1982一2021年氣候變化對(duì)淮北市夏玉米產(chǎn)量的影響

中圖分類(lèi)號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1007-7731（2025）14-0001-06

DOI號(hào) 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.14.001

Impact of climate change on summer maize yield in Huaibei City from 1982 to 2021

LIU Lu1CAO Wen ZHANG Yongqin1YIN Han1WANG Shengnan1LIN Shanshan1LI Xinran1 （1Huaibei Meteorological Bureau，Huaibei 2350oo， China; 2Anhui Enginering LaboratoryofAgro-EcologicalBig Data，Anhui Agrometeorological Center，Hefei230031，China）

AbstractBased on meteorological and yield data of summer maize growth period in Huaibei City，Anhui Province from1982 to 2O21，the characteristicsof climate changeduring the growth periodof summer maize in theregionand its impact on yield were analyzed using trend analysis，moving average method，and Pearsoncorrelation analysis method. The results showed that（1）from1982 to2O21，the studyarea hadsuffcient precipitation，heat，andsunshineresources duringthe growth period of summer maize，which met the growth and development of summer maize.（2）From 1982 to 2021，the changes in summer maize yield and meteorological yield in the study area showeda consistent downward trend，withsignificant interannual variations inyieldandscatereddistributionofmeteorologicalyield.Byanalyzingthe relative meteorological yield，itcould beconcluded thatthe typical years of summer maize yield deficit in this region were 1987，1994，2003，2007and2014，mainlyafected bymeteorologicaldisasters such as droughtand waterloging （including continuousrainy weather）. （3）The diurnal temperature rangeand precipitation were the key meteorological factors affecting the yield of summer maize in study area，among which the diurnal temperature range during the milk ripening maturity period is significantly positively correlated with yield （ P lt;0.01）; The precipitation during the tasseling milk ripening period is significantly negatively correlated with yield （ P lt;0.05）; The average temperature，effective accumulated temperaturegt;1OC，and sunshine hours have no significant impacton yield.Thisarticle provides a reference for regulating the microclimate in the field and improving maize yield.

Keywordsclimate change; summer maize; meteorological yield; related analysis

氣候是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中基本且重要的條件之一，其影響著農(nóng)業(yè)的組成、布局和產(chǎn)量等l。近年來(lái)，相關(guān)學(xué)者對(duì)氣候變化展開(kāi)研究[2-3]。趙偉[4研究指出，氣候因素是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要影響因素之一，其對(duì)玉米種植產(chǎn)生了較大的影響。

玉米是喜溫、短日照、高需水量作物，其生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣溫、日照及降水要求較高[5-。研究氣候變化對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，對(duì)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和增加農(nóng)民收入具有積極意義。Lobell等研究發(fā)現(xiàn)，玉米生育期環(huán)境溫度超過(guò) 會(huì)產(chǎn)生熱脅迫，導(dǎo)致光合速率下降、蒸散發(fā)增加，進(jìn)而提高干旱發(fā)生的概率。Chen等8研究發(fā)現(xiàn)，氣溫升高會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)江流域玉米減產(chǎn)，極端高溫、干旱和強(qiáng)降水對(duì)玉米產(chǎn)量影響較大。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，極端低溫以及玉米開(kāi)花灌漿期降水較少會(huì)導(dǎo)致玉米減產(chǎn)。另外，干旱也是影響玉米產(chǎn)量的重要因素之一[10]。從各生育階段來(lái)看，生育早期干旱會(huì)導(dǎo)致玉米生殖器官發(fā)育減緩1；在生殖生長(zhǎng)階段，缺水會(huì)引起光合作用下降，從而導(dǎo)致生殖器官的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足，造成玉米減產(chǎn)[2]。光合作用是玉米營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累的主要來(lái)源，而抽雄吐絲階段光照充足是保證玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵[13]。

近年來(lái)，關(guān)于氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響研究較多[14]，但針對(duì)氣候變化對(duì)淮北地區(qū)夏玉米不同生育階段生長(zhǎng)及產(chǎn)量影響的研究相對(duì)較少。本文基于1982一2021年安徽淮北市夏玉米生育期的氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，分析了該地區(qū)夏玉米不同生育期的氣候變化特征及其對(duì)產(chǎn)量的影響，為充分開(kāi)發(fā)利用氣候資源和提高糧食產(chǎn)量提供參考。

