保山坝区玉米生长季耕作层地温变化特征分析.pdf

基金项目 保山市隆阳区气象局自筹科研经费项目（2022-01）。第一作者 贾晗思（1996），女，助理工程师。研究方向：农业气象观测。E-mail：收稿日期 2023-02-28保山坝区玉米生长季耕作层地温变化特征分析贾晗思字雪明王文丹杨宇涵（保山市隆阳区气象局，云南保山 678000）摘要为探究保山坝区玉米生长季耕作层地温及对应气温的变化规律，本研究采用气候倾向率、累积距平及信噪比分析等气候诊断方法，分析了滇西地区保山坝区 19782021 年 59 月玉米生长季耕作层地温及对应气温的变化趋势和 43 年来的气候突变情况。结果表明：19782021 年保山坝区玉米生长季耕作层地温和气温均呈上升趋势，520 cm 地温和气温升温极显著，平均每 10 年分别升高 0.367、0.364、0.353、0.376、0.372，520 cm地温气候倾向率和气温气候倾向率相差不大；19782021 年保山坝区玉米生长季耕作层地温与气温变化趋势均为由冷至暖，20 世纪 7090 年代呈波动下降趋势，90 年代后期至今显著上升，其中 520 cm 地温和气温信噪比分别为 0.927、0.956、1.229、1.087、1.079，即 510 cm 地温未发生突变现象，15 cm 地温、气温均在 2019 年发生气候突变，20 cm 地温在 2014 年发生突变：保山坝区耕作层地温与气温成显著正相关，并都呈上升趋势，且随着土层深度的加深，地温与气温的相关系数逐渐减小。保山坝区玉米生长季期间耕作层地温的上升，有利于玉米根系生长和对养分的吸收，从而促进产量的提高。关键词玉米；耕作层地温；变化趋势；突变分析；云南保山中图分类号S513文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）23-0175-04DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.23.044开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Characteristics of Soil Temperature Change of Cultivated Layer in CornGrowing Season in Baoshan Dam AreaJIA HansiZI XuemingWANG WendanYANG Yuhan(Meteorological Bureau of Longyang District in Baoshan City,Baoshan Yunnan 678000)AbstractIn order to explore the change law of soil temperature of the cultivated layer and corresponding airtemperature during the corn growing season in Baoshan dam area,by using climate diagnostic methods such as climatetendency rate,cumulative anomaly and signal-to-noise ratio analysis,this paper analyzed the change trend of soiltemperature of the cultivated layer and corresponding air temperature in the corn growing season in Baoshan dam area inwestern Yunnan from May to September of 1978-2021,as well as the sudden change of climate in the past 43 years.Theresults showed that the soil temperature of the cultivated layer and air temperature in the corn growing season inBaoshan dam area showed an upward trend from 1978 to 2021,and the temperature rise of 5-20 cm soil temperatureand air temperature was extremely significant,with an average increase of 0.367,0.364,0.353,0.376,0.372/10 a,respectively.The climate tendency rate of 5-20 cm soil temperature and air temperature had little difference.Thechange trend of soil temperature of the cultivated layer and