河南省主要氣象因子變化及其對主要糧食作物單產(chǎn)的影響特征

李文旭 吳政卿 雷振生 姜桂英

（1河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，450002，河南鄭州；2河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，450002，河南鄭州）

近幾十年來由于全球氣候變暖，影響農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的氣象災(zāi)害和病蟲害也越來越頻繁。作物的生長發(fā)育及最終產(chǎn)量與光、熱、水、相對濕度條件之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，同時受因子組合的影響：1個因子或幾個因子對農(nóng)作物生長的正效應(yīng)可能被其他因子加強，也可能被減弱，甚至被完全抵消。如何在氣候變化的大背景下，最大限度地降低和避免氣候變化帶來的負面影響，確保農(nóng)作物增產(chǎn)是當前農(nóng)業(yè)的首要任務(wù)。農(nóng)作物單產(chǎn)和氣候變化的關(guān)系非常密切，且氣候變化對作物生長的影響存在作物種類及區(qū)域差異性[1]，小麥、玉米和水稻是主要的糧食作物，研究河南省不同區(qū)域小麥、玉米和水稻產(chǎn)量與主要氣候因子的關(guān)系對區(qū)域糧食生產(chǎn)具有重要的理論和實踐意義。趙彥茜等[2]研究指出，近幾十年來，小麥生育期內(nèi)氣溫升高和輻射變化使我國北方小麥增產(chǎn)0.9%～12.9%，南方小麥減產(chǎn)1.2%～10.2%；氣候變暖對玉米產(chǎn)量貢獻率為–41.4%～0.4%；水稻生育期內(nèi)氣溫升高和輻射增強有利于東北地區(qū)水稻產(chǎn)量增加，增產(chǎn)貢獻率為1.01%～3.29%。徐延紅和李樹巖[3]研究發(fā)現(xiàn)，河南省氣溫變化有利于提升小麥利用效率綜合指數(shù)；而降水量變化有利于提升玉米氣候資源的綜合指數(shù)，且以豫北的光、熱和水綜合利用效率為全省的高值區(qū)，西部和南部地區(qū)為全省的低值區(qū)，農(nóng)業(yè)氣候資源利用率的潛力較大。鄭昌玲等[4]研究表明，光、溫、水條件匹配較好，利于秋收作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成，華北和黃淮地區(qū)主要不利氣象條件是6-7月中旬的持續(xù)高溫，造成秋收作物生長遲緩、結(jié)實率下降，并加劇旱情發(fā)展。程琨等[5]研究指出，東北、華北和西北大部分省份面臨嚴重的氣象產(chǎn)量降低風(fēng)險，且產(chǎn)量穩(wěn)定性低。華東、華南和西南也存在不同程度的減產(chǎn)風(fēng)險。張杰等[6]研究得出，影響北京市冬小麥產(chǎn)量的主要因素是平均氣溫，接下來依次為日照時數(shù)、降水量和水熱配合。檀艷靜[7]研究發(fā)現(xiàn)，河南省冬小麥各個生育期對不同有效積溫有明顯響應(yīng)。熊淑萍等[8]發(fā)現(xiàn)降水量和日照時數(shù)是河南省小麥和玉米的主要影響因素。李月英等[9]研究發(fā)現(xiàn)黑龍港流域冬小麥產(chǎn)量與不同時期的降水量和蒸發(fā)量密切相關(guān)。曹士亮等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在黑龍江肇州地區(qū)，降水量對玉米氣象產(chǎn)量的影響要大于積溫對其的影響，且降水量對氣象產(chǎn)量起正向的促進作用，積溫起負向作用。韓芳玉等[11]研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化對我國水稻產(chǎn)量影響的區(qū)域差異性明顯。降水增多有利于西南、黃淮海、西北及長城沿線（簡稱西北）地區(qū)水稻產(chǎn)量的增加，但對東北、長江中下游和華南地區(qū)水稻生產(chǎn)不利；日照時長增加對西南和東北地區(qū)水稻產(chǎn)量具有促進作用；溫度升高對長江中下游、華南和西北地區(qū)水稻產(chǎn)量有正向作用，但對西南、東北和黃淮海地區(qū)水稻產(chǎn)量具有顯著負向作用。綜上所述，前人關(guān)于氣象因子與作物產(chǎn)量關(guān)系方面的研究較多，但大部分是對某一地區(qū)的某一種作物進行研究，缺乏對幾種主要作物之間的對比。