1材料與方法

1.1 研究區(qū)基本情況

研究區(qū)位于安徽省北部（ 33^°16^′ 一 34^°14^′N ，116^°23^′-117^°02^′E） ；是南北兩條氣候帶的過(guò)渡地區(qū)，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。年平均氣溫15.6°C ，年日照時(shí)數(shù) 2 228.2h ，年降水量 840.8mm ，夏季（6一8月）是一年中降水較集中的季節(jié)，其降水量占全年的 60% ，適宜夏玉米、冬小麥、夏大豆等作物生長(zhǎng)。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于淮北市國(guó)家氣象觀(guān)測(cè)站，主要包括日降水量、日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日照時(shí)數(shù)。夏玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)源于安徽省統(tǒng)計(jì)局和《淮北統(tǒng)計(jì)年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1夏玉米生育期劃分 根據(jù)研究區(qū)夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)[15]，總結(jié)該地區(qū)夏玉米的生育期情況，如表1所示。

1.3.2有效積溫計(jì)算 生育期內(nèi)有效積溫（GOD）計(jì)算如式（1）。

式中， Φ_t 為生育期內(nèi)某個(gè)時(shí)間段， N 是從播種到成熟的天數(shù)； T_max 和 T_min 為第 i 天的日最高氣溫和日最低氣溫。玉米生理基礎(chǔ)溫度 T_base=10^°C ，玉米生理上限溫度 T_ut=35°C ；當(dāng) T_minbase 時(shí)， T_min=T_base ；當(dāng)T_maxgt;T_ut 時(shí)， T_max=T_ut 。

1.3.3氣候變化分析 建立一元線(xiàn)性回歸方程來(lái)分析氣象要素（降水量、平均氣溫 有效積溫、氣溫日較差、日照時(shí)數(shù)）的變化特征，如式（2）。

式中， y 為氣象要素序列， x_i 為時(shí)間序列；a為常數(shù)，b為回歸系數(shù)， b×10 為氣候傾向率，表示氣象要素每10年的變化率。b值符號(hào)代表變化趨勢(shì)的正負(fù)，反映趨勢(shì)的上升或下降。

1.3.4產(chǎn)量及氣象產(chǎn)量 農(nóng)作物的產(chǎn)量是在各種自然與非自然因素綜合作用下形成的，通常將實(shí)際產(chǎn)量 y 分解為趨勢(shì)產(chǎn)量 y_t， 氣象產(chǎn)量 y_w 和隨機(jī)產(chǎn)量y_e，y_t 是農(nóng)業(yè)技術(shù)能力以及其他非氣象因素對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)； y_w 是氣象因素對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)； y_e 是病蟲(chóng)害等隨機(jī)因素造成作物產(chǎn)量波動(dòng)的產(chǎn)量分量，一般情況下所占比例較小，可忽略不計(jì)[16]。玉米產(chǎn)量計(jì)算公式可簡(jiǎn)化成式（3）。

y=y_t+y_w+y_e

采取直線(xiàn)滑動(dòng)平均法進(jìn)行氣象產(chǎn)量分離，設(shè)某一階段的夏玉米產(chǎn)量的線(xiàn)性函數(shù)方程如式（4）。

y_i（t）=a_i+b_it

式中， i 表示方程的個(gè)數(shù)， i=n-k+1;n 為樣本個(gè)數(shù)； χ_t 為時(shí)間； k 為滑動(dòng)步長(zhǎng)。計(jì)算每個(gè)方程在 χ_t 點(diǎn)上的函數(shù)值 y_i（t） ，這樣每個(gè) Φ_t 點(diǎn)上分別有 q 個(gè)函數(shù)值，

q 的多少取決于 n 和 k 。然后再求各個(gè)點(diǎn)上各個(gè)函數(shù)的平均值，如式（5）。

式中， 即各年份的趨勢(shì)產(chǎn)量?？紤]產(chǎn)量序列的長(zhǎng)短，并參考相關(guān)數(shù)據(jù)， k 值取5，由此計(jì)算研究區(qū)逐年的趨勢(shì)產(chǎn)量。

1.3.5各氣候因子與玉米產(chǎn)量的相關(guān)性分析用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)玉米產(chǎn)量（氣象產(chǎn)量）與氣候因子（降水量、平均氣溫 gtrsim10% 有效積溫、氣溫日較差、日照時(shí)數(shù)）進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

Pearson相關(guān)系數(shù)本質(zhì)上是統(tǒng)計(jì)學(xué)方法中的一種線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)，用來(lái)衡量定距變量間的線(xiàn)性關(guān)系，給定兩個(gè)樣本 X=（x₁，x₂，…，x_n），Y=（y₁，y₂，…，y_n）， Pearson相關(guān)系數(shù)計(jì)算如式（6）。

