文水縣氣候變化對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

常耀杰，王文忠，馮寶，張玉萍

(1. 太原師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院，山西 榆次 030619； 2.桂林航天工業(yè)學(xué)院 自動(dòng)化系，廣西 桂林 541004； 3.忻州師范學(xué)院 地理系，山西 忻州 034000)

文水縣氣候變化對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

常耀杰1，王文忠1，馮寶2*，張玉萍3

(1. 太原師范學(xué)院 地理科學(xué)學(xué)院，山西 榆次 030619； 2.桂林航天工業(yè)學(xué)院 自動(dòng)化系，廣西 桂林 541004； 3.忻州師范學(xué)院 地理系，山西 忻州 034000)

[目的]探討各氣候要素對(duì)文水縣玉米產(chǎn)量的影響，預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化情形下本縣的玉米氣候生產(chǎn)力。[方法]本研究采用文水縣1998-2014年逐月的氣溫、降水量、蒸發(fā)量、日照時(shí)數(shù)等氣候資料和玉米單產(chǎn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、回歸分析、主成分分析和Thornthwaite Memoriae模型等方法對(duì)文水縣這一小區(qū)域長(zhǎng)時(shí)間序列氣候變化下的玉米產(chǎn)量進(jìn)行分析。[結(jié)果]近17年來(lái)文水縣玉米生育期內(nèi)的氣溫和日照時(shí)數(shù)均呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，而降水量和蒸發(fā)量卻呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；同期的玉米單產(chǎn)和氣候產(chǎn)量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。[結(jié)論]氣溫過(guò)高影響玉米產(chǎn)量的提高，而降水量的增多卻有利于玉米的生產(chǎn)；影響文水縣玉米產(chǎn)量的因素有三個(gè)，可以歸結(jié)為：溫度、水分和極端氣候；未來(lái)“暖濕型”和“冷濕型”氣候有利于玉米產(chǎn)量的提高，而“暖干型”和“冷干型”氣候均不利于玉米的生長(zhǎng)。

氣候變化； 文水； 玉米； 產(chǎn)量

氣候變暖已經(jīng)成為了公認(rèn)的事實(shí)，其對(duì)許多自然和生物系統(tǒng)產(chǎn)生了不同程度的影響[1]。作為受氣候變化影響較大的生產(chǎn)部門，農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變化的響應(yīng)已經(jīng)成為了全球變化研究中的重要內(nèi)容之一[2]。

在國(guó)外，主要研究方向?yàn)闅夂蜃兓瘜?duì)農(nóng)作物產(chǎn)量、生產(chǎn)的影響以及相應(yīng)對(duì)策。如史文嬌等人的研究表明，在氣候變化的背景下，非洲的農(nóng)作物產(chǎn)量已經(jīng)并將持續(xù)下降[3]；Jones等人預(yù)測(cè)，到2055年在氣溫變暖、降水減少的背景下,非洲和拉丁美洲的玉米產(chǎn)量有約10%的減產(chǎn)[4]；有研究表明在菲律賓，水稻在生長(zhǎng)季的干旱月份 (1-4月)最低氣溫的增加會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量的下降[5]；另外，有大量的研究表明，氣候的變化導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、布局及熟制發(fā)生了變化[6～8]。近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者在這一領(lǐng)域的研究?jī)?nèi)容包括：氣候變化對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量、種植區(qū)域、種植制度、物候、病蟲害等的影響。如：史本林等人通過(guò)主成分分析表明，氣溫、降水量、蒸發(fā)量、和極端氣溫是影響河南省商丘市冬小麥生產(chǎn)的主要?dú)夂蛞蛩?，過(guò)多的蒸發(fā)量和極端低溫對(duì)冬小麥生產(chǎn)不利[9]；據(jù)研究表明，如果氣候“暖干化”趨勢(shì)繼續(xù)，其對(duì)小麥、馬鈴薯等產(chǎn)生的不利影響也將繼續(xù)[10,11]；郝志新[12]等和劉文平[13]等的研究結(jié)果表明，氣候變化背景下冬小麥的種植北界較過(guò)去北移了1～2個(gè)緯度；錢錦霞[14]等人研究發(fā)現(xiàn)，冬季氣候的變暖使得山西省冬小麥的種植區(qū)域面積平均擴(kuò)大了2.9×106hm2；另有研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖可使病蟲害繁殖世代數(shù)比常年增加 1 個(gè)代次，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生極為不利的影響[15，16]。

