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      氣候特征對(duì)伊春地區(qū)玉米產(chǎn)量的影響

      2017-03-01 22:35:47謝冬穎鄭雪松
      黑龍江氣象 2017年2期
      關(guān)鍵詞:伊春市伊春氣候

      謝冬穎,鄭雪松

      (1.伊春市氣象局,黑龍江伊春153000;2.雞西市氣象局,黑龍江雞西158100)

      氣候特征對(duì)伊春地區(qū)玉米產(chǎn)量的影響

      謝冬穎1,鄭雪松2

      (1.伊春市氣象局,黑龍江伊春153000;2.雞西市氣象局,黑龍江雞西158100)

      1 引言

      伴隨著全球氣候變化的趨勢(shì)越來(lái)越明顯,我國(guó)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上對(duì)農(nóng)作物熱量的特性也得到了進(jìn)一步的改善。在確保作物熱量的同時(shí),也應(yīng)考慮到水熱組合狀況對(duì)作物生長(zhǎng)的重要意義。要根據(jù)不同地區(qū)作物生長(zhǎng)差異而利用不同的技術(shù)。

      東北地區(qū)是我國(guó)玉米重點(diǎn)生產(chǎn)基地之一,是世界著名的中國(guó)東北玉米帶所在地,該區(qū)域玉米播種面積近2億畝,約占糧食作物總面積的一半。因此,研究氣候變化下東北玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響,對(duì)于主動(dòng)適應(yīng)氣候變化、制定有效應(yīng)對(duì)措施、保證農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

      2 研究?jī)?nèi)容和研究方法

      2.1 研究?jī)?nèi)容

      采用數(shù)據(jù)調(diào)查的方式,針對(duì)伊春市地區(qū)氣候進(jìn)行分析,其中包括50 a來(lái)氣溫、降雨等多個(gè)方面。在調(diào)查研究的基礎(chǔ)之上,通過(guò)數(shù)據(jù)分析方法,對(duì)氣候變化對(duì)玉米產(chǎn)量的影響進(jìn)行分析。根據(jù)上述分析結(jié)果,就如何降低不利氣候帶來(lái)的影響尋找有效的對(duì)策。

      2.2 研究方法

      (1)案例研究法。本文的研究是基于東北地區(qū)氣候特征和玉米產(chǎn)量的影響,確保了研究與分析的可操作性、數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性。進(jìn)而提高了研究的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性。

      (2)定量分析法。在對(duì)氣候特征與農(nóng)作物產(chǎn)量相關(guān)性分析中,主要通過(guò)案例對(duì)伊春地區(qū)氣候數(shù)據(jù)構(gòu)建假設(shè)模型,并通過(guò)定量分析法進(jìn)行分析。

      (3)定性與定量結(jié)合分析法。在對(duì)伊春地區(qū)氣候特征對(duì)玉米產(chǎn)量進(jìn)行研究時(shí),首先采用定量分析法對(duì)數(shù)學(xué)模型與伊春地區(qū)氣候特征進(jìn)行分析;然后在兩者之間的關(guān)系研究上,主要采取定性分析法。

      3 伊春地區(qū)氣候特征分析

      3.1 伊春地區(qū)氣候特征

      伊春市位于黑龍江省東北部,屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年平均氣溫1℃,氣溫偏低;無(wú)霜期比較短只有110-125 d;春夏秋冬四季分明。春季為四、五兩個(gè)月,夏季為六、七、八三個(gè)月,秋季為九、十兩個(gè)月,冬季為十一月至翌年三月。春秋冷暖變化快而且風(fēng)多風(fēng)大;夏天比較濕熱而且雨水多;冬天寒冷下雪天多。年平均降水量750-820 mm,降水豐富。

      3.1.1 氣溫變化特征

      通過(guò)對(duì)伊春市1963-2013年的氣溫資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),近50 a來(lái)全市平均氣溫呈明顯的上升趨勢(shì),氣溫上升約2.3℃,1963-1987年伊春一直處于偏冷期,1969年達(dá)最低點(diǎn),1988年后進(jìn)人增暖期,1988-2005年的18 a平均氣溫為1.8℃,比1961-1987年的平均氣溫0.3℃高出了1.5℃,1990年達(dá)到極大值2.7℃,可見(jiàn)增暖幅度是十分明顯的。全市年平均氣溫是0.9℃。一年中最低氣溫出現(xiàn)在l月份,年極端最低氣溫-47.7℃,出現(xiàn)在1970年l月嘉蔭;7月份氣溫最高,年極端最高氣溫36.3℃,出現(xiàn)在2010年7月鐵力。

