时准确的夏玉米花期高温监测预警信息，为相关部门决策和农业生产部门指导夏玉米生产防灾减灾提供有力的技术支撑，进而可有效保障该区粮食生产安全。

附图说明

图1为河南省地面气象观测站和玉米农业气象观测站点分布图。

图2为河南省夏玉米抽雄始起始日日序常年值分布图。

图3 为河南省夏玉米花期≥32℃高温日数正态分布检验P-P图和Q-Q图。

图4为河南省夏玉米花期≥32℃高温日数的发生频数和正态分布曲线图。

图5为河南省夏玉米花期≥35℃高温日数正态分布检验P-P图和Q-Q图。

图6为河南省夏玉米花期≥35℃高温日数的发生频数和正态分布曲线图。

图7为河南省夏玉米花期≥32℃高温日数与穗粒数的线性回归分析图；

图8为图7的接续图。

图9为河南省夏玉米花期≥35℃高温日数与穗粒数的线性回归分析图；

图10为图9的接续图。

图 11为河南省夏玉米花期高温气象等级对应的穗粒数损失率变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的原料如无特别说明，均为市售常规原料；所涉及的测量或实验方法，如无特别说明，均为常规方法。

实施例一：河南省夏玉米花期高温热害预警体系的构建

1. 夏玉米花期的预测与确定

夏玉米花期高温灾害是否发生及发生程度，主要基于这一时段的最高气温。由于河南省南北气候存在纬度差异，东部和西部存在地形和海拔差异，夏玉米生长季热量资源分配不均，发育期不一致。但夏玉米开花期主要集中在7月下旬至8月上旬。

《中国玉米栽培学》中指出：玉米雄穗抽出后2～5d开花，雄穗开花一般以2～5d为盛期，也有开花后3～6d开花最多的。根据山东农学院（1976）观察，夏播玉米开花后2～5d占单株开花总数的77.7%～84.5%，以3～4d最集中，全穗开花通常历时7～10d。

因此，明确夏玉米花期指抽雄开始至开花授粉结束的一段时期，一般持续7～10d左右。

充分考虑河南省气候条件和当前种植的夏玉米品种生长发育特点，并基于长期的实践研究，将夏玉米花期高温预警气象等级指标的统计时段统一确定为抽雄开始后10d。

2. 夏玉米花期高温气象指标的选取与确定

《GB/T 21985-2008 主要农作物高温危害温度指标》规定，玉米开花期：T

《中国玉米栽培学》中指出：玉米开花散粉期间的适宜平均日温为26～27℃，温度高于32～35℃，空气相对湿度接近30%，雌穗吐丝缓慢，雌雄穗开花间隔时间拖长，雄穗开花持续期缩短，花丝、花粉活力降低，受精不良。当气温高于32℃时，花粉粒活性只能保持1～2h。在高温下玉米呼吸强度增高，消耗增多，净光合积累减少。试验证明玉米受到38～39℃热害3h后，光合速率下降了70%。玉米热害指标，以中度热害为准，为苗期36℃、生殖期32℃、成熟期28℃。

玉米雌穗花丝表皮细胞特化形成了大量的毛状体，毛状体的数量和形态与花丝接受花粉的能力极其相关。

考察现有关于夏玉米花期热害的相关研究成果发现，大都以“日最高气温”作为夏玉米花期受热害的指标要素。然而基于本发明的深入研究发现，对于夏玉米而言，高温热害是一个“累积型”的灾害，仅以“日最高气温”作为衡量因素，不够全面且难以反映真实危害情况。有鉴于此，本发明结合河南省夏玉米生产的实际情况，在将≥32℃（玉米受害的临界阈值）和/或≥35℃（热害显著加重的阈值）作为不同程度高温热害的致灾阈值的同时，选择在夏玉米花期内≥32℃和≥35℃的累积“高温日数”作为评价花期高温热害程度的两个指标。

高温日数计算：在确定的夏玉米花期内（10d），分别统计日最高气温≥32℃和≥35℃的总日数，为“高温日数”指标。

3. 指标阈值的确定

以夏玉米花期10d内，日最高气温≥32℃或≥35℃的“高温日数”作为评价高温热害程度的指标。

（1）资料与方法

收集整理河南省110个地面气象观测站1971-2019年的玉米生长季逐日最高气温资料，地面气象观测站的选取原则是去掉信阳非玉米种植区。

收集整理19个河南省夏玉米农业气象观测站夏玉米发育期观测资料。地面气象观测站和玉米农业气象观测站点分布如图1所示。

根据农业气象观测的夏玉米抽雄起始日，计算多年平均值，得到各观测站的夏玉米抽雄始起始日常年值，并插值到全省，如图2所示。以夏玉米抽雄起始日作为开花始期，向后连续10d为开花末期。