這些研究多以大中區(qū)域尺度為研究對(duì)象，對(duì)小區(qū)域尺度長(zhǎng)時(shí)間序列下的氣候變化對(duì)糧食產(chǎn)量的影響研究尚不多見。文水縣位于汾河谷地中部，是以糧食生產(chǎn)為主的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)，玉米種植面積占全縣糧食種植面積的90%以上。氣候變化對(duì)玉米的生產(chǎn)、縣域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著很重要的影響。本文采用近17年來(lái)文水縣的氣象氣候觀測(cè)資料和玉米單產(chǎn)數(shù)據(jù)，定量分析局部小氣候的變化對(duì)當(dāng)?shù)刈魑锂a(chǎn)量的影響，旨在為該地的玉米布局決策以及生產(chǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 資料來(lái)源

1998-2014年玉米生育期(5月-9月)的年平均氣溫、極端高溫、極端低溫、降水量、蒸發(fā)量、日照時(shí)數(shù)等氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于文水縣地面氣象站(37°27′N，112°03′E)。玉米單產(chǎn)數(shù)據(jù)由文水縣統(tǒng)計(jì)局提供。

1.2 研究方法

1.2.1 氣候傾向率

氣候傾向率是分析長(zhǎng)時(shí)間序列的某一氣候要素的變化速率，一般用一次方程(1)來(lái)表示：

(1)

1.2.2 氣候產(chǎn)量

(2)

式中：Y為某種作物單位面積的產(chǎn)量；Yt為趨勢(shì)產(chǎn)量，表示社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)等對(duì)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)；YW是受氣候因素的短期波動(dòng)變化影響的產(chǎn)量分量，即氣候產(chǎn)量；e為受病蟲害、社會(huì)動(dòng)蕩等隨機(jī)因素影響的產(chǎn)量分量，由于一般情況下所占比例很小，在實(shí)際計(jì)算中不做考慮；故(2)式簡(jiǎn)化為：

(3)

由(3)式可知Yw=Y-Yt，那么如何在實(shí)際產(chǎn)量中提取趨勢(shì)產(chǎn)量就是求得氣候產(chǎn)量的關(guān)鍵。很多學(xué)者采用時(shí)間序列擬合作為趨勢(shì)產(chǎn)量，但時(shí)間序列均為固定模型，很難反映真實(shí)的趨勢(shì)產(chǎn)量。故采用3年線性調(diào)和滑動(dòng)平均來(lái)分離趨勢(shì)產(chǎn)量，即：

(4)

式中：Yj(t)為第j年的趨勢(shì)產(chǎn)量；P為滑動(dòng)平均時(shí)間步長(zhǎng)；Cj-k+1為3年調(diào)和滑動(dòng)平均系數(shù)(Cj-k+1≤1)；Yj-k+1為滑動(dòng)步長(zhǎng)年間第(j-k+1)年的實(shí)際產(chǎn)量。

1.2.3 氣候生產(chǎn)力

氣候生產(chǎn)力就是根據(jù)某地的氣候條件來(lái)計(jì)算農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)潛力，表示在各種氣候及環(huán)境最適宜的條件下，單位面積可能達(dá)到的最高產(chǎn)量。Lieth根據(jù)世界各地作物產(chǎn)量與作物生長(zhǎng)期內(nèi)的年均溫、年降水量之間的關(guān)系，提出了用實(shí)際蒸散量來(lái)估算作物產(chǎn)量的公式方法，即ThornthwaiteMemoriae模型：

