基于氣候變化的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對春玉米產(chǎn)量的影響

摘? ? 要：澄城縣地處渭北高原東北部，春玉米是澄城縣主要農(nóng)作物之一，容易遭受各種自然災(zāi)害的影響。文章對澄城縣近幾十年氣候變化進(jìn)行研究，分析了該縣主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對春玉米產(chǎn)量的影響因素，進(jìn)而列舉出對春玉米產(chǎn)量影響最大的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，以便為澄城縣春玉米生產(chǎn)規(guī)避風(fēng)險提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：氣候變化；農(nóng)業(yè)氣象；災(zāi)害；春玉米；產(chǎn)量

文章編號：1005-2690（2023）08-0133-03? ? ? ?中國圖書分類號：S513；S42? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：賀晨昕（1994—），女，漢族，陜西榆林人，碩士，助理工程師，研究方向為農(nóng)業(yè)氣象。

陜西省澄城縣位于渭北高原東北部地區(qū)，區(qū)域面積達(dá)到1 121 km2，糧食常年播種面積4萬hm2以上，其中春玉米常年播種面積為1.36萬hm2左右，是該縣的第一大糧食種植作物，年產(chǎn)量12萬t左右。長期以來，氣象災(zāi)害一直是造成玉米產(chǎn)量降低的主要原因之一。目前對陜西省發(fā)生的氣象災(zāi)害報道比較多，對澄城縣的氣象災(zāi)害也有報道，但是這些研究多關(guān)注于氣象災(zāi)害指標(biāo)的建立和創(chuàng)新，但是在實際生產(chǎn)過程中，對氣象災(zāi)害資料的討論及其規(guī)律性研究并不多[1]。現(xiàn)在氣象災(zāi)害的發(fā)生并不規(guī)律，而且呈現(xiàn)逐年增加的態(tài)勢[2]，澄城縣地處西北部，旱災(zāi)的發(fā)生程度更為頻繁。

關(guān)于農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對玉米生產(chǎn)的影響，國內(nèi)報道較多，但深入研究較少。如陳振林等（2007）[3]利用數(shù)學(xué)建模的方式，研究了一定階段干旱對玉米產(chǎn)量的影響。另外，澇災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、蟲災(zāi)等對玉米產(chǎn)量的影響也有報道[4]。隨著人類對自然環(huán)境的破壞日益加重，氣候也呈現(xiàn)出逐年變化趨勢，影響澄城縣春玉米生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的種類或發(fā)生頻率等有可能發(fā)生改變，嚴(yán)重影響該縣的玉米生產(chǎn)。因此，需要結(jié)合澄城縣氣候變化趨勢，對影響當(dāng)?shù)卮河衩咨a(chǎn)的氣候條件進(jìn)行綜合研判。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

研究區(qū)域為陜西省澄城縣，該縣位于陜西省關(guān)中盆地，屬于溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫為12 ℃，年降水量680 mm。該地區(qū)種植的玉米主要是春玉米，每年4月末至5月初播種，9月成熟，常年播種面積1.73萬hm2左右。不同生產(chǎn)季節(jié)的溫度、光照和水分等對春玉米的生長均會產(chǎn)生不同程度的影響。根據(jù)澄城縣的氣候，將春玉米生長過程大體分為3個階段。第1階段是4月底、5月初至6月的營養(yǎng)生長階段，第2階段是7月至8月初的生殖生長階段，第3階段是9月的成熟收獲階段。

1.2 研究數(shù)據(jù)和方法

本研究的氣象數(shù)據(jù)主要來源于研究區(qū)域內(nèi)的氣象觀測點。春玉米的種植方式、面積、風(fēng)災(zāi)面積以及遭受冷害、凍害、冰雹等自然災(zāi)害的面積數(shù)據(jù)來自于《澄城縣統(tǒng)計年鑒》。

由于影響澄城縣春玉米生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害種類比較多，且各種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的產(chǎn)生和影響又有著相互促進(jìn)、相互協(xié)同的關(guān)系，單一災(zāi)害對春玉米生產(chǎn)的影響很難通過簡單分析得到。因此，采取通徑分析的方式，可以通過對自變量和因變量等進(jìn)行定性分解，找出自變量對因變量最為直接的影響因素，并方便將因素按影響程度大小排序。

