安圖縣1999—2018 年玉米生育期氣候變化特征及產量預測模型

李義蘭，閆雅婷，郭 偉

（1 吉林省安圖縣氣象局，133600，吉林安圖；2 吉林省延吉市氣象局，133000，吉林延吉；3 吉林省和龍市氣象局，133500，吉林和龍）

1 背景概況

農業對氣候變化的反應十分敏感，農業對氣候變化的響應已經成為全球氣候變化研究中的重要內容之一[1]。近年來，國內有大量學者對氣候變化與作物生產之間的關系進行了深入研究。如紀瑞鵬等、汪宏宇等對東北地區作物發育期的降水進行研究[2-3]；王馥棠進行了氣候變化與我國的糧食生產的研究[4];謝云進行了中國糧食生產對氣候資源波動響應的敏感性分析[5]。本文擬通過對安圖縣溫度、降水、日照、玉米產量的分析，建立玉米的產量預報模式方程，為玉米生產提供參考依據。

2 資料來源和方法

2.1 資料來源

安圖縣1999—2018 年氣溫、降水量、日照時數等逐日氣象數據資料來源于吉林省安圖縣氣象局。玉米單位面積產量數據來源于安圖縣統計局和國家統計局安圖調查隊。安圖地形南北狹長，氣候差異大，各鄉鎮玉米產量差異較大，故本文采用安圖縣明月鎮玉米單產代表安圖縣玉米單產進行相關分析。

2.2 分析方法

本文運用線性傾向率分析安圖1999—2018 年玉米各生育期的氣溫、降水、日照時數變化特征。實際產量與趨勢產量之差作為氣象產量[6]。采用直線滑動平均模擬法模擬趨勢產量，進而剝離氣象產量。直線滑動平均模擬法的優點在于不必主觀假定（或判斷）產量歷史演變的曲線類型，也可不損失樣本序列的年數，是一種較好的趨勢模擬方法。具體計算公式參考文獻[7]，本文中K取11。通過對安圖縣玉米生長期氣象因子和玉米氣象產量進行皮爾遜相關性分析，選取相關性強的因子，利用多元回歸方程建立玉米氣象產量預測模型。

3 玉米主要生育期氣候變化特征

3.1 1999—2018 年玉米播種-成熟期氣候變化特征

玉米播種-成熟期平均最高氣溫、平均最低氣溫、≥0 ℃積溫呈不同程度增加趨勢，氣候傾向率分別為0.57 ℃/10 a、0.17 ℃/10 a、40.44 ℃/10 a，其中平均最低氣溫通過了0.05 水平的顯著性檢驗。平均最低氣溫增長幅度明顯高于平均最高氣溫，因此氣溫日較差呈現緩慢下降的趨勢，氣溫日較差的氣候傾向率為-0.40 ℃/10 a，變化趨勢不顯著。降水量、日照時數氣候傾向率分別為-39.11 mm/10 a、-31.61 h/10 a，均呈現減少趨勢，但不顯著。

3.2 1999—2018 年玉米各生育期氣候變化特征

播種-出苗期：≥0 ℃積溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫、降水量、日照時數均呈不同程度增加趨勢，平均最低氣溫氣候傾向率為0.86 ℃/10 a，升高趨勢最為明顯，通過了0.05 水平的顯著性檢驗。出苗-拔節期：≥0 ℃積溫、平均最高氣溫、降水量、日照時數呈不明顯減少趨勢，平均最低氣溫呈不明顯遞增趨勢。拔節-乳熟期：降水量呈減少趨勢，溫度、日照時數呈遞增趨勢，但都不顯著。抽雄-乳熟期：≥0 ℃積溫、平均最高氣溫呈顯著升高趨勢，氣候傾向率分別為19.73 ℃/10 a、0.85 ℃/10 a。乳熟-成熟期：降水量、平均最低氣溫呈增加趨勢；≥0 ℃積溫、平均最高氣溫、日照時數呈現不同程度減少趨勢，氣候傾向率分別為-7.4 ℃/10a、-1.13 ℃/10a、-25.9 h/10 a，其中日照時數、平均最高氣溫減少趨勢最為明顯，通過了0.01 水平的顯著性檢驗。