河南省作為一個糧食生產(chǎn)大省，糧食總產(chǎn)量占全國的1/10，其中小麥產(chǎn)量占全國1/4以上，在全國糧食生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。近60年河南省平均氣溫呈明顯升高趨勢，降水量年際間波動增大，時空分配不均，局地干旱、高溫和低溫冷害等極端氣候事件頻發(fā)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增大[12-13]。因此，研究河南省主要糧食作物對氣候變化的響應(yīng)特征，對保障糧食生產(chǎn)安全有重要指導(dǎo)意義。本研究擬通過對河南省五大區(qū)域（12個觀測點）糧食作物小麥、玉米和水稻與年均氣溫、年降雨量、年日照時數(shù)及年均相對濕度4種典型氣象因子的關(guān)系進行分析，旨在找出對主要作物產(chǎn)量影響最大的氣象因子，為制定農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和實現(xiàn)作物增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域基本情況

選取河南省典型五大行政區(qū)域的典型城市12個，所選城市與河南省五大區(qū)域關(guān)系如下：（1）豫北地區(qū)：安陽和新鄉(xiāng)。豫北地處河南北部，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早。年均氣溫14.0℃；年均濕度68%；全年日照時數(shù)約2 400h；年均降雨量650mm，夏秋降水較多，占全年降水的72%，且多暴雨。（2）豫中地區(qū)：鄭州、平頂山和許昌。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫14℃～15℃，年降雨量641～700mm，年日照時數(shù)2 280～2 400h，無霜期217～220d。（3）豫東地區(qū)：開封、商丘和周口。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫14.2℃～15.8℃，年降雨量623～628mm，年日照時數(shù)1 944h，無霜期220d。（4）豫西地區(qū)：三門峽。年均氣溫13.8℃～15.7℃，年降雨量580～1 173mm，年日照時數(shù)1 800～2 262h，全年無霜期214～245d。（5）豫南地區(qū)：南陽、駐馬店和信陽。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫14.8℃～15.3℃，年降雨量860～1 400mm，年日照時數(shù)1 900～2 200h，無霜期220～230d。

1.2 資料選取及處理

氣象資料選用4種典型氣象因子：年均氣溫、年降雨量、年日照時數(shù)和年均相對濕度，數(shù)據(jù)為1960-2018年數(shù)據(jù)，均來自中國氣象局網(wǎng)站。所選的3種糧食作物為小麥、玉米和水稻，1985-2018年作物單位面積產(chǎn)量來源于河南省統(tǒng)計年鑒。

長時間序列的作物產(chǎn)量變化由于受到管理措施和氣候因子等綜合影響，常用趨勢分離方法如滑動平均法、一階差分法和三次指數(shù)平滑法等將作物產(chǎn)量進行趨勢分離后再單獨分析氣候因子對產(chǎn)量的影響[2]。作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)通過3年滑動平均法進行分離。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用Excel軟件處理氣象數(shù)據(jù)和制作表格，使用Origin pro 8.5軟件作圖和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同區(qū)域氣象因子年際變化

2.1.1 年均氣溫隨年份的變化 如圖1所示，河南省五大區(qū)域在1960-2018年間年均氣溫總體呈小幅上升趨勢，豫北地區(qū)年均氣溫明顯低于豫南地區(qū)。全省年均氣溫平均每10年升高0.20℃。豫北、豫西、豫東、豫中和豫南五大區(qū)域年均氣溫平均每10年分別升高0.22、0.15、0.18、0.23和0.21℃。總體來說，豫西和豫中地區(qū)年均氣溫升高幅度略小于其他地區(qū)，而豫東地區(qū)年均氣溫升高幅度最大。

