縣域冬小麥生育期氣候要素與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度分析—以河南省為例*1

趙凱娜，寧曉菊，秦耀辰**，張榮榮，史琴琴

（1．河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，開封 475004；2．河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450000）

縣域冬小麥生育期氣候要素與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度分析—以河南省為例*1

趙凱娜1，寧曉菊2，秦耀辰1**，張榮榮1，史琴琴1

（1．河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，開封 475004；2．河南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，鄭州 450000）

基于河南省及周邊39個(gè)氣象站1996-2015年逐日氣象觀測(cè)資料和冬小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，分析生育期各氣候要素與河南省縣域冬小麥產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的時(shí)空變化特征。結(jié)果表明：總體來看，各氣候要素與河南省冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度中，氣溫的關(guān)聯(lián)度最大，日照時(shí)數(shù)次之，降水量最小；關(guān)聯(lián)度空間分布上呈現(xiàn)北部地區(qū)高于南部地區(qū)的格局，南北過渡性明顯，尤其是南部信陽市的關(guān)聯(lián)度較其它地區(qū)明顯偏低。分時(shí)段來看，各氣候要素與冬小麥產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度在1996-2010年有所下降，在2011-2015年突變上升，有明顯的年際變化特征，尤其是位于西南部和南部地區(qū)的縣域單元變化顯著，而北部、東部和中部地區(qū)的縣域單元變化較小。各氣候要素與冬小麥產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度總體呈上升趨勢(shì)，氣候變化對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響逐漸顯著，應(yīng)積極采取策略應(yīng)對(duì)氣候變化的影響。

氣溫；降水；日照；冬小麥產(chǎn)量；空間分布

IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，2016-2035年全球平均表面溫度可能升高0.3～0.7℃，未來強(qiáng)降雨的強(qiáng)度和密度都將增加[1]，氣候變化的特征越來越明顯。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)自然條件尤其是氣候條件的依賴性很強(qiáng)，因此，以氣溫升高為主要特征的氣候變化對(duì)“靠天吃飯”的農(nóng)業(yè)影響較為明顯[2]，尤其是作為農(nóng)業(yè)主體的糧食生產(chǎn)[3]。

國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者對(duì)氣候變化和不同地區(qū)、不同時(shí)間尺度冬小麥產(chǎn)量的關(guān)系進(jìn)行了研究。1980年以來的氣候變化使全球小麥減產(chǎn)2.5%[4]，但由于地形、土壤和耕作方式的不同，在不同地區(qū)呈現(xiàn)不同的結(jié)果[5]。未來氣候條件下丹麥、意大利、美國(guó)東南部、智利等地的小麥產(chǎn)量有所下降；相反，西歐、英國(guó)、土耳其、印度、美國(guó)中西部、加拿大等地的小麥產(chǎn)量會(huì)增加[5]。Ferrara等[6]對(duì)歐洲地區(qū)的研究表明，在未來氣候條件下，作物歉收的可能性會(huì)急劇升至60%以上，即使在潮濕的年份，產(chǎn)量也有可能下降；Wang等[7]對(duì)澳大利亞的研究結(jié)果顯示，墨累-達(dá)令盆地的東-西橫斷面上，西部地區(qū)小麥產(chǎn)量對(duì)氣溫升高比東部地區(qū)更敏感；在涼爽潮濕的東部地區(qū)，氣候變化下小麥產(chǎn)量增加最明顯，平均增長(zhǎng)率為7%。

過去30a，氣溫、降水和太陽輻射的變化使中國(guó)北方小麥產(chǎn)量增加了0.9%～12.9%，而南方的小麥產(chǎn)量則下降了1.2%～10.2%[8]，在僅改變未來氣候條件下，中國(guó)冬小麥產(chǎn)量總體將會(huì)減少[9]，其中太陽輻射的下降是造成小麥產(chǎn)量下降的主要原因[10]。肖登攀等[11]認(rèn)為，溫度和太陽輻射是制約華北地區(qū)冬小麥產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃樱缓铝⑸萚12]對(duì)河北省的研究表明，隨著氣候變暖，氣候產(chǎn)量波動(dòng)性逐年增大，氣溫造成小麥產(chǎn)量波動(dòng)幅度一般在-10%～10%；張建平等[3]分析未來氣候變化對(duì)重慶市冬小麥產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明造成產(chǎn)量下降及分布不均的原因是氣候變化及光熱條件的分布情況；張明捷等[13]對(duì)濮陽市的研究結(jié)果顯示，冬小麥生育期內(nèi)寒冷日數(shù)和酷冷日數(shù)減少，有利于小麥安全過冬；降水減少，對(duì)冬小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)不利；日照時(shí)數(shù)迅速減少，不利于小麥發(fā)育成熟?？v觀已有研究，研究范圍廣，尺度多樣，時(shí)空分布多集中于大農(nóng)區(qū)尺度、省級(jí)尺度和市級(jí)尺度，而在縣域尺度上研究氣候變化對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響的研究相對(duì)較少。

