1960年以來河南省玉米氣候生產潛力估算與種植空間優化

高軍波 楚冰洋 閆軍輝 趙國永

(1.信陽師范學院精準扶貧與鄉村振興軟科學研究基地， 信陽 464000； 2.中國科學院地理科學與資源研究所， 北京 100101)

0 引言

氣候變化是當今人們面臨的重要課題之一，它將改變降水與氣溫等氣象因子的空間分布。近年來全球氣候變暖趨勢日益明顯，使全球范圍內的地表溫度和氣溫都明顯高于以往同期水平，極端氣候事件的強度和頻率也有所加劇，給全球農業生產增加了不確定性。現有成果顯示，隨著氣溫及降水等氣象因素的改變，近幾十年來全球范圍內的玉米產量下降了3.8%，玉米種植邊界明顯北移[1]。氣候生產潛力是指某地區光照、熱量、水分等要素的質量及其相互協調程度，當作物充分并合理利用當地的光、熱、水、氣候資源，且土壤養分等條件最適時，作物單位面積產量就會趨向最高值。農作物生產潛力最早被發現與光能利用效率直接相關[2]，隨后是溫度與水分因素被引入作物生產潛力計算，農作物生產潛力計算模型得以逐步修正和完善[3-4]。在國內，黃秉維[5]最早于20世紀50年代就研究了農業生產潛力與積溫、降水等氣候因素的關系，在光能生產潛力的計算上首次提出光合潛力的概念，并對LOOMIS和WILLIAMS所提出的光合潛力計算公式進行修改，得出了更為簡便的生產潛力計算式; 隨后陳明榮等[6]將溫度系數引入生產潛力估算，至此氣候生產潛力的研究思路基本形成，相關實證理論與方法研究也逐步展開[7-8]。逐步訂正法是利用輻射量估算出光合生產潛力，再由溫度、降水量數據對溫度與水分訂正系數進行逐步訂正，從而得出光溫生產潛力和氣候生產潛力的方法，是聯合國糧食和農業組織(FAO)推薦使用的氣候生產潛力計算方法。劉博等[9]基于逐步訂正法對東北地區主要糧食作物進行了氣候生產潛力實證，發現逐步訂正法貼合氣候變化的全球化背景，能反映作物生產潛力隨輻射、溫度及降水條件變化趨勢，較具推廣潛力。

河南省是我國夏播玉米主要種植區，對我國糧食安全起到重要的保障作用，但研究表明，受全球氣候變化等影響，河南省在1970—2010年間，每年平均受災面積和成災面積分別為3.208 1×106hm2和1.460 7×106hm2，其中主要氣象災害有旱災、澇災、風雹災、低溫災等[10]；尤其是2010年后，河南夏玉米產量主要受高溫災害影響顯著[11-13]。為應對全球氣候變化，落實國家糧食安全戰略，本研究擬以河南省為研究區域，以河南省第一大夏播作物——玉米為研究對象，采用逐步訂正法和克里金插值縣域氣象數據等方式，量化研究1960—2015年河南省玉米氣候生產潛力時空演變，并引導玉米種植空間優化，以期為河南省縣域農業生產結構優化提供理論依據。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究區域概況

河南省地處我國中部，屬暖溫帶-亞熱帶、濕潤-半濕潤季風氣候，土壤肥沃，水熱同期，平原廣布，是我國重要糧食產區。河南省的玉米播種面積、產量在全國地位突出。如圖1所示，在播種面積上，近20年來河南省玉米種植面積持續增大，由1998年2.153×106hm2增加至2016年的3.344×106hm2。在總產量上，由于受到氣候變化影響，農作物生長過程中災害發生頻次呈增加趨勢。2003年由于玉米生長期間出現長時間持續低溫寡照天氣，造成大量玉米發育不完全或畸形發育，平均單產下降到3 211 kg/hm2，隨后進入快速增長期。但是，2011年和2012年河南西北部地區在玉米生長期高溫風險突出[11]；2013年河南省平頂山市、信陽市等地是高溫熱害的重災區，熱害強度達百年一遇，同時局部地區伴有玉米螟蟲害的發生[12]；2014年河南省部分地區夏玉米種植發生了極端干旱事件[13]，上述氣候災害和突發性極端事件，都導致了玉米的嚴重減產，對玉米的單產和總產量造成了較為嚴重的沖擊。

