西遼河流域玉米氣候生產(chǎn)潛力變化分析

李依，王秀芬，楊艷昭*，林裕梅

（1. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049；3. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081）

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)（The Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）第五次評(píng)估報(bào)告指出[1]，相比1850—1900年，21世紀(jì)末全球表面溫度增幅都可能超過1.5 ℃，氣候變化要比原來認(rèn)識(shí)到的更加嚴(yán)重。農(nóng)業(yè)對(duì)氣候變化十分敏感，氣候變化導(dǎo)致自然條件發(fā)生變化，尤其是作物生育期內(nèi)的光熱和水分的匹配狀況，從而影響區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力[2]。中國(guó)作為人口和農(nóng)業(yè)大國(guó)，糧食需求量大，農(nóng)業(yè)資源相對(duì)緊缺，研究氣候變化背景下的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況是保證糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定的關(guān)鍵所在[3-4]，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力是重要的研究方法之一[5-6]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力，是指在太陽輻射、溫度和水分等基礎(chǔ)農(nóng)業(yè)氣候條件與土壤資源的共同作用與最優(yōu)管理?xiàng)l件下，某地區(qū)農(nóng)作物可能達(dá)到的產(chǎn)量[7-8]，能較好地反映基礎(chǔ)氣候資源對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)潛在生產(chǎn)能力的綜合影響[9]。2012年玉米成為我國(guó)第一大糧食作物品種[10]，玉米生產(chǎn)對(duì)中國(guó)糧食生產(chǎn)貢獻(xiàn)顯著[11]。西遼河流域位于東北黃金玉米帶的高產(chǎn)地區(qū)，是我國(guó)主要糧食產(chǎn)區(qū)和重要商品糧基地[12]，但由于其地處我國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶，生態(tài)較為脆弱，且近年來西遼河流域氣候呈現(xiàn)“暖干化”的發(fā)展趨勢(shì)[13]。因此，估算西遼河流域玉米氣候生產(chǎn)潛力變化，既可以揭示氣候變化對(duì)流域玉米生產(chǎn)的影響，又是發(fā)展西遼河流域玉米生產(chǎn)的戰(zhàn)略需求所在[14]。

德國(guó)著名化學(xué)家李比希在1840年提出最小因子定律分析了環(huán)境因子對(duì)作物產(chǎn)量的影響，被視為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力研究的開端[15]。此后眾多學(xué)者從不同層次、不同角度對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力開展了大量研究工作[16-20]：荷蘭Wagenigen大學(xué)、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）等先后在光合作用機(jī)制的基礎(chǔ)上，綜合考慮溫度、降水、土壤等因素的影響來探討作物生產(chǎn)潛力，國(guó)內(nèi)竺可楨先生、黃秉維先生等學(xué)者從氣候、植物光能利用效率等角度討論了我國(guó)作物生產(chǎn)潛力，開創(chuàng)了糧食生產(chǎn)能力研究的先河。目前，研究氣候變化對(duì)糧食生產(chǎn)影響的模型主要有邁阿密模型（Miami model）、瓦赫寧根法（Wageningen）和農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法（Agro-ecological Zone，AEZ）等，F(xiàn)AO推薦的AEZ模型由于數(shù)據(jù)較易獲取，而且在模擬過程中，考慮了太陽輻射水平和溫度降水條件的氣候特征，在我國(guó)被廣泛用于評(píng)估作物生產(chǎn)潛力[21]；2010年FAO和國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所（International Institute of Applied System Analysis，IIASA）[22]推出了該模型的最新版本Global AEZ（GAEZ 3.0），與原來版本相比，新版本的GAEZ模型改進(jìn)了氣候生產(chǎn)潛力的計(jì)算過程，而且綜合考慮了影響作物產(chǎn)量的氣象數(shù)據(jù)、地形、海拔、土壤和管理投入等要素。近年來，國(guó)內(nèi)對(duì)作物生產(chǎn)潛力的研究取得了不少成果，其中以光溫水條件為基礎(chǔ)的氣候生產(chǎn)潛力評(píng)價(jià)取得了大量研究成果[23-25]，但在區(qū)域尺度上針對(duì)西遼河流域玉米氣候生產(chǎn)潛力變化空間差異、年代變化及其影響因子的研究較為薄弱。