河南省是以糧食生產(chǎn)為主的傳統(tǒng)省份[14]，是中國(guó)重要的小麥生產(chǎn)省份[15]，絕大部分地區(qū)位于暖溫帶半濕潤(rùn)易旱氣候區(qū)，屬于半冬性小麥區(qū)[16]，但當(dāng)?shù)匦←湲a(chǎn)量變異系數(shù)較大，對(duì)氣候變化較敏感[15]。分析氣候變化對(duì)河南省冬小麥產(chǎn)量的影響是非常必要的，對(duì)河南省農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展及中原地區(qū)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提升有重要意義[14]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省是重要的小麥生產(chǎn)區(qū)，2014年全省播種面積5.4×107hm2，占全國(guó)22.5%；總產(chǎn)量3.3×107t，占全國(guó)26.4%。由于各城市轄區(qū)耕地面積較少，且受社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件影響較大，所以本文的研究單元不包括市轄區(qū)，僅包括108個(gè)縣域單元，其分布見圖1。

圖1 研究區(qū)域和氣象站點(diǎn)分布Fig. 1 Study area and the location of meteorological stations

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

氣象數(shù)據(jù)來源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，包括河南省及周邊的39個(gè)氣象站（其中河南省有19個(gè)站點(diǎn)，周圍地區(qū)20個(gè)站點(diǎn)）1996-2015年逐日氣象觀測(cè)資料。該氣象資料涉及日平均氣溫（℃）、日平均最高氣溫（℃）、日平均最低氣溫（℃）、日照時(shí)數(shù)（h）和日降水量（mm），利用SQL語言對(duì)該數(shù)據(jù)集進(jìn)行處理。冬小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于《1997-2016年河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

由于氣溫、降水量和極端溫度是影響冬小麥產(chǎn)量的主要?dú)夂蛞蜃覽14]，溫度和日照時(shí)數(shù)是影響小麥氣象產(chǎn)量的決定性因素[17]。所以選取冬小麥生育期內(nèi)（10月-翌年6月）平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、日照時(shí)數(shù)、降水總量 5個(gè)氣候要素作為氣候變化的指標(biāo)。本文以 5年時(shí)間段研究氣候要素對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響的變化，同時(shí)選取縣域冬小麥總產(chǎn)量代表冬小麥產(chǎn)量比單產(chǎn)能更好地反映氣候要素變化對(duì)冬小麥變量的影響。

1.3 研究方法

將108個(gè)研究單元的20a生育期各氣候要素與冬小麥產(chǎn)量分為4個(gè)階段：1996-2000年、2001-2005年、2006-2010年、2011-2015年，分別進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，利用 ArcGIS制圖。分別按關(guān)聯(lián)度級(jí)別（表1）統(tǒng)計(jì)縣域單元數(shù)。

灰色關(guān)聯(lián)分析根據(jù)因素間發(fā)展態(tài)勢(shì)的相似或相異程度衡量因素間關(guān)聯(lián)的程度，揭示了事物動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)的特征與程度[18]。根據(jù)關(guān)聯(lián)度的大小分析因子間相互作用、相互影響的外在表現(xiàn)，關(guān)聯(lián)度的排序才能體現(xiàn)眾多因子對(duì)參考因子的相對(duì)影響程度[19]。此方法思路清晰，精度高，非常適合動(dòng)態(tài)歷程分析。

