河南省小麥和玉米產(chǎn)量及其有關(guān)氣候因子分析

熊淑萍，盧中民，吳克遠(yuǎn)，王嚴(yán)峰，王 靜，馬新明

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州450002;2.河南省滑縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，河南滑縣456400)

河南是中國第一糧食生產(chǎn)大省和商品糧調(diào)出大省.用占全國1/16的耕地，生產(chǎn)了全國1/10的糧食.不僅解決了本省近億人口的吃飯問題，每年還調(diào)出150×109kg的原糧及糧食加工制品，為維護(hù)國家糧食安全做出了突出貢獻(xiàn).隨著人口增長和人民生活水平的提高，以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，對糧食的需求將呈剛性增長，而糧食產(chǎn)量的增加受耕地減少、水資源短缺，特別是氣候變化等因素的約束日益突出.由于全球氣候變暖帶來的氣溫、降水、日照等氣候要素變化，對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境以及作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成都將造成顯著影響，國內(nèi)外許多學(xué)者在氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響方面做了大量卓有成效的工作［1～6］.分析作物和產(chǎn)量的變化趨勢及其與氣候變化的對應(yīng)關(guān)系，了解其對作物生長的影響，對于趨利避害、充分合理利用氣候資源、評估氣候變化的可能影響等均具有重要意義.前人關(guān)于河南省氣候變化對農(nóng)業(yè)影響的研究，多集中于對在全省的尺度上對某一作物的布局、生育時期、生長發(fā)育和產(chǎn)量潛力的影響［6～15］，而河南省位于南北氣候過渡帶，其氣候變化趨勢在全球氣候變化的大背景下，有其一致性，也有其局地特殊性，由南及北，河南省生態(tài)條件顯著不同，其糧食生產(chǎn)水平、氣候變化特征亦有較大的差異.因此，本研究選擇河南省不同生態(tài)類型區(qū)的典型省轄市，分析小麥玉米產(chǎn)量及光、溫、水等主要?dú)庀笠蜃拥淖兓卣骷案魃鷳B(tài)類型區(qū)之間的差異，旨在為河南省麥玉兩熟種植制度的優(yōu)化，糧食生產(chǎn)能力的進(jìn)一步提升提供理論參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

豫北的安陽市、豫中的許昌市、豫東南的周口市和豫西南的南陽市4個代表河南省典型生態(tài)類型區(qū)糧食主產(chǎn)市研究區(qū)域.

1.2 數(shù)據(jù)資料及來源

1.2.1 氣象數(shù)據(jù) 1991—2010年4個省轄市逐日降水量、平均氣溫、日照時數(shù)，由各市氣象局提供.

1.2.2 產(chǎn)量數(shù)據(jù) 河南省及4個省轄市的2001—2010年產(chǎn)量數(shù)據(jù)，來源于歷年《河南統(tǒng)計年鑒》.

1.3 數(shù)據(jù)分析

光合生產(chǎn)潛力根據(jù)各地的小麥和夏玉米生長季節(jié)總輻射量，按照如下方法進(jìn)行估算［8］.

式中:QPAR為廣義有效輻射，按總輻射的47% 計算;為作物生長期平均潛在光能利用率；為作物群體平均含熱率，小麥按16×103J·g－1計算，玉米按16.34 ×103J·g－1計算.這里得到的是生物學(xué)產(chǎn)量.在此基礎(chǔ)上可計算出經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量

k為收獲指數(shù)，均按0.45計算.

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省不同區(qū)域小麥和玉米產(chǎn)量差異

2.1.1 2001—2010年河南省小麥和玉米產(chǎn)量分析 從表1可以看出，2003—2010年，無論是總產(chǎn)還是單產(chǎn)，河南省玉米產(chǎn)量均低于小麥產(chǎn)量，其中總產(chǎn)量平均差距為1 416.89×107kg;單產(chǎn)差距表現(xiàn)為逐年減小，近年來又有增大的趨勢，以2003年差距最大，高達(dá)1 562 kg·hm－2.