圖1 年均氣溫隨年份的變化Fig.1 The change of annual mean temperature

2.1.2 年降雨量隨年份的變化 如圖2所示，河南省五大區(qū)域年降雨量在整體變化趨勢不明顯，但年際間變幅較大，年降雨量不穩(wěn)定。且豫北和豫西地區(qū)的年降雨量明顯低于其他地區(qū)，豫南地區(qū)的年降雨量最高。河南省年降雨量整體呈小幅減少趨勢，年降雨量平均每10年減少1.39mm。其中南部一些地區(qū)尤其是豫南地區(qū)，年降雨量起伏較大，降雨總量也明顯高于北方地區(qū)，但豫南地區(qū)年降雨量平均每10年減少5.83mm，遠高于全省年降雨量的減少量。

圖2 年降雨量隨年份的變化Fig.2 The change of annual precipitation

2.1.3 年日照時數(shù)隨年份的變化 日照時數(shù)是一天內(nèi)太陽光線實際照射地面的時間，也是氣候形成的重要因子之一[14]。如圖3所示，年日照時數(shù)自北向南遞減，豫北地區(qū)年日照時數(shù)相對較高，在1 557～3 092h，豫南地區(qū)年日照時數(shù)相對較低，在1 503～2 359h。五大區(qū)域的年日照時數(shù)均隨年份呈顯著下降趨勢。河南省年日照時數(shù)平均每10年減少118.1h。五大區(qū)域的年日照時數(shù)隨年份的遞減速率為豫北＞豫東＞豫中＞豫南＞豫西，其中豫北地區(qū)每10年年日照時數(shù)的遞減速率最高，為139.8h，豫西地區(qū)最低，為84.3h。年日照時數(shù)隨年份的減少速率在區(qū)域內(nèi)差異較大，豫南地區(qū)差異相對較小。

圖3 年日照時數(shù)隨年份的變化Fig.3 The change of annual sunshine hours

2.1.4 年均相對濕度隨年份的變化 由圖4可以看出，除豫西地區(qū)外，其他地區(qū)的年均相對濕度均隨年份呈遞減趨勢，且豫西和豫中地區(qū)的年均相對濕度變化趨勢不顯著，其他3個地區(qū)呈顯著下降趨勢。其中豫中地區(qū)每10年降低速率最低（3.1%），其次為豫北和豫東（分別7.0%和7.4%），下降速率最高的是豫南地區(qū)（8.3%）。豫西地區(qū)的年均相對濕度最低，豫北和豫中地區(qū)相近，豫東和豫南相近，且以豫南地區(qū)的年均相對濕度最高。除豫西地區(qū)的年均相對濕度隨年份略有增加外，其他地區(qū)均是略降低的趨勢。

圖4 年均相對濕度隨年份的變化Fig.4 The change of annual mean relative humidity

2.2 不同區(qū)域作物單產(chǎn)的年際變化

2.2.1 小麥單產(chǎn)隨年份的變化 如圖5所示，各個地市的小麥單產(chǎn)均隨年數(shù)呈顯著增長趨勢，其中豫北、豫中和豫東地區(qū)小麥單產(chǎn)明顯高于豫西和豫南地區(qū)。全省小麥單產(chǎn)每10年增加1 158kg/hm2。不同地區(qū)的小麥單產(chǎn)增產(chǎn)率差異較大，其中豫北地區(qū)每10年小麥單產(chǎn)增加1 010～1 100kg/hm2；豫中地區(qū)小麥單產(chǎn)增速在600～1 330kg/hm2，其中許昌的小麥增產(chǎn)率約為鄭州的2.5倍，高于全省平均增產(chǎn)速率；豫東地區(qū)每10年小麥單產(chǎn)增加1 080～1 730kg/hm2，除開封的小麥單產(chǎn)增速與全省平均增速接近外，商丘和周口均高于全省平均增速。豫西地區(qū)每10年小麥單產(chǎn)增加600kg/hm2，約為全省平均增速的一半。豫南地區(qū)小麥單產(chǎn)增速較高，每10年為1 070～1 530kg/hm2。除豫中和豫西地區(qū)外，其他區(qū)域小麥單產(chǎn)增速都比較接近。

