氣候變化對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式和產量的影響

孫新素，龍致煒，宋廣鵬，陳長青

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氣候變化對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式和產量的影響

孫新素，龍致煒，宋廣鵬，陳長青

（南京農業(yè)大學應用生態(tài)研究所，南京210095）

【目的】全球氣候正以變暖為主要特征發(fā)生顯著變化，探究氣候變化對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植制度的影響，為制定合理的應對措施提供理論依據?！痉椒ā客ㄟ^氣象站點觀測值的加權平均和一元線性回歸分析黃淮海各省市地區(qū)1992—2013年來的氣候變化特征。利用農業(yè)氣象站點多年長期觀察的夏玉米-冬小麥物候數據，通過加權求平均，分析氣候變暖背景下夏玉米-冬小麥的生育期和茬口推移情況。采用一元線性回歸分析1992—2013年來黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥周年產量變化。同時利用非線性回歸分析法和面板數據敏感性分析法分析氣候變化對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥周年產量的影響。【結果】1992—2013年來，黃淮海地區(qū)溫度整體呈現波動上升趨勢，降水總量變化趨勢不明顯，但區(qū)域差異顯著。在氣候變化的背景下，黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式發(fā)生明顯改變：冬小麥播種時間推遲，生育期存在縮短趨勢，不同地區(qū)縮短2—5 d不等；夏玉米播種時間南部推遲而北部提前，收獲時間總體呈現推遲趨勢，整個黃淮海地區(qū)生育時長未發(fā)生明顯變化。茬口時間因夏玉米-冬小麥生育期的推移呈現不同程度延長，造成了氣候和土地資源的浪費。1992—2013年間黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥單產呈顯著上升趨勢，多數省份達到顯著水平。非線性敏感性分析表明，最低溫度、最高溫度和平均溫度對夏玉米-冬小麥產量的影響基本表現為同時增產或同時減產的一致性。冬小麥產量受最低溫度的影響最為顯著，東南部的江蘇省和山東省減產明顯，而北部河北省和西部河南省表現為增產。溫度升高除對河南省夏玉米有增產作用外，其他省份夏玉米產量均出現不同程度的降低，這可能與溫度升高的幅度不同和降水的區(qū)域性差異有關。降水量對夏玉米-冬小麥產量影響存在地區(qū)差異?？傮w上氣候變暖對周年單產影響表現為北部增產，而南部減產，因而選擇適宜早播且生育期長的夏玉米品種對保障周年產量具有重要意義?！窘Y論】氣候變暖背景下，黃淮海地區(qū)冬小麥播種時間推遲，生育期縮短，夏玉米生育期北部延長而南部縮短，生育期的推移導致茬口時間延長，造成了氣候資源和土地資源的浪費。1992—2013年間夏玉米-冬小麥周年產量顯著提高。溫度升高和降水增加對產量的影響存在區(qū)域差異，整個區(qū)域平均來看升溫使夏玉米減產，冬小麥增產；降水增加有利于黃淮海北部地區(qū)夏玉米的產量形成，對南部地區(qū)夏玉米產量則存在不利影響，而對黃淮海大部分地區(qū)冬小麥的產量形成不利。