(5)

其中：

(6)

L=300+25t+0.05t3

(7)

Pv是作物的氣候生產(chǎn)力(kg·hm-2·a-1)；v為年均蒸散量(mm)；r為作物生長(zhǎng)期內(nèi)的年降水量(mm)；L為年均最大蒸散量，是關(guān)于溫度t(℃)的函數(shù)。

采用Sigmaplot 12.5、Matlab 7.0、SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米生長(zhǎng)期內(nèi)的氣候要素變化特征

根據(jù)對(duì)文水縣200戶農(nóng)民的調(diào)查結(jié)果和玉米的生育規(guī)律將每年的5月-9月劃定為玉米的生育期，并繪制出玉米生育期內(nèi)的年均溫、降水量、蒸發(fā)量、日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)(1998-2014年)(圖1)。

圖1 文水縣1998-2014年玉米生育期平均溫度、降水量、蒸發(fā)量、日照時(shí)數(shù)變化圖Fig.1 The changes of the average temperature, precipitation, evaporation, sunshine duration in the growth period of corn from 1998 to 2014 in Wenshui County

從圖1可以看出：近17年來(lái)，文水縣玉米生育期內(nèi)的年平均溫度呈下降趨勢(shì)，其氣溫傾向率為-0.082 ℃·(10a)-1，其線性復(fù)相關(guān)指數(shù)R=-0.831，通過(guò)a=0.01顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明下降的趨勢(shì)非常明顯，這與該地年均溫上升的趨勢(shì)相反[17]，這是由于文水縣冬季(12月到次年2月)升溫速率大，而其他月份升溫速率小，甚至出現(xiàn)降溫趨勢(shì)造成的；生育期內(nèi)的年均降水量為331 mm,是文水縣年均降水量74.43%，其降水傾向率為：79.78 mm·(10a)-1，線性復(fù)相關(guān)指數(shù)R=0.487，通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明該縣玉米生長(zhǎng)期內(nèi)降水量趨勢(shì)明顯，這與該縣年降水量[17]和冬小麥生長(zhǎng)期內(nèi)年降水量[11]均呈下降的趨勢(shì)相反；蒸發(fā)量以 55.41 mm·(10a)-1的速率增長(zhǎng)，其中最小值為1998年的886.5 mm,最大值出現(xiàn)在2001年為1 178.6 mm,后者是前者1.33倍。其線性復(fù)相關(guān)指數(shù)R=0.361，未通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明蒸發(fā)量上升不明顯；日照時(shí)數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，下降的速率為61.74 h·(10a)-1。2003年以前，日照時(shí)數(shù)均在1 000 h以上，從2003年開始除個(gè)別年分外，均在1 000 h以下。

2.2 氣候變化與玉米產(chǎn)量關(guān)系分析

根據(jù)文水縣1998-2014年每公頃玉米的產(chǎn)量和公式(4)求出了對(duì)應(yīng)年份的趨勢(shì)產(chǎn)量，并繪制圖2。

由圖2可知近17年來(lái)玉米的單產(chǎn)總體呈上升趨勢(shì)，每年增產(chǎn)約151.11 kg·hm-2。其中2002年較2001年增長(zhǎng)了19%，為17年來(lái)的最大增長(zhǎng)值；2001年較2000年增長(zhǎng)了-23%，為17年來(lái)的最低增長(zhǎng)值，二者增幅相差42%。從增產(chǎn)的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，2008年以前呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，單產(chǎn)起伏較大，2008年開始，產(chǎn)量穩(wěn)步上升。與單產(chǎn)的變化趨勢(shì)一致，玉米的趨勢(shì)產(chǎn)量也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