圖1 1998—2016年河南省玉米總產量、種植面積和單產變化Fig.1 Changes of total corn yield, planting area and yields in Henan Province in 1998—2016

圖2 河南省玉米單產與中國玉米主產省份比較Fig.2 Comparison of maize yield in Henan Province with main production provinces in China

從全國來看，山東、河南及東北三省是我國玉米主產區。如圖2所示，河南省玉米單位產量與全國平均單產差別不大(2003年、2004年除外)，2002年以前均穩定在5 000 kg/hm2左右。2005年以后全國平均單產呈穩定增長趨勢，2016年增長至6 000 kg/hm2左右，而河南省的玉米單產穩定在5 500 kg/hm2左右，山東省穩定在6 500 kg/hm2左右，吉林省玉米單產均值雖不穩定，但總體上均高于山東、河南和全國單產均值，且最高單產達8 000 kg/hm2左右。由此表明，河南省玉米單產與我國其他玉米主產區相比，整體上還存在較大差距。這與氣溫、降水、土壤肥力、生長周期等因素密切相關。因此，在全球氣候變暖和確保糧食安全戰略背景下，探究如何優化河南省玉米種植結構，對提高玉米種植效益，落實糧食安全戰略，實現農業可持續發展具有重要意義。

1.2 研究方法

逐步訂正法計算模型為[14]

YW=Qf(Q)f(t)f(W)=YQf(t)f(W)=YTf(W)

(1)

式中YW——氣候生產潛力，kg/hm2

Q——5—9月太陽總輻射，MJ/m2

f(Q)——光合有效系數

YQ——單位面積光合生產潛力，kg/hm2

f(t)——作物光合作用的溫度訂正系數

YT——光溫生產潛力，kg/hm2

f(W)——水分訂正系數

其中溫度訂正系數f(t)與水分訂正系數f(W)分別表示作物對于溫度和降水量的敏感程度，對于農作物適宜種植區的選擇具有重要價值。兩種訂正系數取值范圍介于0～1之間，溫度訂正系數越低則表明作物對溫度條件的適應性越低；相應地，水分訂正系數越低表明作物對水分條件的滿足度越低。

逐步訂正法進行玉米氣候生產潛力估算包括3個步驟：

(1)光合生產潛力的計算

光合生產潛力的計算式為[15-16]

YQ=Qf(Q)=CSεφ(1-α)(1-β)(1-ρ)(1-
γ)(1-ω)f(L)E∑Qi/q(1-η)(1-ξ)

(2)

式中C——單位換算系數

Qi——生長季各月總輻射量，MJ/m2

S——作物光合固定CO2能力的比例，取1.00

ε——光合輻射占總輻射的比例，取0.49

φ——光合作用量子效率，取0.22

α——植物群體反射率，取0.08

β——植物繁茂群體透射率，取0.06

ρ——非光合器官截獲輻射比例，取0.10

γ——超過光飽和點光的比例，取0.01

ω——呼吸消耗占光合產物的比例，取0.30

E——作物經濟系數，取0.40

f(L)——作物葉面積動態變化訂正值，取0.58

q——單位干物質含熱量，取17.20 MJ/kg

η——成熟谷物含水量，取0.15

ξ——植物無機灰分含量比例，取0.08

(2)光溫生產潛力的計算

光溫生產潛力的計算式為

YT=YQf(t)

(3)

其中

(4)

式中t——5—9月各月平均溫度

tmin、ts、tmax為作物生長發育期(5—9月)三基點溫度，分別為下限溫度、最適溫度和上限溫度, 具體數值為[17-18]：5月苗期分別為8.0、20.0、27.0℃，6月營養生長期分別為11.5、24.5、30.0℃，7月營養生殖并進期分別為27.0、14.0、33.0℃，8月開花/灌漿期分別為25.5、14.0、33.0℃，9月灌漿成熟期分別為19.0、10.0、30.0℃。