將 39個(gè)站點(diǎn) 10月-翌年 6月的氣象數(shù)據(jù)在ArcGIS中進(jìn)行普通Kriging插值處理，對(duì)插值結(jié)果以縣為單位進(jìn)行分區(qū)統(tǒng)計(jì)，得到河南省 108個(gè)縣域單元冬小麥生育期每年的平均氣溫（℃）、平均最高氣溫（℃）、平均最低氣溫（℃）、日照時(shí)數(shù)（h）和降水總量（mm）。將研究期（1996-2015年）分為4個(gè)階段，即1996-2000年、2001-2005年、2006-2010年和2011-2015年，對(duì)各階段內(nèi)108個(gè)研究單元冬小麥生育期各氣候要素與冬小麥產(chǎn)量進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，計(jì)算不同時(shí)段每個(gè)縣域單元各氣候要素與其冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度，將其關(guān)聯(lián)度在ArcGIS中進(jìn)行可視化處理，并按關(guān)聯(lián)度級(jí)別統(tǒng)計(jì)縣域單元數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 1996-2015年冬小麥生育期氣候要素與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的空間分布

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法計(jì)算1996-2015年河南省108個(gè)研究單元5個(gè)氣候要素與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度，其數(shù)值范圍在 0.11～0.83。為了更清晰表示其空間分布狀況，將各氣候要素與冬小麥關(guān)聯(lián)度平均分為4部分，分別表示4個(gè)等級(jí)，關(guān)聯(lián)度在0.11～0.29為低關(guān)聯(lián)度，0.29～0.47為較低關(guān)聯(lián)度，0.47～0.65為較高關(guān)聯(lián)度，0.65～0.83為高關(guān)聯(lián)度。將各等級(jí)關(guān)聯(lián)度在 ArcGIS中進(jìn)行可視化處理，結(jié)果見圖 2。分別按關(guān)聯(lián)度等級(jí)統(tǒng)計(jì)縣域單元數(shù)，結(jié)果見表1。

由圖2a、圖2b、圖2c和表1可見，生育期平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫與冬小麥產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度均呈中間高、四周低的空間分布格局。高關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)少，集中分布在河南省北部的獲嘉縣和新鄉(xiāng)縣；較高關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)相對(duì)較多，集中分布在中部地區(qū)，南部地區(qū)僅有商城縣1個(gè)縣域單元；較低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)多，分布范圍廣，占比分別為59%、61%、54%，集中分布在較高關(guān)聯(lián)度四周；低關(guān)聯(lián)度的研究單元個(gè)數(shù)較少，主要分布在南部地區(qū)，平均氣溫和平均最高氣溫低關(guān)聯(lián)度的偃師市則位于西部地區(qū)，可能與其復(fù)雜的地表形態(tài)和黃河流經(jīng)有關(guān)。整體上看，氣溫與河南省縣域單元冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度北部地區(qū)高于南部地區(qū)，受緯度地帶性影響較大。用高關(guān)聯(lián)度和較高關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)對(duì)比分析平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度，得到關(guān)聯(lián)度數(shù)值大小排列順序?yàn)槠骄畹蜌鉁兀酒骄鶜鉁兀酒骄罡邭鉁亍?/p>

由圖2d、圖2e和表1可見，生育期日照時(shí)數(shù)和降水總量與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度較低，較低關(guān)聯(lián)度的縣域單元占比達(dá)到 81%，廣泛分布于全省。日照時(shí)數(shù)與冬小麥產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的縣域單元中僅有林州市1個(gè)處于高關(guān)聯(lián)度，可能與區(qū)域內(nèi)多山坡、丘陵的地貌特征有關(guān)；較高關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)較少，僅占 8%和 4%，且分布在西部和北部地區(qū)，可能與河南省西高東低的地形特點(diǎn)有關(guān)；較低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)較少，降水總量與冬小麥產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)多于日照時(shí)數(shù)，且多分布于南部的信陽市和西南部的南陽市，日照時(shí)數(shù)在北部地區(qū)僅有原陽縣 1個(gè)縣域單元，降水總量有孟津縣、原陽縣、虞城縣等 6個(gè)縣域單元。用較低關(guān)聯(lián)度和低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)對(duì)比分析日照時(shí)數(shù)和降水總量與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度，可以得到關(guān)聯(lián)度數(shù)值表現(xiàn)為日照時(shí)數(shù)＞降水總量。

整體上，河南省各縣域單元生育期氣候要素對(duì)冬小麥產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度數(shù)值大小排列順序?yàn)槠骄畹蜌鉁兀酒骄鶜鉁兀酒骄罡邭鉁兀救照諘r(shí)數(shù)＞降水總量。

圖2 冬小麥生育期各氣候要素與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度等級(jí)的空間分布Fig. 2 Spatial distribution of correlation degree between each climatic elements during winter wheat growing period and yield

