马子平， 郝纹进， 郑秀文， 王 力， 溪玉香， 侯俊玲

（1. 忻州市气象局，山西 忻州 034000； 2. 忻州市科技情报与战略研究中心，山西 忻州 034000；3. 山西省气象信息中心，山西 太原 030000）

0 引言

山西省五寨县是我国甜糯玉米核心示范基地之一，2015 年8 月中国粮食行业协会命名五寨县为“中国甜糯玉米之乡”。目前，甜糯玉米种植面积已达到4 000 hm2，占全县总耕地面积的8.21%。五寨县地处晋西北丘陵区管涔山脉北麓，属亚寒带大陆气候，年平均气温5.0 °C，无霜期128 d，发生低温冻害频次较高，对甜糯玉米的生长、品质、产量等影响较大。如2020 年4 月中旬至5 月中旬，五寨县发生了13 次冻害，其中重度冻害8 次，特别是2020 年4 月20-24 日连续5 d 日最低气温< -3 °C，最小值为-11.0 °C，日最低气温< -4 °C 的时间持续9 h，为近10 年来之最。

20 世纪90 年代，王书裕[1]、冯玉香等[2]对作物的低温冷害和冻害进行了研究。随着全球气候变暖，惊蛰、清明、小满和芒种这4 个反映物候的气候节气在全国各地普遍提前，尤其在北方半干旱区均显著提前，分别提前12～16、4～8、4～8 和8～12 d[3]。农事提前，冻害对农作物的影响越来越严重。关于冻害对玉米的影响，国内许多学者在玉米低温冷害机理、低温冷害对玉米灌浆期的影响、低温对玉米籽粒的伤害作用、玉米春霜冻害等级指标、玉米低温冷害和霜冻灾害风险评估及特种玉米品种特性等方面做了大量的研究[4-8]。杜春英等[9]探讨了东北玉米初霜冻时空分布特征及预报方法。黄成秀等[10]分析了春季低温霜冻对临夏玉米生育及产量的影响。目前，低温冻害对甜糯玉米生长的影响研究较少，尤其是五寨甜糯玉米受低温冻害影响方面的研究鲜有报道。而低温冻害是影响甜糯玉米生长的主要气象灾害之一，因此有必要进行低温冻害对甜糯玉米的影响方面研究，以期为适时合理种植和采收甜糯玉米、降低冻害风险提供科学依据。

1 资料与方法

统计分析五寨县65 年（1957-2021 年）平均气温得知，五寨县年平均气温呈升高态势，后30 年年平均气温较前30 年年平均气温上升了1.0 ℃，最近10 年年平均气温较前30 年年平均气温上升了1.4 ℃。分析五寨县65 年年霜日得知，累年平均终霜日为5 月15 日，累年平均初霜日为9 月20 日，无霜期128 d。近12 年平均初霜日为9 月27 日，平均终霜日为5 月10 日。根据气温、霜日变化和山西康宇田源农业股份有限公司多年在五寨县种植甜糯玉米积累的播种、生长、采摘等时间的相关数据， 本文选取五寨县国家基准气候站2010-2021 年霜冻、4-5 月逐日最低气温、4 月逐日10 cm 地温、9-10 月气温等气象因子作为冻害的研究资料。采用气候学统计、概率统计、数理统计等方法，研究五寨县甜糯玉米全生育期内遭受冻害的高风险时段及该时段的冻害特征，构建了造成冻害的气候模型，并探寻规避风险的措施。

2 冻害特征及对甜糯玉米不同生育期的影响

冻害是影响五寨甜糯玉米生长的主要气象灾害性之一。冰点以下的低温使植物组织内部脱水而结冰引起的伤害称为冻害，一般多指霜冻害[11]。霜冻害是指由于日最低气温下降使植株茎、叶温度下降到0 °C 以下，使正在生长发育的植物受到冻伤，从而导致减产、品质下降或绝收[12]。霜冻害有早霜冻害和晚霜冻害两种，五寨县冻害一般发生在春秋季。如2000 年9 月6-7 日，五寨县遭受霜冻袭击，粮食减产40%。1997 年5 月28日和6 月2 日，在玉米7 叶期，五寨县玉米遭遇了终霜冻（玉米主产区温度低至-2.3 °C），近40%玉米被冻死，山西北部玉米霜冻发生最高频率达75%[13-14]。张敏等[15]将玉米低温冷害频率和强度相结合作为致灾因子危险性指标，并给出了玉米低温冷害致灾因子危险性分布（图1），五寨县属于玉米低温冷害致灾因子的高危地区。