(3)氣候生產潛力的計算

氣候生產潛力的計算式為

YW=YTf(W)

(5)

其中

(6)

ETc=KCET0

(7)

式中p——時段內的降水量，mm

ETc——作物需水量，mm

ET0——作物參考蒸散量，mm

KC——作物系數，玉米5—9月的KC值分別為[18-19]0.38、0.75、1.22、1.10、0.60

1.3 玉米生長期劃分

玉米發育經歷播種期、三葉期、七葉期、拔節期、抽雄期、開花期、吐絲期、乳熟期及成熟期9個階段，各發育期對溫度、降水等需求不同[20]。由于河南省各地氣候條件不一，玉米播種、收獲時間存在差異。通過調查訪談得知，河南省信陽市玉米生長季為5—8月，其余各地均為6—9月，總體上全省各地玉米生長周期均為4個月左右。本研究依據省域各地玉米生長實際情況，選取不同的生長日期參數進行氣候生產潛力計算。為便于下文論述，統一將生長周期描述為5—9月。

1.4 技術路線

首先，采用克里金插值法將河南省18個縣市的5—9月最低氣溫、最高氣溫、月均溫、降水量及輻射數據進行插值處理；其次，基于插值處理后的氣象數據及玉米生長發育三基點溫度、需水量、參考蒸散量數據，按逐步訂正方法，對光合生產潛力及玉米溫度、水分訂正系數進行計算；最后，經溫度、水分逐級訂正后估算河南省縣域玉米氣候生產潛力，并進行縣域玉米種植空間格局演變與優化研究。具體流程如圖3所示。

圖3 研究過程示意圖Fig.3 Schematic diagram of research process

1.5 數據來源及處理

所需數據包括基礎數據及參數數據兩種類型。基礎數據來源于中國氣象局國家氣象信息中心的河南省18個地市站點1960—2015年基本氣象數據及5個氣象站臺的生長季(5—9月)輻射數據，其中基本氣象數據由5—9月均溫、最低溫、最高溫數據和降水量數據組成。然后采用克里金插值法獲取河南省域159個縣區空間單元氣象數據。參數數據包括玉米光合生產潛力參數、玉米生長發育期三基點溫度、作物參考蒸散量及作物系數。其中，玉米光合生產潛力參數、生長發育期三基點溫度及玉米的作物系數取自現有結果，蒸散量數據則通過哈格雷夫(Hargreaves)方法計算獲得。此外，全國分省玉米實際產量數據來自對應年份統計年鑒數據。

為了更加清晰地描述河南省農作物生產潛力區域差異，按氣候和地形條件將河南劃分為5個區域：豫北暖溫帶山地丘陵區(安陽、濮陽、鶴壁、焦作)；豫南亞熱帶山地丘陵盆地區(信陽、南陽、駐馬店)；豫東暖溫帶平原區(開封、周口、商丘)；豫西暖溫帶山地丘陵區(三門峽、洛陽、濟源)；豫中暖溫帶河流沖擊平原谷地丘陵區(鄭州、新鄉、許昌、平頂山、漯河)，分區情況及河南省18個氣象站點分布如圖4所示。

圖4 河南省分區及站點分布圖Fig.4 Distribution map of Henan Province division and site

2 玉米氣候生產潛力估算與空間特征

2.1 2015年玉米氣候生產潛力估算

基于2015年氣候數據，通過式(4)與式(6)，計算河南省2015年玉米氣候生產潛力的溫度訂正系數與水分訂正系數，分別為0.571 6和0.822 7。玉米溫度訂正系數偏低，表明整體上河南省玉米生產對溫度條件較為敏感，與玉米生長的適宜溫度還有差距，對玉米生產造成不利影響；水分訂正系數較高，說明降水條件能較充分滿足玉米生長發育需要。整體上看，河南省玉米生產的氣候因素中降水條件優于溫度條件。