      3.1.2 降水的變化特征

      通過(guò)對(duì)伊春市1963-2013年的各個(gè)季節(jié)平均降水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),近50 a來(lái)最多的是1962年和1963年。

      3.1.3 年代日照時(shí)間的變化

      太陽(yáng)光是作物進(jìn)行光合作用的主要能量來(lái)源,太陽(yáng)輻射變化將在一定程度上影響作物的同化作用,從而影響作物干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成。1955-1985年,年平均日照時(shí)數(shù)為186 d,該區(qū)日照時(shí)數(shù)呈明顯下降趨勢(shì)。在經(jīng)過(guò)1985年、1986年的低點(diǎn)后,逐步回升。

      3.2 伊春地區(qū)玉米生產(chǎn)現(xiàn)狀

      在黑龍江東北部的伊春市,縱貫小興安嶺全境,屬北溫帶大陸性氣候,天氣比較冷涼,全年≥10℃的活動(dòng)積溫為1900-2550℃,無(wú)霜期90-125 d,年降水量550-670 mm,耕地較少,草多,土肥,一般種植玉米,水稻,大豆等糧食作物。

      3.2.1 播種面積

      伊春市轄區(qū)耕地地處第三、四、五積溫帶,種植的玉米品種大都早熟,主要有綏玉7、德美亞1號(hào)、克單9、克單12、合玉19、利合16、綠單2號(hào)等。重點(diǎn)推廣玉米標(biāo)準(zhǔn)化栽培技術(shù)規(guī)程和玉米通透密植栽培技術(shù),在2012年推廣玉米標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)程達(dá)40萬(wàn)畝。玉米通透密植栽培技術(shù)達(dá)20萬(wàn)畝。

      3.2.2 玉米單產(chǎn)

      自2008年以來(lái),伊春地區(qū)玉米產(chǎn)量總體上是波動(dòng)上漲趨勢(shì)。2008-2012年四年內(nèi)伊春的玉米單產(chǎn)為4150.83 kg/hm2,最高和最低的產(chǎn)量分別達(dá)到了5731 kg和2175 kg。本省平均單產(chǎn)都要比伊春地區(qū)低6.7%。

      4 研究方法

      根據(jù)對(duì)伊春市近50 a的氣象資料分析結(jié)果顯示,氣候變化背景下伊春市各氣象要素已經(jīng)發(fā)生的明顯變化??傮w上表現(xiàn)為溫度升高,熱量資源豐富,降水減少,太陽(yáng)輻射減少。這一系列與玉米生產(chǎn)密切相關(guān)的氣象因子的變化必將影響到該地區(qū)的玉米生產(chǎn)。

      (1)自變量。伊春市氣候特征的指標(biāo)主要選取了平均降水、平均氣溫以及平均日照時(shí)間三個(gè)指標(biāo)作為自變量。

      作物在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)期能夠維持正常生長(zhǎng)。透雨要求較大的降水量并能滲入足夠的深度。前期土壤越干旱,下透雨所需的雨量就越大;降水強(qiáng)度越大,徑流損失大,其有效性下降[1],下透雨所需雨量也越大,但雨量太小時(shí)蒸發(fā)損失也越大。降水時(shí)間對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育也有很大的影響,作物吸收水分能力弱及需水量最大的時(shí)期降水的效果最好[2]。

      平均氣溫。植物的生長(zhǎng)受溫度的影響很大,所有植物都需要在符合自身生長(zhǎng)規(guī)律的基礎(chǔ)上才能夠生長(zhǎng)發(fā)育,當(dāng)溫度升高的時(shí)候,植物的生長(zhǎng)活動(dòng)會(huì)加速,當(dāng)溫度變低的時(shí)候,植物的生長(zhǎng)反應(yīng)會(huì)變低,但是如果溫度變得過(guò)高或者過(guò)低,高于或者低于植物的生長(zhǎng)范圍的時(shí)候,植物就會(huì)發(fā)生生長(zhǎng)停滯,影響植物的生長(zhǎng)。而且溫度的變化,也會(huì)直接的影響到植物賴以生存的土壤、水分等因素,這些因素的變化也會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生很大的影響,直接影響了植物的生長(zhǎng)。