表1為文水縣近17年來(lái)(1998-2014年)玉米生育期內(nèi)的平均氣溫、極端高溫、極端低溫、總降水量、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)量對(duì)其產(chǎn)量的影響。由表1可知，從整個(gè)生育期來(lái)看，玉米的氣候產(chǎn)量與氣溫、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與氣溫的相關(guān)性最大(相關(guān)系數(shù)為-0.355)；而與極端溫度、降水量呈正相關(guān)關(guān)系。從月尺度來(lái)看，6月的均溫對(duì)玉米氣候產(chǎn)量影響較大，相關(guān)系數(shù)為-0.376，達(dá)顯著差異(P<0.05)，其他月份的各氣象因子與玉米氣象產(chǎn)量的相關(guān)性不大，未達(dá)到顯著差異水平(P>0.05)。

圖2 文水縣1998-2014年玉米單產(chǎn)量及技術(shù)產(chǎn)量變化趨勢(shì)Fig.2 Variation tendency of the yield and trend yield of corn from 1998 to 2014 in Wenshui County

表1 文水縣玉米氣象產(chǎn)量與生育期內(nèi)各月氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)的相關(guān)關(guān)系

Table 1 The correlation between the meteorological yield of corn in Wenshui County and the monthly temperature, precipitation and sunshine duration during the growth period

氣象因子ClimaticFactors5月May6月June7月July8月August9月September生育期Growthstages均溫/℃-0082-0376?-0207-0112-0245-0355極端高溫/℃0332-0252-0237-0007-00440015極端低溫/℃-01360126-0193004402540067降水量/mm-0059030900162-01470162日照時(shí)數(shù)/h0044-02790155-01760103-0044蒸發(fā)量/mm0029-02790118-01320294-0029

注：*表示相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P<0.05)

Note:* mean correlation reached siqnificant level.

玉米是喜溫的大春作物，對(duì)溫度的變化極為敏感。由表1可知，6月均溫對(duì)玉米產(chǎn)量的影響為負(fù)效應(yīng)，且極其顯著，這是因?yàn)榇穗A段玉米正處于苗期，溫度偏高會(huì)造成玉米營(yíng)養(yǎng)過(guò)盛，幼苗徒長(zhǎng)，苗質(zhì)細(xì)弱，

影響產(chǎn)量的提高；另外，9月的均溫與玉米的氣候產(chǎn)量為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)較大，此階段為玉米的灌漿-成熟期，低溫可以延長(zhǎng)玉米的灌漿時(shí)間，有利于干物質(zhì)的積累和運(yùn)輸，對(duì)提高玉米的粒重有利。

從降水量與玉米產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)看：5月和9月的降水量與玉米的氣象產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這是因?yàn)?月份玉米處于播種-苗期，過(guò)多的降水會(huì)影響玉米的生長(zhǎng)發(fā)育甚至?xí)斐伤烂?，相反在此階段輕度的干旱有利于根系的生育和下扎；9月的降水量與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為：-0.147，呈負(fù)相關(guān)，此階段玉米處于灌漿-成熟期，較多的降水影響玉米光合作用，對(duì)提高千粒重和結(jié)實(shí)顆粒十分不利，從而導(dǎo)致玉米產(chǎn)量的下降。其余月份的降水量與玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)，這是因?yàn)橛衩仔杷^多，除苗期(5月)和成熟期(9月)外，其余階段都必須滿足玉米對(duì)水分的要求才能獲得高產(chǎn)。

日照時(shí)數(shù)與玉米產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)在播種-苗期(5月)、穗期(7月)和成熟期(9月)為正值，表明光照充足有利于玉米種子苗期生長(zhǎng)和灌漿期的干物質(zhì)積累。蒸發(fā)量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響整體為負(fù)，說(shuō)明蒸發(fā)量增加會(huì)使農(nóng)田作物嚴(yán)重缺水，導(dǎo)致光合產(chǎn)物運(yùn)輸受阻，產(chǎn)量下降。