氣候變化；夏玉米-冬小麥；種植模式；產量

0 引言

【研究意義】全球氣候正以變暖為主要特征發(fā)生顯著變化。IPCC第五次評估報告指出，過去130年（1883—2012年）全球升溫0.85℃，預計21世紀末，全球地表溫度將比21世紀初升高0.3—4.8℃[1]。氣候變化改變了熱量資源的時空格局分布[2]，對農業(yè)生產影響顯著，不僅影響到農產品數量，還關系到國家糧食生產和安全供應。黃淮海平原是中國重要的農業(yè)生產基地，夏玉米-冬小麥是該區(qū)的主要復種方式。近10年來，黃淮海地區(qū)冬小麥播種面積占全國冬小麥播種面積的38%，冬小麥產量占全國的50%左右，而夏玉米的播種面積占全國夏玉米播種面積的28%，產量約占全國的30%。隨著氣候變化日益加劇，傳統(tǒng)的夏玉米-冬小麥種植模式受到嚴峻挑戰(zhàn)。研究夏玉米-冬小麥種植模式在氣候變化背景下生育期和茬口推移以及周年產量變化，探究氣候因子與種植模式變化的內在聯系與機制，緩解乃至消除氣候變化對該區(qū)夏玉米-冬小麥生產的消極影響，對保障黃淮海地區(qū)農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】全球氣候變化的不斷加劇，使關于氣候變化的研究成為學術界的熱點[3]。前人關于氣候變化對農業(yè)生產影響的研究已相當廣泛，王斌等[4]研究表明氣候變暖使冬小麥全生育期平均縮短2.2 d·(10a)-1，北方冬麥區(qū)生育期縮短最明顯。其他研究也表明華北、淮北平原冬小麥返青期、開花期和成熟期表現為提前的趨勢[5-8]。薛昌穎[9]指出氣候變暖使水稻潛在生育期延長，孟林[10]在對華北平原夏玉米生育期的研究時發(fā)現華北平原夏玉米全生育期天數對氣候變暖呈極顯著增加的響應趨勢。在作物產量方面，熊偉等[11]認為氣候變化將導致中國玉米主產區(qū)單產降低，總產下降。居輝等[12]也對中國不同地區(qū)冬小麥產量對氣候變化的響應進行了研究，結果以減產為主，不同地區(qū)存在明顯的區(qū)域差異?！颈狙芯壳腥朦c】以往的研究多集中在某一作物上[13-14]，而對作物種植模式系統(tǒng)的研究卻相對較少，無法準確判斷氣候變化對作物系統(tǒng)的整體影響[15]。而僅僅基于歷史氣象數據的模擬模型分析，很難全面揭示氣候變化與作物系統(tǒng)的實際關系[16]。因此，本文利用近年來黃淮海地區(qū)氣象、物候和產量數據，采用回歸分析和敏感性分析，研究氣候變化對夏玉米-冬小麥兩熟制種植模式系統(tǒng)和周年產量的影響?！緮M解決的關鍵問題】利用近年來黃淮海地區(qū)的氣象數據以及夏玉米-冬小麥物候和產量數據，探究氣候變化對夏玉米-冬小麥作物系統(tǒng)的影響，以期在氣候變化背景下為黃淮海夏玉米-冬小麥種植模式的管理調整、合理布局提供基礎性的理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于東經110°21′—122°42′、北緯29°24′—42°36′，覆蓋中國黃淮海平原的絕大部分地區(qū)，主要包括安徽省和江蘇省的北部、河南省、河北省、山東省以及京津6個省市地區(qū)，區(qū)域總面積達到5×107hm2，其中農田面積約為2.6×106hm2，是中國農業(yè)生產核心區(qū)之一（圖1）。區(qū)域以暖溫帶季風性氣候為主，表現出明顯的雨熱同季特點，春冬干燥寒冷，旱情較重，夏季高溫多雨，常伴有洪澇的發(fā)生?！?℃積溫為4 100—5 400℃，≥10℃積溫為3 700—4 700℃，年降水量為500—900 mm，降水年際變化較大。年平均溫度和年降水量均隨著緯度的增加表現為減少的趨勢。

1.2 資料來源

數據資料主要包括氣象、物候和產量數據3個方面。

圖1 研究區(qū)域在中國的位置

1.2.1 氣象數據 氣象數據主要包括逐日溫度（最高溫度、平均溫度和最低溫度）和逐日降水量，來源于中國氣象局國家氣象信息中心。本研究共選擇有完整數據記錄的82個黃淮海地區(qū)氣象觀測站，氣象站在研究區(qū)的分布情況為安徽省北部6個，江蘇省北部13個，河北省20個，河南省18個，山東省19個，京津地區(qū)6個（圖2）。所有氣象數據用于計算夏玉米生育進程（夏玉米播種期-收獲期）和冬小麥生育進程（冬小麥播種期-收獲期）不同年份各氣象指標值。

圖2 氣象站點分布圖

1.2.2 物候數據 物候數據同樣整理自國家氣象信息中心，本文選擇了研究區(qū)的91個農業(yè)氣象站，記錄了1992—2013年夏玉米和冬小麥的具體生育期數值。

1.2.3 產量數據 產量數據主要包括1992—2013年黃淮海各?。ㄊ?，地區(qū)）的夏玉米和冬小麥播種面積、單產和總產量，整理摘錄自中國農業(yè)信息中心。