2015年的玉米光合生產潛力、光溫生產潛力及氣候生產潛力分別由式(2)、(3)、(5)計算，結果如表1所示。對地區差異性指標而言，由大到小依次為氣候生產潛力、光溫生產潛力、光合生產潛力，依據河南省氣候和地形條件劃分的5個不同區域，太陽輻射量西部要稍高于東部，氣溫條件呈現出東高西低、南高北低的概況，降水量則是南部和西部山區降水量相對豐沛，東部和北部地區降水量略低。進一步表現出不同區域玉米生產潛力與區域間的熱量條件、溫度條件、降水量因素等氣候因子密切相關。

表1 2015年玉米氣候生產潛力Tab.1 Corn climate production potential in 2015

2015年玉米氣候生產潛力呈以豫北為中心的同心環格局，中心低外圍高特征顯著(圖5)。玉米氣候生產潛力介于6 800～7 700 kg/hm2之間為優勢產區，主要位于河南省西部與南部，包括信陽地區、南陽地區、三門峽南部及洛陽西南部等18個縣市，占河南省縣域總規模11.3%；生產潛力介于6 000～6 800 kg/hm2之間為較優產區，主要分布在南陽、駐馬店、商丘東部與西南部及洛陽部分地區，包括34個縣市，占比21.4%；生產潛力在5 200～6 000 kg/hm2之間為一般產區，主要包括平頂山、漯河、濟源及洛陽東部等地37個縣市，占比23.3%；生產潛力在4 500～5 200 kg/hm2區間為較弱產區，分布在中部的開封、鄭州、許昌、焦作及濮陽地區，涵蓋47個縣市，占比29.6%；生產潛力介于3 300～4 500 kg/hm2之間為弱勢產區，集中分布在河南省北部23個縣市，占比14.5%。如前所述，2015年全省玉米生長期雨水充足，滿足玉米生長期所需水分，但受月最低及月最高氣溫的影響，溫度訂正系數較低，導致不同縣域玉米生產潛力核算結果的差異。如2015年鄭州、新鄉、開封等地5—9月均溫都高于27℃，而南陽及三門峽地區同期均溫在26.2℃左右，溫度適宜，利于玉米生長發育，可見氣溫條件差異是2015年地區玉米生產潛力差異的主要因素。

圖5 2015年河南省玉米氣候生產潛力分布圖Fig.5 Distribution map of maize climatic production potential in Henan Province in 2015

2.2 1960—2015年玉米氣候生產潛力時空變化特征

2.2.1玉米氣候生產潛力動態變化

河南省玉米生產潛力均值從6 388.66 kg/hm2(1960年)增加至8 004.94 kg/hm2(1980年)，又于2015年減少至5 048.34 kg/hm2，整體上隨時間呈M形的動態變化。基于氣候分區(圖4)及生產潛力計算，河南省玉米氣候生產潛力如圖6所示。豫南地區氣候生產潛力變動劇烈，但仍是最大氣候生產潛力所在區域；豫東地區在1970年前生產潛力持續快速上升，僅次于豫南地區，于1970年達到最高值，甚至超越豫南地區成為最具生產潛力的地區，但1970年后生產潛力持續下降，逐漸被豫西地區所取代。豫西地區在1980年之前生產潛力勻速上升，之后表現為較緩下降趨勢，但具有較高的生產潛力，成為河南省域內第二大優勢生產潛力區；豫中地區玉米生產潛力變化也可劃分為兩個階段，1990年之前波動上升，之后迅速下降；豫北地區則一直是生產潛力最低的區域。據此表明，具有亞熱帶氣候和低山丘陵地形的豫南地區，其水熱組合條件優越，歷來是河南省玉米氣候生產潛力的最優區位。受全球氣候變暖影響，豫西地區在玉米生長期具有更優光照、降水、熱量等氣候因子組合，驅動河南省玉米氣候生產潛力優勢區呈現從豫東向豫西地區逐步轉移的動態趨勢。

圖7 玉米年均氣候生產潛力與生長季均溫、降水量變化關系Fig.7 Relationship between annual climatic production potential of maize and variation of average temperature and precipitation in growing season