表1 圖2中各關(guān)聯(lián)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的縣域單元數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of the county unit number of each correlation degree in Fig. 2

2.2 不同時(shí)段冬小麥生育期氣候要素與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的空間變化

2.2.1 生育期平均氣溫

由圖3和表2可見，1996-2015年生育期平均氣溫與縣域冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度變化較大，在第一、二、三階段以較低關(guān)聯(lián)度的縣域單元為主，高關(guān)聯(lián)度最少，而第四階段以高關(guān)聯(lián)度為主，其它關(guān)聯(lián)度等級(jí)較少。高關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)先減后增，第四階段最高，占比達(dá)到 56%，且分布區(qū)由北部地區(qū)零散分布向南部、中部等地區(qū)集中；較高關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)先減少后增加，第三階段僅有西部地區(qū)的伊川縣和宜陽縣 2個(gè)縣域單元，分布區(qū)由東部地區(qū)向北部、西南部地區(qū)延伸；較低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)先增加后減少，分布區(qū)由第一階段至第三階段逐漸擴(kuò)大，第四階段僅在北部和西部的少部分縣域單元分布；低關(guān)聯(lián)度在第一階段主要分布在西部和西南部，到第三階段轉(zhuǎn)為南部地區(qū)，占比較小，在第四階段僅占5%。

綜上可見，研究期內(nèi)生育期平均氣溫對(duì)縣域冬小麥產(chǎn)量的影響在第四階段較大，對(duì)河南省南部和西南部地區(qū)的影響逐漸增加，對(duì)北部地區(qū)的影響波動(dòng)變化，對(duì)西部地區(qū)的影響較小，且變化不顯著。說明河南省南部和西南部的縣域在種植冬小麥時(shí)應(yīng)注重平均氣溫的變化，注意積溫對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響。

圖3 不同時(shí)段冬小麥生育期平均氣溫與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度等級(jí)的空間分布Fig. 3 Spatial distribution of correlation degree between mean temperature during winter wheat growing period and yield

表2 圖3中各關(guān)聯(lián)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的縣域單元數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of the county unit number of each correlation degree in Fig. 3

2.2.2 生育期平均最高氣溫

由圖4和表3可見，1996-2015年生育期平均最高氣溫與縣域冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度變化較大，第一、第二階段以較低關(guān)聯(lián)度和較高關(guān)聯(lián)度為主，第三階段以低關(guān)聯(lián)度和較低關(guān)聯(lián)度為主，第四階段以較高關(guān)聯(lián)度和高關(guān)聯(lián)度為主。高關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)由前3個(gè)階段的4%、1%、0增加至第四階段的42%，分布區(qū)由個(gè)別零散向東部、南部地區(qū)集聚；較高關(guān)聯(lián)度除在第三階段個(gè)數(shù)極少外，其它階段變化不大，分布區(qū)由第一階段的西部、北部地區(qū)向第四階段的北部、西南部地區(qū)變化；較低關(guān)聯(lián)度的縣域單元逐漸減少，且分布較集中，主要分布由中部、南部等地區(qū)向北部和西部地區(qū)集中；低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)有減少趨勢(shì)，分布范圍也由西部和西南部地區(qū)向南部地區(qū)變化，第四階段僅有3個(gè)縣域單元。

綜上可見，研究期內(nèi)生育期平均最高氣溫對(duì)縣域冬小麥產(chǎn)量的影響逐漸增強(qiáng)，對(duì)中部地區(qū)的影響最大，對(duì)南部地區(qū)的影響變化較大，且逐漸增強(qiáng)，對(duì)北部和東部的影響波動(dòng)變化。說明河南省中部地區(qū)的縣域單元在種植冬小麥時(shí)應(yīng)注重平均最高氣溫的變化，以減輕冬小麥生育期后期高溫催熟的影響。

圖4 不同時(shí)段冬小麥生育期平均最高氣溫與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度等級(jí)的空間分布Fig. 4 Spatial distribution of correlation degree between mean maximum temperature during winter wheat growing period and yield

表3 圖4中各關(guān)聯(lián)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的縣域單元數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of the county unit number of each correlation degree in Fig. 4

