氣候變化對(duì)河南省大豆產(chǎn)量的影響分析

李香顏 張金平

摘要：利用河南省林州和泛區(qū)1993—2013年以及正陽(yáng)1993—2008年大豆生育期觀測(cè)資料和同期氣象觀測(cè)資料，通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)、回歸分析、線性傾向估計(jì)和積分回歸等方法，分析河南省氣候變化與大豆產(chǎn)量之間的關(guān)系，以期為當(dāng)?shù)睾侠砝脷夂蛸Y源、保障大豆安全生產(chǎn)等方面提供科學(xué)依據(jù)和參考。結(jié)果表明，在氣候變化背景下，河南省大豆實(shí)際產(chǎn)量整體上呈增加態(tài)勢(shì)；大豆趨勢(shì)產(chǎn)量除泛區(qū)近似直線增長(zhǎng)外，其他地區(qū)都有先減少后增加的趨勢(shì)；大豆氣象產(chǎn)量總體上呈減少趨勢(shì)。降水量對(duì)河南北部、中部地區(qū)大豆的氣象產(chǎn)量影響較顯著；降水量增加對(duì)北部地區(qū)大豆產(chǎn)量有利。日照時(shí)數(shù)對(duì)大豆產(chǎn)量的影響較小，僅中部地區(qū)有一定的影響。平均氣溫對(duì)大豆產(chǎn)量的影響不明顯；氣溫升高對(duì)南部和中部地區(qū)的大豆產(chǎn)量有利，對(duì)北部地區(qū)不利；積溫增加對(duì)大豆實(shí)際產(chǎn)量的增加作用較為明顯，但對(duì)中部地區(qū)的氣象產(chǎn)量有一定減少作用。大豆氣象產(chǎn)量對(duì)降水量、平均氣溫單位變化的敏感性相對(duì)較大。

關(guān)鍵詞：氣候變化；大豆；產(chǎn)量；影響

中圖分類號(hào)： S162.5+4文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）04-0055-04

近幾十年來(lái)，在自然條件變化和人類社會(huì)活動(dòng)的共同影響下，全球氣候正在經(jīng)歷一場(chǎng)以變暖為主要特征的顯著變化[1-3]。政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）第五次評(píng)估報(bào)告指出，過(guò)去100多年里（1880—2012年）全球地表平均溫度的線性趨勢(shì)為0.85 ℃[4]；中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案也指出，中國(guó)在近100年里年平均氣溫升高了0.5～0.8 ℃，而近50年變暖尤為明顯[5]。農(nóng)業(yè)是對(duì)氣候變化最敏感的產(chǎn)業(yè)之一[6]，氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境以及農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量都將造成顯著影響[7]，因此針對(duì)氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響和評(píng)估方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量卓有成效的研究工作[8-10]。蔡劍等分析了氣候變化對(duì)小麥的影響[11-13]；米娜等采用氣候區(qū)域模式結(jié)合WOFOST、CERES-Maize等作物生長(zhǎng)模型，模擬了未來(lái)氣候?qū)τ衩咨L(zhǎng)的影響[14-15]；楊沈斌等利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、水稻生長(zhǎng)模型等分析了氣候變化對(duì)水稻產(chǎn)量的影響[16-17]。但針對(duì)氣候變化對(duì)大豆的影響研究，目前國(guó)內(nèi)的有關(guān)報(bào)道卻相對(duì)較少，且多集中在東北地區(qū)。大豆是世界及我國(guó)重要的糧食和油料作物之一，未來(lái)氣候變化背景下大豆的變化將會(huì)影響全球糧油安全[18]，河南省位于黃淮海夏大豆產(chǎn)區(qū)的腹地，大豆面積和產(chǎn)量常年位于全國(guó)前列，基于此，在全球氣候變化已成事實(shí)的前提下，分析和探討河南省氣候變化對(duì)大豆產(chǎn)量的影響就有著極為重要的意義。

1材料與方法

1.1研究資料

本研究選取河南省農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站林州站和泛區(qū)站1993—2013年以及正陽(yáng)站1993—2008年的生育期、產(chǎn)量資料和同期各站的光、溫、水等氣象資料進(jìn)行分析研究。選取林州、泛區(qū)和正陽(yáng)分別代表河南北部、中部和南部地區(qū)。

