內蒙古西部地區自然災害對玉米產量影響及氣象因子分析

邱鵬程，杜永春，常國有

（1鄂爾多斯市農牧業科學研究院，內蒙古 鄂爾多斯 017000；2達拉特旗種子管理站，內蒙古 鄂爾多斯 014300）

0 引言

玉米是重要的糧食、飼料和工業原料，是內蒙古自治區第一大糧食作物[1]，全區玉米播種面積、產量均居中國第三位。2017年內蒙古自治區牛奶和絨毛的產量排名均為中國第一，畜牧業產值占農牧業產值的42.2%，玉米的生產是畜牧業高質量發展的重要保障。玉米生長受到農業氣象災害的影響[2]，干旱[3]、洪澇[4]、倒伏[5]、高溫[6]和低溫[7]等因素嚴重影響玉米產量。

曹慶軍等[5]對45個定位點的風災倒伏研究發現，倒伏最高導致玉米減產29.68%，研究結果表明，灌漿期風災倒伏對產量的影響最大。不同玉米品種抗倒伏差異較大，主要體現在莖稈抗推力和莖粗相關性狀，抗倒伏強的玉米品種單株產量比抗倒性弱的品種增加了31.99%，單株產量與莖稈抗推力和莖粗表現為極顯著正相關[8]。余弘泳[7]研究東北作物冷害，近30年東北玉米各等級冷害發生年數、區域及頻率都呈顯著減少趨勢，氣候變暖背景下，東北玉米冷害減少，但冷害發生仍具不確定性。趙飛龍等[9]研究表明，花期前后高溫脅迫對玉米光合有顯著影響，導致玉米產量顯著下降，不同基因型玉米對高溫響應有差異，耐熱玉米基因型能夠保持較強的根系活力、葉片較高的光合速率和抗氧化能力及籽粒ATP酶活性[10]。干旱脅迫條件下，灌漿期中度和重度的水分脅迫對玉米的形態指標及干物質積累均有顯著影響，重度干旱對玉米的產量影響較大，最大減產30.87%[11]。玉米苗期漬澇處理前后，不同階段的株高變化率均與對照存在顯著性差異，三葉期的漬澇持續14天，玉米雄花不再有分枝數，七葉期漬澇持續9.3天時分枝數最少[12]。氣候條件影響中，降水量對玉米產量影響較大[13]，其次是日均氣溫和日照時數，相對濕度和風速影響相對較小[14-15]。以往研究設置專門條件，對不同逆境因素進行分析，沒有根據地區實際情況，結合多年氣象、產量實際情況進行分析，筆者根據內蒙古自治區2005—2017年自然災害情況、玉米播種面積、單產和總產情況，以及1981—2010年內蒙古自治區西部4個地市氣候條件信息，分析氣象災害影響和減產情況，以期為玉米生產和育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

內蒙古自治區各年份農作物受災面積統計數據、玉米播種面積及產量情況來源于歷年的內蒙古統計年鑒。4個地市的氣象資料來源于中國氣象局科學數據共享服務網，選擇烏拉特中旗(53336)、五原縣(53337)、磴口縣(53419)、杭錦后旗(53420)、烏拉特前旗(53433)、臨河區(53513)、達茂旗(53352)、固陽縣(53357)、包頭市(53446)、土默特右旗(53455)、呼和浩特(53463)、土默特左旗(53464)、托克托縣(53467)、和林格爾縣(53469)、清水河縣(53562)、達拉特旗(53457)、鄂托克旗(53529)、杭錦旗(53533)、東勝區(53543)、伊金霍洛旗(53545)、準格爾旗(53553)、烏審旗(53644)、鄂托克前旗(53730)共23個站點，選擇1981—2010年逐日氣象觀測數據。

1.2 產量分解

作物產量可以分解為趨勢產量、氣象產量和隨機誤差[16]，具體計算見式(1)，可以簡化為式(2)。

式中，Y代表作物產量，Yt代表趨勢產量，Yw代表氣象產量，ε代表隨機誤差。

產量分離的目的是為消除趨勢產量的變化對產量波動的影響，是評價氣象產量效應的基礎。為了使統計結果具有可比性，需要剔除產量波動受時空的影響；另外，由于氣象產量是一個非平穩的時間序列，不具有正態分布特點，為便于估算風險概率，需要對其進行變換。而變換后的相對氣象產量較好的描述了以氣象要素為主的各種短周期因子對產量的影響，故這里采用相對氣象產量。相對氣象產量表明了單產偏離趨勢產量的幅度[16]，見式(3)。

本研究中趨勢產量采用5年直線滑動平均模擬[17]。

1.3 統計方法

年平均減產率，相對氣象產量表明作物單產偏離趨勢產量的波動幅值，其百分率為正即為“增產率”，為負即為“減產率”[18]，此處統稱為減產率。如式(4)所示。

式中，P為年平均減產率，Ywr為相對氣象產量，n為對應時段的年數。當Ywr＜-0.5%時，定義為災年；當Ywr＜0時，定義為歉年份。所有災年的相對氣象產量之和與之對應年份數相除時，得到災年平均減產率；同樣易得歉年平均減產率和歷年平均減產率。