图1 玉米低温冷害致灾因子危险性分布Fig. 1 Risk distribution of hazard factors for low temperature and chilling damage in maize

2.1 春季冻害对播种至苗期甜糯玉米的影响

2.1.1 春季冻害特征

分析五寨县65 年终霜日发现，5 月15 日以前出现终霜的概率为63.1%，5 月15 日以后的概率为36.9%。而近12 年来，终霜冻发生在5 月15 日以前的概率为83.3%，5 月15 日以后的概率为16.7%。

根据日最低气温下降的幅度、低温强度及植物遭到冻害后受害和减产的程度，规定植物冻害分为轻度、中度和重度3 种，如表1 所示[16]。

表1 玉米苗期冻害等级标准Tab. 1 Standard of freezing injury grades in corn seedling stage

由五寨县2010-2021 年4 月中旬至5 月中旬最低气温、终霜日、甜糯玉米播种至出苗时间和玉米苗期冻害等级标准得表2 和图2。由图2 可知，该时段12 年内发生冻害71 次，其中，轻度冻害29 次，概率为6.0%，中度冻害14 次，概率为2.9%，重度冻害29 次，概率为6.0%。近10 年冻害的日数呈增加趋势，近5 年冻害日数是前5 年的1.9 倍，尤其是近5 年重度冻害日数是前5 年的3 倍。2020 年该时段的冻害日数是近10年最多的一年。由表2 可知，4 月16-20 日、4 月21-25 日、4 月26-30 日发生冻害的概率分别为33.3%、18.3%、20.0%，5 月1-5 日、5 月11-15 日发生冻害的概率分别为13.3%、1.7%，5 月6-10 日12 年内无冻害发生。

表2 2010—2021 年五寨县4 月16 日—5 月15 日冻害日数统计Tab. 2 Statistical values of freezing injury days in Wuzhai County from April 16 to May 15 in 2010-2021

图2 2010-2021 年五寨县4 月中旬至5 月中旬年冻害变化趋势Fig. 2 Variation trend of annual freezing damage in Wuzhai County from mid-April to mid-May from 2010 to 2021

2.1.2 适宜播种至苗期甜糯玉米生长的气象环境

甜糯玉米露地直播时，应以土壤表层（5～10 cm）地温稳定在10 °C 以上为宜，地膜覆盖栽培应以当地日平均温度稳定在7～8 °C 为宜[17]。分析近12 年五寨县地面10 cm 地温资料得知，10 cm 地温稳定在10 °C 以上的日期为4 月15 日，稳定在7～8 °C 的日期为4 月7 日。如果不考虑冻害因素，地膜覆盖播种时间为4 月7 日以后，露地直播时间在4 月15 日以后。从玉米种植户、农业部门和山西康宇田源农业股份有限公司种植基地了解到，五寨县玉米播种一般是从4 月20 日前后开始，玉米从播种到出苗间隔时间，地膜覆盖需要7～10 d，露地直播一般为10～20 d，当日平均气温<13°C，时间会更长。露地出苗间隔时间与黄成秀等[10]种植试验的当平均气温在13～17 °C 时，玉米从播种到出苗，露地一般需要12～19 d 的结果基本一致。调查发现，自地膜覆盖技术推广以来，五寨县玉米或甜糯玉米基本采用地膜覆盖种植，按照上述甜糯玉米开始播种时间计算，出苗应在4 月26-30 日或以后。

2.1.3 冻害对播种至苗期甜糯玉米的影响

根据上述分析，处在苗期的甜糯玉米冻害发生概率为20%，而平均终霜日在5 月15 日，玉米幼苗可能反复受冻害影响，导致生长缓慢、生育期推迟、单株叶片数减少、后期生长量不足、穗部性状降低、穗粒数减少[18]。研究表明，气温低于-4 ℃，仅需持续1～2 h玉米苗就会冻死[19]。

2.2 秋季冻害对采收期甜糯玉米的影响

2.2.1 秋季冻害特征

分析五寨县65 年初霜日发现，初霜日发生在9 月20 日以前的概率为58.4%，9 月20 日以后的概率为41.6%。而近12 年来，初霜日发生9 月20 日以前的概率为16.7%，9 月20 日以后的概率为83.3%。按照表1标准，对2010-2021 年五寨县9 月1 日-10 月10 日最低气温< -1 ℃的日数及持续时间进行分级统计。12 年来，9 月20 日以前未发生过冻害，9 月21-25 日发生了3 次冻害，概率为5.0%，其中，重度冻害发生概率为1.7%。9 月26-30 日发生了7 次冻害，概率为11.6%，其中重度冻害发生概率为5.0%；10 月1-5 日发生了11 次冻害，概率为18.3%，其中重度冻害概率为8.3%；10 月6-10 日共发生冻害14 次，概率为23.3%，其中重度冻害发生概率为15.0%。由表3 可知，2018 年9 月21-25 日、26-30 日反复发生冻害，是12 年秋季冻害最严重的一年。

