安圖縣1999—2018 年玉米生育期氣候變化特征及產(chǎn)量預(yù)測模型

李義蘭，閆雅婷，郭 偉

（1 吉林省安圖縣氣象局，133600，吉林安圖；2 吉林省延吉市氣象局，133000，吉林延吉；3 吉林省和龍市氣象局，133500，吉林和龍）

1 背景概況

農(nóng)業(yè)對氣候變化的反應(yīng)十分敏感，農(nóng)業(yè)對氣候變化的響應(yīng)已經(jīng)成為全球氣候變化研究中的重要內(nèi)容之一[1]。近年來，國內(nèi)有大量學(xué)者對氣候變化與作物生產(chǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行了深入研究。如紀(jì)瑞鵬等、汪宏宇等對東北地區(qū)作物發(fā)育期的降水進(jìn)行研究[2-3]；王馥棠進(jìn)行了氣候變化與我國的糧食生產(chǎn)的研究[4];謝云進(jìn)行了中國糧食生產(chǎn)對氣候資源波動響應(yīng)的敏感性分析[5]。本文擬通過對安圖縣溫度、降水、日照、玉米產(chǎn)量的分析，建立玉米的產(chǎn)量預(yù)報(bào)模式方程，為玉米生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

2 資料來源和方法

2.1 資料來源

安圖縣1999—2018 年氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)等逐日氣象數(shù)據(jù)資料來源于吉林省安圖縣氣象局。玉米單位面積產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于安圖縣統(tǒng)計(jì)局和國家統(tǒng)計(jì)局安圖調(diào)查隊(duì)。安圖地形南北狹長，氣候差異大，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)玉米產(chǎn)量差異較大，故本文采用安圖縣明月鎮(zhèn)玉米單產(chǎn)代表安圖縣玉米單產(chǎn)進(jìn)行相關(guān)分析。

2.2 分析方法

本文運(yùn)用線性傾向率分析安圖1999—2018 年玉米各生育期的氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)變化特征。實(shí)際產(chǎn)量與趨勢產(chǎn)量之差作為氣象產(chǎn)量[6]。采用直線滑動平均模擬法模擬趨勢產(chǎn)量，進(jìn)而剝離氣象產(chǎn)量。直線滑動平均模擬法的優(yōu)點(diǎn)在于不必主觀假定（或判斷）產(chǎn)量歷史演變的曲線類型，也可不損失樣本序列的年數(shù)，是一種較好的趨勢模擬方法。具體計(jì)算公式參考文獻(xiàn)[7]，本文中K取11。通過對安圖縣玉米生長期氣象因子和玉米氣象產(chǎn)量進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，選取相關(guān)性強(qiáng)的因子，利用多元回歸方程建立玉米氣象產(chǎn)量預(yù)測模型。

3 玉米主要生育期氣候變化特征

3.1 1999—2018 年玉米播種-成熟期氣候變化特征

玉米播種-成熟期平均最高氣溫、平均最低氣溫、≥0 ℃積溫呈不同程度增加趨勢，氣候傾向率分別為0.57 ℃/10 a、0.17 ℃/10 a、40.44 ℃/10 a，其中平均最低氣溫通過了0.05 水平的顯著性檢驗(yàn)。平均最低氣溫增長幅度明顯高于平均最高氣溫，因此氣溫日較差呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，氣溫日較差的氣候傾向率為-0.40 ℃/10 a，變化趨勢不顯著。降水量、日照時(shí)數(shù)氣候傾向率分別為-39.11 mm/10 a、-31.61 h/10 a，均呈現(xiàn)減少趨勢，但不顯著。

3.2 1999—2018 年玉米各生育期氣候變化特征

播種-出苗期：≥0 ℃積溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)均呈不同程度增加趨勢，平均最低氣溫氣候傾向率為0.86 ℃/10 a，升高趨勢最為明顯，通過了0.05 水平的顯著性檢驗(yàn)。出苗-拔節(jié)期：≥0 ℃積溫、平均最高氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)呈不明顯減少趨勢，平均最低氣溫呈不明顯遞增趨勢。拔節(jié)-乳熟期：降水量呈減少趨勢，溫度、日照時(shí)數(shù)呈遞增趨勢，但都不顯著。抽雄-乳熟期：≥0 ℃積溫、平均最高氣溫呈顯著升高趨勢，氣候傾向率分別為19.73 ℃/10 a、0.85 ℃/10 a。乳熟-成熟期：降水量、平均最低氣溫呈增加趨勢；≥0 ℃積溫、平均最高氣溫、日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)不同程度減少趨勢，氣候傾向率分別為-7.4 ℃/10a、-1.13 ℃/10a、-25.9 h/10 a，其中日照時(shí)數(shù)、平均最高氣溫減少趨勢最為明顯，通過了0.01 水平的顯著性檢驗(yàn)。