1.4 數據資料篩選分析

根據玉米生育期，篩選玉米生長季節5—9月氣象數據，以及文中數據整理、指標的計算和圖標制作均采用Excel進行。

2 結果與分析

2.1 2005—2017年內蒙古自治區農業自然災害受害情況

表1為2005—2017年內蒙古自治區不同自然災害受災面積情況統計。期間內蒙古自治區遭受的自然災害主要是旱災，其次是洪澇災、風雹災和低溫凍害。旱災發生最嚴重的2007、2009年，受災面積達到492.95萬、431.38萬hm2。

表1 2005年至2017年內蒙古自治區不同自然災害受災面積情況統計 萬hm2

2.2 2005—2017年內蒙古自治區玉米播種面積、單產和總產情況

圖1為2005—2017年內蒙古自治區玉米播種面積、單產和總產情況變化。由圖可以看出，2005—2015年由于國家出臺了一系列保障糧食生產政策，種植玉米比較效益較高，內蒙古自治區玉米種植面積持續增加，由180.6萬hm2增加到393.8萬hm2，總產量增加到2652.2萬t，2016年開始，原農業部為優化種植結構和區域布局，加強“鐮刀灣”地區玉米結構調整[19]，內蒙古地區籽粒玉米調整種植為其他作物，玉米播種面積有所下降。旱災導致2009年全區玉米平均單產5472 kg/hm2，為近年來最低單產水平，之后單產水平持續提高，2017年達到6720 kg/hm2。

2.3 1981—2010年內蒙古自治區西部4個地市氣候條件

玉米產量取決于品種和栽培措施，也與光、熱、水等氣候因子密切相關[20]，充分利用氣候資源才能更大程度提高產量[21]。表2為1981—2010年內蒙古自治區西部4個地市氣候條件信息，23個氣象站點中12個位于內蒙古河套灌區，包括了鄂爾多斯市北部、包頭市南部和呼和浩特市西南部等沿黃地區。4個地市平均氣溫差別不大，玉米生育期內降水量主要集中在7月和8月，鄂爾多斯市和呼和浩特市降水量比包頭和巴彥淖爾市降水量大，巴彥淖爾市降水量是4個地市中最少的。從各月降水量變異系數來看，巴彥淖爾市各旗區在37.52%～55.80%之間，各站點降水情況差異較大。包頭市各旗區站點變異系數都在50%以上。平均風速來看，呼和浩特市平均風速較低，可以降低玉米收獲前倒伏概率。

2.4 西部4個地市玉米單產減產率

圖1 內蒙古自治區玉米播種面積、單產和總產情況

表2 內蒙古自治區西部4個地市所屬旗縣基本信息

利用減產率公式統計，獲得西部4個地市玉米歷年平均減產率、歉年平均減產率和災年平均減產率結果。表3為2008—2017年4個地市玉米單產變異系數及減產情況。從中看出，巴彥淖爾市歷年平均減產率達到0.32%，鄂爾多斯市和包頭市相近，呼和浩特市最低，為0.03%，4個地市歷年平均減產率在“0”附近，主要是由于相對氣象產量在不同的年份體現為增產或減產，大增和大減年份較少的原因。災年平均減產率呼和浩特市最高，為-8.0%，巴彥淖爾市和包頭市比較接近，鄂爾多斯市為-3.59%，是4個地市中最低的。

3 討論與結論

3.1 內蒙古自治區主要氣象災害影響

作為內蒙古地區主要農作物，玉米種植面積和產量占較大比重，氣候條件對玉米生產影響較大[22]，特別是氣象災害，可能對玉米生產造成毀滅性打擊[23]。2005—2017年內蒙古自治區不同自然災害受災面積情況統計情況看，旱災造成的受災面積占到70%以上，災害發生頻率最多，產生影響最大。洪澇災、風雹災和低溫凍害發生較旱災輕。從2005—2017年內蒙古自治區玉米單產和總產情況來看，玉米單產水平持續提升，旱災導致2009年單產水平為近年最低。因此，從玉米種質資源收集利用入手，提高育種目標中對品種抗旱能力的要求，增強育成玉米品種抗旱性能，是降低旱災損失的根本性辦法[24]。同時，根據氣象信息的準確預報，發揮灌溉設施作用，降低旱災損失也是應對旱災的重要手段[25]。

表3 西部4地市玉米單產減產率 %

3.2 西部4地市氣候條件及玉米減產風險

4個地市氣候條件各有不同，鄂爾多斯市和呼和浩特市降水量比包頭和巴彥淖爾市降水量大，巴彥淖爾市降水量是4個地市中最少的，但是灌溉面積占總播面積比例達到97.06%，好的灌溉條件保障了玉米生產。從平均風速看，呼和浩特市平均風速較低，可以降低玉米收獲前倒伏概率。趨勢產量的分離是氣象產量風險評價的重要方法，本研究比較了4個地市玉米歷年平均減產率、歉年平均減產率和災年平均減產率結果，其絕對值愈大，說明該地區的產量受氣候波動的影響愈大。巴彥淖爾市降水偏少，災年平均減產率較高，受氣候波動的影響較大，但是灌溉比例高，可能反而利于產量提高，所以玉米單產變異系數最低，產量穩定性較好。呼和浩特市災年平均減產率最高，玉米單產變異系數也最高，產量波動較大，穩定性較差。包頭市和鄂爾多斯市部分旗區能夠灌溉到黃河水，部分旗區屬于雨養區域，玉米單產變異系數相當，具體玉米生產風險情況需要分旗區進一步深入研究。