圖5 小麥單產(chǎn)隨年份的變化Fig.5 The change of wheat yield per unit area

2.2.2 玉米單產(chǎn)隨年份的變化 如圖6所示，與小麥相比，玉米單產(chǎn)增產(chǎn)幅度較低，且部分城市的玉米單產(chǎn)已趨于穩(wěn)定，即玉米單產(chǎn)增產(chǎn)速率較低。全省玉米單產(chǎn)平均每10年增產(chǎn)670kg/hm2，基本相當于小麥單產(chǎn)增產(chǎn)率的一半。豫北地區(qū)每10年玉米增產(chǎn)737kg/hm2，與全省平均增產(chǎn)速率接近。豫中地區(qū)每10年玉米平均增產(chǎn)365kg/hm2，其中鄭州和平頂山增產(chǎn)速率接近。豫東地區(qū)每10年玉米單產(chǎn)平均增加915kg/hm2，3個城市玉米單產(chǎn)增產(chǎn)率差異較大。豫西地區(qū)每10年玉米單產(chǎn)平均增加780kg/hm2，豫南地區(qū)為871kg/hm2。

圖6 玉米單產(chǎn)隨年份的變化Fig.6 The change of maize yield per unit area

2.2.3 水稻單產(chǎn)隨年份的變化 圖7顯示，除豫西地區(qū)（三門峽）外，其他4個區(qū)域水稻單產(chǎn)均隨時間呈顯著增加趨勢。全省水稻每10年單產(chǎn)增加1 050kg/hm2，各區(qū)域間水稻單產(chǎn)的變化差異較大，同一區(qū)域不同城市間單產(chǎn)變化差異也很大。在水稻單產(chǎn)增加的城市中，以豫北地區(qū)的安陽市水稻單產(chǎn)隨年份的增加幅度最大，為每10年1 900kg/hm2，約為全省平均增幅的2倍，而新鄉(xiāng)市隨年份增幅最低，為320kg/hm2。豫中地區(qū)水稻單產(chǎn)每10年增加500kg/hm2，豫東地區(qū)為1 260kg/hm2，其中商丘增速最快，開封最慢，兩市相差較大。豫南地區(qū)每10年水稻增產(chǎn)1 320kg/hm2。

圖7 水稻單產(chǎn)隨年份的變化Fig.7 The change of rice yield per unit area

2.3 不同氣象因子對作物單產(chǎn)的影響

2.3.1 作物單產(chǎn)與年均氣溫的相關(guān)性 圖8顯示，除豫西地區(qū)外，其他4個地區(qū)小麥、玉米和水稻單產(chǎn)均隨年均氣溫增加而增加，其中，除豫北地區(qū)外，其他地區(qū)3種作物增產(chǎn)率均呈水稻＞小麥＞玉米的趨勢。小麥單產(chǎn)隨年均氣溫的增產(chǎn)率從高到低依次為豫東、豫南、豫北、豫中和豫西，增產(chǎn)率分別為1 131、896、867、611 和 337kg/(hm2·℃)。玉米單產(chǎn)隨年均氣溫的增產(chǎn)率從高到低依次為豫南、豫東、豫中、豫西和豫北，增產(chǎn)率分別為857、760、448、321和311kg(hm2·℃)。水稻單產(chǎn)隨年均氣溫的增產(chǎn)率從高到低依次為豫西、豫南、豫東、豫中和豫北，增產(chǎn)率分別為1 959、1 277、1 148、1 105和278kg/(hm2·℃)。綜上可以看出，水稻對年均氣溫最敏感，玉米對年均氣溫變化的反應(yīng)相對較弱；且不同作物在不同地區(qū)對年均氣溫響應(yīng)的差異較大。