air temperature in the corn growing season in Baoshan damarea from 1978 to 2021 was from cold to warm,it showed a fluctuating downward trend from the 1970s to the 1990s,andit increased significantly from the late 1990s to now.Among them,the signal-to-noise ratios of 5-20 cm soiltemperature and air temperature were 0.927,0.956,1.229,1.087 and 1.079,respectively.It indicated that the 5-10 cmsoil temperature did not have a sudden change,while the 15 cm soil temperature and air temperature had a suddenchange in 2019,the 20 cm soil temperature had a sudden change in 2014.The soil temperature of the cultivated layer inthe Baoshan dam area was significantly positively correlated with the air temperature,and both showed an upward trend.现代农业科技2023 年第 23 期资源与环境科学175现代农业科技2023 年第 23 期资源与环境科学With the deepening of the soil depth,the correlation coefficient between the soil temperature and the air temperaturegradually decreased.The rise of soil temperature of the cultivated layer in the corn growing season in Baoshan dam areawas conducive to the growth of corn roots and the absorption of nutrients,thus promoting the increase of yield.Keywordscorn;soil temperature of cultivated layer;change trend;sudden change analysis;Baoshan Yunnan近年来，全球气候变暖，农业气候资源发生变化所造成的影响备受关注1。玉米是我国三大主粮作物之一，具有重要的战略地位2。地温是衡量地表土壤热能的物理量，对作物生长有重大影响3。前人对地温的变化规律以及地温对玉米的影响做了大量研究，如：贾冬梅4研究发现，辽宁地区玉米生长季耕作层地温呈上升趋势，且玉米生长季耕作层地温升高影响玉米产量。闫 平等5研究发现了黑龙江省玉米播种期10 cm 地温变化规律，构建了玉米春播期 10 cm 地温预测模型，并开发了玉米春播期日平均 10 cm 地温预报系统。刘 丹等6结合地温变化规律和玉米适宜萌发温度，确定了黑龙江省第二积温带的玉米播种日期。高 巍等7利用本溪市 19532014 年作物生长季地表温度、耕层温度资料，运用数理统计分析等方法，分析了本溪山区作物生长季地温、耕层温度的变化趋势及特征，结果表明，19532014 年本溪山区地表温度、耕作层温度呈随机性升温趋势变化。徐 丽等8运用气候倾向率等分析方法，分析了建平丘陵山区 19592012 年作物生长季地表温度、耕层温度变化趋势和特征，结果表明，建平南、北部地表、耕层温度因地域性相差 2.2，410 月地表、耕层温度呈明显增加趋势。从大量研究结果来看，我国玉米生长季耕作层地温变化规律的研究大多集中在北方地区，对西南地区研究较少，对滇西地区玉米生长期间的地温变化规律更是缺乏有效的研究。为更好地了解滇西地区玉米生长季耕作层地温变化特征，本文根据保山市隆阳区气象资料，研究了 520 cm 各层地温变化趋势，探究了滇西玉米生长期间耕作层地温与气温变化规律，明确了滇西玉米耕作层地温突变年，以期为当地玉米种植提供理论依据，为保障当地粮食安全、促进农业可持续发展提供参考。1材料与方法1.1研究区概况保山市隆阳区属西南季风区亚热带高原气候类型，该区经纬度为东经 9910、北纬 2403，平均海拔高度 1 653.5 m，年降雨量约 963.8 mm，年平均气温16.8，年平均日照时数 2 432.3 h。土壤类型主要为红壤土和紫壤土，富含有机质。保山市是滇西地区玉米主产区，2021 年保山市玉米种植面积 11.2 万 hm2，占全市粮食种植面积的 42.5%，玉米总产量 73.2 万 t，其中隆阳区玉米种植面积为 3.696 万 hm2，玉米总产量 30.91 万 t，占全市玉米产量的 42.22%9。