近三十年来重庆玉米气象产量波动影响分析

2023-02-22

玉米是我国重要的粮食和饲料作物, 其种植面积和总产量仅次于水稻和小麦, 单产居首位。重庆玉米的种植面积和总产量分别约占全市粮食作物的18%和18.5%, 其产量丰歉对全市粮食产量举足轻重。

重庆市位于四川盆地东南部, 属温带、亚热带、热带湿润半湿润气候, 境内地形复杂、地势起伏, 自然条件的立体差异和区域差异都非常明显。长期以来形成丘陵山坡旱地种植玉米的生产格局, 靠天明显[1,2]。近年来, 国内涉及探讨气候变化对玉米产量的影响研究比较多[3,4,5,6], 但对重庆气象因素对玉米气象产量影响的系统研究还比较少。本文就重庆近30年来玉米生育期平均气温、降雨量、日照等气象因素对气象产量的影响进行系统论述。

1资料与方法

1.1资料

重庆玉米生育期3—8月, 本研究所用气象资料为重庆渝东南的酉阳、渝东北的万州、渝西的江津、渝中的涪陵4个地区, 3—8月的平均气温、总降雨量、总日照时数等气象观测资料。

玉米产量资料来源于重庆市农技部门, 包括1981—2010年对应台站的玉米生产面积、总产量、单产量等资料。

1.2方法

采用滑动平均计算玉米趋势产量;采用线性倾向估计法分析气象产量和气象因素的变化趋势;采用多元回归分析玉米气象产量和气象因素的相关性。

1.2.1趋势产量、气象产量的计算方法

社会因素, 诸如政策的强化与弱化、农业投入效益的短期性和长期性、比较经济效益的行政和市场调节等, 从其出台, 经调整至达到相对稳定, 需要一个较长的时间过程, 因此, 玉米的趋势产量本文采用对实际产量进行5年滑动平均计算的方法得到。由于天气、气候的影响, 使实际产量在趋势产量的基础上产生波动, 被称为气象产量, 可通过实际玉米产量减去趋势产量获得, 即:

1.2.2气象条件影响因素的确定

玉米生长季平均气温、降雨量和辐射量计算方法采用上述四地气象站点1981—2010年每年3—8月逐日值进行平均或求和, 平均气温采用逐日值进行平均, 降雨量、辐射总量采用直接相加求值。

1.2.3多元回归分析

通过建立玉米产量和有关气象因素的多元回归模型, 可反映气象因素在玉米气象产量波动变化中的贡献率。

2单一气象因素对玉米气象产量的影响

2.1生育期平均气温对玉米气象产量的影响

1981—2010年万州3—8月的平均气温以0.05℃/a的速度呈总体上升趋势, 30年平均值为22.71℃。玉米气象产量30年间以0.19 kg/a的速度呈总体略下降的趋势。最高温度出现在2006年, 所对应的气象产量也为30年间的最低值-65.87 kg。最低温度出现在1993年, 所对应的气象产量为30年间第四低值。而气象产量最高出现在1981年, 当年的平均气温为22.99℃。平均气温走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1981—1982, 1983—1985, 1989—1991, 1992—1993, 1996—1997, 2002—2005, 2007—2009, 趋同年份所占比例为44.83% (图1) 。

1981—2010年涪陵玉米生育期的平均气温以0.03℃/a的速度呈总体上升趋势, 30年平均值为22.54℃。玉米产量30年间以0.04kg/a的速度呈现总体略下降趋势。最高平均气温出现在2006年, 所对应的气象产量也为30年间的最低值-92.74kg, 而气象产量最高出现在1990年, 当年的平均气温为23.07℃。平均气温走向和气象产量走向呈正相关的年限区间为1981—1982, 1983—1985, 1989—1991, 1992—1995, 1996—1997, 1999—2000, 2002—2003, 2004—2005, 2008—2010, 趋同年份所占比例为48.28% (图2) 。

1981—2010年酉阳玉米生育期的平均气温以0.0 4℃/a的速度呈总体上升趋势, 3 0年平均值为19.46℃。玉米产量30年间以0.09kg/a的速度略微上升。最高温度出现在2006年, 所对应的气象产量也为30年间的最低值-37.78kg, 而气象产量最高出现在2008年, 当年的平均气温为20.27℃。平均气温走向和气象产量走向呈正相关的年限区间为1983—1997, 1999—2005, 2007—2009, 趋同年份所占比例为75.86% (图3) 。