1.2研究方法

大豆產(chǎn)量是在各種自然和非自然因素綜合影響下形成的，大豆的實(shí)際產(chǎn)量由趨勢(shì)產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量和隨機(jī)產(chǎn)量構(gòu)成，隨機(jī)產(chǎn)量造成的誤差相對(duì)較小，實(shí)際計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)。由于年際間氣象條件的差異會(huì)造成大豆產(chǎn)量的波動(dòng)，相應(yīng)的產(chǎn)量分量即稱為氣象產(chǎn)量。本研究利用直線滑動(dòng)平均法估算和分離出大豆的趨勢(shì)產(chǎn)量[19]，實(shí)際產(chǎn)量減去趨勢(shì)產(chǎn)量后即為大豆的氣象產(chǎn)量。

利用SPSS軟件對(duì)大豆產(chǎn)量與各氣象因子的相關(guān)性進(jìn)行分析，并對(duì)其顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。

通過(guò)積分回歸法[20]，求取敏感指數(shù)，針對(duì)大豆產(chǎn)量對(duì)各氣象因子的敏感性進(jìn)行分旬評(píng)估。

積分回歸分析的基本原理是利用正交多項(xiàng)式（常用切比雪夫多項(xiàng)式）將原來(lái)較多自變量的矩陣轉(zhuǎn)化為較少自變量矩陣，然后，用一般多元回歸分析方法求出新變量與因變量之間的回歸模型，最后，求出原自變量的回歸參數(shù)，即為敏感指數(shù)。本研究中敏感指數(shù)為某一氣象要素每一旬對(duì)大豆氣象產(chǎn)量的影響系數(shù)，它表示某氣象要素每變化1個(gè)單位的增產(chǎn)量或減產(chǎn)量。

2結(jié)果與分析

2.1大豆產(chǎn)量變化分析

通過(guò)對(duì)大豆實(shí)際產(chǎn)量、趨勢(shì)產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量進(jìn)行直線趨勢(shì)擬合后發(fā)現(xiàn)（圖1、圖2、圖3），河南省大豆實(shí)際產(chǎn)量從南到北均為增加趨勢(shì)，南部地區(qū)增產(chǎn)趨勢(shì)為35.37 kg/（hm2·年），北部地區(qū)為44.40 kg/（hm2·年），中部地區(qū)為 63.82 kg/（hm2·年），增產(chǎn)趨勢(shì)為中部>北部>南部。從趨勢(shì)產(chǎn)量上看，除泛區(qū)近似直線增長(zhǎng)外，其他地區(qū)都有先減少后增加的趨勢(shì)，2000年以后的增加趨勢(shì)更加明顯。大豆氣象產(chǎn)量除中部泛區(qū)呈微弱增加趨勢(shì)外，其他地區(qū)均呈減少趨勢(shì)且南部地區(qū)減幅最大。

2.2氣象因子與大豆產(chǎn)量的相關(guān)性分析

2.2.1降水量與大豆產(chǎn)量的相關(guān)性分析

象產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)，其中開(kāi)花-成熟期降水量與實(shí)際產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量的負(fù)相關(guān)性達(dá)到顯著水平；正陽(yáng)各生育期降水量與實(shí)際產(chǎn)量呈正相關(guān)（播種-開(kāi)花期除外），與氣象產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。總體來(lái)說(shuō)，降水量與大豆氣象產(chǎn)量的相關(guān)性較好；降水量對(duì)河南北部和中部地區(qū)大豆的氣象產(chǎn)量影響較大；降水的增加對(duì)北部地區(qū)大豆產(chǎn)量的增加有利，對(duì)南部和中部地區(qū)不利。

2.3氣象因子對(duì)大豆氣象產(chǎn)量的影響

在作物品種、栽培技術(shù)和管理水平穩(wěn)定的情況下，光照、溫度、降水等氣象條件是影響作物產(chǎn)量的主要因子，為分析和探討氣象因子對(duì)大豆產(chǎn)量的影響，本研究以旬為時(shí)間步長(zhǎng)，用積分回歸法，通過(guò)求取敏感指數(shù)，分析各氣象要素對(duì)大豆產(chǎn)量的定量影響。

2.3.1降水量與大豆氣象產(chǎn)量的敏感性分析

分析發(fā)現(xiàn)，林州、正陽(yáng)地區(qū)大豆對(duì)降水量的敏感指數(shù)較為相似，泛區(qū)的略有不同（圖4）。泛區(qū)大豆對(duì)降水量的敏感指數(shù)在主要生育期都為正值，對(duì)產(chǎn)量的增加影響較大，這可能是泛區(qū)產(chǎn)量較高的原因之一。而林州和正陽(yáng)大豆對(duì)降水的敏感指數(shù)在主要生育期的正負(fù)效應(yīng)都有，會(huì)影響產(chǎn)量的增加。泛區(qū)和正陽(yáng)大豆的氣象產(chǎn)量對(duì)9月中下旬的降水量敏感性較高，這段時(shí)間為鼓粒期。林州的氣象產(chǎn)量對(duì)7月中下旬和8月下旬至9月上旬的降水量敏感性較大，7月中下旬為開(kāi)花始期前后，8月下旬至