式中， 是 x 和 y 各自的樣本平均值; σ_x，σ_y 是 x 和 y 的樣本標(biāo)準(zhǔn)差。 r 的絕對(duì)值越大，表示因變量與自變量的相關(guān)程度越高。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1夏玉米生育期內(nèi)的氣候變化特征

2.1.1降水量 降水量對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)影響較大，降水量過(guò)多或過(guò)少均有可能導(dǎo)致作物減產(chǎn)。以中熟品種為例，玉米全生育期總耗水量在349＼～430mm^[17-18] 。玉米生育期（6—9月）是研究區(qū)降水較多的時(shí)期。

由圖1可知，1982—2021年，在夏玉米全生育期、出苗一拔節(jié)期、抽雄一乳熟期、乳熟一成熟期降水量均呈不明顯（ Pgt;0.05 增加趨勢(shì)，增幅分別為32.8，23.0，5.4，4.4mm/10a ；拔節(jié)一抽雄期降水量呈不明顯（ （Pgt;0.05） 減少趨勢(shì)，減幅為 0.1mm/10 ao1982一2021年玉米全生育期降水量在 185.4～ 1 013.9mm ，其中降水量 350mm 以上年份有37年，說(shuō)明研究區(qū)降水基本能滿(mǎn)足夏玉米生長(zhǎng)需要。

2.1.2氣溫 適宜的溫度能保障作物良好生長(zhǎng)。氣溫變化對(duì)作物的生育期、物候期影響較大。氣溫日較差對(duì)植物的凈同化速率具有重要作用[19]。安盼盼等[20研究表明，生育期有效積溫是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。

由圖2可知，1982—2021年，夏玉米乳熟—成熟期平均氣溫呈明顯（ ）上升趨勢(shì)，增幅為0.55°C/10a ；夏玉米全生育期、出苗一拔節(jié)期、拔節(jié)一抽雄期平均氣溫呈明顯（ Plt;0.05 上升趨勢(shì)，增幅分別為 $0 . 4 0 ， 0 . 3 9 ， 0 . 4 3 ；抽雄一乳熟期平均氣溫以 0.23^°C/10 a的速率上升（ ）

如圖3所示，夏玉米全生育期氣溫日較差變化趨勢(shì)較平穩(wěn)。出苗一拔節(jié)、拔節(jié)一抽雄階段氣溫日較差呈上升趨勢(shì)，抽雄一乳熟、乳熟一成熟階段的氣溫日較差呈下降趨勢(shì)，各階段變化均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ Pgt;0.05） ，氣溫日較差的傾向率分別是0.06、0.07、-0.03，-0.09^°C/10a

夏玉米全生育期、出苗一拔節(jié)期、乳熟一成熟期 ?10% 有效積溫呈明顯（ _Plt;0.01 ）上升趨勢(shì)，增幅分別為43.84、15.22、12.66 （d?^°C）/10a ;拔節(jié)一抽雄期以8.44 （d?^°C）/10 a速率明顯上升（ Plt;0.05） ;抽雄一乳熟期以 7.52（d?^°C）/10 a的速率上升（ Pgt; 0.05）（圖4）。

總體來(lái)說(shuō)，夏玉米生育期內(nèi)平均氣溫和 ?10% 有效積溫均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，說(shuō)明研究區(qū)氣候呈變暖趨勢(shì)，熱量資源豐富，有利于夏玉米生產(chǎn)。

2.1.3日照時(shí)數(shù) 日照時(shí)數(shù)是反映作物獲得光照條件的標(biāo)準(zhǔn)之一。玉米是喜光作物，其正常生長(zhǎng)發(fā)育所需的全生育期日照時(shí)數(shù)在 600～800h^[21]

由圖5可知，1982—2021年，研究區(qū)夏玉米不同生育階段日照時(shí)數(shù)均呈不明顯（ Pgt;0.05 下降趨勢(shì)，其中以全生育期降幅最大，為 26.53h/10a ;出苗一拔節(jié)、抽雄一乳熟、乳熟一成熟期次之，降幅分別為6.66，8.00 和 8.13h/10a ；拔節(jié)一抽雄期最小，為3.75h/10 a。