2.3 影響玉米產(chǎn)量的氣象因子篩選

在多種影響因素中篩選出主要的影響因素是主成分分析方法的主要特征[18]。為了消除量綱影響，對(duì)玉米生育期年均溫(x1)、極端高溫(x2)、極端低溫(x3)、年降水量(x4)、蒸發(fā)量(x5)、日照時(shí)數(shù)(x6)等6個(gè)變量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用主成分分析法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算主成分因子的特征值、貢獻(xiàn)率及因子載荷，結(jié)果見表2。

表2 文水縣玉米生育期氣候變化主成分因子特征值、貢獻(xiàn)率及因子載荷

Table 2 The Eigenvalues, cumulative rate and component matrix of principal component factor during the growth period of corn in Wenshui County

由表2可知，特征值大于1且累積貢獻(xiàn)率大于75%的成分有三個(gè)，固提取三個(gè)主成分。第一主成分與極端高溫(x2)有著較大的正相關(guān)，和年均溫(x1)有著較大的負(fù)相關(guān)，反映了氣溫因素對(duì)玉米產(chǎn)量的影響；第二主成分中，蒸發(fā)量(x5)因子載荷度較大，可以看成水分因子；第三主成分與日照時(shí)數(shù)(x6)和極端低溫(x3)的相關(guān)性較大，反映了日照和極端溫度對(duì)玉米產(chǎn)量的影響。

從各主成分的因子貢獻(xiàn)率來(lái)看，前三個(gè)因子的貢獻(xiàn)率分別是：34.311%、21.583%、19.486%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)到75.380%，所以影響文水縣玉米產(chǎn)量因子可以歸結(jié)為：溫度、水分、和極端氣候。

采用多元線性向后回歸方法對(duì)表2中的6個(gè)氣象因子進(jìn)行篩選和剔除，最終建立了玉米生育期內(nèi)的均溫(x)與氣候產(chǎn)量(y)之間的線性回歸模型(結(jié)果見表3)：

y=0.711-0.366x

方程的擬合優(yōu)度R=0.438(P=0.079<0.1),達(dá)到了顯著水平，說(shuō)明此方程具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。從表3可以看出年均溫(x)的顯著性P=0.079通過(guò)P<0.01的顯著性檢驗(yàn)，結(jié)合方程可知文水縣近17年的玉米氣候產(chǎn)量與其生長(zhǎng)期的均溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而與其他氣候因子的相關(guān)性不大。

表3 表氣候因子與玉米產(chǎn)量之間的多元線性回歸

Table 3 The multiple linear regression between climatic factors and the yield of corn

回歸系數(shù)Regressioncoefficient標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)Standardizedregressioncoefficient偏相關(guān)系數(shù)Partialcorrelationcoefficient顯著性Significant變量071158490000均溫-0366-0438-18860079

2.4 未來(lái)氣候變化條件下玉米氣候生產(chǎn)力預(yù)測(cè)

2.4.1 玉米氣候產(chǎn)量與氣候生產(chǎn)力的變化

根據(jù)近17年來(lái)(1998-2014年)文水縣逐月氣溫、降水量觀察數(shù)據(jù)，計(jì)算出該地玉米生育期(5月-9月)的均溫和總降水量，利用公式(5)-(7)(Thornthwaite Memoriae模型)計(jì)算文水縣近17年來(lái)玉米的氣候生產(chǎn)潛力Pv值，同時(shí)采用1998-2014年文水縣玉米的單產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用公式(2)-(4)，計(jì)算出玉米逐年的氣候產(chǎn)量YW值，繪制Pv和YW的變化趨勢(shì)(圖3)。

圖3 文水縣1998-2014年玉米氣象產(chǎn)量和氣候生產(chǎn)力變化趨勢(shì)Fig.3 The variation tendency ofmeteorological yield of corn from 1998 to 2014 in Wenshui County and climate productivity

