高操 韩典辰 赵晓涵 邢丽珠 李连祥

摘要：基于夏玉米的生长环境要求以及河北省沧州市的气候条件，建立以夏玉米全育期平均温度、活动积温、日照时数以及降水为影响因素的夏玉米气候适宜度评估模型，选取2010—2017年的沧州市气象观测资料，利用GIS分析技术和加权综合评价方法，对沧州市夏玉米气候适宜度进行了区划研究。结果表明，沧州市夏玉米种植适宜度分布水平不够均匀。整体呈现西北向东南逐渐递增的趋势。任丘、河间西北部以及肃宁地区属于次适宜区，经济收益相对较低，吴桥、东光、南皮、鹽山、海兴、孟村以及沧县东南部地区属于夏玉米种植最适宜区，热量条件和雨量水分条件都能满足夏玉米的生长需求，经济收益也相对较高，建议合理利用当地适宜的气候条件，适当增加这些地区夏玉米的种植面积，促进当地的农业发展。

关键词：夏玉米;气候适宜度;GIS分析技术;加权综合评价方法;沧州市

中图分类号：S513;P461.3 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）07-0088-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.07.019

Abstract：Based on the growth environment requirements of summer maize and the climate conditions of Cangzhou city，a climate suitability evaluation model of summer maize was established，which was affected by the average temperature，active accumulated temperature，sunshine hours and precipitation during the whole growth period of summer maize. The meteorological observation data of Cangzhou city from 2010 to 2017 were selected，and the climate suitability of summer maize in Cangzhou city was improved by using GIS analysis technology and weighted comprehensive evaluation method. The regionalization study was carried out. The results showed that the distribution level of planting suitability of summer maize in Cangzhou was not uniform. The overall trend is gradually increasing from northwest to southeast. Renqiu，northwest Hejian and Suning are sub-optimal areas with relatively low economic returns. Wuqiao，Dongguang，Nanpi，Yanshan，Haixing，Mengcun and southeastern Cangxian are the most suitable areas for summer maize cultivation. Both heat and rainfall and water conditions can meet the growth needs of summer maize，and the economic returns are relatively high. It is suggested that the appropriate climatic strips should be rationally utilized. We should increase the planting area of summer maize in these areas to promote local agricultural development.

Key words：summer maize; climate suitability; GIS analysis technology; weighted comprehensive evaluation method; Cangzhou city

玉米作为一种喜温作物，具有适应性强的优点，是河北省主要的农作物之一。夏季种植玉米能有效利用当地降水与温度条件，促进玉米的生长发育，提高农作物产量[1-3]。

当前全球气候变暖使得气温、降水、光照等气象要素发生一定的改变，对农作物的生长发育造成了显著影响，合理利用当地的气候条件，科学规划农作物的种植方案，对提高农作物的产量具有重要的现实意义[4，5]。很多专家学者对此进行了研究：尚占江[6]对黑龙江农业生态区划设计和玉米生态育种进行了分析和探讨，促进了当地玉米生产水平的提高;田宏伟[7]利用黄淮海地区气象观测资料，从光、温、水等角度研究了夏玉米气候资源的时空分布和变化特征;吕淼等[8]根据当地玉米农作物的生长特性，对扎兰屯市的地理条件和气候条件进行了分析判断，采用了逐步判别的方法，将全市划分为3个气候类型区;齐晓华等[5]利用河北省气候资料，探讨了夏季高温对夏玉米生产的影响，并提出了相关的防御措施;邱美娟等[9]利用吉林省春玉米作物资料、气象站观测资料，构建了春玉米生长季各旬的气侯适宜度模型;Gasser等[10]利用土地适宜性评价系统评估了气候变化对不列颠哥伦比亚省弗雷泽河谷下游玉米生产的影响。