由此，本文基于西遼河流域10個(gè)氣象站點(diǎn)1985—2015年30年的氣象資料，采用GAEZ 3.0模型，綜合考慮光照、溫度、降水等多方面因素，以玉米生育期為基本單元，計(jì)算了西遼河流域1985—2015年玉米光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力，刻畫了玉米氣候生產(chǎn)潛力的時(shí)空變化特征；運(yùn)用局部靈敏度分析方法，評(píng)價(jià)了不同氣候因子對(duì)該區(qū)域玉米氣候生產(chǎn)潛力的影響程度，以明確影響玉米氣候生產(chǎn)潛力變化的主要?dú)夂蛞蜃?，以期為提高西遼河流域玉米的綜合生產(chǎn)能力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展提供量化依據(jù)和決策支持。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

西遼河流域位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的東南部，西北界是大興安嶺，北界是松遼分水嶺，西南界是七老圖山，南界是努魯兒虎山，東部和東北平原相接，流域范圍大致為 116°32′～124°30′ E，41°05′～45°13′ N，面積約1.37×105km2[26-27]。本文的研究區(qū)主要位于西遼河流域所轄2區(qū)3縣13旗。西遼河流域在氣候上屬于暖溫帶半濕潤(rùn)氣候向中溫帶半干旱氣候的過渡帶，年平均氣溫6～7 ℃，積溫3 000～3 200 ℃，年降水量在350～550 mm之間。西遼河流域種植制度為一年一熟，玉米為其主要農(nóng)作物。2005—2015年玉米種植面積穩(wěn)定占流域糧食播種面積60%左右，并呈上升趨勢(shì)，玉米產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的70%以上，2015年更是達(dá)到82.3%，玉米是西遼河流域最為重要的農(nóng)作物。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

采用的數(shù)據(jù)主要包括西遼河流域10個(gè)站點(diǎn)的地面氣象資料，包括地面資料和農(nóng)氣資料，數(shù)據(jù)來源于國(guó)家氣象信息中心和內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象局。其中，地面資料包括氣象站點(diǎn)1985—2015年的逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和降水等資料；農(nóng)氣資料包括站點(diǎn)作物名稱及其發(fā)育期日期等資料，主要用于確定研究區(qū)站點(diǎn)玉米的生育期（分為播種—三葉期、三葉—拔節(jié)期、拔節(jié)—抽雄期和抽雄—成熟期4個(gè)階段）。

本文以西遼河流域東北部的通遼站和南部的赤峰站作為平原和山區(qū)的典型性代表，對(duì)玉米生育期進(jìn)行分析。受地理位置、氣候條件與種植習(xí)慣等影響，西遼河流域不同地區(qū)玉米播種時(shí)間上略有差異，西遼河流域東北部平原區(qū)玉米的生育期多在4月下旬至9月中旬（圖1），平均生育期天數(shù)為137天，中南部山區(qū)生育期一般為4月下旬至9月下旬，平均生育期為147天，山區(qū)玉米生育期較平原區(qū)更長(zhǎng)，與山區(qū)海拔高度、生育期均溫、降水等因素有關(guān)，平原地區(qū)向山區(qū)過渡地區(qū)生育期平均為143天。

圖1 1995—2015年西遼河流域通遼站和赤峰站玉米生育期變化Fig. 1 Changes of corn growth period in Tongliao station and Chifeng station in the West Liao River Basin during 1995-2015