由圖3可知：文水縣近17年來(lái)(1998-2014)年玉米單位面積的氣候產(chǎn)量(Yw)整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，其線性傾向率為：12.98kg·(10a)-1·hm-2。復(fù)相關(guān)指數(shù)：R=0.144未通過(guò)a=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明玉米單位面積氣候產(chǎn)量增產(chǎn)趨勢(shì)的不顯著。從年代變化來(lái)看，2006年之前玉米的Yw值波動(dòng)頻繁，最小值出現(xiàn)在2001年為-921.43kg·hm-2，最大值出現(xiàn)在2000年為：900.78kg·hm-2，二者相差1 822.21kg·hm-2；2006年后，Yw值在0附近擺動(dòng)，且多為負(fù)值，說(shuō)明此階段氣候?qū)τ衩椎挠绊懚酁樨?fù)效應(yīng)。與Yw值的變化趨勢(shì)相同，玉米的氣候生產(chǎn)力(Pv值)也呈上升趨勢(shì)，其上升速率為156.49kg·(10a)-1·hm-2，其線性復(fù)相關(guān)指數(shù)R=0.238，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，變化趨勢(shì)不明顯；通過(guò)計(jì)算可知年均氣候生產(chǎn)力為7 815.4 kg·hm-2，1999年出現(xiàn)最小值為：4 940.08 kg·hm-2，為平均值的63.2%，2009年的11 490.38 kg·hm-2為最大值，是最小值的2.33倍，比平均值增加了47.02%。

2.4.2 未來(lái)氣候變化對(duì)玉米氣候生產(chǎn)力的影響

由公式(5)-(7)可知農(nóng)作物的氣候生產(chǎn)力隨著其生育期的氣溫和降水量的變化而變化。以文水縣1998-2014年玉米生育期內(nèi)的年平均氣溫、年降水量和多年平均Pv值為當(dāng)前值，根據(jù)相關(guān)研究[19～21],計(jì)算未來(lái)當(dāng)氣溫上升或下降1 ℃、2 ℃、3 ℃，降水量增多或減少10%、20%、30%等不同組合情況下玉米Pv值的變化百分比，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 文水縣玉米生育期內(nèi)年均溫和降水量變化對(duì)其Pv值百分率的影響

Table 4 The influence of annual temperature and precipitation changes during the growth period of corn in Wenshui County on the Pv percentage

氣溫變幅/℃Temperaturerange降水變幅/%Precipitationvariation-30-20-100102030-3-2713-1768-874-02877015222229-2-2690-1735-82903184416122338-1-2669-1705-789082909169224340-2651-1680-7540967176325201-2635-1657-7231681017182625952-2621-1637-6962031062188126623-2609-1620-673234110119292720

由表4可知：在溫度不變的情況下，玉米的氣候生產(chǎn)力(Pv)值隨降水量的增加而增大；當(dāng)降水量不變時(shí)，其Pv值隨溫度的升高而增大，從Pv增大的幅度來(lái)看，降水量對(duì)玉米生產(chǎn)力的影響更大。當(dāng)氣溫和降水量同時(shí)變化，若只考慮氣溫上升或下降3 ℃的情況，可以看出，當(dāng)氣溫上升3 ℃，降水量增加10%、20%、30%時(shí)，玉米的Pv值分別增加11.01%、19.29%、27.20%，說(shuō)明“暖濕型”氣候?qū)τ衩桩a(chǎn)量的提高有利；當(dāng)氣溫上升3 ℃，降水量減少時(shí)，玉米Pv值為負(fù)，說(shuō)明“暖干型”氣候?qū)τ衩椎纳a(chǎn)不利；當(dāng)在氣溫下降3 ℃，降水量增加10%、20%、30%的“冷濕性”氣候條件下，玉米的Pv值均為正值，但其小于“暖濕型”氣候所對(duì)應(yīng)的Pv值，說(shuō)明“冷濕型”氣候也有利于玉米的生長(zhǎng)發(fā)育，但有利程度低于“暖濕型”；當(dāng)氣溫下降3 ℃，降水量減少10%、20%、30%時(shí)，玉米的Pv值分別是：-27.13%、-17.68%、-8.74%，為表4中的最低值，說(shuō)明“冷干型”氣候?qū)τ衩椎纳a(chǎn)最為不利，這與朱新玉[22]等人的研究結(jié)果一致?？梢?，當(dāng)氣溫和降水量同時(shí)變化時(shí)，氣溫對(duì)玉米氣候生產(chǎn)力的影響比降水大。