      日照時(shí)數(shù),農(nóng)作物的生長(zhǎng)會(huì)受到日照時(shí)數(shù)變化的影響,當(dāng)日照時(shí)數(shù)不足或者是光照不足的時(shí)候,農(nóng)作物體內(nèi)的光合作用就會(huì)變少,農(nóng)作物不能積累更多的淀粉,從而容易得病,會(huì)死亡或者減產(chǎn),玉米喜歡強(qiáng)光照,光照少,雨水多的情況下,就會(huì)出現(xiàn)減產(chǎn)等情況。

      (2)因變量。本文主要以伊春市玉米畝產(chǎn)量作為因變量,通過(guò)分析自變量對(duì)因變量的影響,來(lái)研究氣候特征,降水、溫度、光照時(shí)間(自變量)與玉米產(chǎn)量(因變量)之間的關(guān)系。

      4.1 研究假設(shè)

      根據(jù)前文的分析,伊春地區(qū)氣候特征包括年均降水(代碼M1)、平均氣溫(代碼M2)、光照時(shí)數(shù)(代碼M3)幾個(gè)指標(biāo)。農(nóng)作物的影響則主要根據(jù)玉米的畝產(chǎn)量(代碼X)作為衡量的主要指標(biāo)。有鑒于此,本文在結(jié)合我國(guó)玉米種植發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出以下幾點(diǎn)伊春地區(qū)氣候特征與玉米產(chǎn)量之間的關(guān)系假設(shè)。

      W1:伊春市年均降水越多,玉米產(chǎn)量X越高。W2:伊春市平均氣溫越高,玉米產(chǎn)量X越高。

      W3:伊春市平均光照時(shí)間越長(zhǎng),玉米產(chǎn)量X越高。W4:伊春市年均降水越少,玉米產(chǎn)量X越高。W5:伊春市平均氣溫越低,玉米產(chǎn)量X越高。

      4.2 多元線性回歸理論模型

      根據(jù)研究假設(shè),對(duì)因變量X和各個(gè)自變量M1-3進(jìn)行描述性的統(tǒng)計(jì),然后對(duì)自變量進(jìn)行相關(guān)分析,以判斷兩者的共線性關(guān)系。最后采用多元回歸分析對(duì)因變量和自變量之間的關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)。因此本文多元線性回歸理論模型為:

      Y=α0+α1M1+α2M2+α3M3+ε

      其中α0為常數(shù)項(xiàng),α1至α3表示自變量的系數(shù),ε為誤差項(xiàng)。

      5 結(jié)果與分析

      5.1 伊春市氣候特征與玉米產(chǎn)量相關(guān)性分析

      對(duì)伊春市2011年和2012年的氣候特征與玉米產(chǎn)量之間的相關(guān)性進(jìn)行分析,伊春市氣候特征的3項(xiàng)指標(biāo)與玉米產(chǎn)量的相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值均>0.4,而且P<0.05說(shuō)明兩者之間具有顯著性意義。氣溫、光照時(shí)間與玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系;降水與玉米產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

      最大的是光照時(shí)間與玉米產(chǎn)量之間的系數(shù)為-0.418,且兩者之間的相關(guān)性較為顯著(P<0.05)。根據(jù)多重共線性問(wèn)題判斷,伊春市氣候特征指標(biāo)之間不存在多重共線性問(wèn)題,可以進(jìn)行更加深入的研究。

      5.2 研究假設(shè)的檢驗(yàn)