1.3 AEZ模型

AEZ模型是國(guó)內(nèi)外開展作物生產(chǎn)潛力較為通用的模型，它全面考慮了影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的太陽輻射、溫度等氣候因素，并根據(jù)種植作物的特點(diǎn)考慮了生育期長(zhǎng)度、不同生育階段的水分需求等。該方法的基礎(chǔ)資料較易取得，便于計(jì)算，其思路和方法框架被廣泛采用。2010年IIASA開展的全球農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域評(píng)價(jià)（Global Agro-Ecological Zones Assessment，GAEZ）更新并完善了全球農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，完成了包含大量技術(shù)細(xì)節(jié)的技術(shù)報(bào)告（GAEZ2000，GAEZ2002，GAEZ2008），進(jìn)一步改進(jìn)了AEZ模型[22]?；诖?，本文采用最新版本GAEZ 3.0模型，以氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，估算了西遼河流域玉米光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力。

1）光溫生產(chǎn)潛力（光溫潛力）。光溫潛力是指在保持水、肥等相關(guān)要素最適宜的狀態(tài)下，由光合有效輻射和溫度共同決定的產(chǎn)量，光溫潛力被認(rèn)為是灌溉農(nóng)業(yè)能達(dá)到的產(chǎn)量上限[28]。本文采用GAEZ 3.0模型對(duì)玉米的光溫潛力進(jìn)行計(jì)算。

2）氣候生產(chǎn)潛力（氣候潛力）。氣候潛力是當(dāng)土壤肥力和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施等都滿足時(shí)，農(nóng)作物僅受光溫和降水等影響的產(chǎn)量[28]。氣候潛力與蒸騰蒸發(fā)和土壤水分狀況有關(guān)，本文的氣候潛力是基于對(duì)光溫潛力的修正獲得，自然降水條件下，當(dāng)玉米需水量沒有得到滿足時(shí)，玉米產(chǎn)量會(huì)受到影響，修正系數(shù)f(w)主要反映降水不足對(duì)產(chǎn)量的影響。P＞E0時(shí)，f(w)=1-1.25·(1-P/E0)；P＜E0時(shí)，f(w)=1，式中P和E0分別為有效降水量和作物需水量。

1.4 檢驗(yàn)與分析方法

Mann-Kendal法是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，最初由Mann和Kendall提出，用于檢測(cè)序列的變化趨勢(shì)[29-30]，后不斷發(fā)展并被廣泛用于氣溫、降水等要素的趨勢(shì)檢驗(yàn)和突變分析[31-32]；Tomovi?第一次用系統(tǒng)綜合的形式分析了靈敏度的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)[33]，通過靈敏度分析，可以發(fā)現(xiàn)模型對(duì)哪些參數(shù)敏感，進(jìn)而確定各影響因子對(duì)模型模擬過程的影響程度[34]。局部靈敏度分析是針對(duì)一個(gè)參數(shù)，評(píng)價(jià)在該參數(shù)發(fā)生變化時(shí)模型結(jié)果的變化值。最后本文采用Mann-Kendal法和靈敏度分析進(jìn)一步分析影響西遼河流域氣候潛力變化的限制因素。

1）Mann-Kendal法（M-K法）。采用M-K法對(duì)氣候要素進(jìn)行趨勢(shì)檢驗(yàn)，計(jì)算過程為：

假設(shè)具有n個(gè)樣本量的時(shí)間序列變量（x1，x2，…，xn）無趨勢(shì)。計(jì)算統(tǒng)計(jì)量S，計(jì)算方法為：

式中 ：xj、xi分別為j、i年相應(yīng)的測(cè)量值，且j＞i。S為正態(tài)分布，均值為0，方差var(S)=n(n-1)(2n+5)/18，

Z為正值表明有上升的趨勢(shì)，負(fù)值則有下降的趨勢(shì)。并且定義了顯著性水平，查表可得，當(dāng)序列通過0.05顯著性水平檢驗(yàn)時(shí)，Z=1.96；當(dāng)序列通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)時(shí)，Z=2.58。

2）靈敏度分析法。通常采用靈敏度系數(shù)作為衡量參數(shù)靈敏度標(biāo)準(zhǔn)，可直接求導(dǎo)獲得：Si=dy/dxi，本文中Si是第i個(gè)參數(shù)的靈敏度，y代表氣候潛力，xi是第i個(gè)參數(shù)，參數(shù)有降水、日照時(shí)數(shù)、日均溫、2米高風(fēng)速和平均相對(duì)濕度。