9月上旬為鼓粒始期前后。

2.3.2日照時(shí)數(shù)與氣象產(chǎn)量的敏感性分析

分析發(fā)現(xiàn)，3地大豆氣象產(chǎn)量對(duì)日照時(shí)數(shù)的敏感指數(shù)較為相似，僅前期的略有不同（圖5）。泛區(qū)大豆的氣象產(chǎn)量對(duì)日照時(shí)數(shù)的敏感指數(shù)波動(dòng)相對(duì)較小，林州和正陽(yáng)波動(dòng)相對(duì)較大，這可能是泛區(qū)產(chǎn)量較高的原因之一。林州大豆氣象產(chǎn)量對(duì)7月上旬的日照敏感性較高，正陽(yáng)對(duì)6月中下旬的日照敏感性較高。6月中下旬是大豆生長(zhǎng)初期，7月上旬是分枝階段。

2.3.3平均氣溫與氣象產(chǎn)量的敏感性分析

分析發(fā)現(xiàn)，河南大豆氣象產(chǎn)量對(duì)平均氣溫的敏感指數(shù)差異較大（圖6）。林州對(duì)平均氣溫的敏感指數(shù)波動(dòng)相對(duì)較大，泛區(qū)波動(dòng)較小，正陽(yáng)前期較大，后期較小。林州氣象產(chǎn)量對(duì)平均氣溫的敏感期主要發(fā)生在7月中下旬開(kāi)花始期前后和8月下旬至9月上旬鼓粒始期前后；泛區(qū)主要發(fā)生在7月上旬分枝階段和9月下旬成熟前；正陽(yáng)發(fā)生在6月中旬大豆生長(zhǎng)初期和7月上旬大豆分枝階段。

3結(jié)論與討論

河南省大豆實(shí)際產(chǎn)量總體為增加趨勢(shì)，且中部地區(qū)泛區(qū)>北部地區(qū)林州>南部地區(qū)正陽(yáng)。從趨勢(shì)產(chǎn)量上看，除泛區(qū)近似直線增長(zhǎng)外，其他地區(qū)都有先減少后增加的趨勢(shì)，且2000年以后的增加趨勢(shì)更加明顯。大豆氣象產(chǎn)量總體上呈減少趨勢(shì)，河南南部正陽(yáng)地區(qū)氣象產(chǎn)量波動(dòng)和減幅最大。

日照時(shí)數(shù)、平均氣溫對(duì)大豆產(chǎn)量的影響不明顯，積溫對(duì)大豆的實(shí)際產(chǎn)量影響相對(duì)較大，降水量對(duì)大豆的氣象產(chǎn)量影響較大。氣候變化對(duì)河南各地大豆產(chǎn)量的影響有利有弊，降水增加對(duì)北部地區(qū)大豆產(chǎn)量有利。積溫增加對(duì)大豆實(shí)際產(chǎn)量的增加作用較為明顯，但對(duì)中部地區(qū)的氣象產(chǎn)量有一定減少作用。

大豆氣象產(chǎn)量對(duì)降水量、平均氣溫單位變化的敏感性相對(duì)較大，對(duì)日照時(shí)數(shù)的敏感性相對(duì)較小。不同地區(qū)的大豆對(duì)氣象因子的敏感期不同。

本研究受資料的限制，研究結(jié)果的區(qū)域代表性還不夠廣泛；由于氣象災(zāi)害的影響，正陽(yáng)2001年、林州1997年大豆基本絕收，分析數(shù)據(jù)時(shí)已注意。

近年來(lái)，氣候變化對(duì)大豆生產(chǎn)帶來(lái)了顯著影響[21-23]，但目前關(guān)于氣候變化對(duì)黃淮海地區(qū)大豆的影響研究還比較有限，且主要集中在氣象條件與大豆發(fā)育期及產(chǎn)量的相關(guān)性分析和研究方面[24-25]，有關(guān)大豆生產(chǎn)應(yīng)對(duì)氣候變化措施方面的研究卻鮮有報(bào)道，這是今后亟待深入研究和解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

致謝：本研究在前期資料獲取、數(shù)據(jù)計(jì)算、方法分析和論文撰寫的過(guò)程中得到了河南省氣象局氣象科學(xué)研究所李彤霄同志的悉心指導(dǎo)和幫助，在此，全體作者對(duì)該同志的辛苦付出表示衷心的感謝！

參考文獻(xiàn)：

[1]周文魁. 氣候變化對(duì)中國(guó)糧食生產(chǎn)的影響及應(yīng)對(duì)策略[D]. 南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[2]秦大河，陳振林，羅勇，等. 氣候變化科學(xué)的最新認(rèn)知[J]. 氣候變化研究進(jìn)展，2007，3（2）：63-73.