成災(zāi)率指農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害受災(zāi)面積與農(nóng)作物種植面積的比值，是反映作物受災(zāi)嚴(yán)重程度最直接的體現(xiàn)，方便統(tǒng)計每個年份的受災(zāi)程度。因此，將農(nóng)作物受災(zāi)率與澄城縣春玉米產(chǎn)量進(jìn)行通徑分析，得出農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對澄城縣春玉米產(chǎn)量的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 澄城縣氣候變化特征

2.1.1 氣溫變化

根據(jù)氣象資料顯示，1959—2021年澄城縣氣溫呈整體上升趨勢，在50余年的時間內(nèi)，氣溫上升了3 ℃；但氣溫并不是逐年增加的，而是呈現(xiàn)周期性回落的波動上升趨勢，周期為3～5年。2000年以后，澄城縣氣溫上升幅度快速增大。1959—2021年澄城縣年平均氣溫最低的年份為1984年，僅有11.2 ℃；年平均氣溫最高的年份是2006年，達(dá)到了15.2 ℃。

2.1.2 年降水量變化

澄城縣屬于典型的內(nèi)陸氣候，年平均降水量隨當(dāng)?shù)貧鉁刈兓尸F(xiàn)有規(guī)律的變化態(tài)勢，與大陸性氣候類型降水趨勢基本相同。1961—2000年，澄城縣年平均降水量呈現(xiàn)下降趨勢，且每3～4年出現(xiàn)1次周期變化，2000—2021年，澄城縣降水量有所回升。由此可見，澄城縣降水量總體呈現(xiàn)下降趨勢，雖然下降的幅度不大，但加之總體溫度升高，導(dǎo)致空氣干燥程度加劇，不利于春玉米生產(chǎn)。

2.2 澄城縣主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害

2.2.1 干旱

干旱是澄城縣主要的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，主要原因在于澄城縣年降水量較少，特別是在一些年份降水量持續(xù)偏少，導(dǎo)致水分分布嚴(yán)重不均，造成河流流量減少甚至枯竭、地下水位下降等環(huán)境問題，當(dāng)土壤中的水分蒸發(fā)量或者農(nóng)作物蒸騰量超過降水量時，就會發(fā)生干旱。因此對澄城縣來說，干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中面臨的最嚴(yán)重的一種災(zāi)害。

近年來，澄城縣的干旱面積呈現(xiàn)逐年增加態(tài)勢，經(jīng)過對近年來的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析顯示，澄城縣全縣年平均干旱次數(shù)達(dá)2次，年平均干旱天數(shù)接近180 d。如2017年澄城縣連續(xù)100 d以上沒有有效降水，加上氣溫偏高和大風(fēng)沙塵暴天氣的影響，當(dāng)年成為澄城縣1951年有氣象數(shù)據(jù)以來最嚴(yán)重的干旱年份之一。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)年澄城縣供水不足，全縣缺水人口達(dá)20多萬人；由于連續(xù)干旱，全縣有60余條河流斷流。

2.2.2 洪澇

洪澇災(zāi)害在澄城縣發(fā)生也比較頻繁。洪澇災(zāi)害主要有澇淹和洪水災(zāi)害兩大類。主要是短時間內(nèi)的強降水引起江河泛濫，淹沒田地和村莊等。澇災(zāi)主要是強降水或者暴雨后，地表或田地內(nèi)會形成大量積水或者徑流，由于地表積水過多，地表排水能力有限，低洼地區(qū)就會形成大量積水。降水強度過大或降水量過多是造成洪澇災(zāi)害的主要原因。2022年7月11—15日，澄城縣遭遇當(dāng)年入汛以來最強暴雨，最大降水量達(dá)到190.7 mm，全縣出現(xiàn)全域性大暴雨，有7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)出現(xiàn)洪澇災(zāi)害，農(nóng)作物受災(zāi)面積達(dá)1.33萬hm2以上，有320多間房屋受損。

