尖草坪区气象条件的变化及其与玉米产量的相关分析

尖草坪区气象条件的变化及其与玉米产量的相关分析

李文杰

太原市尖草坪区气象局 030023

摘 要 ：为了解气象条件对农作物产量的作用，探讨气候变化背景下农作物产量受到的影响，利用1981—2020 年尖草坪区气温、降水、相对湿度、日照，分析尖草坪区气象要素的变化趋势。利用 1994—2019 年尖草坪区玉米年平均每 667 m²产量和气象要素资料分析尖草坪区玉米产量受气象条件的相关影响。结果表明，1981—2020年尖草坪区气温、降水、日照变化呈上升趋势，相对湿度的变化呈下降趋势 ；气温、日照和玉米产量的变化呈负相关，降水、相对湿度和玉米产量的变化呈正相关，其中相对湿度和玉米产量的相关度最高。建立气温、降水、相对湿度、日照对尖草坪区玉米产量的回归预测模型，预测模型对尖草坪区玉米产量模拟值和实测值的相关度高达0.6539。

粮食生产关系国计民生、社会发展和稳定、国家与地区安全，粮食生产对气候条件的依赖性非常大，气候的任何波动均将直接影响到粮食生产。

夏莹^[1]指出春玉米是喜温、短日性耐寒耐涝作物，在水分条件满足的情况下，玉米生长季节的总热量与玉米产量密切相关，在降水量满足春玉米生长发育的情况下，温度是春玉米增产的主要因素。尹小刚^[2]研究指出东北农作区玉米生育期内极端高温显著影响玉米生产，其中营养生长期的极端高温对玉米产量的不利影响十分显著，培育耐高温品种，调整玉米生产管理措施，构建防灾减灾玉米生产体系是东北农作区玉米生产应对高温风险的有效措施。姜丽霞^[3]的研究表明，1981－2016年间，黑龙江省玉米出苗－抽雄期≥10℃积温距平对气候变暖具有明显响应，呈显著增加趋势，空间上呈北低南高特征。王芳^[4]指出由于中国东北玉米带生长季出现异常高温少雨高辐射天气的频次高于美国玉米带，故其在玉米生长前、后期的干旱频率及强度均高于美国，中国东北除关注前期干旱管理外，还需特别重视玉米生长后期的抗旱措施保障。王柯翔^[5]提出内蒙古孪井滩地区干旱、低温冷害、涝灾等气象灾害多发，对春玉米生长发育的影响比较大，对此，提出了有效防御措施。张梦婷^[6]研究表明近50a（1961-2010 年）东北三省春玉米冷害发生区域范围大小表现为重度＞轻度＞中度，各等级冷害低温事件主要发生在5月和6月。

本研究通过分析近 40年尖草坪区温度、降水、相对湿度、日照的变化，阐明气象条件和农作物产量的相关性，探索气候变化背景下气象条件的变化对农作物产量产生的影响。

1 材料与方法

气象资料来源于尖草坪国家气象观测站，玉米产量资料来源于尖草坪区统计局。玉米产量监测点的地理坐标为 112.47°E、37.93°N，位于尖草坪区境内（图 1）。按季节统计尖草坪区 1981—2020年气温、降水、相对湿度、日照的年际变化和线性趋势。

图1 玉米产量监测点站点位置

统计尖草坪区玉米 1981—2020 年平均每 667 m²产量的逐年变化。将尖草坪区农作物产量的变化趋势和气温、降水、相对湿度、日照变化趋势进行对比，分析农作物产量和各气象要素的相关程度。利用多元线性回归方法，建立各气象要素对农作物产量的多元线性回归模拟模型，并对模型模拟结果进行了检验。

2 结果与分析

2.1 气象条件变化

2.1.1 气温 1981—2020年尖草坪区气温均呈上升趋势，其中气温上升最明显的是春季和冬季，趋势倾向率分别是 0.058、0.042，然后是夏季和秋季，趋势倾向率分别是 0.035、0.032。1984年冬季平均气温为-6.9℃，2007年冬季平均气温达到 -1.6℃，冬季气温年际变化幅度最大（图 2）。

图 2 1981—2020年尖草坪区季节平均气温年际变化

2.1.2 降水量 尖草坪区年平均雨量多为 241～666 mm，降水 2/3 集中于夏季。1981—2020年尖草坪区降水均呈上升趋势，一年四季降水变化趋势分别是 ：夏季、秋季、冬季降水是上升趋势，趋势倾向率分别是0.612、0.272、0.004，夏季降水上升趋势最明显；春季降水呈下降趋势，趋势倾向率为-0.078。夏季降水量的年际变化值最大。