本文對所有的數據進行初步的篩選和質量控制，對極個別缺失的數據，例如某一氣象觀測站點個別日期的氣象數據，采用世界氣象組織規(guī)定的氣候標準時段（1980—2010年）的平均值進行填充，并與該缺失值前后5年觀測值的平均值進行比對。對于物候數據某一站點某一生育時期數據的缺失，采用該區(qū)域內其他站點的平均值進行估算，對該缺失數據進行替換，剔除缺失數據的影響[17]。缺失數據量所占比例極小，氣象數據不超過數據總量的0.1‰，物候觀測數據約占數據量的1%，產量數據不存在缺失。因津京地區(qū)農業(yè)生產受城市化進程沖擊較大，記錄數據不能準確反映農業(yè)生產實際情況，故不對其進行過多研究。

1.3 分析方法

本研究主要運用了數理統(tǒng)計的相關分析方法。

1.3.1 氣候變化 氣象數據處理是對82個氣象觀測站點，根據其附近農業(yè)氣象站點物候觀測多年的平均值（播種期和成熟期），分別計算出該站點夏玉米和冬小麥生長季內各年的氣象指標平均值；根據氣象站點所在不同省份分類，計算出各省夏玉米和冬小麥生長季內各氣象指標的年際平均數值，再根據各省的面積比加權計算出黃淮海區(qū)域夏玉米和冬小麥生長季的年際氣象數值，通過簡單一元線性模型分別對1992—2013年夏玉米生長季和冬小麥生長季溫度和降水量變化趨勢進行擬合分析。

1.3.2 周年單產變化 產量數據依據記錄的夏玉米和冬小麥年單產進行年際間的一元線性回歸分析，分析夏玉米-冬小麥種植模式的周年產量變化趨勢[18]。

1.3.3 生育進程 各省年際間夏玉米和冬小麥物候數據平均值是通過計算不同年份研究區(qū)域內不同省份各觀測站點的不同生育期的平均值獲得，而整個研究區(qū)域物候數據是按各省面積比加權計算出的平均值。氣候變化是一個長期而緩慢的過程，為了突顯這種變化，將1992—2013年這22年分為1992—1996年和2009—2013年首尾兩個5年時間段進行比較分析，表征1992—2013年的氣候變化情況。通過處理得到的黃淮海地區(qū)不同省份的年際氣象數據和物候數據，分別計算1992—1996年和2009—2013年首尾兩個5年時間段的5年平均值，同樣將黃淮海地區(qū)氣象數據和物候數據分不同省進行同樣處理，以分析研究區(qū)內不同地區(qū)氣候變化對夏玉米-冬小麥的生育期及茬口推移影響情況。

1.3.4 氣候變化對周年產量的影響 作物產量變化除受氣候變化影響外，政策導向和科技的進步等非氣候因素的影響同樣不容忽視。為了更準確的分析氣候變化和作物產量之間的具體關系，必須剔除影響因素中的非氣候因子[19]。研究認為年份的線性趨勢和二次趨勢可以看成剔除非氣候因素對產量的貢獻[14,20]，Lobell的多元非線性回歸模型[21]考慮到了溫度、降水、技術進步、政策等因子，以年份的二次回歸，分析出技術進步和管理措施改進帶來的產量增加趨勢。該模型是非線性的，不同于線性模型只利用偏平均值的方式，而是同時利用年際間的歷史氣象變量值（溫度和降水的平均值）來鑒定模型系數。因此在農業(yè)氣候變化的背景下，這被看作是分析氣候變化對作物產量影響的有效舉措[22-23]。本研究首先利用Lobell的多元非線性回歸模型對夏玉米-冬小麥產量進行去趨勢處理，再進一步對面板數據進行分析，確定氣候變化對周年產量的影響。即：

Log(Y)=c+d×+d×2+×X+

式中，為研究區(qū)的不同地區(qū)；=1992,…,2013，為年份時間變量；為固定效應，為時間趨勢系數，為自變量參數，X為自變量，包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫和降水等氣候因子，Y為作物產量，ε為誤差項。