沧州市位于冀中平原东部，地势较低，地形较平坦，属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候，夏季炎热多雨，适宜夏玉米的种植生长。研究结合了夏玉米在全生育期内的生长特性和沧州市的气候特点，选取了影响夏玉米产量的主要气候因素，建立了夏玉米气候适宜度评估指标，绘制沧州市夏玉米气候适宜度区划图。针对沧州市的地理分布，对夏玉米种植规划提出合理建议。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象资料来源于河北省沧州市2010—2017年6县（泊头、东光、海兴、青县、献县、盐山）的国家基本气象站自动站的站点信息，以及6个站点2010—2017年逐日的基本气象要素数据。

1.2 方法

对泊头夏玉米进行气候区划主要分为3个步骤：①区划因子的选取;②区划因子格点数据集的制作;③夏玉米的农业气候区划。

1.2.1 区划因子的选取 根据夏玉米的生理特征和相关文献，发现影响夏玉米产量形成的主要因素是其全生育期（指每年6月11日至9月20日）内的气温、日照和降水，因此，在综合考虑所使用数据的基础上，最终选取了7月平均气温（℃）、全生育期≥10 ℃活动积温（℃）、全生育期日照时数（h）和全生育期降水量（mm）这4个指标作为气候区划因子（图1），并根据一定的考量对各个区划因子进行区划分级，具体情况见表1。

1.2.2 区划因子格点数据集的制作 根据相应区划因子的多元线性回归方程，绘制不同区划因子在泊头整体的分布情况。

根据6县（泊头、东光、海兴、青县、献县、盐山）的气象数据和站点信息，整理区划因子2010—2017年逐年的指标数值，并计算为年均值，最后在此基础上，使用SPSS统计软件计算得到以经度（°）、纬度（°）、海拔高度（m）为自变量的区划因子多元线性回归方程，结果如下：

在多元线性回归方程的基础上，通过对应的经纬度和海拔高度信息，即可得到4个区划因子在泊头境内的格点数据集。

1.2.3 夏玉米的农业气候区划 首先，对区划因子按照不同的区划分级进行对应的百分比打分。

将4个区划因子的打分结果按照一定的权重进行相加，得到夏玉米气候区划的总得分。权重相加的公式为：

式中，[Gsum]是总得分;[Gr]是全生育期降水量的百分比打分;[Gs]是全生育期日照时数的百分比打分;[Gm]是7月平均气温的百分比打分;[Ga]是全生育期≥10 ℃活动积温的百分比打分。

最后，按照GIS的自然划分方法（Natural Breaks）对夏玉米气候区划总得分进行3级划分，得到泊头夏玉米气候区划结果。

2 夏玉米气候适宜度评估

2.1 热量条件分布评估

玉米是一种喜温作物，在全生育期（每年6月11日至9月20日）时要求较高的温度才可以保证其正常的发育。其中玉米的生物学有效温度为10 ℃。当热量条件无法达到生长标准时，玉米易产生低温冷害，播种至出苗遇有低温，出现出苗推迟、苗弱、瘦小、种子发芽率、发芽势降低等现象，且对植株功能叶片的生长有阻碍作用。由于玉米的产量主要取决于其在生育期内的环境是否符合需求，所以针对玉米发育环境中的热量条件，选取了7月平均气温（℃）和全生育期≥10 ℃活动积温（℃）综合评价沧州市热量条件的分布情况（图2）。

由图2可以看出，沧州市热量条件分布并不均匀。由于纬度影响的原因，整体呈现由北向南递增的趋势。沧州市南部地区热量条件适宜区分布较广，基本满足夏玉米在生长期内的热量需求。其中，吴桥、东光、南皮、泊头、献县大部分地区以及盐山和海兴交界地区属于热量条件最适宜区，平均气温≥25 ℃，全生育期活动积温≥10 ℃;海兴北部地区、沧县、河间、肃宁地区属于热量条件适宜区，而任丘、黄骅和青县大部分地区属于次适宜区，均位于沧州市偏北地区，对夏玉米种植来说热量条件稍显不足。