2.2.2生長季氣溫和降水變化對玉米氣候生產潛力的影響

如圖7所示，河南省1960—2015年玉米氣候生產潛力整體上呈倒U形動態變化。其中在1960—1980年間，河南玉米氣候生產潛力先以年均80.8 kg/hm2的速度增加；在1980—2015年間，玉米氣候生產潛力持續下降。以2010年為分界點，先以年均46 kg/hm2的速度緩降，再以157.6 kg/hm2的速度急降。為分析變化原因，將氣候生產潛力的變化分別與生長季均溫及生長季降水量的變化進行動態對比(圖7)，發現玉米生長季均溫與同期氣候生產潛力變化時間節點一致，但方向相反，即氣候玉米生產潛力與氣溫變化具有較強的反比關系。與氣溫變化態勢不同，玉米生長季降水量與氣候生產潛力呈同步趨勢變化，即降水量增加，氣候生產潛力也隨之提升；降水量減少，氣候生產潛力下降。其中，2000年可能受到冷暖變化劇烈及干濕交替出現的異常氣候影響，河南省在玉米生長季出現長時間低溫和低輻射天氣，導致氣候生產潛力突降，其余年份降水量與氣候生產潛力變化節點和方向一致。綜上所述，受全球變暖趨勢影響，未來河南省玉米生長季氣溫將繼續保持升高變化趨勢，而同期降水量則可能持續減少，是河南省玉米氣候生產潛力呈下降態勢的關鍵因素。

2.2.3玉米生產高潛力區變化

1960—2015年河南省玉米生產高潛力區(優勢產區、較優產區)呈持續向西移動趨勢(圖8)。1960年河南省玉米生產高潛力區集中在信陽及駐馬店東南部18個縣區，占省域縣區規模比重為11.3%；1970年高生產潛力區范圍縮小至信陽東部，覆蓋7個縣區，占比4.0%；1980年范圍擴大，覆蓋信陽的大部分及南陽西南部共14個縣區，占比8.8%，高生產潛力地區重心由東往西遷移；1990年，高生產潛力區分布較為分散，包括信陽東部與中部、南陽西部及河南省西北部與中部的部分地區共24個縣區，占比升至15.1%；2000—2010年間，高潛力區從集中于豫西南向豫西和豫南分散聚集，縣區規模從27個減少到20個，占比由17.0%提高到12.6%；而到2015年，河南玉米生產高潛力區進一步集中在西部和南部地區，涵蓋18個縣區，占比降至11.3%。而同期玉米氣候生產弱勢潛力區(弱勢產區、較弱產區)，在1960年位于中部及北部地區，共58個縣區，占比36.5%；1970年降至16個縣區，占比10.1%；而在1980年又增加至28個縣區，占比回升到17.6%，且集中分布于河南省中部；在1990—2010年間，玉米生產弱勢潛力區從3個縣增加到53個縣，占縣區總規模比值也從1.9%增加到33.3%；2015年，河南玉米生產弱勢潛力區共23個縣區，占比9.4%。自2000年以來，河南省玉米氣候生產弱勢潛力區均集中分布于河南省北部地區。從整體變化趨勢上看，河南省玉米生產高潛力區規模波動幅度較小，而弱生產潛力區變化幅度較大。玉米生產高潛力區集中在河南省南部及西南部，是由豫南及西南部地區光溫水資源充足，水熱組合條件適宜所致，對玉米生長發育十分有利，誘導高潛力重心持續向西、向南遷移。因此為有效提高河南省糧食產量，提高土地利用率，優化作物種植區域是一種重要的手段。

圖8 河南省玉米生產潛力分布圖Fig.8 Distribution maps of maize production potential in Henan Province