      2011年和2012年伊春市氣候特征對(duì)玉米產(chǎn)量的多元線性回歸模型是十分顯著的(即F模型2014 =8.537,Sig.模型2014=0.002<0.01;F模型2015= 7.126,Sig.模型2015=0.006<0.01),擬合效果良好。2011年和2012年伊春市氣候特征對(duì)玉米產(chǎn)量影響的多元回歸模型可決系數(shù)分別為0.887和0.812,調(diào)整后的可決系數(shù)分別為0.715和0.693,均在理想數(shù)值范圍內(nèi)。由此可見(jiàn),2011年伊春市玉米產(chǎn)量變動(dòng)中有88.7%的變動(dòng)是由氣候特征引發(fā)的。2012年伊春市玉米產(chǎn)量變動(dòng)中81.2%的變動(dòng)是由氣候特征引發(fā)的。

      共線性問(wèn)題檢測(cè)結(jié)果VIF模型2014=1.493、VIF模型2015=1.293,表明氣候特征中的光照時(shí)間與其他自變量相比,不存在共線性問(wèn)題。2011年和2012年光照時(shí)間與玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)(B模型2014= 0.435,B模型2015=0.456),所以增加玉米的光照時(shí)間能夠促進(jìn)玉米產(chǎn)量正向的發(fā)展,因此假設(shè)的W1,即“光照時(shí)間越長(zhǎng),玉米產(chǎn)量X越高”的假設(shè)是成立的。

      在降水越多的共線性檢測(cè)中,VIF模型2014= 1.178、VIF模型2015=1.374,說(shuō)明降水越多與其他自變量沒(méi)有共線性問(wèn)題。而B(niǎo)模型2014=-0.423、Sig.= 0.021<0.05;B模型2015=-0.419、Sig.=0.005<0.05;表明2011年和2012年伊春市降水與玉米產(chǎn)量之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此在玉米生長(zhǎng)過(guò)程中,如果降水量較高,將會(huì)影響到玉米產(chǎn)量的提高。即降水量過(guò)大,玉米畝產(chǎn)量就會(huì)越低。所以W2“降水越多,玉米產(chǎn)量X越高”的假設(shè)不成立。

      在氣溫越高的共線性檢測(cè)中,VIF模型2014= 1.253、VIF模型2015=1.357,說(shuō)明氣溫越高與其他自變量之間不存在嚴(yán)重的共線性問(wèn)題。而B(niǎo)模型2014=-0.021、Sig.=0.025<0.05;B模型2015=-0.017、Sig.=0.021<0.05,氣溫與玉米產(chǎn)量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明在氣溫越高的情況下,玉米產(chǎn)量不一定越好。也就是說(shuō)氣溫越高,玉米產(chǎn)量就會(huì)越差。所以W3“氣溫越高,玉米產(chǎn)量X越高?!钡募僭O(shè)不成立。

      在降水越少的共線性檢測(cè)中,VIF模型2014= 1.352、VIF模型2015=1.551,說(shuō)明降水與其他指標(biāo)沒(méi)有共線性問(wèn)題。而B(niǎo)模型2014=0.058、Sig.=0.087>0.05;B模型2015=0.012、Sig.=0.537>0.05,表明降水與玉米產(chǎn)量呈正相關(guān),但是這種相關(guān)性并不顯著。所以W4“降水越少,玉米產(chǎn)量X越高”的假設(shè)不成立。

      在氣溫越小與其他自變量的共線性檢測(cè)中,VIF模型2014=1.917、VIF模型2015=1.875,表明氣溫與其他自變量不存在共線性問(wèn)題。但2011年和2012年氣溫指標(biāo)與玉米產(chǎn)量相關(guān)性不明顯,B模型2014= 0.092、Sig.=0.026<0.05;B模型2015=0.073、Sig.= 0.027<0.05。因此W5“氣溫越小,玉米產(chǎn)量X越高”的假設(shè)不成立。

      6 降低不利氣候變化對(duì)伊春糧食產(chǎn)量影響的對(duì)策

      6.1 注重防災(zāi)減災(zāi),確保農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)