1.5 空間分析

基于上述方法，本文利用計(jì)算得到的西遼河流域10個(gè)站點(diǎn)1985—2015年的光溫潛力和氣候潛力結(jié)果，借助ArcGIS平臺(tái)，運(yùn)用普通克里金方法插值得到1 km×1 km柵格數(shù)據(jù)，再運(yùn)用區(qū)域分析功能統(tǒng)計(jì)西遼河流域氣候潛力的區(qū)域分布情況，最后進(jìn)行地圖制圖與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 西遼河流域玉米生育期內(nèi)氣候要素變化特征

表1表示了流域10個(gè)氣象站點(diǎn)各氣候要素進(jìn)行M-K法趨勢(shì)檢驗(yàn)的結(jié)果，1985—2015年10個(gè)氣象站點(diǎn)均呈增溫趨勢(shì)，其中通遼、扎魯特旗、巴林左旗、林西縣、開魯縣和多倫縣增溫明顯（P＜0.001）；各站點(diǎn)生育期降水均呈下降趨勢(shì)，其中通遼、林西縣和翁牛特旗較其他站點(diǎn)下降更加明顯（P＜0.05）；生育期內(nèi)日照時(shí)數(shù)增加和減少站點(diǎn)各占一半，其中巴林左旗、赤峰和翁牛特旗表現(xiàn)為顯著增加趨勢(shì)，通遼為顯著減少趨勢(shì)（P＜0.005）；林西縣、錫林浩特和翁牛特旗的2米高風(fēng)速呈顯著上升趨勢(shì)，其余各站點(diǎn)呈下降趨勢(shì)，其中通遼、開魯、多倫和寶國(guó)吐2米高風(fēng)速明顯降低（P＜0.001）；30年來西遼河流域相對(duì)濕度呈下降趨勢(shì)，除赤峰、錫林浩特和寶國(guó)吐下降趨勢(shì)較微弱（P＞0.05），其余各站點(diǎn)下降趨勢(shì)顯著（P＜0.001）。

由此可以看出，1985年以來西遼河流域氣候總體呈現(xiàn)“暖干化”趨勢(shì)。

表1 西遼河流域1985—2015年各氣候要素M-K法趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 Results of M-K test in the West Liao River Basin during 1985-2015

2.2 西遼河流域玉米生產(chǎn)潛力分析

圖2 西遼河流域玉米光溫和氣候潛力變化趨勢(shì)Fig. 2 Trend of average annual potential yields of corn in the West Liao River Basin during 1985-2015

從光溫潛力和氣候潛力的時(shí)間變化趨勢(shì)可以看出（圖2），1985—2015年西遼河流域平均玉米光溫潛力為12.52～13.40 t/hm2，表現(xiàn)為輕微變化，其中2000年最高，2005年最低。氣候潛力經(jīng)過降水有效系數(shù)修正后，表現(xiàn)為波動(dòng)變化的趨勢(shì)，1985年西遼河流域平均氣候潛力為7.05 t/hm2，2000年減少至最低，為2.41 t/hm2，2005年以后有緩慢增加趨勢(shì)，2015年氣候潛力為6.02 t/hm2。1985—2015年西遼河流域氣候潛力為光溫潛力的18%～53%。

1985年西遼河流域玉米平均單位面積產(chǎn)量為4.68 t/hm2，分別為光溫潛力和氣候潛力的35.7%、66.4%；1995年玉米單產(chǎn)增加到5.65 t/hm2，分別為光溫潛力和氣候潛力的42.4%、122.4%，由于實(shí)際生產(chǎn)中增加了灌溉等措施提高產(chǎn)量，導(dǎo)致該年玉米單產(chǎn)超過氣候潛力；2005年以來西遼河流域玉米平均單產(chǎn)在6.41～8.14 t/hm2之間，2015年玉米實(shí)際單產(chǎn)分別為光溫潛力和氣候潛力的60.8%、135.2%。可見，西遼河流域玉米生產(chǎn)距光溫潛力尚有一定距離，但近年來西遼河流域灌溉水平的提高，即有效灌溉面積由1987年的63.8萬 hm2增加到2015年的105.7萬 hm2，已促使其現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力超越氣候潛力。