表3 2010—2021 年五寨县9 月下旬至10 月上旬冻害日数统计Tab. 3 Statistical values of freezing injury days in Wuzhai County from late September to early October from 2010 to 2021

研究发现，近12 年冻害发生最早的时间为2018 年9 月23 日，最晚发生时间为2015 年和2019 年的10 月8 日。由此可知，近12 年秋季冻害发生高风险时段在9 月26-30 日和10 月上旬。

2.2.2 秋季冻害对甜糯玉米采收期的影响

由于甜糯玉米多以鲜食玉米为主，在授粉后22～25 d 或抽雄后27～30 d 即可采收[17]。甜糯玉米种植户在春季播种时多采用间隔播种法，但播种时间不得迟于6 月中旬。由于五寨县农业气象观测站不设玉米观测项目，所以玉米抽雄吐丝和乳熟日期是参照五台县、繁峙县、河曲县和忻府区4 个农业气象观测站观测到的玉米抽雄吐丝和乳熟日期资料，结合当地玉米种植户、农业部门和山西康宇田源农业股份有限公司种植基地提供的资料确定的，五寨县玉米抽雄吐丝期应在7 月下旬，乳熟期应在8 月下旬至9 月下旬。因此甜糯玉米的采收时段在8 月下旬至9 月下旬，根据前面分析，9 月20 日之前，冻害对甜糯玉米的影响不大。9 月下旬冻害对甜糯玉米有一定影响，发生重度冻害的概率为3.3%。甜糯玉米采收期受冻害影响的风险较低。

3 结果与讨论

（1）五寨县春季冻害频次高于秋季，春季冻害危害风险高于秋季，当春季霜冻出现偏迟和秋季霜冻偏早时，冻害影响加重。这与李钊[20]春季霜冻的频次要高于秋季霜冻，钱莉等[21]的霜冻出现偏迟、冻害影响加重，夏权等[22]的霜冻出现越晚霜冻强度越强、造成作物的受灾程度也越严重的结论一致。

（2）五寨县作物发生冻害的高风险时段为4 月下旬至5 月中旬和9 月26-30 日至10 月上旬。其中4 月16-20 日 至4 月26-30 日 和9 月26-30 日 和10 月1-5 日是冻害对农作物危害最严重的时段。

（3）4 月26-30 日至5 月中旬，甜糯玉米正处在苗期至3 叶期，这时冻害对其危害风险最高、危害程度最重。9 月下旬和10 月上旬，冻害对采收期的甜糯玉米影响较大，尤其是10 月6-10 日，五寨县的农作物基本冻死。

4 防御对策

4.1 规避风险，选择最佳播种时段

过早播种易遭受春季低温和晚霜冻害，而过晚播种则要受秋季低温冻害的影响，不能正常成熟而减产。因此选择最佳播种时段是降低玉米遭受冻害风险的最有效措施之一。五寨县鲜食甜糯玉米在4 月26 日-6 月10 日期间播种为宜，籽粒玉米在4 月25 日-5 月15 日期间播种为宜，种植户可以根据玉米品种选择合适的播种时间。这样可以避开春季和秋季冻害高风险时段，避免或减轻冻害对甜糯玉米的影响。

4.2 科学防御，长防御短防治

播种前，参考气象部门当年在年度气候预测中，对春季低温过程和终霜冻、秋季低温阴雨时段和初霜冻的预测结果，确定种植玉米品种和播种时间。甜糯玉米生长期，积极与气象部门互动，特别是冻害高发时段，随时关注和收看当地最新寒潮、霜冻预报和预警，在冻害来临前，根据冻害发生时间、强度、范围做好防冻害措施，如采用烟熏、喷水、浇灌、喷洒化学试剂等方法[23-24]。

5 结束语

五寨县优质的土地资源和独特的气候条件为甜糯玉米生长发育和品质优良提供了保障，而低温冻害是影响甜糯玉米生长的主要气象灾害之一。研究了近12 年五寨县春季和秋季冻害特征，甜糯玉米最宜遭受冻害影响的苗期至3 叶期和采收期的冻害特征，以及冻害对甜糯玉米生长发育、产量、品质的影响，给规避冻害风险、科学防御冻害提供了依据。