[3]丁一匯，任國(guó)玉，石廣玉，等. 氣候變化國(guó)家評(píng)估報(bào)告（I）：中國(guó)氣候變化的歷史和未來(lái)趨勢(shì)[J]. 氣候變化研究進(jìn)展，2006，2（1）：3-8.

[4]IPCC. Climate change 2013：the physical science basis contribution of working group Ⅰ to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change[M]. Cambridge and New York：Cambridge University Press，2013：5，18.

[5]李美娟. 氣候變化對(duì)我國(guó)糧食單產(chǎn)影響的實(shí)證分析[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2014：1.

[6]成林，劉榮花，馬志紅. 增溫對(duì)河南省冬小麥產(chǎn)量的影響分析[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，19（4）：854-859.

[7]余衛(wèi)東，趙國(guó)強(qiáng)，陳懷亮. 氣候變化對(duì)河南省主要農(nóng)作物生育期的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2007，28（1）：9-12.

[8]Olesen J E，Tmka M，Kersebaum K C，et al. Impacts and adaptation of European crop production systems to climate change[J]. European Journal of Agronomy，2011，34（2）：96-112.

[9]雷水玲. 全球氣候變化對(duì)寧夏春小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2001，22（2）：33-36，40.

[10]覃志豪，唐華俊，李文娟. 氣候變化對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)系統(tǒng)影響的研究前沿[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2015，36（1）：1-8.

[11]蔡劍，姜東. 氣候變化對(duì)中國(guó)冬小麥生產(chǎn)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（9）：1726-1733.

[12]袁靜，鄭學(xué)山，胡魁，等. 濰坊地區(qū)未來(lái)氣候變化及其對(duì)小麥生育期和產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（36）：271-274.

[13]李彤霄，趙國(guó)強(qiáng)，李有. 河南省氣候變化及其對(duì)冬小麥越冬期的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（1）：143-146.

[14]米娜，張玉書(shū)，蔡福，等. 未來(lái)氣候變化對(duì)東北地區(qū)玉米單產(chǎn)影響的模擬研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26（8）：117-123.

[15][JP2]李樹(shù)巖，王靖，余衛(wèi)東，等. 氣候變化對(duì)河南省夏玉米主栽品種發(fā)育期的影響模擬[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2015，36（4）：479-488.[JP]

[16]楊沈斌，申雙和，趙小艷，等. 氣候變化對(duì)長(zhǎng)江中下游稻區(qū)產(chǎn)量的影響[J]. 作物學(xué)報(bào)，2010，36（9）：1519-1528.

[17]孫衛(wèi)國(guó)，程炳巖，楊沈斌，等. 區(qū)域氣候變化對(duì)華東地區(qū)水稻產(chǎn)量的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2011，32（2）：227-234.

[18]郝興宇，韓雪，居煇，等. 氣候變化對(duì)大豆影響的研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，21（10）：2697-2706.

[19]楊繼武. 農(nóng)業(yè)氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)和情報(bào)[M]. 北京：氣象出版社，1994：247-288.

[20]楊永岐. 農(nóng)業(yè)氣象中的統(tǒng)計(jì)方法[M]. 北京：氣象出版社，1983：142-152.

[21]田展，丁秋瑩，梁卓然. 氣候變化對(duì)中國(guó)油料作物的影響研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（15）：1-6.

[22]Chen C Q，Qian C R，Deng A X，et al. Progressive and active adaptations of cropping system to climate change in Northeast China[J]. European Journal of Agronomy，2012，38（38）：94-103.

[23]肖國(guó)舉，張強(qiáng)，王靜. 全球氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的影響研究進(jìn)展[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，18（8）：1877-1885.

[24]曲輝輝，朱海霞，王秋京，等. 氣候變化對(duì)東北三省大豆生育期和產(chǎn)量的影響模擬[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，42（7）：61-69.

[25]姜麗霞，李帥，李秀芬，等. 黑龍江省近三十年氣候變化對(duì)大豆發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J]. 大豆科學(xué)，2011，30（6）：921-926.