2.3 西遼河流域玉米生產(chǎn)潛力時(shí)空分布特征

西遼河流域1985—2015年玉米光溫潛力和氣候潛力的空間變化趨勢(shì)見圖3和圖4。從圖3可以看出，1985—2015年西遼河流域光溫潛力呈現(xiàn)由北向南逐漸增加的趨勢(shì)。其中，高值區(qū)位于西遼河流域南部的赤峰市市轄區(qū)、翁牛特旗和敖漢旗，最高值為16.30 t/hm2；而低值區(qū)位于西遼河流域北部的科爾沁右翼中旗、扎魯特旗和科爾沁左翼中旗，最低值為9.56 t/hm2。

氣候潛力在光溫潛力基礎(chǔ)上增加了水分條件，由于西遼河流域降水年際間變化較大，西遼河流域氣候潛力空間差異顯著（圖4）。1985年西遼河流域整體上是豐水年（玉米生育期平均降水量394 mm），氣候潛力均值為7.05 t/hm2，其中通遼市市轄區(qū)周邊旗縣降水較少，氣候潛力低于該區(qū)域均值（3.74 t/hm2）；1995年西遼河流域?qū)儆谄菽辏ㄓ衩咨谄骄邓?81 mm，部分地區(qū)降水不足150 mm），氣候潛力均值為4.62 t/hm2，南部的赤峰市市轄區(qū)、喀喇沁旗和寧城縣降水較多，成為區(qū)域氣候潛力的高值區(qū)（達(dá)7.00～8.08 t/hm2）；2005年西遼河流域?qū)儆谄剿辏ㄓ衩咨谄骄邓?02 mm），氣候潛力均值為5.30 t/hm2，氣候潛力高值區(qū)出現(xiàn)在通遼市市轄區(qū)以東地區(qū)（為6.61 t/hm2）；2015年西遼河流域?qū)儆谄剿辏ㄓ衩咨谄骄邓?12 mm），氣候潛力均值為6.02 t/hm2，北部和東北部是區(qū)域氣候潛力高值區(qū)，為7.00～8.90 t/hm2。1985年以來，北部通遼周邊地區(qū)氣候潛力增加幅度最大，每10年增加107～181 kg/hm2，而中部翁牛特旗和南部的赤峰一帶降低幅度最大，每10年減少38～278 kg/hm2。

圖3 西遼河流域1985—2015年玉米光溫潛力分布Fig. 3 Spatial distribution of light-temperature potential productivity of corn in the West Liao River Basin during 1985-2015

圖4 西遼河流域1985—2015年玉米氣候潛力分布Fig. 4 Spatial distribution of climatic potential productivity of corn in the West Liao River Basin during 1985-2015

2.4 玉米氣候潛力變化主要限制因素分析

西遼河流域玉米生育期氣候因子分析表明，相對(duì)濕度對(duì)玉米氣候潛力的影響較小，幾乎可以忽略不計(jì)，降水、日均溫、2米高風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)對(duì)其影響較大。具體而言，生育期降水和日均溫增加，西遼河流域玉米氣候潛力亦相應(yīng)增加，當(dāng)兩者分別增加1%時(shí)，區(qū)域玉米氣候潛力分別增加1.2%和0.1%；2米高風(fēng)速變大和日照時(shí)數(shù)增加時(shí)，西遼河流域氣候潛力則降低，當(dāng)兩者分別增加1%時(shí)，區(qū)域玉米氣候潛力分別減少0.6%和0.4%（圖5）。在眾多氣候因子中，降水對(duì)西遼河流域玉米氣候潛力產(chǎn)生的正效應(yīng)最大，2米高風(fēng)速對(duì)西遼河流域氣候潛力產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)最大。