夏玉米全生育期日照時(shí)數(shù)在 448.4～923.6h ，平均年日照時(shí)數(shù)為 718.8h ;出苗—拔節(jié)、拔節(jié)—抽雄、抽雄一乳熟、乳熟一成熟期日照時(shí)數(shù)分別為262.0、145.4、190.8、120.5h。其中日照時(shí)數(shù)多于 600h 的年份有34年，說(shuō)明研究區(qū)光照充足，日照條件可以滿(mǎn)足玉米生長(zhǎng)發(fā)育需要。

2.2玉米產(chǎn)量變化特征

2.2.1玉米單產(chǎn)和氣象產(chǎn)量變化 如圖6所示，1982一2021年，研究區(qū)玉米單產(chǎn)年際間變化較大，在 3033～5895kg/hm² ，總體呈下降趨勢(shì)（ （Pgt;0.05） 。，減產(chǎn)速率為 85.49kg/10 a。根據(jù)5a滑動(dòng)平均，可以將其劃分為4個(gè)階段：1982—1993年單產(chǎn)量持續(xù)上升，1993—2002年單產(chǎn)變化趨勢(shì)平穩(wěn)，2003—2014年單產(chǎn)下降趨勢(shì)明顯，2014年以后單產(chǎn)呈上升趨勢(shì)。

如圖7所示，玉米氣象產(chǎn)量為負(fù)值的年份有19年，正值年份有21年，氣象產(chǎn)量正值年份較多，說(shuō)明當(dāng)?shù)囟鄶?shù)年份氣候條件促進(jìn)玉米增產(chǎn)；同時(shí)，玉米生產(chǎn)過(guò)程中的不良?xì)庀髼l件或氣象災(zāi)害對(duì)玉米產(chǎn)量造成了影響。1982—2021年，玉米氣象產(chǎn)量相對(duì)離散，總體上以 0.18kg/10 a速率下降 Pgt;0.05） ，與單產(chǎn)變化趨勢(shì)較一致。從絕對(duì)值來(lái)看，最高值為 1350kg/hm² （2003年）；最低值為 3kg/hm²（1988 年），兩者相差較大。同時(shí)，1982—2021年氣象產(chǎn)量基本處在±600kg/hm² 之間，僅有極個(gè)別年份不在此區(qū)間，說(shuō)明這40年間，夏玉米的氣象產(chǎn)量無(wú)明顯變化趨勢(shì)，證明氣象產(chǎn)量的分布形式是隨機(jī)離散的。

總的來(lái)說(shuō)，研究區(qū)玉米單產(chǎn)與氣象產(chǎn)量的變化趨勢(shì)一致，均呈下降趨勢(shì)，單產(chǎn)年際間變化較明顯，氣象產(chǎn)量分布較為離散。

2.2.2玉米產(chǎn)量典型歉年的確定與分析 玉米產(chǎn)量的豐、歉具有相對(duì)性，為增加不同年份氣象產(chǎn)量的可比性，本文用相對(duì)氣象產(chǎn)量來(lái)劃分玉米產(chǎn)量典型歉年，相對(duì)氣象產(chǎn)量用氣象產(chǎn)量與趨勢(shì)產(chǎn)量的比值表示。若將相對(duì)氣象產(chǎn)量小于 -10% 定為氣候歉年，分析得出1987、1994、2003、2007、2014年為玉米典型氣候歉年。由《中國(guó)氣象災(zāi)害大典（安徽卷）》和1982—2021年夏玉米生育期內(nèi)逐日降水量可以得出，1987、1994年玉米產(chǎn)量年受干旱影響；2003、2007、2014年受雨澇（含連陰雨）影響。

2.3夏玉米生育期內(nèi)產(chǎn)量與氣象因子的相關(guān)性

玉米生育期降水量、平均氣溫 有效積溫、氣溫日較差、日照時(shí)數(shù)與夏玉米氣象產(chǎn)量的相關(guān)性如表2所示。

夏玉米氣象產(chǎn)量與全生育期、出苗一拔節(jié)期、抽雄一乳熟期、乳熟一成熟期的降水量呈負(fù)相關(guān)，其中抽雄一乳熟期具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ Plt;0.05） 。表明抽雄一乳熟期的降水量對(duì)研究區(qū)夏玉米氣象產(chǎn)量的影響較明顯，原因可能是夏玉米在抽雄一乳熟期降水過(guò)多不利于干物質(zhì)的積累，且影響光合作用，不利于提高千粒重和結(jié)實(shí)率，從而導(dǎo)致其產(chǎn)量下降。