綜上可知，未來(lái)文水縣氣候變化對(duì)玉米生產(chǎn)力的影響排列為： “暖濕型”>“冷濕型”>“暖干型”>“冷干型”。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

目前，氣候變化對(duì)糧食產(chǎn)量影響的研究已有很多，但在氣候變化對(duì)玉米產(chǎn)量的影響的研究中，空間范圍以大中尺度為主，對(duì)小地域的研究甚少。本文以文水縣為研究區(qū)域，通過(guò)回歸分析、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)和ThornthwaiteMemoriae模型等方法系統(tǒng)地、有針對(duì)性地分析長(zhǎng)時(shí)間序列下的局地小氣候?qū)τ衩桩a(chǎn)量的影響，為該地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。從研究方法上來(lái)說(shuō)，有關(guān)學(xué)者對(duì)如何從糧食產(chǎn)量中分離趨勢(shì)產(chǎn)量存在較大的爭(zhēng)議。本文選用“3年線性調(diào)和滑動(dòng)平均”的方法對(duì)文水縣玉米趨勢(shì)產(chǎn)量進(jìn)行分離，并構(gòu)建了文水縣玉米氣候產(chǎn)量的估算模型。該方法避免了以時(shí)間序列為固定模型擬合趨勢(shì)產(chǎn)量的缺陷，較真實(shí)地反映了文水縣玉米產(chǎn)量的變化趨勢(shì)。另外對(duì)玉米氣候產(chǎn)量影響因子的選取具有一定的作物意義，現(xiàn)實(shí)性、可靠性較強(qiáng)。從溫度上說(shuō)，苗期(6月)均溫對(duì)玉米產(chǎn)量的影響為負(fù)效應(yīng)，且極其顯著，灌漿-成熟期(9月)的均溫與玉米的氣候產(chǎn)量為負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)較大。這是因?yàn)樵诿缙?，溫度偏高?huì)造成玉米營(yíng)養(yǎng)過(guò)盛，幼苗徒長(zhǎng)，苗質(zhì)細(xì)弱，影響產(chǎn)量的提高，而灌漿-成熟期，低溫可以延長(zhǎng)玉米的灌漿時(shí)間，有利于干物質(zhì)的積累和運(yùn)輸，對(duì)提高玉米的粒重有利。從降水量來(lái)說(shuō)，播種-苗期(5月)和灌漿-成熟期(9月)的降水量與玉米的氣象產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。這是因?yàn)槊缙谶^(guò)多的降水會(huì)影響玉米的生長(zhǎng)發(fā)育甚至?xí)斐伤烂纾喾丛诖穗A段輕度的干旱有利于根系的生育和下扎；在灌漿-成熟期較多的降水影響玉米光合作用，對(duì)提高千粒重和結(jié)實(shí)顆粒十分不利，從而導(dǎo)致玉米產(chǎn)量的下降。

影響玉米產(chǎn)量的因素還很多，如其他自然因素(土壤肥力、地形等)和人為因素(種子的選取、農(nóng)藥化肥的投入、灌溉設(shè)施的建設(shè)等)，在今后的研究中應(yīng)該考慮增加其他因素對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，以便全面的為該地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學(xué)的依據(jù)。另外，玉米的發(fā)育機(jī)理比較復(fù)雜，統(tǒng)計(jì)學(xué)方法并不能完全揭示其內(nèi)在機(jī)制，本文的結(jié)果有待于玉米的生理生化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。

3.2 結(jié)論

利用氣候傾向率、ThornthwaiteMemoriae模型等方法對(duì)文水縣1998-2014年的氣象和玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步得出如下結(jié)論：