      伊春市生態(tài)環(huán)境復(fù)雜,自然災(zāi)害種類多樣,干旱、洪澇、冰雹、低溫霜凍、大風(fēng)、秋淋均有,尤其是干旱幾乎年年發(fā)生,這些都影響了伊春市農(nóng)作物的生長(zhǎng)。加之經(jīng)濟(jì)落后,在農(nóng)業(yè)上的投入比較少,農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施非常落后,也沒(méi)有專業(yè)的農(nóng)業(yè)服務(wù),這些都使得農(nóng)作物受自然災(zāi)害影響比較大,所以,要想伊春市提高農(nóng)作物產(chǎn)量,就需要改進(jìn)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施,提前做好天氣的預(yù)報(bào),對(duì)大風(fēng)降溫,風(fēng)雪天氣進(jìn)行及時(shí)的預(yù)報(bào),并做好惡劣天氣的準(zhǔn)備工作,加強(qiáng)群眾的災(zāi)害意識(shí),并且宣傳如何進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)的措施,將災(zāi)害造成的損失降到最低,從而提高伊春市的糧食產(chǎn)量。

      6.2 加強(qiáng)水利建設(shè),促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展

      水利調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是水利設(shè)施的建設(shè),只有進(jìn)行大規(guī)模的水利建設(shè),將所有的農(nóng)田都能夠在水利設(shè)施的范圍之內(nèi),就能夠解決農(nóng)作物的需水問(wèn)題,伊春市降水偏少,又連年干旱,氣候條件非常差,只有進(jìn)行水利建設(shè),從根本上改變水利的條件,才能夠改變伊春市的整體環(huán)境,增加伊春市農(nóng)作物的產(chǎn)量。

      6.3 加強(qiáng)作物應(yīng)對(duì)氣候變化的研究,培育和選用適應(yīng)性強(qiáng)的作物品種

      伊春市少雨,干旱,而且光照少,是非常不適合農(nóng)作物玉米的生長(zhǎng)的,因此,在伊春市的農(nóng)作物種植中,要減少對(duì)于玉米的種植面積,或進(jìn)行培育和選用適應(yīng)性比較強(qiáng)的玉米品種,在進(jìn)行玉米選種的時(shí)候,加強(qiáng)對(duì)于抗旱抗寒等的玉米品種的選擇,并且選擇合適的播種期,在玉米適宜的溫度下種,同時(shí)做好防寒工作。并且在玉米的成長(zhǎng)期及時(shí)的進(jìn)行一些低溫的防護(hù),保護(hù)玉米的成長(zhǎng)。

      7 結(jié)論

      (1)近50 a伊春市平均氣溫上升了2.3℃,伊春市氣候特征的3項(xiàng)指標(biāo)與玉米產(chǎn)量的相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值均>0.4,而且P<0.05說(shuō)明兩者之間具有顯著性意義。氣溫、光照時(shí)間與玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系。

      (2)在降水越多的共線性檢測(cè)中,VIF模型2014= 1.178、VIF模型2015=1.374,說(shuō)明降水越多與其他自變量沒(méi)有共線性問(wèn)題。而B(niǎo)模型2014=-0.423、Sig.= 0.021<0.05;B模型2015=-0.419、Sig.=0.005<0.05;表明2011年和2012年伊春市降水越多與玉米產(chǎn)量之間存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此在玉米生長(zhǎng)過(guò)程中,如果降水量較高,將會(huì)影響到玉米產(chǎn)量的提高。即降水量過(guò)大,玉米畝產(chǎn)量就會(huì)越低。

      (3)玉米產(chǎn)量與氣候變化之間存在著顯著相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)伊春市玉米產(chǎn)量變動(dòng)中有88.7%的變動(dòng)是由氣候特征引發(fā)的。

      (4)在伊春市實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)量的提升,應(yīng)加強(qiáng)水利工程建設(shè),有效減少降水對(duì)玉米作物所產(chǎn)生的負(fù)面影響。加強(qiáng)對(duì)農(nóng)作物新品種的研究工作,培育抗災(zāi)能力更強(qiáng)的農(nóng)作物品種。

      [1]王柳,熊偉,溫小樂(lè),馮靈芝.溫度降水等氣候因子變化對(duì)中國(guó)玉米產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2014,21:138-146.

      [2]馬玉平,孫琳麗,俄有浩,吳瑋.預(yù)測(cè)未來(lái)40年氣候變化對(duì)我國(guó)玉米產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,01:224-232.

      1002-252X(2017)02-0016-04

      2017-3-1

      謝冬穎(1985-),女,河北省辛集縣人,黑龍江科技學(xué)院,碩士生,助理工程師.

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