根据抽雄始期日插值结果，并结合长期的生产实践，确定河南省夏玉米主产区各个地市的夏玉米抽雄起始日，如表1所示。

表1 河南省夏玉米主产区抽雄起始日

（2）夏玉米花期高温气象等级阈值的确定

提取1971-2019年110个地面气象观测站夏玉米花期最高气温，分别统计各站夏玉米花期≥32℃或≥35℃的“高温日数”，划分轻、中、重三级，分别计算各项指标夏玉米花期高温气象等级的阈值。

① ≥32℃高温日数阈值确定

构建各地面气象观测站1971-2019年夏玉米花期≥32℃高温日数的数据序列，首先进行数据序列的正态分布检验，采用P-P图和Q-Q图检验的方法，如图3所示，绝大部分点均与直线的偏离程度不大，可以认为≥32℃高温日数数据服从正态分布。

绘制≥32℃高温日数的发生频数和正态分布曲线如图4所示。

根据≥32℃高温日数的整体分布曲线，进行四分位分割，分别计算25%、50%和75%的百分位值，可知25%的百分位值为3d，50%的百分位值为6d，75%的百分位值为8d，由此对≥32℃高温日数进行发生程度的轻、中、重分级，如表2所示。

表2 基于≥32℃高温日数的夏玉米花期高温预警气象等级

② ≥35℃高温日数阈值确定

构建各地面气象观测站1971-2019年夏玉米花期≥35℃高温日数的数据序列，采用P-P图和Q-Q图检验的方法进行数据序列的正态分布检验，如图5、6所示，绝大部分台站点均与直线的偏离程度不大，可以近似认为≥35℃高温日数数据服从正态分布。

根据≥35℃高温日数的整体分布曲线，进行四分位分割，分别计算25%、50%和75%的百分位值，可知25%的百分位值为1d，50%的百分位值为3d，75%的百分位值为5d，由此对≥35℃高温日数进行发生程度的轻、中、重分级，如表3所示。

表3 基于≥35℃高温日数的夏玉米花期高温预警气象等级

根据夏玉米花期10d内，日最高气温≥32℃或≥35℃的“高温日数”，综合表2和表3，构建夏玉米花期高温预警气象等级（表4）。并确定当分别利用≥32℃或≥35℃的高温日数指标进行花期高温预警等级判断时，如两个指标判断结果出现等级偏差，以高一等级为准。

表4 夏玉米花期高温预警气象等级

实施例二：夏玉米花期高温预警气象等级指标验证

夏玉米花期高温主要通过穗粒数影响产量构成，统计分析河南省19个夏玉米主产区农业气象观测站作物观测资料，进行穗粒数与花期不同等级高温日数的相关分析，结果可知大部分站点的花期高温日数与夏玉米穗粒数之间具有较好的线性关系，参见图7、图8、图9、图10。

图7给出了19个农气观测站花期≥32℃高温日数与穗粒数的相关关系，从中可以看出，高温日数与穗粒数均为负相关。

图8给出了19个农气观测站花期≥35℃高温日数与穗粒数的拟合关系，除濮阳和西平站外，≥35℃高温日数与穗粒数均呈负相关。

计算≥32℃和≥35℃高温日数与穗粒数相关系数如表5所示，≥32℃高温日数与穗粒数的相关系数除西平和驻马店外，其它大部分台站均通过了0.05显著性检验（巩义、汝州、新乡和郑州站达0.01显著水平），呈显著负相关；≥35℃高温日数与穗粒数相关系数中，濮阳、沁阳、三门峡、伊川和西平5个台站的相关系数较小，未通过显著性检验，其它大部分台站相关系数通过0.05显著性水平。

表5 夏玉米花期高温日数与穗粒数的相关系数

注：*表明在P<0.05水平显著，**表明在P<0.01水平显著。

从主要的检验结果来看，夏玉米花期≥32℃和≥35℃日数均能较好的代表夏玉米受高温胁迫的危害程度。

进一步的根据表5筛选出通过显著性检验的≥32℃和≥35℃日数指标的站点，构建夏玉米花期≥32℃和≥35℃日数与穗粒数的关系模型，判断不同气象等级对应的夏玉米穗粒数的损失率范围，如图11所示，并计算各等级对应的平均损失率（表6）。

表6 不同气象等级平均穗粒数损失率

根据≥32℃高温日数指标共筛选出17个显著性站点；其中，轻度高温等级对应各站点穗粒数损失率在6.8～13.3 %范围，平均为9.4%，中度高温等级对应的穗粒数损失率在11.5～21.5%，平均为15.4%，重度高温等级对应的穗粒数损失率在15.4～25.8%，平均为21.3%；

根据≥35℃高温日数共筛选出14个显著性站点；其中，轻度高温等级对应各站点穗粒数损失率在4.5～11.0 %范围，平均为7.4%，中度高温等级对应的穗粒数损失率在8.2～20.6%，平均为13.5%，重度高温等级对应的穗粒数损失率在15.1～36.1%，平均为24.3%。

可知根据高温日数的概率分布进行等级划分，确定轻、中、重三个等级的阈值指标，与通常定义的灾损等级基本相一致。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明；但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明构思的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，或者是对相关方法、步骤进行等同替代，从而形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。