2 結果

2.1 夏玉米-冬小麥生長季內氣候變化

1992—2013年黃淮海平原夏玉米-冬小麥生長季內氣溫整體呈波動上升趨勢。從圖3-A、B可以看出，除冬小麥生長季最高溫度出現小幅下降趨勢外，其他溫度因子均表現為不同程度的增加。夏玉米生長季內，最低氣溫、最高氣溫和平均氣溫分別上漲0.44、0.10、0.20℃·(10a)-1，其中最低氣溫的上升幅度達到顯著水平。冬小麥生長季最低氣溫和平均氣溫分別上漲0.46和0.11℃·(10a)-1，最低氣溫上升幅度達顯著水平。溫度升高趨勢表現為最低溫度上升最明顯，其次為平均溫度，而最高溫度并未出現明顯變化。

降水量表現為小幅度的上升趨勢（圖3-C）。玉米生長季降水量以27.87 mm·(10a)-1的速度增加，小麥生長季降水量增幅較小，為4.61 mm·(10a)-1。整個夏玉米-冬小麥內，降水量以32.48 mm·(10a)-1的速度緩慢增加，但年際間的波動性很大。

以1992—1996年和2009—2013年首尾兩個時間段表征的黃淮海1992—2013年間不同?。ㄊ?、區(qū)域）的氣候因子變化情況（表1）。從溫度因子來看，各省、市、區(qū)域除冬小麥生長季最高溫度出現小幅下降外，其他溫度因子均表現為不同程度的增加，溫度上升0.1—0.9℃不等，尤其以最低溫度的上升最為明顯，其中山東省夏玉米生長季最低溫度上升達0.94℃，溫度升高較為明顯。整個研究區(qū)來看，夏玉米生長季最低溫度、最高溫度和平均溫度均表現為上升的趨勢，分別增加了0.86℃、0.52℃、0.61℃，冬小麥生長季最低溫度和平均溫度分別增加了0.55℃、0.15℃，最高溫度則降低了0.22℃。整個黃淮海地區(qū)降水總量并未發(fā)生顯著的變化，但不同區(qū)域降水量的空間差異較為明顯，年際間降水量的不穩(wěn)定性較為突出。

*表示顯著（P＜0.05） *represents significant at P＜0.05

2.2 夏玉米-冬小麥種植模式生育時間及茬口推移變化

1992—2013年來，黃淮海地區(qū)近5年（2009—2013年）與初始5年（1992—1996年）相比，夏玉米-冬小麥種植模式生育時間推移情況如圖4所示。氣候變暖的背景下，黃淮海各地區(qū)冬小麥播種時間均呈現不同程度的推遲，其中山東省推遲達6 d，而冬小麥收獲期因不同地區(qū)播種時間推遲的程度不同體現出提前或推遲趨勢，但就冬小麥整個生育進程來看，黃淮海各地區(qū)均表現為生育期縮短的趨勢，生育時長平均縮短3 d左右。夏玉米生育期推移情況呈現區(qū)域差異，東南部的江蘇及安徽北部和山東省夏玉米播種時間推遲，而位于黃淮海西部和北部的河南河北則呈現小幅度的提前。夏玉米收獲時間除河南省以外，均呈現推遲趨勢。整個地區(qū)總生育時長未發(fā)生顯著變化，但區(qū)域間的差異較為明顯，這可能與降水的區(qū)域差異有關。夏玉米以及冬小麥生育時間的變化，顯著改變了夏玉米-冬小麥種植模式的茬口時間，冬小麥生育時長的顯著縮短，使茬口時間出現不同程度的延長，導致了土地和熱量資源的浪費。

表1 黃淮海不同地區(qū)夏玉米-冬小麥生長季氣象因子變化

平均值±標準誤average±standard error

2.3 夏玉米-冬小麥周年單產變化

1992—2013年來，黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式單產除江蘇和安徽北部的夏玉米外，均呈現年際間顯著增加的趨勢（表2）。無論夏玉米還是冬小麥，都表現為較大幅度的增產，其中冬小麥較夏玉米增產幅度更大，但增產表現不如夏玉米穩(wěn)定。不同省份地區(qū)來看，除江蘇和安徽夏玉米外，其他地區(qū)無論夏玉米還是冬小麥，增產均達到極顯著水平。其中夏玉米單位產量增加速度以山東省最為明顯，達到77.94 kg·hm-2·a-1，比黃淮海地區(qū)平均值高出25.39 kg·hm-2·a-1；冬小麥單產和夏玉米-冬小麥周年單產增速均以河南省最高，增幅分別為122.25和104.36 kg·hm-2·a-1，分別比黃淮海地區(qū)平均值高出36.28和29.01 kg·hm-2·a-1，表現出很明顯的增產趨勢，但變異度也最高。