4 氣象因子對玉米產(chǎn)量影響分析

4.1 1999—2018 年玉米產(chǎn)量變化趨勢

安圖玉米實(shí)際單產(chǎn)年際間變化較大，在2 687～6 897 kg/hm2波動，總體呈增長趨勢，年均增長量為102.32 kg/hm2。玉米趨勢單產(chǎn)與實(shí)際單產(chǎn)走勢一致，年均增長量為122.06 kg/hm2。1999—2003 年玉米產(chǎn)量呈下降趨勢，2004—2012 年玉米產(chǎn)量增長趨勢明顯，2013—2018 年玉米產(chǎn)量波動平穩(wěn)。氣象產(chǎn)量波動大，在-1 769～1 151 kg/hm2浮動，1999—2018 年氣象產(chǎn)量總體呈增長趨勢，但不顯著。

4.2 玉米氣象產(chǎn)量與氣象因子的關(guān)系

通過對1999—2018 年玉米各生育期的平均最高氣溫、平均最低氣溫、≥℃積溫、日照時(shí)數(shù)、降水量、氣溫日較差等氣象因子與玉米氣象產(chǎn)量進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析，結(jié)果表明：玉米氣象產(chǎn)量與播種-出苗期的降水量，出苗-拔節(jié)期的日照時(shí)數(shù)、氣溫日較差，拔節(jié)-抽雄期的平均最高氣溫、≥0 ℃積溫呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；與播種-成熟期平均最高氣溫呈強(qiáng)顯著正相關(guān)；與出苗-拔節(jié)期、乳熟-成熟期平均最高氣溫，拔節(jié)-抽雄期平均最低氣溫，播種-成熟期≥0 ℃積溫呈中等程度正相關(guān)。由此可以看出，氣溫對氣象產(chǎn)量影響最大，是影響玉米產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃印?/p>

5 玉米氣象產(chǎn)量預(yù)測模型建立與檢驗(yàn)

5.1 玉米氣象產(chǎn)量預(yù)測模型

通過對玉米氣象產(chǎn)量與氣象因子相關(guān)性分析，從諸多氣象因子中挑選出相關(guān)性強(qiáng)的因子，并結(jié)合玉米在各生育期實(shí)際生長發(fā)育過程中對光、溫、水的需求，挑選出合適的氣象因子。以玉米氣象產(chǎn)量為因變量，氣象因子為自變量，利用SPSS 軟件建立多元回歸方程，得出玉米氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型：

式中：y 表示玉米氣象產(chǎn)量，x1表示乳熟-成熟期平均最高氣溫，x2表示拔節(jié)-抽雄期積溫，x3表示出苗-拔節(jié)期日照時(shí)數(shù)，x4表示播種-出苗期降水量。

5.2 預(yù)測模型檢驗(yàn)

將相關(guān)的氣象因子代入式（1）中，同時(shí)利用直線滑動平均模擬法計(jì)算趨勢產(chǎn)量，對1999—2018 年玉米產(chǎn)量進(jìn)行回代檢驗(yàn)。結(jié)果顯示1999—2018 年平均準(zhǔn)確率為91.2%。

利用預(yù)測模型對2019、2020 年玉米產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測。2019 年玉米產(chǎn)量預(yù)測準(zhǔn)確率為99.6%，2020 年玉米產(chǎn)量預(yù)測準(zhǔn)確率為95.1%，模型預(yù)測效果較好。

6 結(jié)論與討論

（1）基于影響玉米氣象產(chǎn)量的4 個(gè)氣象因子，建立了玉米氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型，經(jīng)回代檢驗(yàn)，玉米產(chǎn)量準(zhǔn)確度平均為91.2%。2019 年、2020 年預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度分別為99.6%、95.1%，基本可以滿足業(yè)務(wù)服務(wù)需求。

（2）1999—2018 年安圖玉米實(shí)際單產(chǎn)年際間變化較大，總體呈增長趨勢。趨勢單產(chǎn)總體呈增長趨勢，與玉米實(shí)際單產(chǎn)走勢一致，與實(shí)際相吻合。1999—2018年氣象產(chǎn)量波動大，說明氣象因子對安圖玉米產(chǎn)量影響很大，氣象產(chǎn)量總體呈增長趨勢，但不顯著。

（3）通過相關(guān)性分析，溫度是影響玉米產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃印９?、溫、水等氣象因子對玉米單產(chǎn)的影響主要體現(xiàn)在出苗至抽雄期，且不同時(shí)生育期所需氣溫、降水、日照也分別不同，可以在相應(yīng)農(nóng)事關(guān)鍵期采取有針對性的農(nóng)事管理措施以促進(jìn)玉米單產(chǎn)提高。而在干物質(zhì)積累的乳熟期、成熟期并未出現(xiàn)光、溫、水等因子對玉米產(chǎn)量變化的顯著影響，可以認(rèn)為安圖縣多數(shù)年份氣象條件可以滿足玉米乳熟期、成熟期生長需求。

（4）氣候變暖趨勢對安圖縣玉米生產(chǎn)具有明顯的正效應(yīng)，在日常生產(chǎn)中應(yīng)利用這一趨勢，科學(xué)調(diào)整種植品種和布局，以達(dá)到增產(chǎn)增收的效果。本文主要考慮了光、溫、水等氣象因子對玉米產(chǎn)量的影響，多種因素綜合影響方面考慮得不夠，還有待進(jìn)一步研究。