3 討論

基于GAEZ模型的西遼河流域玉米氣候潛力時(shí)空演變分析較直觀地反映了流域玉米光溫潛力和氣候潛力總體變化狀況與區(qū)域差異。對(duì)于西遼河流域玉米氣候潛力的研究較少，白美蘭等[35]和張寶林等[36]研究了內(nèi)蒙古地區(qū)氣候生產(chǎn)潛力和內(nèi)蒙古氣候變化對(duì)東部玉米主產(chǎn)區(qū)的影響，本文選用的GAEZ模型綜合考慮玉米生育期內(nèi)光溫水等氣候因素對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的動(dòng)態(tài)影響，該結(jié)果較前人傳統(tǒng)方法研究結(jié)果在西遼河流域各級(jí)生產(chǎn)潛力時(shí)空分布特征有很大的進(jìn)展。1985—2015年M-K法趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果表明西遼河流域溫度的升高是明顯的，與全球變暖的趨勢(shì)相一致。張寶林等[36]研究發(fā)現(xiàn)進(jìn)入21世紀(jì)后，內(nèi)蒙古東部玉米主產(chǎn)區(qū)（包括西遼河流域）降水均有所減少，本文研究結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)了這一點(diǎn)，說明干旱已是區(qū)域性的問題，這對(duì)于西遼河流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和糧食安全提出了挑戰(zhàn)。Lobell和Asner[37]指出溫度的變化可能導(dǎo)致玉米減產(chǎn)17%，而增溫會(huì)致使地表蒸發(fā)量加大、地下水位下降，旱情趨于嚴(yán)重[36]，但西遼河流域氣候潛力的變化與降水關(guān)系更為密切，說明降水是限制當(dāng)?shù)赜衩咨a(chǎn)的主要因素。處于農(nóng)牧交錯(cuò)帶的西遼河流域，玉米生產(chǎn)對(duì)于氣候變化具有較大的潛在脆弱性，氣候資源是挖掘西遼河流域玉米氣候潛力的主要限制性因素，是產(chǎn)量進(jìn)一步提高需要突破的瓶頸。從改良玉米品種、配套栽培耕作措施、加大科技投入，及時(shí)采取適應(yīng)性政策以有效降低氣候變化對(duì)玉米生產(chǎn)的影響，是未來西遼河流域玉米生產(chǎn)中增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要方向。

圖5 西遼河流域玉米氣候潛力對(duì)不同氣候因子的敏感性Fig. 5 Sensitivity of climatic potential yields of corn to different climatic factors in the West Liao River Basin

1985—2015年西遼河流域玉米生育期內(nèi)平均降水量為300～450 mm，部分年份降水少于200 mm，且降水集中在6—8月（降水量占生育期降水量的60%～80%）。豐水年西遼河流域（如1985年）降水量相對(duì)充沛，氣候潛力均值為7.05 t/hm2，但受1980年代農(nóng)業(yè)灌溉水平較低的影響，實(shí)際產(chǎn)量低于氣候潛力，玉米實(shí)際單產(chǎn)為氣候潛力的66%；平水年西遼河流域（如2005、2015年）降水量在300 mm左右，氣候潛力均值約為5.30～6.02 t/hm2，受近年來灌溉水平提高的影響，當(dāng)年實(shí)際單產(chǎn)高于氣候潛力，分別為氣候潛力的121%和135%；偏枯年西遼河流域（如1995年）平均降水量不足300 mm，氣候潛力均值為4.62 t/hm2，由于灌溉補(bǔ)充了天然降水的不足，導(dǎo)致該年玉米實(shí)際單產(chǎn)高于氣候潛力，為氣候潛力的122%。由此可見，灌溉對(duì)西遼河流域玉米單產(chǎn)的提升具有重要作用。然而，西遼河流域地處半干旱半濕潤(rùn)交界帶，降水量相對(duì)不足，且近年來隨著生活和工業(yè)用水的增加，進(jìn)一步壓縮了農(nóng)業(yè)用水增加的潛力，因此發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)對(duì)西遼河流域玉米生產(chǎn)意義重大。具體而言，通過更新改造現(xiàn)有水利設(shè)施、提升節(jié)水灌溉技術(shù)在玉米高產(chǎn)地區(qū)的覆蓋率等措施，提高農(nóng)田灌溉水利用率，以實(shí)現(xiàn)西遼河流域玉米穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)。對(duì)于玉米自身而言，加強(qiáng)抗旱型品種和高水分利用率品種的培育也是進(jìn)一步挖掘玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵。