图3 1981—2020年尖草坪区季节降水量年际变化

2.1.3 相对湿度 1981—2020年尖草坪区相对湿度均呈下降趋势，四季平均相对湿度趋势倾向率分别是，冬季 0.004、秋季 -0.007、春季 -0.231、夏季 -0.187，其中春季下降趋势最明显（图 5）。1981—2020年冬季平均湿度超过 60% 的有1年，为1989年冬季平均湿度62%。季节平均湿度年际变化值最大的也是冬季，1981—2020年年际变化值超过10%的有5年。

图4 1981—2020年尖草坪区季节平均相对湿度年际变化

2.1.4 日照时数 1981—2020年尖草坪区四季平均日照，冬春季呈上升趋势，趋势倾向率分别是，冬季 0.258、春季0.894；夏秋季呈下降趋势，趋势倾向率分别是，夏季 -0.266、秋季 -0.307，其中春季平均日照上升最明显（图6）。夏季平均日照年际变化幅度最大。

图5 1981—2020年尖草坪区季节平均日照年际变化

2.2 气象条件变化与玉米产量的关系

1994—2019 年尖草坪玉米年平均每亩产量总体呈下降趋势，趋势倾向率为 -3.82。在相同时段内，降水、气温、日照变化是上升趋势。湿度变化是下降趋势，趋势倾向率是湿度-0.0807。气温、日照和玉米年平均每亩产量变化是负相关，相关系数分别为气温 -0.0709、日照-0.3749。降水和相对湿度年平均每亩产量变化是正相关，相关系数分别是降水0.0548、相对湿度0.1964，其中相对湿度和玉米年平均每公顷产量的相关度最高。

图6 1994-2019年尖草坪春玉米产量和各气象要素距平逐年变化

图7 各气象要素和玉米产量的相关系数

2.3 线性拟合模拟及检验

用多元线性回归的方法建立湿度、气温、日照、降水对尖草坪玉米产量的多元线性回归预测模型 ：

Y =267.2297-0.0579 -1.2803 +2.4198 - 0.1714

式中，Y为农作物每亩产量, 为降水， 为气温， 湿度， 为日照。

将线性回归模拟值和实测值相对比，尖草坪玉米年产量的模拟值和实测值的相关度较高，r 值为 0.6539。

3. 结论

1. 近 40年尖草坪气象条件的变化分别为 ：季节平均气温均呈上升趋势，其中冬、春季的上升趋势更为明显 ；降水量是上升趋势，其中夏、秋、冬季降水有上升趋势，夏季降水上升趋势最明显，春季降水是下降趋势；相对湿度呈下降趋势，其中冬季有上升趋势，春、夏、秋季是下降趋势，春季下降趋势最明显；各季节平均日照时数冬春季是上升趋势，夏秋季是下降趋势，其中春季上升趋势最明显 。

2. 在各气象条件和玉米产量的相关分析中，降水、相对湿度和玉米产量的变化呈正相关 ；气温、日照和玉米产量的变化呈负相关。其中相对湿度和玉米产量的相关程度最高。

3. 建立相对湿度、气温、日照、降水对尖草坪玉米产量的多元线性回归预测模型。

3. 农事建议和对策

春玉米是尖草坪区的高杆秋田作物，也是高光效、高产作物。本文研究结果表明，影响春玉米生长、发育的气象因素主要有降水、相对湿度，因此，今后在玉米生产中，应采取加大水利设施投入、选用抗逆性强的品种、加强玉米后期管理等措施，减轻气象灾害对春玉米生长发育的影响，同时采用科学的栽培技术合理密植，并做好田间的水肥管理工作，从而实现春玉米增产的目的。

参考文献 ：

[1]夏莹，王俊，张连霞，李莉，李亚芬.2016年通辽市春玉米生育期气候影响分析.内蒙古科技与经济,2017,23:59-61.

[2]尹小刚，王猛，孔箐锌，王占彪，张海林，褚庆全，文新亚，陈阜.东北地区高温对玉米生产的影响及对策.应用生态学报，2015,26（1）:186-198.

[3]姜丽霞，吕佳佳，曲辉辉，杨晓强，季生太，李秀芬，张雪梅，王铭，王萍.黑龙江省玉米生长期冷害与干旱混合发生对产量的影响.灾害学，2019,34（4）:6-13.

[4]王芳，王春乙，邬定荣，姚树然，白月明，张继权.近30 年中美玉米带生长季干旱特征的差异及成因分析.中国农业气象，2018,39(6):398-410.

[5]王柯翔.内蒙古孪井滩地区春玉米种植气候条件分析.现代农业科技，2019,11:47.

[6]张梦婷, 刘志娟, 杨晓光, 董朝阳, 刘子琪.气候变化背景下中国主要作物农业气象灾害时空分布特征[Ⅰ]：东北春玉米延迟型冷害.中国农业气象，2016,37(5):599-610.