2.2.3 冰雹

冰雹是澄城縣的主要災(zāi)害性天氣之一。冰雹會使得農(nóng)作物遭受機(jī)械損傷，冰雹直徑越大，農(nóng)作物受災(zāi)就越嚴(yán)重，其中豆類、棉花以及春玉米、水果等受災(zāi)最為嚴(yán)重。特別是當(dāng)農(nóng)作物處在開花或者成熟期時最容易受災(zāi)，嚴(yán)重時會導(dǎo)致農(nóng)作物遭受毀滅性傷害。農(nóng)作物遭受冰雹襲擊后，創(chuàng)傷口還易遭受病蟲害侵襲。陜西關(guān)中渭北有2個冰雹源地，即子午嶺和六盤山冰雹源地，澄城縣距離子午嶺影響區(qū)較近。另外，澄城縣為渭南市冰雹出現(xiàn)頻率最高的縣區(qū)之一，年均降雹3～4次，但直徑≥2 cm的大冰雹出現(xiàn)頻次較少。如2020年5月30日，受冷空氣影響，澄城縣500 hpa上短波槽槽前有上升運動，帶來明顯的冷空氣輸送；700 hpa、850 hpa有暖脊移入，導(dǎo)致該縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)遭受突發(fā)性冰雹襲擊，受災(zāi)面積廣，春玉米等農(nóng)作物絕收。

2.2.4 低溫凍害

澄城縣3—4月冷空氣會逐步北退，但非常容易遭受倒春寒。西伯利亞冷空氣侵襲會使氣溫急劇下降，且在短時間內(nèi)伴有大風(fēng)和揚沙天氣，對春玉米以及油菜、小麥等作物的生長和開花、結(jié)實造成嚴(yán)重影響，還會凍害果樹等，導(dǎo)致結(jié)果率、果數(shù)下降。低溫凍害容易使溫室大棚內(nèi)的蔬菜和農(nóng)作物受凍，嚴(yán)重時甚至可以凍死農(nóng)作物，造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2.5 霜凍

澄城縣的霜凍具有明顯的季節(jié)性。初霜凍出現(xiàn)在澄城縣的秋末，而終霜凍出現(xiàn)在春季末期。澄城縣在這段時間都是冷暖空氣的交替，秋季大陸性的干冷氣團(tuán)經(jīng)常隨西伯利亞強風(fēng)南下，再加上地面輻射造成的冷卻等，導(dǎo)致澄城縣在秋季氣溫下降，出現(xiàn)了初霜凍，而終霜凍一般伴隨著最后一次強冷空氣南下而結(jié)束。隨著終霜凍期結(jié)束，澄城縣的天氣逐漸回暖，然后氣候進(jìn)入無霜期。霜凍能造成農(nóng)作物減產(chǎn)，如2002年3月，渭南市北部地區(qū)和澄城縣部分地區(qū)遭受冷空氣影響，日平均氣溫下降了近10 ℃，地面溫度下降到0 ℃以下，連續(xù)2 d出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的霜凍，使蘋果、春玉米等經(jīng)濟(jì)作物和農(nóng)作物受災(zāi)嚴(yán)重。

2.2.6 干熱風(fēng)

干熱風(fēng)主要對小麥等作物造成影響，是小麥的主要災(zāi)害之一。當(dāng)在小麥揚花灌漿期出現(xiàn)干熱風(fēng)，會對小麥的光合作用造成影響，造成小麥產(chǎn)量下降。干熱風(fēng)對春玉米的危害性較小，會使得春玉米葉子出現(xiàn)脫水癥狀，受旱嚴(yán)重。

2.3 澄城縣農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害特點

2.3.1 具有明顯的季節(jié)性

澄城縣地處我國內(nèi)陸地區(qū)，氣候變化季節(jié)性非常明顯，因此引起的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害也具有非常明顯的季節(jié)性特點。例如，澄城縣的冰雹災(zāi)害、洪澇災(zāi)害和干熱風(fēng)等災(zāi)害，一般都出現(xiàn)在夏季；而干旱一般在春季或秋季發(fā)生，嚴(yán)重時甚至一年四季都會發(fā)生；霜凍一般在初春或秋季發(fā)生；低溫凍害一般發(fā)生在冬季或春季。

2.3.2 多樣性

從對澄城縣農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的分析可以看出，澄城縣農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害影響因素多種多樣，除洪澇、冰雹、霜凍等災(zāi)害外，陰雨天和大風(fēng)天氣也是澄城縣經(jīng)常遭受的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。如大風(fēng)天氣可以把春玉米刮斷，也可造成其他經(jīng)濟(jì)作物和農(nóng)作物的花蕾和果實脫落。有文獻(xiàn)記載，澄城縣全年平均發(fā)生連陰雨的天數(shù)達(dá)到3～4 d，陰雨天既可能造成作物霉?fàn)€、病變等，也可引發(fā)病蟲害，影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，減少經(jīng)濟(jì)效益。