2.2.3 生育期平均最低氣溫

由圖5和表4可見，1996-2015年生育期平均最高氣溫與縣域冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度波動(dòng)較大，第一、二、三階段以較低關(guān)聯(lián)度為主，但第一、二階段的較高關(guān)聯(lián)度和高關(guān)聯(lián)度所占比重比第三階段大，第四階段以較高關(guān)聯(lián)度和高關(guān)聯(lián)度為主。高關(guān)聯(lián)度的縣域單元在前 3個(gè)階段分布較少，在第四階段占比達(dá)到 36%，且在中東部和南部地區(qū)集聚；較高關(guān)聯(lián)度除在第三階段個(gè)數(shù)極少外，其它階段變化不大，分布區(qū)由中部、北部地區(qū)延伸至西南部地區(qū)；較低關(guān)聯(lián)度的縣域單元在各個(gè)階段占比較高，分布區(qū)由北部、中部、西南部地區(qū)逐漸向北部、西部地區(qū)變化；低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)有減少趨勢(shì)，分布范圍也由第一階段西部和西南部向第三階段的南部地區(qū)集中，至第四階段僅有中牟縣1個(gè)縣域單元。

綜上可見，研究期內(nèi)生育期平均最低氣溫對(duì)縣域冬小麥產(chǎn)量的影響先減弱再加強(qiáng)，對(duì)北部地區(qū)的影響最大，對(duì)西南部和南部地區(qū)的影響變化較大，對(duì)中部和東部的影響波動(dòng)變化。說明河南省北部地區(qū)的縣域單元在種植冬小麥時(shí)應(yīng)注重平均最低氣溫的變化，預(yù)防低溫凍害導(dǎo)致的減產(chǎn)。

表4 圖5中各關(guān)聯(lián)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的縣域單元數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of the county unit number of each correlation degree in Fig. 5

2.2.4 生育期日照時(shí)數(shù)

由圖6和表5可見，1996-2015年生育期日照時(shí)數(shù)與縣域冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度先增后減再增，整體呈下降趨勢(shì)。第一、三階段以低關(guān)聯(lián)度和較低關(guān)聯(lián)度為主，第二、四階段以較低關(guān)聯(lián)度為主，較高關(guān)聯(lián)度次之。高關(guān)聯(lián)度的縣域單元由前兩個(gè)階段零散分布至逐漸消失；較高關(guān)聯(lián)度除在第三階段個(gè)數(shù)極少外，變化不大，主要分布區(qū)由北部、中部、西南部逐漸向中部、西南部、南部變化，分布范圍逐漸南移；較低關(guān)聯(lián)度分布范圍廣，主要分布在北部、中部等地區(qū)；低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)整體呈減少趨勢(shì)，第四階段僅占6%，分布區(qū)在西南部、南部地區(qū)，并延及東部部分地區(qū)。

綜上，研究期內(nèi)生育期日照時(shí)數(shù)對(duì)縣域冬小麥產(chǎn)量的影響逐漸減弱，對(duì)中部、東部地區(qū)的影響較大，對(duì)西南部和南部地區(qū)的影響變化較大。說明河南省大部分縣域單元應(yīng)注重日照時(shí)數(shù)的變化，適時(shí)調(diào)節(jié)播種時(shí)間。

圖5 不同時(shí)段冬小麥生育期平均最低氣溫與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度等級(jí)的空間分布Fig. 5 Spatial distribution of correlation degree between mean minimum temperature during winter wheat growing period and yield

圖6 不同時(shí)段冬小麥生育期日照時(shí)數(shù)與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度等級(jí)的空間分布Fig. 6 Spatial distribution of correlation degree between sunshine hours during winter wheat growing period and yield

表5 圖6中各關(guān)聯(lián)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的縣域單元數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of the county unit number of each correlation degree in Fig. 6

2.2.5 生育期降水總量

由圖7和表6可見，1996-2015年生育期降水總量與縣域冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度普遍較低，但整體呈增加趨勢(shì)。前 3個(gè)階段均以低關(guān)聯(lián)度為主，第四階段以較低關(guān)聯(lián)度為主。較高關(guān)聯(lián)度的縣域單元在第三、四階段分別有衛(wèi)輝市和西峽縣；較低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)先減少后增加，分布范圍由北部、西部等地區(qū)的零散分布向中部、東部、南部地區(qū)集中，且位于南部的信陽市全區(qū)域均屬較低關(guān)聯(lián)度；低關(guān)聯(lián)度的縣域單元個(gè)數(shù)先增加后減少，分布范圍由全區(qū)域集中分布向北部、西部地區(qū)變化，第四階段僅有34%的縣域單元為低關(guān)聯(lián)度。