2.3 玉米氣候生產潛力的制約特征

2011年，王冬妮等[21]對1961—2008年吉林省18個縣(市)春玉米氣候生產潛力進行了估算及時空變化特征分析，發現近50 a吉林省氣候生產潛力呈下降趨勢，水分是制約吉林省中西部春玉米產量的主要因子。賴榮生等[22]利用寧夏中部干旱帶1961—2011年平均氣溫和降水資料，指出降水條件是制約該區域春玉米氣候生產潛力的關鍵因子，其作用對春玉米氣候生產潛力的影響遠大于氣溫的變化。葛亞寧等[23]對近50 a來我國玉米生產潛力時空演變進行研究，得出生產潛力總體呈東高西低格局，單產潛力及總產量潛力整體呈現減少的趨勢并且區域間的差異較大。與上述研究相比，河南省玉米氣候生產潛力自1980年來，同樣呈持續下降趨勢，降水亦是制約玉米產量的重要因子。但同時，河南省玉米氣候生產潛力與生長季氣溫呈強烈反比關系，在全球變暖趨勢下，河南省玉米生長季不斷升高的氣溫也是玉米氣候生產潛力持續下降的重要因素。因此河南省玉米生產氣候潛力受到氣溫和降水雙因素制約，與東北(吉林)及西北(寧夏)地區不同。究其原因，在于河南與吉林、寧夏的地理區位不同，受氣候變化的影響程度不同。在中國氣候變化區劃中，吉林省位于東北-華北暖干趨勢帶東北邊緣；寧夏中部地區位于東北-華北暖干趨勢帶西北邊緣；河南省北部與西部位于西南-華南干暖趨勢帶東北邊緣，東部、中部與南部位于華東-華中濕暖趨勢帶西部邊緣，使得河南省與吉林省和寧夏地區的玉米生產潛力更容易受到氣溫變化影響，分布規律也存在較大差異。此外，不同氣候條件也使得其玉米播種期與生長發育時長不盡相同，吉林和寧夏中部地區玉米播種期早于河南省，生長發育時長較河南略長，也在一定程度上影響玉米季氣溫、降水及生產潛力變化。

3 玉米生產空間格局優化

3.1 玉米種植格局現狀

基于河南省2016年農業統計數據，各地市玉米播種面積差異較大。其中播種面積最大的是駐馬店市，達4.533 6×105hm2；基于自然斷點分類方法，將玉米種植區域分為優勢種植區、較優種植區、中等種植區、較弱種植區和弱勢種植區5個等級。其中，玉米優勢種植區主要分布在南陽、駐馬店、周口和商丘4個典型的傳統農作物優勢種植區，這里地勢平坦，土壤肥沃，氣候條件優越，利于玉米生長發育；較優種植區分布在河南北部的安陽與新鄉，肥沃的土壤為該地區的作物提供了有利的生長條件；中等種植區包括河南中部的鄭州、開封、許昌、平頂山以及西部的洛陽，城市的發展速度、政府政策等人文因素對該地區作物種植的影響較大；漯河、焦作、鶴壁及濮陽為玉米較弱種植區；信陽、三門峽與濟源為玉米弱勢種植區(圖9)。

圖9 河南省2016年玉米種植格局Fig.9 Pattern of maize planting in Henan Province in 2016

3.2 玉米種植適宜程度分區

以河南省縣域空間為單元，對2000年、2010年及2015年這3個年份各縣的玉米氣候生產潛力求均值，然后將所求均值的平均值作為標準值，與7個研究年份的玉米氣候生產潛力進行比較。以大于標準值的年份次數為標準，將河南省劃分為玉米生產的優勢潛力區、較優潛力區、中等潛力區、較弱潛力區、弱勢潛力區5種類型空間。其中，大于標準值年份次數小于等于2為弱勢潛力區；等于3設定為較弱潛力區；等于4為中等潛力區；等于5為較優潛力區；大于等于6是優勢潛力區，具體分區見圖10。

圖10 玉米種植格局優化結果Fig.10 Optimization chart of maize planting pattern

3.3 縣域玉米生產格局優化建議

通過對比圖9和圖10，發現河南省玉米優勢種植區與優勢氣候生產潛力區具有較高重合度，其中61.11%的優勢種植區與優勢潛力區重合。如南陽、駐馬店、周口及商丘地區，既為現狀玉米優勢種植區，也是玉米優勢氣候生產潛力區；同樣，豫中地區多為玉米氣候生產的中等或較優潛力區，同時也是玉米的現狀中等種植區。但其他各類玉米氣候生產潛力區與現狀種植區類型偏差較大。為了提高玉米實際產量及生產效率，可以依據玉米氣候生產潛力導向，對河南省159個縣市的玉米種植格局進行優化。根據玉米現狀種植優勢類型與氣候生產潛力區類型差距，分為種植規模適當增加、逐步減少及保持現狀3種類型，進行玉米種植空間優化(表2)。