1.2数据来源本研究中，气象数据来自保山市隆阳区气象台的多年观测数据，包含保山市隆阳区 19782021 年 59 月的 5、10、15、20 cm 平均地温和月平均气温。玉米生长季数据来源于保山市农业技术推广中心，保山地区玉米生长季为 59 月。1.3计算方法1.3.1气候倾向率将某一要素年际间变化趋势采用最小二乘法进行线性回归方程分析，得到如下公式10：y=a0+a1t（1）式（1）中：y 表示要进行趋势分析的气候要素；t 表示时间（t=1，2，n）；a0表示回归常数；a1表示回归系数，10a1表示气候要素每 10 年的气候倾向率。1.3.2累积距平将气候要素值与多年平均值的偏差进行累加，得到如下公式11：C（t）=t=1t(xi-x)（2）式（2）中：C（t）表示气候因子累积距平值；xi表示气候因子年平均值；x 表示计算时间序列范围内年气候因子的累积平均值。当|C（t）|为最大值时，其所对应的时间为转折年份12。1.3.3信噪比分析信噪比为信号能量和噪声能量的比值13，具体公式如下：SN=|-x1-x2S1+S2（3）式（3）中：S/N 表示信噪比；x1、x2、S1、S2分别为转折年份前后两阶段气候因子的平均值和标准差。当S/N1.0 时为突变，气候突变出现的时间为最大信噪176比的时间。2结果与分析2.159 月玉米耕作层地温分析如表 1 所示，19782021 年 59 月保山坝区玉米耕作层地温均呈上升趋势。8 月耕作层地温升温趋势均不显著，7 月 5 cm 地温升温显著（P0.05），其余月份耕作层地温升温都达极显著水平（P6 月9 月7 月8 月，升幅最大的为 5 月，均为 0.61/10 a。同一时间段内，各土层升温变化不大。2.2玉米生长季耕作层地温与气温关系分析保山坝区耕作层地温与气温成显著正相关，且随着土层深度的加深，地温与气温的相关系数逐渐减小，说明表层地温受气温影响较大。如表 2 所示，19782021 年保山坝区玉米生长季耕作层地温和气温均呈上升趋势，520 cm 地温和气温升温极显著（P6 月9 月7 月8 月，5 月升幅最大，为 0.61/10 a，且同一时间段内各土层升温变化不大。2）保山坝区耕作层表层地温受气温影响较大，19782021 年玉米生长季耕作层地温和气温均呈上升趋势，520 cm 地温和气温升温极显著，平均每 10年分别升高 0.367、0.364、0.353、0.376、0.372，且地温气候倾向率和气温气候倾向率相差不大。3）19782021 年保山坝区玉米生长季耕作层地温与气温变化趋势均为由冷至暖，20 世纪 7090 年表 119782021 年保山坝区玉米 59 月耕作层地温回归方程及气候倾向率耕作层深度/cm5101520月份56789567895678956789回归方程y=0.061x+20.753y=0.060 x+22.215y=0.020 x+22.815y=0.007x+23.267y=0.036x+21.664y=0.061x+20.595y=0.058x+22.173y=0.020 x+22.846y=0.009x+23.307y=0.034x+21.854y=0.061x+20.285y=0.057x+21.988y=0.019x+22.720y=0.010 x+23.186y=0.030 x+21.907y=0.061x+20.125y=0.058x+21.834y=0.023x+22.599y=0.013x+23.140y=0.032x+21.969R20.2140.3510.1290.0060.2080.2380.3550.1460.0060.2020.2580.3530.1410.0160.1900.2810.3800.2120.0490.215气候倾向率/（10 a）-10.61*0.60*0.20*0.070.36*0.61*0.58*0.20*0.090.34*0.61*0.57*0.19*0.100.30*0.61*0.58*0.23*0.130.32*注：*、*分别表示差异显著（P0.05）、极显著（P0.01）。下同。表 219782021 年保山坝区玉米生长季地温与气温回归方程及相关性分析耕作层深度/cm5101520气温回归方程y=0.036 7x+22.143y=0.036 4x+22.155y=0.035 3x+22.017y=0.037 6x+21.934y=0.037 2x+20.069R20.3580.3530.3420.3840.656气候倾向率/（10 a）-10.367*0.364*0.353*0.376*0.372*相关系数0.791*0.788*0.771*0.714*图 119782021 年保山坝区玉米生长季耕作层地温与气温变化1086420-2-4-6-8温度累积距平/5 cm 土温10 cm 土温15 cm 土温20 cm 土温气温197820181983198819931998200320082013年份贾晗思等：保山坝区玉米生长季耕作层地温变化特征分析177现代农业科技2023 年第 23 期资源与环境科学代呈波动下降趋势，90 年代后期至今显著上升，其中，510 cm 地温累积距平最大值均出现在 2015 年，15 cm 地温和气温累积距平最大值均出现在 2019 年，20 cm 地温累积距平最大值出现在 2014 年，520 cm地温和气温信噪比分别为 0.927、0.956、1.229、1.087、1.079，即 510 cm 地温未发生突变现象，而 15 cm 地温、气温均在 2019 年发生气候突变，20 cm 地温在2014 年发生突变。