(1)近17年來(lái)文水縣玉米生育期內(nèi)平均氣溫和日照時(shí)數(shù)均呈下降趨勢(shì)，二者的線性傾向率分別為-0.082 ℃/10a和-61.74h/10a；而降水量和蒸發(fā)量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，線性傾向率分別為：79.78mm/10a和55.41mm/10a。

(2)近17年來(lái)文水縣玉米單產(chǎn)整體上呈上升趨勢(shì)。從年代變化來(lái)，2008年之前玉米產(chǎn)量波動(dòng)幅度較大，而2008年后，玉米產(chǎn)量穩(wěn)步提高。這是因?yàn)?008年國(guó)家首次在玉米、大豆和油菜籽主產(chǎn)區(qū)實(shí)施的糧食臨時(shí)收儲(chǔ)政策[23]，極大地提高了農(nóng)民的種植積極性。

(3)通過(guò)對(duì)影響文水縣玉米氣候產(chǎn)量的因子分析可知：影響玉米氣候產(chǎn)量的主成分有三個(gè)，可以歸結(jié)為：氣溫、水分和極端溫度。

(4)通過(guò)對(duì)文水縣未來(lái)氣候變化下玉米生產(chǎn)力的預(yù)測(cè)可知：“暖濕型”和“冷濕型”氣候?qū)τ衩椎纳a(chǎn)有利，且“暖濕型”氣候下的增產(chǎn)幅度大于“冷濕型”；“暖干型”和“冷干型”氣候?qū)τ衩椎纳a(chǎn)產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，且“冷干型”>“暖干型”。據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，文水縣氣候“暖干型”趨勢(shì)減緩[17]，“暖濕化”趨勢(shì)開始顯現(xiàn)，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)有利于玉米產(chǎn)量的提升。

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(編輯：韓志強(qiáng))

Effects of climate change on corn yield in Wenshui county

Chang Yaojie1, Wang Wenzhong1, Feng Bao2*, Zhang Yuping3

(1.CollegeofGeographicSciences,TaiyuanNormalUniversity,Yuci030619,China; 2.DepartmentofAutomation,GuilinUniversityofAerospaceTechnology,Guilin541004,China; 3.DepartmentofGeography,XinzhouTeachersUniversity,Xinzhou034000,China)

[Objective] To explore the influence of climatic factors on the yield of corn and predict the yield of corn under the circumstance of future climate change.[Method] According to the climate data of monthly temperature, precipitation, evaporation, sunshine duration and the yield data of corn from 1998 to 2014, corn yield under long time series climate change in Wenshui county was analyzed by using mathematical statistics, regression analysis, Principal Component Analysis and Thornthwaite Memoriae model. [Results] During the last 17 years, the temperature and sunshine duration in corn growing period in Wenshui county showed fluctuational trend of descending, while the precipitation and evaporation rate showed an upward trend. The yield and climate yield of corn in the same period kept increasing. [Conclusion] The rise of temperature was inconducive to the increase of the yield of corn; much precipitation was favorable to the production of corn; there were three components that affected the yield of corn in Wenshui County: temperature, moisture and extreme climate, The study showed that: “warm and wet” and “cold and wet” climate type were conducive to the increase of the yield of corn, “warm and dry” and “cold and dry” climate type were unfavorable to the yield of winter corn.

Climate change， Wenshui， Corn， Yield

2016-12-14

2017-02-22

常耀杰(1990-)，女(漢)，山西文水人，碩士，研究方向：自然資源評(píng)價(jià)與開發(fā)

*通信作者：馮寶，副教授，Tel: 18290161905； Email :changyaojie1990@163.com

廣西省自然科學(xué)基金(2016GXNSFBA380160)；廣西高校重點(diǎn)科學(xué)研究項(xiàng)目(KY2015ZD143)；太原師范學(xué)院研究生教育創(chuàng)新項(xiàng)目(SYYJSJC-1601)

P467；S162.5+3

A

1671-8151(2017)05-0312-08