1981—2010年江津玉米生育期的平均气温以0.0 3℃/a的速度呈总体上升趋势, 3 0年平均值为22.69℃。玉米产量以0.06 kg/a的速度呈略下降趋势。最高温度出现在2006年, 所对应的气象产量也为30年间的最低值-47.49 kg。而气象产量最高出现在1986年, 当年的平均气温为22.25℃。平均气温走向和气象产量走向呈正相关的年限区间为1983—1986, 1989—1990, 1991—1992, 1994—1995, 1999—2000, 2001—2002, 2008—2010, 趋同年份所占比例为34.48% (图4) 。

综上, 平均气温四地均呈稳中有升的态势, 其中以万州的增速最快为0.05℃/a, 涪陵最慢为0.03℃/a。从30年平均来看, 万州最高为22.71℃, 以酉阳最低为19.46℃, 呈现出了北高南低的总体态势, 四地气象产量出现最高值年份的平均气温均极为接近各地30年平均值。从以上分析中的趋同性来看, 只有酉阳趋同年份比例大于50%, 可视作与玉米气象产量正相关且相关性也最为明显。

有研究表明, 重庆高温年的发生频率为77.5%, 盛夏期间 (7—8月) 天气炎热, 农作物生长发育旺盛, 需水量大, 是影响我市工农业生产和人民生活最主要的气象灾害[7], 这也和趋同性分析相互印证, 平均气温和玉米气象产量呈负相关关系, 过高温度对玉米气象产量产生了不利影响, 因此可以采取提前播种等措施, 以减少玉米成熟期期间高温伏旱对其的不利影响。

2.2生育期总降雨量对玉米气象产量的影响

1981—2010年万州3—8月的总降雨量以6.03 mm/a的速度呈总体下降趋势, 总降雨量平均值为842.34 mm。最大降雨量出现在1982年, 所对应的气象产量为30年间第四低值。最小降雨量出现在2006年所对应的气象产量为30年最低值。降雨量走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1981—1982, 1984—1985, 1986—1989, 1991—1992, 1993—1995, 2000—2003, 2004—2007, 2009—2010, 趋同年份所占比例为51.72% (图5) 。

1981—2010年涪陵玉米生育期的总降雨量以0.59 mm/a的速度呈总体略下降趋势, 30年平均值为790.78 mm。最大降雨量出现在1998年, 最小降雨量出现在2006年所对应的气象产量为30年最低值。降雨量走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1982—1989, 1991—1992, 1995—1996, 2000—2003, 2004—2008, 2009—2010, 趋同年份所占比例为58.62% (图6) 。

1981—2010年酉阳玉米生育期的总降雨量以3.49 mm/a的速度呈总体上升趋势, 30年平均值为947.53 mm。最大降雨量出现在2004年, 最小降雨量出现在1988年。降雨量走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1981—1982, 1984—1986, 1991—1992, 2000—2001, 2003—2007, 2008—2009, 趋同年份所占比例为34.48% (图7) 。

1981—2010年江津玉米生育期的总降雨量以1.48 mm/a的速度呈总体上升趋势, 30年平均值为716.21 mm。最大降雨量出现在1998年, 最小降雨量出现在2006年所对应的气象产量也为30年最低。降雨量走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1983—1985, 1986—1988, 1989—1990, 1994—1995, 1997—1998, 2001—2003, 2004—2005, 2007—2010, 趋同年份所占比例为44.83% (图8) 。

综上, 30年来降雨万州涪陵两地为负增长, 其中万州降雨量下降幅度较大为-6.02 mm/a, 酉阳和江津稳中有升。从30年平均降雨量来看, 酉阳最为充沛为947.53 mm, 江津最少716.21 mm, 呈现南高西低的态势。从以上分析中的趋同年份比例来看, 万州和涪陵两地趋同年份大于50%, 可初步视作与玉米气象产量呈正相关关系, 也就是说, 要满足玉米增产的需求两地的降雨还稍显不足, 需要采取相关蓄水和保水措施。

2.3生育期总日照时数对玉米气象产量的影响

1981—2010年万州3—8月总日照时数以1.72 h/a的速度呈总体下降趋势, 30年平均值为816.59 h。日照时数走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1981—1982, 1983—1985, 1986—1987, 1989—1991, 1992—1993, 1998—2000, 2001—2002, 2004—2005, 2007—2010, 趋同年份所占比例为48.27% (图9) 。