4）保山坝区耕作层地温与气温成显著正相关，且随着土层深度的加深，地温与气温的相关系数逐渐减小。保山坝区玉米生长季期间耕作层地温的上升，增加了热量资源，有利于玉米根系生长和对养分的吸收，从而提高了产量。但地面温度的升高也存在负面影响，如有利于病菌、虫卵越冬。参考文献1 梁玉莲，韩明臣，白龙，等.中国近 30 年农业气候资源时空变化特征J.干旱地区农业研究，2015，33（4）：259-267.2 沈汀兰.我国玉米产业发展与粮食安全J.农经，2021（5）：44-49.3 朱保美，周清，陈成国，等.夏玉米生长季耕作层地温变化特征分析J.中国农业资源与区划，2019，40（11）：35-41.4 贾冬梅.辽宁地区玉米生长季耕作层地温变化趋势分析J.农技服务，2017，34（20）：137.5 闫平，季生太，纪仰慧，等.黑龙江省玉米春播期 10 cm 地温预测J.农学学报，2021，11（6）：78-89.6 刘丹，李昕，郑红，等.黑龙江省第二积温带播种期地温变化及玉米适宜播期分析J.玉米科学，2016，24（6）：103-106.7 高巍，林双，刘克中，等.本溪山区作物生长季耕作层地温变化的特征分析J.安徽农学通报，2015，21（5）：140-142.8 徐丽，张国林，郭文华.作物生长季地表及耕作层地温的变化特征J.中国农学通报，2014，30（12）：156-159.9 云南省统计局.云南省统计年鉴 2021M.北京：中国统计出版社，2022.10 简咏梅，李奇.昌吉市近 50 年春播期浅层地温变化特征分析J.甘肃农业科技，2021，52（11）：50-55.11 郝明，冯俊明，冯哲，等.19612020 年内蒙古赤峰市地温和气温、降水变化特征及关系分析J.内蒙古大学学报（自然科学版），2022，53（2）：194-202.12 钟起海，钟佳李，王芳.定安县近 40 年气候变化特征分析J.气象研究与应用，2010，31（2）：8-11.13 李外宾，汤军，高贤君，等.石家庄市主城区热岛特征及变化分析J.科学技术与工程，2021，21（27）：11858-11867.（上接第 174 页）3 中国科学院南京土壤研究所.中国科学院封丘农业生态实验站J.中国科学院院刊，2017，32（12）：1409-1410.4 郭青峰，郭镇静，郭永光.新乡土壤M.北京：中国农业科学技术出版社，2021.5 武志斌，田芳，宋小顺.新乡市土种志M.北京：中国农业科学技术出版社，2021.6 王百顺.河南省封丘县耕地地力评价M.郑州：中原农民出版社，2013.7 中华人民共和国农业部.中国农业发展报告-2006M.北京：中国农业出版社，2006.8 李路平，张静，宋小顺，等.新乡市土壤养分普查与监测结果比较及施肥对策分析J.河北农业科学，2010，14（2）：43-44.9 慕成功.河南省有机肥资源M.北京：中国农业科技出版社，1996.10 国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.高标准农田建设 通则：GB/T 306002022S.北京：中国标准出版社，2022.11 习金根，周建斌.不同灌溉施肥方式下尿素态氮在土壤中迁移转化特性的研究J.植物营养与肥料学报，2003，9（3）：271-275.12 姜超强，卢殿君，王世济，等.夏玉米普通尿素一次施肥位点优化研究J.中国农业科技导报，2017，19（12）：67-74.13 张杰，金梁，李艳，等.不同施肥措施对黑土区玉米氮效率及碳排放的影响J.植物营养与肥料学报，2022，28（3）：414-425.14 BURNEY J A，DAVIS S J，LOBELL D B.Greenhouse gasmitigation by agricultural intensificationJ.Proceedings ofthe National Academy of Sciences of the United States ofAmerica，2010，107（26）：12052-12057.15 TILMAN D，BALZER C，HILL J，et al.Global food demandand the sustainable intensification of agricultureJ.Procee-dings of the National Academy of Sciences of the UnitedStates of America，2011，108（50）：20260-20264.16 程学元，宋小顺，李好中，等.无公害强筋小麦施肥技术规程J.河北农业科学，2010，14（4）：40-41.17 金亮，周健民，王火焰，等.石灰性土壤肥际磷酸一铵的转化及其机制探讨J.中国土壤与肥料，2008（6）：5-10.178