參與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的光、溫、水是估算農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的基本氣候因子。在玉米生產(chǎn)中，日照和溫度的時(shí)空變化較大，且難以大規(guī)模改變，水在一定程度上可以通過灌溉進(jìn)行調(diào)控。目前國(guó)內(nèi)外采用的估算生產(chǎn)潛力的方法，是具有探索性的，并非唯一方法。本文采用的GAEZ模型是計(jì)算作物生產(chǎn)潛力的經(jīng)典模型之一，數(shù)據(jù)較易獲取、綜合考慮不同氣候特征、準(zhǔn)確率較高，對(duì)西遼河流域玉米種植結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、合理布局可提供參考和依據(jù)。在進(jìn)行靈敏度分析時(shí)，本文主要討論玉米生育期內(nèi)單因素的變化對(duì)氣候潛力的影響，但在實(shí)際情況中，不同的溫濕度組合可能會(huì)產(chǎn)生多種效應(yīng)，當(dāng)溫度和降水同時(shí)變化時(shí)，玉米生育期內(nèi)溫度升高、降水減少可能對(duì)玉米而言較為有利，溫度降低、降水增加反而較為不利，在未來的研究中需要結(jié)合更多因素以及玉米的生物學(xué)機(jī)制以深入探討氣候變化對(duì)玉米生產(chǎn)潛力的具體影響。本文在計(jì)算生產(chǎn)潛力時(shí)未考慮高溫?zé)岷Φ葮O端氣候條件對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響，而近些年極端天氣氣候事件頻發(fā)，未來要加強(qiáng)全球變暖背景下極端氣候事件對(duì)玉米生產(chǎn)影響的研究。

4 結(jié)論

1985—2015年西遼河流域溫度呈上升趨勢(shì)，降水和相對(duì)濕度則呈下降趨勢(shì)，總體而言，多年來西遼河流域玉米生育期氣候呈現(xiàn)“暖干化”變化趨勢(shì)。

1985—2015年西遼河流域平均玉米光溫潛力、氣候潛力分別為12.52～13.40 t/hm2和2.41～7.05 t/hm2，前者表現(xiàn)為輕微變化，后者呈現(xiàn)波動(dòng)變化的特征，該區(qū)域?qū)嶋H玉米單位產(chǎn)量低于光溫潛力，1995年以前低于氣候潛力，1995年以后實(shí)際產(chǎn)量超越氣候潛力，主要?dú)w因于該區(qū)域有效灌溉面積擴(kuò)大。從空間分布來看，1985—2015年西遼河流域光溫潛力整體呈現(xiàn)由北向南逐漸增加的趨勢(shì)，受降水波動(dòng)較大的影響，西遼河流域氣候潛力的空間差異顯著。

西遼河流域玉米氣候潛力時(shí)空演變是各種氣候因子共同作用的結(jié)果。影響西遼河流域氣候潛力變化的首要因子是水分條件，氣候潛力主要因降水減少而下降，升溫對(duì)西遼河流域玉米氣候潛力變化的作用較小，2米高風(fēng)速增加對(duì)該區(qū)域氣候潛力產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)最大。

致謝：本文在研究方法學(xué)習(xí)、分析過程中得到中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所楊格格博士、孫通博士、肖池偉博士、梁玉斌碩士、呂佩憶碩士、龔穎華碩士等人的大力支持和幫助，在此表示由衷的感謝！

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