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基于热量指数的东北春玉米冷害指标

王培娟 霍治国 杨建莹 吴霞

王培娟, 霍治国, 杨建莹, 等. 基于热量指数的东北春玉米冷害指标. 应用气象学报, 2019, 30(1): 13-24. DOI: 10.11898/1001-7313.20190102..
引用本文: 王培娟, 霍治国, 杨建莹, 等. 基于热量指数的东北春玉米冷害指标. 应用气象学报, 2019, 30(1): 13-24. DOI: 10.11898/1001-7313.20190102.
Wang Peijuan, Huo Zhiguo, Yang Jianying, et al. Indicators of chilling damage for spring maize based on heat index in Northeast China. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(1): 13-24. DOI:  10.11898/1001-7313.20190102.
Citation: Wang Peijuan, Huo Zhiguo, Yang Jianying, et al. Indicators of chilling damage for spring maize based on heat index in Northeast China. J Appl Meteor Sci, 2019, 30(1): 13-24. DOI:  10.11898/1001-7313.20190102.

基于热量指数的东北春玉米冷害指标

DOI: 10.11898/1001-7313.20190102
资助项目: 

中国气象科学研究院科技发展基金 2018KJ012

中央级基本科研事业费项目 2018SYIAEZD1

国家自然科学基金项目 31771672

详细信息
    通信作者:

    霍治国, 邮箱:huozg@cma.gov.cn

Indicators of Chilling Damage for Spring Maize Based on Heat Index in Northeast China

  • 摘要: 构建春玉米冷害指标是冷害研究的基础,对我国春玉米安全生产和品种布局具有重要参考意义。以我国东北三省春玉米为研究对象,以具有明确生物学意义的热量指数为春玉米冷害指示因子,利用气象资料、春玉米生育期资料和冷害灾情资料,计算春玉米不同生育阶段平均热量指数,建立春玉米冷害样本序列,基于K-S分布拟合检验和95%置信区间上限阈值的方法,厘定春玉米冷害指标阈值,构建我国东北春玉米不同生育阶段冷害指标,并采用独立的春玉米冷害灾情样本验证指标的合理性。研究结果表明:东北三省春玉米冷害指标在生殖生长和营养生长与生殖生长并进期热量指数的阈值较高,营养生长期略低;指标验证结果与历史灾情记录完全吻合的比率为80.0%,完全吻合和相差1级的比率为100%,且各灾害程度验证得到的准确率均高于75%。
  • 图  1  研究区气象站和农业气象站分布

    Fig. 1  The spatial distribution of meteorological stations and agro-meteorological stations in the target area

    图  2  东北三省典型站有无冷害年春玉米热量差逐日变化

    Fig. 2  Daily heat index difference for spring maize with chilling or chilling-free damages at three typical stations in Northeast China

    图  3  东北三省典型站有无冷害年春玉米累积热量差变化

    Fig. 3  Accumulated heat index difference for spring maize with chilling or chilling-free damages at three typical stations in Northeast China

    表  1  高产条件下春玉米各生育阶段三基点温度

    Table  1  Three physiological temperatures at different developmental stages of spring maize under high-yielding conditions

    生育时段 生育阶段 简称 T1/℃ T2/℃ T0/℃
    营养生长期 出苗-三叶期 S1 8.0 27.0 20.0
    三叶-拔节期 S2 11.5 30.0 24.5
    营养生长与生殖生长并进期 拔节-开花期 S3 14.0 33.0 27.0
    生殖生长期 开花-乳熟期 S4 14.0 32.0 25.5
    乳熟-成熟期 S5 10.0 30.0 19.0
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    表  2  春玉米各生育阶段不同冷害等级样本量

    Table  2  The information of chilling damage samples at different developmental stages of spring maize

    生育阶段 轻度冷害样本量 中度冷害样本量 重度冷害样本量
    指标构建 指标验证 指标构建 指标验证 指标构建 指标验证
    S1 11 2 17 1 37 2
    S2 31 1 24 3 26 3
    S3 11 1 8 1 14 1
    S4 40 3 50 1 20 1
    S5 36 2 27 1 15 2
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    表  3  不同时段春玉米冷害样本量

    Table  3  The information of chilling damage samples for spring maize in different decades

    时段 指标构建样本 指标验证样本
    轻度冷害 中度冷害 重度冷害
    1961—1970年 27 1 18 5
    1971—1980年 54 12 61 5
    1981—1990年 20 42 18 8
    1991—2000年 18 23 14 2
    2001—2015年 10 18 1 5
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    表  4  春玉米冷害指标构建样本平均热量指数统计特征

    Table  4  Statistical characteristics of average heat index for modeling samples of spring maize chilling damage