2.4 氣候變暖對夏玉米-冬小麥種植模式周年單產的影響

農作物產量不僅受到氣候變化調節(jié)，品種、科學技術進步等也對其有不可忽視的影響。依據面板數據分析，對黃淮海各省（市、地區(qū)）的周年產量對溫度和降水的敏感性進行分析。溫度每升高1℃、降水每增加100 mm，夏玉米-冬小麥周年單產變化結果如圖5所示。

WS：小麥播種期Wheat sowing；WH：小麥收獲期Wheat harvest；MS：玉米播種期Maize sowing；MH：玉米收獲期Maize harvest

表2 1992—2013年黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥單產變化

**表示在0.01水平上差異顯著；NS 表示無顯著性差異 **, significant difference at the 0.01 level; NS, no significance

溫度升高對整個黃淮海地區(qū)夏玉米單產的影響并不明顯，但不同地區(qū)間的差異較為顯著。河南省對溫度升高的響應表現為正，最低溫度升高1℃產量上升達7.27%，而江蘇及安徽北部、山東和河北均表現為減產的負效應，尤以安徽省北部最為明顯，最低溫度升高1℃減產8.04%。冬小麥產量對溫度升高的響應以最低溫度最為明顯。不同地區(qū)來看，河南、河北和安徽北部表現為正效應，其中安徽北部增產幅度最大，最低溫度上升1℃增產3.95%，山東和江蘇北部表現為負效應，減產幅度基本相同。整個黃淮海地區(qū)小麥對溫度的整體響應表現為正效應，溫度上升1℃產量增加1%左右，3個溫度因子的影響程度基本相同。溫度升高對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥周年單產有小幅度的促進作用，這主要是由于河南和安徽較大程度的增產效應抵消了山東和江蘇的負面影響。

圖5 黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式周年單產對溫度（+1℃）和降水（+100 mm）敏感性的面板數據分析

降水增加對夏玉米產量影響的區(qū)域性差異較大，對夏季較為干旱的山東和河北，降水的增產效果明顯，每增加100 mm降水，河北省夏玉米單產增加6.47%；而對處于南部的河南省以及安徽和江蘇北部，降水增加則會導致不同程度的減產。整個黃淮海地區(qū)夏玉米對降水的響應表現為正效應，每增加100 mm降水，產量增加1.96%。而冬小麥單產對降水增加的反饋在黃淮海不同地區(qū)表現基本相同，除河北表現為小幅增產外，其他地區(qū)均表現為減產，其中安徽及江蘇北部最為明顯，減產幅度分別達到8.03%和4.73%。整個黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式周年單產對降水的響應整體表現為每增加100 mm降水減產0.52%，且不同地區(qū)的差異較大，位于黃淮海南部的河南、江蘇和安徽影響為負，北部的河北和山東影響為正，這和南北降水差異有關。

3 討論

以氣候變暖為主要特征的全球氣候變化已得到各界學者的公認。黃淮海平原作為中國氣候變化敏感區(qū)之一，農業(yè)氣候資源在氣候變化背景下發(fā)生顯著變化[24]。本研究發(fā)現，1992—2013年黃淮海平原冬小麥和夏玉米生長季最高溫度和平均溫度變化不明顯，但最低溫度呈現顯著上升趨勢。不同地區(qū)溫度上升幅度存在區(qū)域差異，以山東省溫度升高最為明顯，西部和北部的河南和河北溫度升高幅度相對較低，但均表現為最低氣溫上升幅度顯著高于最高溫度和平均溫度。這與全球氣候溫度上升的區(qū)域差異性和最低溫度較最高溫度增加明顯的特征相一致。