圖8 作物單產(chǎn)與年均氣溫的相關(guān)性Fig.8 The relationships between crop yield and annual mean temperature

2.3.2 作物單產(chǎn)與年降雨量的相關(guān)性 圖9顯示，全省五大地區(qū)中，除豫南地區(qū)的水稻隨年降雨量呈小幅增加趨勢外，其他地區(qū)的小麥、玉米和水稻對年降雨量響應(yīng)不明顯，雖然不同作物在不同地區(qū)的響應(yīng)存在一定差異，但差異不明顯。這可能與河南省不同區(qū)域灌溉條件差異相關(guān)，豫北為灌溉區(qū)域，豫中和豫東為補灌區(qū)，豫西和豫南基本為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，降雨量對灌溉和補灌區(qū)作物單產(chǎn)影響較低。

圖9 作物單產(chǎn)與年降雨量的相關(guān)性Fig.9 The relationships between crop yield per unit area and annual precipitation

2.3.3 作物單產(chǎn)與年日照時數(shù)的相關(guān)性 圖10顯示，全省五大地區(qū)的小麥、玉米和水稻單產(chǎn)均隨年日照時數(shù)增加而明顯下降。小麥單產(chǎn)隨年日照時數(shù)增加的減產(chǎn)率從高到低依次為豫東、豫中、豫南、豫北和豫西，減產(chǎn)率分別為3.10、2.89、2.02、1.95和1.64kg/(hm2·h)。玉米單產(chǎn)隨年日照時數(shù)增加的減產(chǎn)率從高到低依次為豫西、豫中、豫東、豫南和豫北，減產(chǎn)率分別為2.56、2.02、1.56、1.47和1.27kg/(hm2·h)。水稻單產(chǎn)隨年日照時數(shù)增加的減產(chǎn)率從高到低依次為豫西、豫北、豫南、豫東和豫中，減產(chǎn)率分別為6.39、2.86、1.97、1.82和0.24kg/(hm2·h)。綜上可以看出，水稻對年日照時數(shù)較敏感，玉米對年日照時數(shù)變化的反應(yīng)相對較弱，不同作物在不同地區(qū)對年日照時數(shù)的響應(yīng)差異較大。

圖10 作物單產(chǎn)與年日照時數(shù)的相關(guān)性Fig.10 The relationships between crop yield per unit area and annual sunshine hour

2.3.4 作物單產(chǎn)與年均相對濕度的相關(guān)性 圖11顯示，全省五大地區(qū)的小麥、玉米和水稻單產(chǎn)均隨年均相對濕度增加而明顯下降。小麥單產(chǎn)隨年均相對濕度增加的減產(chǎn)率依次為194（豫南）、149（豫北）、81（豫東）、34（豫中）和 17kg/(hm2·%)（豫西）。玉米單產(chǎn)隨年相對濕度增加的減產(chǎn)率依次為119（豫南）、65（豫北）、55（豫東）、35（豫西）和30kg/(hm2·%)（豫中）。年均相對濕度對水稻單產(chǎn)的影響除豫中地區(qū)顯著外，其他地區(qū)均不顯著。綜上可以看出，小麥對年相對濕度較敏感，水稻對年相對濕度變化的反應(yīng)相對較弱，年均相對濕度對不同區(qū)域的不同作物影響差異較大。

圖11 作物單產(chǎn)與年相對濕度的相關(guān)性Fig.11 The relationships between crop yield per unit area and annual relative humidity