    生育阶段 冷害等级 样本量 平均热量指数 标准差 最小热量指数 最大热量指数
    轻度 11 64.08 10.46 36.72 72.19
    S1 中度 17 58.42 10.43 39.18 73.47
    重度 37 51.78 11.81 25.25 75.48
    轻度 31 67.06 5.95 56.98 77.05
    S2 中度 24 61.42 8.08 41.82 80.10
    重度 26 52.12 11.44 27.35 72.04
    轻度 11 73.11 4.18 66.59 81.76
    S3 中度 8 64.76 4.71 56.01 70.26
    重度 14 57.53 7.66 43.69 70.97
    轻度 40 71.56 10.09 50.79 85.57
    S4 中度 20 64.60 8.20 50.62 76.60
    重度 20 59.10 8.62 42.12 69.97
    轻度 36 69.29 8.38 50.90 86.63
    S5 中度 27 64.13 6.40 50.18 75.58
    重度 15 58.21 7.06 46.64 76.80
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    表  5  不同分布型函数对春玉米冷害样本热量指数序列拟合的K-S检验结果

    Table  5  K-S test results of heat index for chilling damage samples of spring maize based on different distribution functions

    生育阶段 冷害等级 显著性检验
    正态分布 均匀分布 指数分布
    轻度 0.628 0.008 0.009
    S1 中度 0.977 0.798 0.001
    重度 0.633 0.267 0.000
    轻度 0.926 0.990 0.000
    S2 中度 0.895 0.096 0.000
    重度 0.981 0.185 0.000
    轻度 0.947 0.700 0.001
    S3 中度 0.888 0.440 0.009
    重度 0.760 0.953 0.001
    轻度 0.603 0.076 0.000
    S4 中度 0.416 0.307 0.000
    重度 0.623 0.204 0.000
    轻度 0.912 0.226 0.000
    S5 中度 0.829 0.386 0.000
    重度 0.790 0.026 0.000
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    表  6  春玉米不同冷害等级样本序列95%置信区间热量指数

    Table  6  95% confidence ranges of heat index at different developmental stages for spring maize at different chilling damage levels

    生育阶段 轻度冷害 中度冷害 重度冷害
    S1 57.1~71.1 53.1~63.8 47.8~55.7
    S2 64.9~69.2 58.0~64.8 47.5~56.7
    S3 70.3~75.9 60.8~68.7 53.1~61.9
    S4 68.3~74.8 60.8~68.4 55.1~63.1
    S5 66.5~72.1 61.6~66.7 54.3~62.1
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    表  7  基于热量指数的东北三省春玉米各生育阶段冷害等级指标

    Table  7  Chilling damage indicators for spring maize at different developmental stages based on heat index

    生育阶段 重度冷害 中度冷害 轻度冷害 无冷害
    S1 [0, 55.5] (55.5, 64.0] (64.0, 71.0] (71.0, 100]
    S2 [0, 56.5] (56.5, 65.0] (65.0, 69.0] (69.0, 100]
    S3 [0, 62.0] (62.0, 68.5] (68.5, 76.0] (76.0, 100]
    S4 [0, 63.0] (63.0, 68.5] (68.5, 75.0] (75.0, 100]
    S5 [0, 62.0] (62.0, 66.5] (66.5, 72.0] (72.0, 100]
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    表  8  东北三省春玉米冷害指标验证

    Table  8  Validation of chilling damage indicators for spring maize in Northeast China

    生育阶段 轻度冷害 中度冷害 重度冷害 准确率/%
    总样本量 验证正确量 总样本量 验证正确量 总样本量 验证正确量
    S1 2 2 1 1 2 0 60.0
    S2 1 1 3 3 3 3 100.0
    S3 1 1 1 1 1 1 100.0
    S4 3 2 1 1 1 1 80.0
    S5 2 1 1 0 2 2 60.0
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    表  9  典型站有无冷害年春玉米不同生育阶段低温冷害日数比例(单位:%)

    Table  9  Day ratios with chilling or chilling-free damages for spring maize at different developmental stages of three typical stations in Northeast China (unit:%)

    站点 生育阶段 生育阶段日数 2007年 1969年
    轻度 中度 重度 轻度 中度 重度
    S1 8 d 25.0 25.0 12.5 12.5 0.0 87.5
    S2 37 d 2.7 0.0 8.1 8.1 13.5 35.1
    海伦 S3 21 d 14.3 0.0 19.0 23.8 14.3 9.5
    S4 29 d 6.9 6.9 3.4 10.3 27.6 27.6
    S5 28 d 3.6 3.6 7.1 0.0 7.1 32.1
    S1 9 d 0.0 11.1 22.2 22.2 22.2 33.3
    S2 38 d 5.3 7.9 10.5 7.9 5.3 42.1
    扶余 S3 24 d 8.3 8.3 4.2 4.2 0.0 8.3
    S4 26 d 0.0 0.0 0.0 7.7 0.0 3.8
    S5 29 d 0.0 3.4 0.0 6.9 0.0 13.8
    S1 8 d 0.0 0.0 0.0 25.0 0.0 50.0
    S2 39 d 7.7 7.7 2.6 7.7 2.6 35.9
    抚顺 S3 25 d 24.0 4.0 4.0 8.0 4.0 4.0
    S4 28 d 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
    S5 26 d 0.0 0.0 0.0 3.8 0.0 3.8
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-05
  • 修回日期:  2018-10-12
  • 刊出日期:  2019-01-31

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