2.3.3 拓展性和累積性

澄城縣的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害具有明顯的拓展性和累積性。近年來，澄城縣幾乎每年都會發(fā)生干旱，導(dǎo)致水資源的供需矛盾非常嚴(yán)重。2015—2021年，澄城縣共出現(xiàn)了4次冬春連旱，對工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響非常嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)作物抵御自然災(zāi)害的能力降低。另外，氣象災(zāi)害的頻發(fā)，除影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以外，還會對交通、供電、基礎(chǔ)設(shè)施等造成嚴(yán)重影響。

2.4 農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對春玉米產(chǎn)量的影響

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的根本誘因主要在于氣象條件在一定時間段內(nèi)或者一定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)明顯變化，包括光照、溫度和水分等方面發(fā)生了明顯改變。光照、氣溫和水分等突然明顯下降或突然明顯增多，都可能影響春玉米生長，造成產(chǎn)量下降。對澄城縣春玉米全生命周期的積溫（≥10 ℃）以及在3個不同生長發(fā)育階段的氣溫、降水量和實際產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析得出，澄城縣春玉米實際產(chǎn)量與當(dāng)?shù)貧鉁刂g呈正向顯著性關(guān)系。其中，澄城縣春玉米實際產(chǎn)量和氣溫的相關(guān)性極顯著的月份是9月，當(dāng)9月氣溫較高時，有利于提高春玉米的產(chǎn)量。在播種期到營養(yǎng)生長期氣溫較高也有利于提高春玉米積累養(yǎng)分的效率，從而為春玉米高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。但當(dāng)7—8月氣溫較高時，氣溫反而與春玉米產(chǎn)量呈明顯負(fù)相關(guān)，主要原因在于7—8月正值春玉米的抽穗期，這個階段如果溫度過高，將使雄蕊不能正常抽出花粉，或者過早散開花粉，導(dǎo)致玉米穗后期禿尖。

對澄城縣春玉米的產(chǎn)量和各個時間段的降水量的相關(guān)性進(jìn)行分析后可以看出，如果澄城縣5—6月降水量增多，則春玉米的產(chǎn)量將會顯著增加。由此可見，澄城縣的春玉米氣象產(chǎn)量與溫度因子呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，但是與降水量則呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系。這也充分說明，在澄城縣的春玉米種植方面，溫度是春玉米產(chǎn)量增加的主要限制性因子，但是降水量或者水分條件較好的情況下能明顯促進(jìn)春玉米產(chǎn)量增加。

進(jìn)一步分析澄城縣春玉米的產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的關(guān)系后可以得出，春玉米產(chǎn)量與災(zāi)害總面積呈顯著性相關(guān)。其中，澄城縣春玉米的產(chǎn)量波動，70％是由農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害造成的。通過分析農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對春玉米產(chǎn)量的綜合影響，按影響從大到小排序，前3位分別是干旱、洪澇、冰雹。

3 結(jié)論

澄城縣地處我國渭北高原東北部，由于地處西北的緣故，干旱已經(jīng)成為該地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一。春玉米生長的季節(jié)是5—9月，除了干旱對春玉米產(chǎn)量影響最大以外，溫度和冰雹等災(zāi)害的影響也較大。這反映了澄城縣玉米生產(chǎn)的穩(wěn)定性較低，易遭受多重災(zāi)害的影響。針對農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對春玉米的影響，應(yīng)該強化災(zāi)害的預(yù)防和對災(zāi)害的抵御能力。在預(yù)防方面，可以采取人工影響天氣的方式，主要手段有手工防雹和人工增雨等。同時要加速氣象災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)與研發(fā)，加強對氣象災(zāi)害的預(yù)測和預(yù)報等，增加應(yīng)對策略，提高減災(zāi)能力。另外，還要積極培育抗逆能力強的春玉米高產(chǎn)作物品種，積極推廣種子包衣、蹲苗、水肥一體化、地膜和秸稈覆蓋等種植技術(shù)。

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