1981—2010年涪陵玉米生育期总日照时数以0.48 h/a的速度呈现略上升趋势, 30年平均值为772.29 h, 最高日照时数出现在1990年, 所对应的气象产量为30年最高。日照时数走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1981—1982, 1983—1985, 1986—1987, 1989—1995, 1996—2000, 2001—2002, 2003—2004, 2008—2010, 趋同年份所占比例为62.07% (图10) 。

1981—2010年酉阳玉米生育期的总日照时数以0.21 h/a的速度呈总体下降趋势, 30年平均值为654.24 h。日照时数走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1983—1984, 1986—1991, 1992—2000, 2001—2002, 2003—2005, 2009—2010, 趋同年份所占比例为62.07% (图11) 。

1981—2010年江津玉米生育期的总日照时数以5.43 h/a的速度下降, 下降趋势明显, 30年平均值为821.73 h。日照时数走向和气象产量走向呈现正相关的年限区间为1983—1985, 1986—1988, 1989—1990, 1994—1995, 1997—1998, 2001—2003, 2004—2005, 2008—2010, 趋同年份所占比例为41.38% (图12) 。

综上, 日照四地除涪陵外均为下降态势, 其中江津的日照减少最为明显 (-5.43 h/a) , 从30年平均来看, 以江津日照最为充足 (821.73 h) , 酉阳最少 (652.24 h) , 呈现西高南低的态势。从趋同年份所占比例来看, 涪陵和酉阳大于50%, 可视作与玉米气象产量正相关。

3综合气象因素对玉米气象产量的影响

本文对玉米气象产量与各气象因素进行多元回归, 将常数项设为0, 得出表1的标准系数。

从表1可看出, 气象因素在不同区域对玉米气象产量的影响均存在较大差异。横向来看:万州在生育期内气象因素的影响大小依次为降雨、平均气温和日照, 其中, 平均气温和总日照时数均为负相关;涪陵在生育期内气象因素的影响大小依次为降雨、日照和平均气温, 其中平均气温为负相关;酉阳在生育期内气象因素的影响大小依次为日照、平均气温和降雨, 三因素均为正相关;江津在生育期内气象因素的影响大小依次为平均气温、日照和降雨, 三因素均为负相关。纵向来看:四地的温度对玉米增产的贡献基本是负效应, 有温度过高带来的不利影响;四地的降雨对玉米增产的贡献基本是正效应, 有降雨不足带来的不利影响。

4结论

(1) 综合来看, 较低温度、较少日照和较多降雨有利于万州地区玉米产量增产;较低温度、较多日照和较多降雨有利于涪陵地区玉米产量增产;较高温度、较多日照和较多降雨有利于酉阳地区玉米产量增产;较低温度、较少日照和较少降雨有利于江津地区玉米产量增产。

(2) 不同气象因素对不同区域的影响也不尽相同。当平均气温增加时只有酉阳会出现增产, 其余三地均是减产;当总降雨量增加时, 涪陵和酉阳地区会出现增产, 其余两地为减产;当总日照时数增加时, 除江津出现减产外, 其余三地为增产, 其中涪陵的玉米气象产量反应最为明显。

(3) 平均气温、降雨和日照相互作用又相互影响。在三者的共同影响下, 不同时期、不同区域, 气象因素对气象产量正相关和负相关关系更替出现, 说明气象产量和气象因素绝非简单的正相关和负相关关系, 而是多种气象因素相互影响共同作用的结果。

(4) 通过比较, 第二部分的趋同年份比例分析和第三部分SAS多元回归系数结果基本吻合, 两种方法相互印证, 说明气象因素与玉米气象产量相关性结论较为真实、可靠, 可作为利用气象条件提高玉米产量的有效参考。该结论表明:我们可以采取提前播种避开成熟期高温伏旱灾害, 加强蓄水保水措施, 达到趋利避害、提高玉米产量的目的。

摘要：为探索导致重庆玉米气象产量波动的气象因素, 选取重庆渝东北的万州、渝东南的酉阳、渝中的涪陵和渝西的江津为研究的代表站点, 根据1981—2010年四地在玉米生育期的温度、降雨和日照资料和玉米产量资料, 利用线性倾向评估法和多元回归分析方法, 系统分析了三个气象因素的年度变化特征及其对玉米产量的影响。分析表明:近三十年来, 重庆玉米气象产量整体上呈波动上升趋势, 玉米的气象产量与生育期内降雨基本呈正相关且影响最为显著, 与生育期内温度基本呈负相关。因此, 提前播种, 加强蓄水保水是提高重庆玉米产量的重要措施。

关键词：玉米,产量,气温,降雨,日照