氣候變暖對作物生育進程的影響因作物類型的不同而存在顯著差異[25]。以往的研究中，冬小麥對氣候變化的響應表現為生育期的明顯縮短[4,26]，這與本研究的結果相一致，不同地區(qū)冬小麥全生育期縮短2—5 d不等，這與不同地區(qū)背景溫度以及溫度增加幅度的不同有關。而夏玉米生育期在本研究中整體推移變化并不明顯，且存在明顯的區(qū)域差異。這一方面是由于黃淮海地區(qū)夏季溫度基數大，小幅度的溫度增加效果不明顯，且夏玉米生長的積溫需求比冬小麥高得多，溫度升高對夏玉米生育期的影響相對冬小麥較?。涣硪环矫嬗衩鬃鳛槎倘照兆魑飳庵芷谳^為敏感[27]，日長效應也需要考慮，同時夏季降水在時間和空間上的差異也增加了黃淮海地區(qū)夏玉米生育期推移研究的復雜性。氣候變化對冬小麥和夏玉米生育期的影響，尤其是冬小麥全生育期的縮短，使夏玉米-冬小麥輪作系統(tǒng)茬口時間出現一定時間的延長，造成了氣候資源和土地資源的浪費，而溫度升高有利于喜溫和晚熟品種的種植[28]，因此選擇適合早播、生育期長的夏玉米品種，調整夏玉米-冬小麥的播期和種植結構，對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥生產具有重要意義。本研究只研究了夏玉米-冬小麥全生育期的變化推移情況，對于夏玉米-冬小麥的營養(yǎng)生長和生殖生長的具體生育階段沒有進行過多研究，而以往的研究表明無論是夏玉米還是冬小麥，營養(yǎng)生長和生殖生長不同階段對氣候變化的響應存在顯著差異[29-30]，因此之后的研究方向可集中在黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥系統(tǒng)不同生育階段上。

氣候變暖對黃淮海平原夏玉米-冬小麥種植模式產量的影響既是機遇又是挑戰(zhàn)。溫度升高使夏玉米-冬小麥生長季積溫升高，有利于作物生產[31]，但溫度升高提前滿足了作物積溫需求，導致物候提前和生育期縮短[32]。因此在這種綜合影響下，增溫對冬小麥產量的影響目前尚無定論[33]。在本研究中，除安徽北部和河南省小麥產量對溫度升高表現為正效應外，山東、河北、江蘇北部均表現為減產的負效應。從地理位置來看，安徽北部和河南省較其他3個地區(qū)更加靠近內陸，地理位置的差異導致了小麥產量對氣候變暖響應的差異。許多研究表明氣候變暖對夏玉米產量的影響表現為下降[34-35]，本研究中除河南省外，其他地區(qū)玉米產量對溫度升高的響應均表現為負效應，這與以往的研究結果相類似。而河南省夏玉米季溫度升高的幅度在所有黃淮海地區(qū)中是最低的，因此較低水平的增溫是否對夏玉米產量具有一定的促進作用有待探究，尤其在水分適宜的情況下，有研究表明溫度升高對玉米產量有促進作用[36]，暖濕氣候有利于玉米的生產[37]。氣候變暖使降水的區(qū)域差異更加明顯，而水分條件是夏玉米-冬小麥生長發(fā)育和產量形成的基礎[38]，降水在時間和空間上的改變對研究區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式是一個嚴峻考驗。本研究中夏玉米-冬小麥種植模式周年單產對降水的敏感性分析也表明了氣候變暖帶來的降水區(qū)域性影響差異，降水增加對黃淮海北部較為干旱的河北和山東有促進作用，對較為濕潤的南部地區(qū)則相反。此外，有研究表明，氣候變暖使中國多熟制的北界發(fā)生不同程度的北移，雨養(yǎng)區(qū)冬小麥-夏玉米作物系統(tǒng)穩(wěn)產北界因該區(qū)降水的減少向東南方向移動[39-41]。而本研究結果表明黃淮海地區(qū)在氣候變暖的背景下降水量呈現小幅的增加趨勢，這對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式的生產十分有利。

氣候變暖對作物系統(tǒng)的影響不僅表現為平均態(tài)影響，非常態(tài)影響更為突出，如氣候波動加劇，極端氣候天氣增加，災害性事件頻率和強度增加等[42]。本研究僅就溫度和降水的平均變化作了探討，在一定程度上可定量反映氣候變化對夏玉米-冬小麥種植模式的影響，但對于氣候因子在時間分布、以及極端氣候事件等方面并沒有涉及，還存在一定的不確定性。從全球變化和區(qū)域糧食生產的角度來看，作物系統(tǒng)的適應性調整是一個長期而緩慢的過程，只有深刻認識氣候變化特征及作物的響應機理，進而調整作物栽培和管理模式，才能不斷提高農業(yè)生產適應氣候變暖和應對氣候災害的能力，保障區(qū)域和國家糧食安全。