綜上可見，研究期內(nèi)生育期降水總量對(duì)縣域冬小麥產(chǎn)量的影響較低，但呈增強(qiáng)趨勢(shì)，影響較大的范圍逐漸由北向南移動(dòng)。說明南部地區(qū)的縣域單元在種植冬小麥時(shí)應(yīng)充分考慮生育期降水量的分布與變化。

表6 圖7中各關(guān)聯(lián)度等級(jí)對(duì)應(yīng)的縣域單元數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 6 Statistics of the county unit number of each correlation degree in Fig. 7

圖7 不同時(shí)段冬小麥生育期降水總量與產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度等級(jí)的空間分布Fig. 7 Spatial distribution of correlation degree between total precipitation during winter wheat growing period and yield

3 結(jié)論與討論

（1）1996-2015年整個(gè)研究階段河南省冬小麥生育期各氣候要素與其產(chǎn)量的整體關(guān)聯(lián)度均呈現(xiàn)北部地區(qū)高于南部地區(qū)的空間格局。其中，氣溫與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度較高，生育期平均氣溫、平均最高氣溫和平均最低氣溫與冬小麥產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的分布特征為中間高、四周低，僅在西南部和南部地區(qū)分布極少數(shù)低關(guān)聯(lián)度的研究單元；日照時(shí)數(shù)與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度次之，高關(guān)聯(lián)度和較高關(guān)聯(lián)度的縣域單元分布在西北部地區(qū)；降水總量與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度較低，96%的研究單元均為較低關(guān)聯(lián)度和低關(guān)聯(lián)度，整體差距較小。

（2）河南省冬小麥生育期各氣候要素與其產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度總體呈增加趨勢(shì)。其中，生育期平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫和日照時(shí)數(shù)與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度在前 3個(gè)階段（1996-2000年、2001-2005年和2006-2010年）逐漸減小，在第四個(gè)階段（2011-2015年）突變上升，但日照時(shí)數(shù)的上升趨勢(shì)較其它氣候要素慢；降水總量與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度持續(xù)增加。從分布狀況看，不同氣候帶或不同地形區(qū)有不同的變化特點(diǎn)，河南省北部地區(qū)、東部地區(qū)和中部地區(qū)生育期氣候要素與冬小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度變化較??；西南部和南部地區(qū)關(guān)聯(lián)度變化較大，可能與桐柏山、雞公山等山脈造成的山地地形有關(guān)。

1952年以來，河南省氣候變化的特征逐漸顯著，各氣候要素對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響越來越明顯，空間上呈現(xiàn)明顯的南北向差異，淮河分界線以南地域的小麥適應(yīng)度高于以北地域，可見在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注重不同氣候要素在不同地區(qū)對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響[15,17,20-21]。另外，本研究中降水總量對(duì)河南省冬小麥產(chǎn)量的影響較小，與以往研究[22-23]不同，可能是因?yàn)楹幽鲜〉靥幤皆貐^(qū)，灌溉面積占耕地總面積的 60%以上，灌溉在一定程度上彌補(bǔ)了降水波動(dòng)對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響。冬小麥生育期較長(zhǎng)，氣候變化對(duì)不同生育期的影響也存在差異，本文僅考慮冬小麥整個(gè)生育期的氣候變化，細(xì)化冬小麥的生育期，分析不同生育期氣候變化對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，并在此基礎(chǔ)上提出應(yīng)對(duì)氣候變化的適應(yīng)策略，這將是以后的研究重點(diǎn)。

References

[1]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[R].Cambridge,United Kingdom and New York,NY,USA:Cambridge University Press,2013:710-719.

[2]董旭光,李勝利,石振彬,等.近 50年山東省農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(1):269-277.Dong X G,Li S L,Shi Z B,et al.Change characteristics of agricultural climate resources in recent 50 years in Shandong province,China[J].Chinese Journal of Applied Ecology,2015,26(1):269-277.(in Chinese)

[3]張建平,李永華,高陽華,等.未來氣候變化對(duì)重慶地區(qū)冬小麥產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2007,28(3):268-270.Zhang J P,Li Y H,Gao Y H,et al.Impacts of future climate change on yields of winter wheat in Chongqing[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2007,28(3):268-270.(in Chinese)

[4]Lobell D B,Schlenker W,Costa-Roberts J.Climate trends and global crop production since 1980[J].Science,2011,333(6024):616-620.