研究區(qū)夏玉米氣象產(chǎn)量與不同生育階段平均氣溫的相關(guān)性均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ Pgt;0.05） ，其中其氣象產(chǎn)量與拔節(jié)一抽雄期和乳熟一成熟期的平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，原因可能是在拔節(jié)一抽雄期，玉米的葉片與莖稈等營(yíng)養(yǎng)器官處于旺盛生長(zhǎng)期，溫度過(guò)高不利于其生長(zhǎng)發(fā)育；在乳熟一成熟期，低溫可以延長(zhǎng)籽粒灌漿時(shí)間，對(duì)干物質(zhì)的積累和運(yùn)輸有利，有利于提高粒重。

夏玉米氣象產(chǎn)量與不同生育階段氣溫日較差均呈正相關(guān)，其中乳熟一成熟期具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ Plt; 0.01），抽雄一乳熟期具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ （Plt;0.05） ，原因可能是氣溫日較差的減少會(huì)造成作物夜間呼吸作用增強(qiáng)，干物質(zhì)積累量下降，從而降低了夏玉米產(chǎn)量[22]。

夏玉米氣象產(chǎn)量與不同生育階段 有效積溫的相關(guān)性均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ Pgt;0.05） ，其中氣象產(chǎn)量與拔節(jié)一抽雄期 ?10^°C 有效積溫呈負(fù)相關(guān)，原因可能是高溫導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累量不足，其幼穗未獲得充足的營(yíng)養(yǎng)，造成分化數(shù)量減少，影響玉米的產(chǎn)量和質(zhì)量[23]。也可能是拔節(jié)一抽雄期是玉米生長(zhǎng)發(fā)育較為旺盛的階段，溫度升高會(huì)導(dǎo)致水分蒸騰加快，干旱風(fēng)險(xiǎn)增大，進(jìn)而影響最終產(chǎn)量[24]。

夏玉米氣象產(chǎn)量與不同生育階段日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ Pgt;0.05 ），其中夏玉米氣象產(chǎn)量與出苗一拔節(jié)、抽雄一乳熟、乳熟一成熟期日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)，原因可能是在出苗一拔節(jié)期，光照充足有利于玉米種子的生長(zhǎng)；在抽雄一乳熟、乳熟一成熟期，光照充足有利于玉米進(jìn)行光合作用，促進(jìn)灌漿期干物質(zhì)的積累和運(yùn)輸，從而提高產(chǎn)量。

3結(jié)論與討論

本文選取1982—2021年淮北地區(qū)玉米生育期內(nèi)降水量、平均氣溫、氣溫日較差 gtrsim10% 有效積溫、日照時(shí)數(shù)等氣候因子和玉米產(chǎn)量為研究對(duì)象，利用趨勢(shì)分析法分析了氣候變化的特征和玉米產(chǎn)量的變化特征；利用滑動(dòng)平均法分離出趨勢(shì)產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量，用Pearson相關(guān)性分析法分析了氣候因子與玉米產(chǎn)量的相關(guān)性，得出如下結(jié)論。

（1）1982一2021年，夏玉米生育期內(nèi)，研究區(qū)降水、熱量和光照資源均較豐富，有利于夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育。

（2）1982—2021年，淮北市玉米單產(chǎn)與氣象產(chǎn)量的變化趨勢(shì)一致，均呈下降趨勢(shì)，線(xiàn)性?xún)A向率分別為 85.49，0.18kg/10 a。單產(chǎn)年際間變化較明顯，氣象產(chǎn)量分布較為離散。分析相對(duì)氣象產(chǎn)量得出，玉米產(chǎn)量典型氣候歉年有5年（1987、1994、2003、2007、2014年），其中1987、1994年主要受干旱影響，2003、2007、2014年受雨澇（含連陰雨）影響。

（3）氣溫日較差和降水量是影響該地區(qū)夏玉米產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃樱瑲鉁厝蛰^差影響為正效應(yīng)，其中與乳熟一成熟期相關(guān)性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（ Plt; 0.01）；抽雄一乳熟期的降水量對(duì)夏玉米產(chǎn)量影響明顯 （Plt;0.05） ；平均氣溫 ??10 ℃有效積溫、日照時(shí)數(shù)對(duì)夏玉米產(chǎn)量影響不大。

影響夏玉米產(chǎn)量的影響因素較多，本研究?jī)H分析了降水量、平均氣溫、氣溫日較差、 有效積溫、日照時(shí)數(shù)等氣象因子對(duì)其產(chǎn)量的影響，未對(duì)其他外在因素的影響進(jìn)行具體分析，存在一定局限性，下一步的研究重點(diǎn)將在收集以上信息和數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步完善研究?jī)?nèi)容和結(jié)果。

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