需要注意的是，部分地區玉米氣候生產潛力與種植現狀類型不相符，是由于特定區域其他生產條件影響了農作物生產潛力。如安陽的玉米氣候生產潛力整體偏低，劃分為弱勢潛力區，但在實際生產中安陽市卻為較優種植區。究其原因，雖然安陽位于河南省最北部，溫度偏高，是不利于玉米生產氣候條件。如2016年河南省生長季(5—9月)均溫為25.4℃，安陽市生長季均溫為27.4℃。但是安陽土壤訂正系數為0.8，土壤為高產田土[24]，土壤質地優勢彌補了溫度條件的不足，使安陽成為較優種植區；同樣，就氣候條件來講，信陽大部分位于淮河以南，屬亞熱帶季風氣候，降雨豐沛，年均降水量900～1 400 mm，氣候條件更適合水稻作物的生長發育。而且水稻生產在當地糧食安全、防洪抗澇、保護環境中有不可替代的綜合作用[25]，因此該市主要農作物為水稻而非玉米。由此表明，土壤質地優勢彌補了氣候條件的不足，使安陽成為較優種植區。信陽的氣候條件雖然適合玉米生產，但該地富足的水熱條件使水稻生產更具優勢，致使玉米為信陽的弱勢農作物。因此玉米等農作物種植空間受多種因素影響，如市場需求、自然條件及政策支持等，實際優化過程中，還要綜合考慮人文要素、自然條件、政策支持等其他玉米產量影響因素。

表2 河南省玉米種植格局優化Tab.2 Optimization of maize planting pattern in Henan Province

4 討論

農業發展實踐表明，影響農作物生產的因素有很多，包括土地耕種面積、政府政策、生產方式、農民意愿、市場供求關系等，復雜多影響因素使氣候生產潛力估算與實際產量之間存在誤差。后續研究可以考慮將社會經濟因素與自然環境因素逐步結合，進行作物生產潛力更精確估算探索。

同時，為應對全球氣候變化及日趨嚴重的農作物生產氣候問題，河南省農業生產可采取的對策如下：①繼續研究農業生產潛力，提高農作物生產潛力的估算精度，不僅可以在農業生產結構調整等一系列決策問題上發揮重要的輔助作用，而且還可以發現并改善作物生長不利條件。②采取保護性耕作方法，如少耕、免耕、秸稈還田等措施，提高土壤本身的蓄水、蓄熱能力，提高自然降水的利用效率，通過提高耕地利用率，改變熟制等方式提高作物產量[26]。對氣候條件處于劣勢的地區采取如加強水利設施建設、人工降雨等手段進行改善，降低干旱對玉米生產的影響，或大力發展在本地生產潛力較大的優勢農作物。③國家也要出臺相關政策，如加大糧食補貼、提高糧食收購價格等惠農政策及耕地面積保障政策等。

5 結論

(1)1960—2015年河南省玉米氣候生產潛力隨氣候條件的變化而發生改變。玉米氣候生產潛力從1960年的6 388.66 kg/hm2增加至1980年的8 004.94 kg/hm2，又于2015年減少至5 048.34 kg/hm2，氣候生產潛力隨時間呈倒U形的動態變化，受氣溫和降水雙因素驅動，河南省玉米生產氣候潛力仍呈持續降低趨勢。

(2)受全球氣候變化影響，河南省1960—2015年玉米生產高氣候潛力區整體上從豫東向豫西遷移；弱勢氣候潛力區自2000年來一直集中于河南省北部地區。河南省玉米生產氣候潛力的氣溫和降水雙因素制約特征顯著。

(3)61.11%的河南省玉米生產優勢氣候潛力區與玉米優勢種植區現狀重合，但其他各類型潛力區與種植區現狀偏差較大，應依據玉米生產氣候潛力區類型，種植規模分適當增加、逐步減少和保持現狀3種類型，提出河南省玉米種植格局優化方案。