[5]Wilcox J,Makowski D.A meta-analysis of the predicted effects of climate change on wheat yields using simulation studies[J].Field Crops Research,2014,156:180-190.

[6]Ferrara R M,Trevisiol P,Acutis M,et al.Topographic impacts on wheat yields under climate change:two contrasted case studies in Europe[J].Theor Appl Climatol,2010,99:53-65.

[7]Wang J,Wang E L,Liu D L.Modelling the impacts of climate change on wheat yield and field water balance over the Murray-Darling Basin in Australia[J].Theor Appl Climatol,2010,104:285-300.

[8]Fu L T,Zhao Z,Deng P X,et al.Responses of wheat growth and yield to climate change in different climate zones of China,1981-2009[J].Agricultural and Forest Meteorology,2014,189:91-104.

[9]楊絢,湯緒,陳葆德,等.利用 CMIP5多模式集合模擬氣候變化對(duì)中國(guó)小麥產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47(15):3009-3024.Yang X,Tang X,Chen B D,et al.Impacts of climate change on wheat yield in China simulated by CMIP5 Multi-Model ensemble projections[J].Scientia Agricultura Sinica,2014,47(15):3009-3024.(in Chinese)

[10]王志強(qiáng),方偉華,何飛,等.中國(guó)北方氣候變化對(duì)小麥產(chǎn)量的影響:基于 EPIC模型的模擬研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2008,17(1):109-114.Wang Z Q,Fang W H,He F,et al.Impacts of climate change on wheat yield in Northern China a research based on EPIC Model[J].Journal of Natural Disasters,2008,17(1):109-114.(in Chinese)

[11]肖登攀,陶福祿,沈彥俊,等.華北平原冬小麥對(duì)過去30年氣候變化響應(yīng)的敏感性研究[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,22(4):430-438.Xiao D P,Tao F L,Shen Y J,et al.Sensitivity of response of winter wheat to climate change in the North China Plain in the last three decades[J].Chinese Journal of Eco-Agriculture,2014,22(4):430-438.(in Chinese)

[12]郝立生,閔錦忠,張文宗,等.氣候變暖對(duì)河北省冬小麥產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2009,30(2):204-207.Hao L S,Min J Z,Zhang W Z,et al.Impact of climate warming on winter yield in Hebei province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2009,30(2):204-207.(in Chinese)

[13]張明捷,王運(yùn)行,趙桂芳,等.濮陽冬小麥生育期氣候變化及其對(duì)小麥產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2009,30(2):223-229.Zhang M J,Wang Y X,Zhao G F,et al.Climate change during winter wheat growing period and its impacts on winter wheat yield in Puyang of Henan province[J].Chinese Journal of Agrometeorology,2009,30(2):223-229.(in Chinese)

[14]史本林,朱新玉,李紅忠,等.中原腹地氣候變化對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響:以商丘地區(qū)為例[J].地理研究,2012,31(1):14-22.Shi B L,Zhu X Y,Li H Z,et al.Influence of climate change on climate suitability of summer maize in central plain of China:a case study of Shangqiu[J].Geographical Research,2012,31(1):14-22.(in Chinese)

[15]千懷遂,魏東嵐.氣候?qū)幽鲜⌒←湲a(chǎn)量的影響極其變化研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2000,15(2):149-154.Qian H S,Wei D L.Impacts of climate on wheat yield and their changes in Henan province[J].Journal of Natural Resources,2000,15(2):149-154.(in Chinese)

[16]曹廷杰,趙虹,王西成,等.河南省半冬性小麥品種主要農(nóng)藝性狀的演變規(guī)律[J].麥類作物學(xué)報(bào),2010,30(3):439-442.Cao T J,Zhao H,Wang X C,et al.Evolution of main agronomic traits for semi-winter wheat varieties in Henan province[J].Journal of Triticeae Crops,2010,30(3):439-442.(in Chinese)

[17]劉芳,李炳軍,胡麗平.河南省小麥產(chǎn)量氣候影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析[J].河南科學(xué),2015,31(1):49-54.Liu F,Li B J,Hu L P.Grey relational analysis on the wheat yield by meteorological factors in Henan province[J].Henan Science,2015,31(1):49-54.(in Chinese)