3 討論

氣候因子是影響作物產(chǎn)量的重要自然因素，溫度、濕度和日照等與作物生長密切相關(guān)。隨著人類發(fā)展，CO2等溫室氣體排放產(chǎn)生的溫室效應(yīng)使全球氣溫自工業(yè)革命以來快速上升。我國自20世紀80年代以來，氣候變化主要表現(xiàn)為氣溫的升高和區(qū)域間降水分配的不均衡，而區(qū)域間各氣候要素變化特征的差異帶來其糧食減產(chǎn)風(fēng)險和產(chǎn)量穩(wěn)定性的差別[5]。河南省位于中原地區(qū)，地跨溫帶和亞熱帶，不同區(qū)域氣溫變化明顯。年均氣溫均隨時間呈顯著上升趨勢，且豫北和豫東地區(qū)的增溫速率明顯高于全省平均值，豫西地區(qū)的增溫速率最低。氣溫上升與整個氣候變化大趨勢一致，不同區(qū)域增溫速率的差異可能與其所處的經(jīng)緯度及海拔有關(guān)。五大區(qū)域的年降雨量在時間序列上沒有明顯變化趨勢，但不同區(qū)域年際間變幅較大，其中豫西地區(qū)變幅較小，而豫南地區(qū)變幅最大，這與河南省不同區(qū)域不同時間段上典型的氣象災(zāi)害特征一致[15]。河南省日照時數(shù)的地理分布與降水量和氣溫的地理分布反向，呈現(xiàn)由北向南、由東向西遞減的趨勢，這與李顏顏等[16]的研究結(jié)果一致。這可能是由于河南省南部為北亞熱帶氣候，天氣濕熱，降水量和降雨日數(shù)多，削弱了太陽輻射，日照時數(shù)偏少，而北部為暖溫帶氣候，天氣相對干冷，到達地面的太陽輻射較多，故日照時數(shù)相對偏多[14，17]。年均相對濕度受年均氣溫和年降雨量的雙重影響較大，變化的區(qū)域性不明顯，整體規(guī)律性也較弱。本研究發(fā)現(xiàn)，年均相對濕度在豫西和豫中地區(qū)隨時間變化沒有明顯趨勢，而在豫北、豫東和豫南呈顯著下降趨勢，但下降幅度不大，這與崔海羚等[18]的研究結(jié)論基本一致。

作物單產(chǎn)直接決定了其總產(chǎn)量，但影響作物單產(chǎn)的因素較多，如土壤性質(zhì)、農(nóng)田管理措施和氣象因子等，其中氣象因子對作物生長的影響主要是通過CO2、氣溫和降水等變化對農(nóng)作物生態(tài)、形態(tài)結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成方面[19-20]產(chǎn)生作用。溫度和濕度的變化也直接影響作物及品種的選擇，進一步影響作物產(chǎn)量。孫寶寶等[20]研究發(fā)現(xiàn)，氣溫和大氣CO2濃度升高改變了小麥養(yǎng)分吸收過程，且大氣CO2濃度升高對小麥養(yǎng)分吸收過程的改變與養(yǎng)分類型和作物品種密切相關(guān)。前人研究發(fā)現(xiàn)，年均氣溫每增加1℃，降水量每增加100mm，我國糧食總產(chǎn)約增加10%[21]?？偟膩碚f，雖然作物產(chǎn)量的影響因素多，但氣象因子在影響作物產(chǎn)量因素中占據(jù)重要位置。