4 結論

近年來氣候變化對黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥種植模式產生了較大影響。氣候變暖使黃淮海地區(qū)夏玉米-冬小麥生長季內溫度升高，尤以最低溫度上升最為明顯，同時改變了降水在時間和空間上的分布。氣候變暖使冬小麥播種時間推遲，生育期縮短，夏玉米生育時長無明顯變化，但區(qū)域差異顯著，生育進程的改變延長了夏玉米-冬小麥種植模式的茬口時間，造成了氣候資源和土地資源的浪費。1992—2013年黃淮海平原夏玉米-冬小麥周年單產顯著提高，溫度升高和降水增加對產量的影響存在區(qū)域差異，但整體來看升溫使夏玉米減產，冬小麥增產；降水增加對黃淮海北部夏玉米產量有促進作用，對南部則有抑制作用，對研究區(qū)內冬小麥基本表現為產量的抑制。選擇適合早播且生育期長的夏玉米品種可有效保障夏玉米-冬小麥種植模式周年產量。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Effects of Climate Change on Cropping Pattern and Yield of Summer Maize-Winter Wheat in Huang-Huai-Hai Plain

SUN XinSu, LONG ZhiWei, SONG GuangPeng, CHEN ChangQing

(Institute of Applied Ecology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095)

【Objective】Global climate is changing significantly characterized by warming. Exploring the influence of climate warming on winter wheat-summer maize cropping system in Huang-Huai-Hai Plain (HHH) to provide a theoretical foundation for formulating reasonable counter measures. 【Method】The meteorological data, phenological data and yield data of HHH during 1992-2013 were used to analyze the effect of climate change on summer maize-winter wheat system by the mathematical statistics analysis method. The meteorological information including the temperature and precipitation data were obtained from China Meteorological Administration. Climate change of HHH area during 1992-2013 were analyzed by monadic linear regression. Through the weighted average of phenological data, the growth period and stubbles changes of summer maize-winter wheat were analyzed. The summer maize-winter wheat yields during 1992-2013 were analyzed by monadic linear regression. What’s more, nonlinear regression analysis and panel data sensitivity analysis were used to analyze the effect of climate change on annual yield of summer maize-winter wheat.【Result】The temperature of HHH showed a rising trend while precipitation generally remained unchange in the 1992-2013, but the regional difference was obvious. Climate change significantly changed the summer maize and winter wheat planting system: The whole growth stages of winter wheat observably shortened by 2 to 5 days in different regions with sowing time delayed. Sowing time of maize showed a difference of southern delay but northern advance while mature time delayed in general. What’s more, there was no significant change of summer maize growth period in the whole area. Stubbles time of summer maize-winter wheat was postponed because of the change of growth period, which led to the waste of climatic resources and land resources. In recent years, the anniversary yields of summer maize and winter wheat showed a significant rising trend in HHH. Climate sensitivity analysis showed that the impact of low temperature, high temperature and average temperature on winter wheat yield was alike, the yield in Jiangsu and Shandong yield decreased while that in Hebei and Henan increased, which the minimum temperature showed a significant effect. In the whole HHH plain, summer maize yield was reduced in different degrees when temperature rising except Henan province because of the difference of temperature rise range and precipitation. There were regional difference of annual yield affected by climate changes due to the regional difference of precipitation. Effect of climate change on annual yield was different that yield in north was increased but decreased in south, so choosing appropriate summer maize varieties is meaningful to guarantee the annual yield. 【Conclusion】Global warming delayed the winter wheat sowing time and shortened winter wheat growing period. It also made summer maize growth period changed that is extended in the north but that is shortened in the south. The prolonged stubbles owing to the shortened growth period led to the waste of climatic resources and land resources. Actual anniversary yield showed a significantly increasing trend in recent years. Effect of increasing temperature and precipitation had regional differences. Generally speaking, temperature rise made maize yield reduced and wheat yield increased, while precipitation made maize yield in northern HHH increased and maize yield reduced in the southern HHH as well as wheat production decreased in different degrees.

climate change; summer maize-winter wheat; cropping pattern; yield

2016-10-13；接受日期：2017-05-10

國家重點基礎研究發(fā)展計劃（2010CB951501）、“十二五”國家科技支撐計劃（2011BAD16B14）

孫新素，E-mail：15851800979@163.com。通信作者陳長青，E-mail：c0828@126.com