2.1.2 河南省不同區(qū)域小麥玉米產(chǎn)量特點(diǎn) 比較不同區(qū)域歷年小麥和玉米單產(chǎn)可以看出(表2)，不同區(qū)域小麥和玉米產(chǎn)量表現(xiàn)具有典型的區(qū)域特征.

不同區(qū)域之間比較，小麥和玉米周年單產(chǎn)表現(xiàn)為豫中許昌市最高，豫西南南陽市最低，二者周年產(chǎn)量差距為2 406 kg·hm－2;豫北、豫東南差異不大.小麥單產(chǎn)以豫東最高，豫西南最低，二者相差1 433 kg·hm－2;玉米單產(chǎn)以豫北最高，豫西南最低，二者相差1 193 kg·hm－2.

夏秋糧之間比較，豫北安陽和豫西南南陽表現(xiàn)為玉米單產(chǎn)明顯高于小麥單產(chǎn)，2種作物的單產(chǎn)差距平均高達(dá)為592 kg·hm－2.;而豫中許昌和豫東南周口則表現(xiàn)為小麥單產(chǎn)顯著高于玉米單產(chǎn)，其中，豫東南差異最大，平均高達(dá)1 414 kg·hm－2，豫中許昌差距平均為312 kg·hm－2.

2.1.3 河南省不同地區(qū)小麥玉米的產(chǎn)量潛力 通過表3對不同區(qū)域小麥和玉米的太陽輻射量和小麥玉米的光合生產(chǎn)潛力的測算可以看出，不同麥玉兩熟區(qū)小麥和玉米的實(shí)際產(chǎn)量與光合生產(chǎn)潛力還有較大差距，4個省轄市除豫北安陽外，均以玉米的實(shí)際產(chǎn)量和其光合生產(chǎn)潛力差距要大于小麥的實(shí)際產(chǎn)量和其光合生產(chǎn)潛力差距.

表1 河南省歷年小麥玉米總產(chǎn)及單產(chǎn)表(2003—2010)Table 1 The total product of wheat and maize and yield of calendar year in Henan Province(2003—2010)

表2 河南省不同地區(qū)歷年小麥和玉米單產(chǎn)比較(2001—2010)Table 2 Comparison of maize and wheat yields over the years in different regions(2001—2010)kg·hm－2

表3 河南省不同地區(qū)小麥和夏玉米的光合產(chǎn)量潛力與實(shí)際產(chǎn)量(2010)比較Table 3 Photosynthesis of wheat and maize grain yield potential and actual yield(2010)comparison in different regions

區(qū)域間比較，4個區(qū)域小麥季的光合生產(chǎn)潛力以豫東南周口＞豫中許昌＞豫西南南陽＞豫北安陽，而小麥的實(shí)際產(chǎn)量在區(qū)域間的表現(xiàn)則為豫東南周口＞豫中許昌＞豫北安陽＞豫西南南陽.玉米季光合生產(chǎn)潛力表現(xiàn)為豫西南南陽＞豫中許昌＞豫東南周口＞豫北安陽，但玉米的實(shí)際產(chǎn)量區(qū)域間表現(xiàn)為豫北安陽＞豫中許昌＞豫東南周口＞豫西南南陽，因此，從光合生產(chǎn)潛力分析來看，不同區(qū)域間以豫北和豫西南小麥潛力較大，以豫東南和豫西南玉米生產(chǎn)潛力較大.

2.2 河南省不同區(qū)域有關(guān)氣候因子變化與差異

2.2.1 河南省不同區(qū)域主要?dú)夂蛞蜃硬町?表4表明，隨著緯度的升高，不同區(qū)域全年≥10℃積溫、年降雨量、年平均氣溫均呈現(xiàn)遞減趨勢，而年日照時數(shù)呈現(xiàn)遞增趨勢.其中，緯度每升高1°，全年≥10℃積溫、年降雨量和年平均氣溫分別減少155.21 ℃，72.05 mm 和0.13 ℃，日照時數(shù)則增加21 h.