[18]王立永,田毅,蘇興.棉花品質(zhì)與氣候因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析:以新疆石河子地區(qū)為例[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,45(5):786-789.Wang L Y,Tian Y,Su X.Grey relational analysis between cotton quality and climatic factors:a case of Shihezi city in Xinjiang[J].Journal of Southern Agriculture,2014,45(5):786-789.(in Chinese)

[19]何萍,李宏波,黃惠.1960-2009年云南高原楚雄市氣候年代際變化特征及城市氣候分析[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2011,30(1):65-72.He P,Li H B,Huang H.The analysis of climate decadal change characteristics and urban climate about Chuxiong city of Yunnan plateau during 1960-2009[J].Progress in Geography,2011,30(1):65-72.(in Chinese)

[20]仝文偉,查菲娜,王其英,等.氣候變化對(duì)河南省小麥產(chǎn)量影響分析[J].河南科學(xué),2009,27(12):1546-1549.Tong W W,Zha F N,Wang Q Y,et al.Analysis of the influences on wheat yield by climate change in Henan[J].Henan Science,2009,27(12):1546-1549.(in Chinese)

[21]蘇坤慧,延軍平,白晶,等.河南省境內(nèi)淮河南北氣候變化的小麥適應(yīng)度比較[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2012,31(1):63-71.Su K H,Yan J P,Bai J,et al.Comparative studies on degree of adaption of wheat under climate change between areas south and north of Huaihe River in Henan province[J].Progress in Geography,2012,31(1):63-71.(in Chinese)

[22]陳帥.氣候變化對(duì)中國(guó)小麥生產(chǎn)力的影響:基于黃淮海平原的實(shí)證分析[J].中國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì),2012,(7):4-16.Chen S.The effects of climate change on wheat productivity in China:based on the empirical analysis of Huang-Huai-Hai Plain[J].Chinese Rural Economy,2012,(7):4-16.(in Chinese)

[23]裴雪霞,黨建友,張定一,等.近 54a來晉南氣候變化及其對(duì)旱地小麥產(chǎn)量的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào),2016,36(11):1502-1509.Pei X X,Dang J Y,Zhang D Y,et al.Climate change during nearly 54 years in south of Shanxi and its effect on wheat yield in dry land[J].Journal of Triticeae Crops,2016,36(11):1502-1509.(in Chinese)

Grey Correlation Analysis between Climatic Elements during Winter Wheat Growing Period and Yield in Counties —A Case Study of Henan Province

ZHAO Kai-na1，NING Xiao-ju2，QIN Yao-chen1，ZHANG Rong-rong1，SHI Qin-qin1
(1．College of Environment and Planning, Henan University, Kaifeng 475004, China; 2．College of Natural Resources and Environment,Henan University of Economics and Law, Zhengzhou 450000)

Based on daily meteorological data and winter wheat yield data collected from 39 meteorological stations in Henan province and surrounding areas during 1996-2015, grey correlation analysis method was adopted to analyze space-time change characteristics of the correlations between climatic elements during winter wheat growing period and yield in countries of Henan province. The results showed that in general, among the correlations between climatic elements and winter wheat yield in Henan province, the temperature correlation was the largest, followed by sunshine hours, while precipitation was the smallest; in terms of spatial distribution of correlations, the correlation in northern regions was higher than that in southern regions; the transitivity of south and north was remarkable;particularly in Xinyang city in the south, its correlation was obviously lower compared to those of other regions.Seen from time quantum, the correlations between climatic elements during winter wheat growing period and yield declined a bit during 1996-2010, while rose abruptly during 2011-2015, showing a distinct inter-annual change feature. In particular, changes in counties located in the southwest and the south were remarkable, while those in the north, east and middle regions were smaller. Generally speaking, the correlations between each climatic element and winter wheat yield presented a rise tendency, and the influences of climate changes on winter wheat yield gradually became obvious. Hence, people should actively take corresponding strategies to cope with effects caused by climate changes.

Temperature; Sunshine; Precipitation; Winter wheat yield; Spatial distribution

10.3969/j.issn.1000-6362.2017.11.005

趙凱娜,寧曉菊,秦耀辰,等.縣域冬小麥生育期氣候要素與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度分析:以河南省為例[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象,2017,38(11):729-737

2017-03-03**

。E-mail：qinyc@henu.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41671536；41501588）；河南省重點(diǎn)科研項(xiàng)目（18B170001）

趙凱娜（1993-），碩士生，研究方向?yàn)榈吞冀?jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展。E-mail：zhaokaina120@126.com