2.2 雨量条件分布评估

玉米在高温条件下保持正常生长的另一大影响因素就是水分。玉米在缺水时，常常表现为幼株上部叶片卷起，并呈暗色。成株在氮肥充足情况下也表现为矮化、细弱，叶丛变为黄绿色，严重时叶片边缘或叶尖变黄，随后下部叶片的叶尖端或叶缘干枯。当水分严重不足时，极易造成大量减产[11-14]。夏玉米正是利用了沧州市夏季降水频繁、降水量大的特点，保证对其生长发育的正常供水。数据上选取了夏玉米全生育期内的降水量描述其雨量条件的分布特征（图3）。

由图3可以看出，沧州市的降水情况在夏玉米全生育期内分布不均匀，整体呈现由西到东逐渐增加的态势。这与沧州市的气候与地形条件是相关的。沧州市位于冀中平原东部，地势较低，地形较平坦，东临渤海，属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候。夏季，太平洋副热带高压进一步发展，沧州市东部地区常受到来自海洋的暖湿气流控制，降水量多于西部地区。综合来看，沧州市对夏玉米的水分要求基本满足，青县西部、沧县西部和泊头中部以东的大部分地区均属于夏玉米水分最适宜区，充足的降雨条件可以保证夏玉米的水分供给。河间东部、献县东部以及泊头西部地区属于夏玉米水分适宜区，而任丘、河间西部地区、肃宁、献县西部地区位于沧州市西北部，易受到西北干冷气流影响，降水条件稍显不足，属于次适宜区。

2.3 夏玉米种植适宜度综合评估

综合上述因子区划结果，经过加权得出了沧州市夏玉米种植适宜度分布指数[15，16]。利用GIS中自然划分法将其划分为3个等级（次适宜区、适宜区、最适宜区），并且以GIS空间分析技术为支持，绘制了沧州市夏玉米種植适宜度区划图（图4）。

最适宜区主要分布在吴桥、东光、南皮、盐山、海兴、孟村以及沧县东南部地区。其中南皮、孟村、盐山和海兴部分地区虽然热量条件介于适宜区与最适宜区之间，不是沧州市顶尖水平，但是降水雨量条件满足夏玉米的生长水分需求，综合来看属于夏玉米生长发育的最适宜区。吴桥与东光地区的热量和雨量条件均属于沧州市领先水平，综合来看，最适宜夏玉米的种植，因此属于最适宜区。

适宜区主要分布在黄骅、沧州市区、青县、沧县西部、泊头西部、河间东南部以及献县中部以东地区。其中黄骅、沧州市区、青县和沧县西部地区虽然降水充足，雨量条件属于最适宜区，但由于其地理位置偏北，受纬度影响，热量条件稍显不足，多属于热量条件次适宜区，综合来看属于夏玉米种植适宜区。泊头西部和献县中部以东地区纬度较低，热量与日照条件较为充足，属于热量最适宜区，但是因为其雨量条件稍显不足，综合来看属于夏玉米种植适宜区。

次适宜区主要分布在任丘、肃宁及河间西部地区。这些地区主要易受西北部干冷气流的影响，降水条件较差，对夏玉米生长所需水分的供给不足，部分地区即使热量条件满足，但综合来看属于夏玉米种植次适宜区。

3 讨论

沧州市夏玉米种植适宜度分布水平不够均匀。整体呈现西北向东南逐渐递增的趋势。任丘、河间西北部以及肃宁地区属于次适宜区，经济收益相对较低，建议减少夏玉米在这些地区的种植面积。吴桥、东光、南皮、盐山、海兴、孟村以及沧县东南部地区属于夏玉米种植最适宜区，综合来看热量条件和雨量水分条件都能满足夏玉米的生长需求，经济收益也相对较高，建议合理利用当地适宜的气候条件，适当增加夏玉米的种植面积，促进当地的农业发展。

夏玉米的生长发育是一个复杂的生物机理过程，气候条件只是其重要影响因素之一[17-19]，本研究从有限评价指标对沧州市夏玉米种植适宜度进行了区划分析，存在一定的局限性，故可在將来的夏玉米适宜度研究过程中，应进一步考虑更多的影响因素，建立更加科学合理的夏玉米种植适宜度区划模型。

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