表4 各省轄市緯度及全年氣候條件差異(1991—2010平均)Table 4 Latitude and annual differences in climatic conditions around the city(1991—2010 average)

2.2.2 河南省不同地區(qū)熱量條件的變化及差異

2.2.2.1 小麥生長季積溫變化及差異 表5表明，除豫北安陽外，其他3個省轄市小麥生長季積溫有不斷增加的趨勢，近10年較前10年分別增加4.7%和7.6%.4個省轄市比較，小麥生長季以安陽≥0℃積溫最低，周口≥0℃積溫最高，兩地相差達(dá)344.3℃.各地冬小麥播前玉米收獲及整地農(nóng)耗期在10月上旬，以10 d計，扣除農(nóng)耗期積溫，則安陽小麥生育期≥0℃積溫最少，為2 065℃;周口最多，為2 405℃.

通常，冬小麥安全成熟所需≥0℃總積溫約為1 800～2 200℃，由此可以看出，安陽市的熱量條件對于中晚熟小麥品種來講，已明顯不足.同樣，許昌市對于晚熟小麥品種也略有不足.相反，周口和南陽市≥0℃積溫比較富裕，可以種植中晚熟小麥品種.

表5 河南省不同地區(qū)小麥生長季歷年積溫(≥0℃)比較表(10－01—05－31)Table 5 Comparison of wheat growing season accumulated temperature(≥0℃)over the years in different regions of Henan Province(10－01—05－31) ℃

2.2.2.2 河南省不同區(qū)域玉米生長季積溫變化及差異 表6表明，4個地市20 a來玉米生長季熱量條件較為穩(wěn)定，近10 a豫北安陽有降低趨勢，其他3個省轄市玉米生長季積溫略有增加，增幅為0% ～0.4%.4個省轄市比較，玉米生長季仍以安陽≥10℃積溫最低，周口≥10℃積溫最高，二者相差為98.4℃.各地玉米播前小麥?zhǔn)斋@及整地農(nóng)耗期在6月上旬，以10 d計，扣除農(nóng)耗期積溫，則安陽玉米生育期積溫最少，為2 794.5℃，周口最多，為2 891.4 ℃.

河南省夏玉米整個生育期早熟、中熟和晚熟品種分別需≥10℃有效積溫2 100～2 400℃，2 500～2 700℃，2 700～3 000℃.對照各地玉米生育期實(shí)際積溫，4個省轄市均可種植早熟及中熟品種，而對于晚熟品種來講，安陽明顯不足，其他3個省轄市也略為緊張.

表6 河南省不同地區(qū)典型地市玉米生長季歷年積溫(≥10℃)比較表(06－01—09－30)Table 6 Comparison of maize growing season accumulated temperature(≥10℃)over the years in different regions of Henan Province(06－01—09－30) ℃

2.2.3 河南省不同區(qū)域光照條件的變化與差異

2.2.3.1 小麥生長季日照時數(shù)變化及差異 近20 a來，豫北安陽市日照時數(shù)有增加趨勢，增幅達(dá)5.9%，其他3個省轄市日照時數(shù)均有不同程度的下降，以許昌下降最多，達(dá)14.7%.

4個省轄市比較，小麥生長季以豫北安陽的日照時數(shù)最多，豫西南南陽的日照時數(shù)最少，二者相差 122.1 h.

表7 河南省不同地區(qū)小麥生長季歷年日照時數(shù)比較表(10－01—05－31)Table 7 Comparison of wheat growing season light hours over the years in different regions of Henan Province(10－01—05－31) h

2.2.3.2 玉米生長季日照時數(shù)變化及差異 從表8可以看出，近20 a河南省不同麥玉兩熟區(qū)玉米生長季日照時數(shù)均呈下降趨勢，且下降幅度較大，降幅為4.9% ～25.3%.4個省轄市比較，以豫西南南陽的日照時數(shù)最少，豫北安陽的日照時數(shù)最多，二者相差46.2 h.