河南省是我國糧食主產(chǎn)區(qū)，且地跨溫帶和亞熱帶兩個氣候帶，區(qū)域水熱分布差異較大，這也直接決定了不同區(qū)域主要糧食作物的生產(chǎn)情況存在較大差異。作為小麥的主產(chǎn)區(qū)，河南省五大區(qū)域中小麥單產(chǎn)均呈顯著上升趨勢，其中豫北、豫中和豫東地區(qū)小麥單產(chǎn)和增產(chǎn)率均明顯高于豫西和豫南地區(qū)。一方面，由于河南省所處的地理位置使其作物在生長季的熱量條件本身不夠理想，氣候變暖使得該地區(qū)熱量資源增加[17]，因此溫度小幅升高會使作物單產(chǎn)增加。溫室氣體增加和氣候變暖有利于冬小麥的千粒重上升，穗粒數(shù)增加[22]。豫北、豫中和豫東地區(qū)農(nóng)業(yè)分別為灌溉區(qū)和補灌區(qū)，年降雨量對其影響較小。而豫西和豫南地區(qū)為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，且豫西地區(qū)氣溫相對較低，進而導(dǎo)致這兩個區(qū)域小麥單產(chǎn)增產(chǎn)率偏小于其他區(qū)域。另一方面，隨著經(jīng)濟水平提升，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)手段不斷提升、土壤肥力逐漸提高以及高產(chǎn)品種的培育等也促進作物單產(chǎn)提升。

玉米生長對氣溫和濕度的要求遠遠高于小麥。馬樹慶等[23]分期播種試驗結(jié)果表明，在水分基本適宜條件下，玉米生長季氣溫升高、積溫增加，使玉米生長和灌漿速度加快，從而有利于提高單產(chǎn)；但若同時水分減少則將縮短玉米灌漿時間，降低灌漿速率，從而造成減產(chǎn)，而且減產(chǎn)幅度明顯大于溫度升高引起的增產(chǎn)幅度[24]。同小麥類似，從氣象因素角度來看，除豫西地區(qū)外，其他區(qū)域玉米單產(chǎn)隨氣溫升高顯著提升，但與降雨量相關(guān)性不明顯。一方面在灌溉區(qū)和補灌區(qū)，作物生產(chǎn)所需要的水分可以通過灌溉來滿足。而豫南地區(qū)處于亞熱帶，其降雨量較大，在一定程度上能滿足玉米對水分的需求。另一方面，農(nóng)業(yè)管理技術(shù)的提升也在一定程度上影響玉米單產(chǎn)。相對于小麥，同樣作為主要的糧食作物，玉米的單產(chǎn)總體上低于小麥，且隨時間其增產(chǎn)率也顯著低于小麥，部分地區(qū)玉米單產(chǎn)隨時間呈非線性趨勢，表明玉米單產(chǎn)基本趨于穩(wěn)定，提升空間較小，這與熊淑萍等[8]的研究基本一致。

河南省的水稻生產(chǎn)主要集中在豫南地區(qū)，其他區(qū)域相對較少。水稻單產(chǎn)變化也存在較大的區(qū)域差異性，在豫南地區(qū)南陽水稻單產(chǎn)隨時間呈非線性關(guān)系，而其他地區(qū)仍呈上升趨勢，表明總體上水稻單產(chǎn)在河南省仍有較大提升空間。水稻生長對水分的需求量較高，研究表明，CO2倍增、溫度升高可促進水稻增產(chǎn)，但降水異常、土壤水分有效性降低和氣候變化加大對水稻產(chǎn)量形成卻是不利的[25]。河南省水稻生產(chǎn)集中于豫南地區(qū)，該地區(qū)降雨量較其他地區(qū)多，以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主，相對其他地區(qū)年降雨量對水稻影響較顯著。

4 結(jié)論

總的來說，在1960-2018年間，河南省年均氣溫呈不斷增加趨勢，這與全球變暖的整體趨勢一致；年降雨量年際變化較大，尤其是豫南地區(qū)年降雨量波動較大，年日照時數(shù)和年均相對濕度均呈下降趨勢。小麥、玉米和水稻單產(chǎn)均呈上升趨勢，其中小麥和水稻的年增產(chǎn)率高于玉米。作物單產(chǎn)影響因素眾多，從氣象因素方面看，年均氣溫是影響河南省糧食作物單產(chǎn)的最主要因素，年日照時數(shù)和年均相對濕度是影響作物單產(chǎn)的次要因素，年降雨量在豫北（灌溉區(qū)）、豫中和豫東地區(qū)（補灌區(qū)）對作物單產(chǎn)的影響不明顯。