4 氣象因子對玉米產量影響分析

4.1 1999—2018 年玉米產量變化趨勢

安圖玉米實際單產年際間變化較大，在2 687～6 897 kg/hm2波動，總體呈增長趨勢，年均增長量為102.32 kg/hm2。玉米趨勢單產與實際單產走勢一致，年均增長量為122.06 kg/hm2。1999—2003 年玉米產量呈下降趨勢，2004—2012 年玉米產量增長趨勢明顯，2013—2018 年玉米產量波動平穩。氣象產量波動大，在-1 769～1 151 kg/hm2浮動，1999—2018 年氣象產量總體呈增長趨勢，但不顯著。

4.2 玉米氣象產量與氣象因子的關系

通過對1999—2018 年玉米各生育期的平均最高氣溫、平均最低氣溫、≥℃積溫、日照時數、降水量、氣溫日較差等氣象因子與玉米氣象產量進行皮爾遜相關性分析，結果表明：玉米氣象產量與播種-出苗期的降水量，出苗-拔節期的日照時數、氣溫日較差，拔節-抽雄期的平均最高氣溫、≥0 ℃積溫呈顯著的正相關關系；與播種-成熟期平均最高氣溫呈強顯著正相關；與出苗-拔節期、乳熟-成熟期平均最高氣溫，拔節-抽雄期平均最低氣溫，播種-成熟期≥0 ℃積溫呈中等程度正相關。由此可以看出，氣溫對氣象產量影響最大，是影響玉米產量的主要氣象因子。

5 玉米氣象產量預測模型建立與檢驗

5.1 玉米氣象產量預測模型

通過對玉米氣象產量與氣象因子相關性分析，從諸多氣象因子中挑選出相關性強的因子，并結合玉米在各生育期實際生長發育過程中對光、溫、水的需求，挑選出合適的氣象因子。以玉米氣象產量為因變量，氣象因子為自變量，利用SPSS 軟件建立多元回歸方程，得出玉米氣象產量預報模型：

式中：y 表示玉米氣象產量，x1表示乳熟-成熟期平均最高氣溫，x2表示拔節-抽雄期積溫，x3表示出苗-拔節期日照時數，x4表示播種-出苗期降水量。

5.2 預測模型檢驗

將相關的氣象因子代入式（1）中，同時利用直線滑動平均模擬法計算趨勢產量，對1999—2018 年玉米產量進行回代檢驗。結果顯示1999—2018 年平均準確率為91.2%。

利用預測模型對2019、2020 年玉米產量進行預測。2019 年玉米產量預測準確率為99.6%，2020 年玉米產量預測準確率為95.1%，模型預測效果較好。

6 結論與討論

（1）基于影響玉米氣象產量的4 個氣象因子，建立了玉米氣象產量預報模型，經回代檢驗，玉米產量準確度平均為91.2%。2019 年、2020 年預報準確度分別為99.6%、95.1%，基本可以滿足業務服務需求。

（2）1999—2018 年安圖玉米實際單產年際間變化較大，總體呈增長趨勢。趨勢單產總體呈增長趨勢，與玉米實際單產走勢一致，與實際相吻合。1999—2018年氣象產量波動大，說明氣象因子對安圖玉米產量影響很大，氣象產量總體呈增長趨勢，但不顯著。

（3）通過相關性分析，溫度是影響玉米產量的主要氣象因子。光、溫、水等氣象因子對玉米單產的影響主要體現在出苗至抽雄期，且不同時生育期所需氣溫、降水、日照也分別不同，可以在相應農事關鍵期采取有針對性的農事管理措施以促進玉米單產提高。而在干物質積累的乳熟期、成熟期并未出現光、溫、水等因子對玉米產量變化的顯著影響，可以認為安圖縣多數年份氣象條件可以滿足玉米乳熟期、成熟期生長需求。

（4）氣候變暖趨勢對安圖縣玉米生產具有明顯的正效應，在日常生產中應利用這一趨勢，科學調整種植品種和布局，以達到增產增收的效果。本文主要考慮了光、溫、水等氣象因子對玉米產量的影響，多種因素綜合影響方面考慮得不夠，還有待進一步研究。