表8 河南省不同地區(qū)玉米生長季歷年日照時數(shù)比較表(06－01—09－30)Table 8 Comparison of maize growing season light hours over the years in different regions of Henan Province(06－01—09－30) h

2.2.4 河南省不同區(qū)域水分條件的變化與差異

2.2.4.1 小麥生長季降雨量變化及差異 表9表明，20 a來河南省不同麥玉兩熟區(qū)小麥生長季降雨量呈減少趨勢.4個省轄市以南陽降雨量減少最小，許昌、安陽減少較多，達(dá)10%以上.

4個省轄市比較，降雨量以安陽最少，周口最多，兩地相差100.5 mm.以每生產(chǎn)1 kg小麥需水1 kg計算，500 kg產(chǎn)量需水750 mm比較，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，均需要補(bǔ)充灌溉.

2.2.4.2 玉米生長季降雨量變化及差異 從表10可以看出，除豫北安陽市在玉米生長季降雨量近10 a較前10 a降雨量減少外，其他3個省轄市降雨量均呈增加趨勢，并且增加顯著，分別為5.5% ～34.4%.

4個省轄市比較，降雨量以安陽最少，南陽最多，兩地相差91.7 mm.以每生產(chǎn)1 kg玉米需水0.7 kg計算，500 kg產(chǎn)量需水525 mm比較，除南陽外，安陽明顯不足，許昌和周口略顯緊張.

表9 河南省不同地區(qū)小麥生長季降雨量比較表(10－01—05－31)Table 9 Comparison of wheat growing season precipitation over the years in different regions of Henan Province(10－01—05－31) mm

表10 河南省不同地區(qū)玉米生長季降雨量比較表(06－01—09－30)Table 10 Comparison of maize growing season precipitation over the years in different regions of Henan Province(06－01—09－30) mm

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，河南省小麥玉米產(chǎn)量逐年增加，但目前整體上仍表現(xiàn)為夏糧小麥的產(chǎn)量高于玉米的產(chǎn)量.其原因除了部分區(qū)域夏秋糧生產(chǎn)中存在著不同程度的“重夏輕秋”(即重視小麥生產(chǎn)，忽視夏玉米生產(chǎn))思想外，對各地小麥和玉米生育期間的主要?dú)庀笠蜃拥倪M(jìn)一步分析表明，這種差異更與當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件顯著相關(guān).

對不同生態(tài)類型區(qū)小麥和玉米兩季產(chǎn)量的分析表明，各地兩季作物產(chǎn)量差表現(xiàn)不同，其中，豫中和豫東南兩地與河南省整體情況一致，以小麥產(chǎn)量顯著高于玉米產(chǎn)量，但豫北區(qū)域則以玉米單產(chǎn)顯著高于小麥單產(chǎn).這主要是因為河南省小麥生長季的主要限制因子積溫、降水量均以豫中和豫東南區(qū)域的顯著高于豫北區(qū)域，從而有利于小麥產(chǎn)量潛力的發(fā)揮，而在玉米生長季的日照時數(shù)除豫北下降較少外，其他區(qū)域均呈大幅下降(20% ～25%)，同時，豫東南和豫中區(qū)域玉米生長季雨量增加(分別為34.4%和17.2%)，且這些降雨大多發(fā)生于玉米開花授粉期，因此，陰雨寡照成為豫東南和豫中區(qū)域玉米產(chǎn)量潛力發(fā)揮的主要限制因子，從而造成該區(qū)域玉米產(chǎn)量的下降.

因此，如何基于河南省不同區(qū)域當(dāng)前小麥玉米生長季氣象因子變化特征，因地制宜的調(diào)整小麥玉米的品種結(jié)構(gòu)、選擇適宜的播期、優(yōu)化小麥玉米兩熟種植制度，充分利用各地氣候資源，發(fā)揮作物產(chǎn)量潛力，將是實(shí)現(xiàn)河南省小麥玉米均衡增產(chǎn)重要途徑.

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