近50年來山東省作物有效生育期時空變化研究

商令杰　劉金然　劉小萍

摘 要：作物有效生育期是指作物從播種到收獲的整個生長周期，是研究作物生長規律的重要手段，對農業生產有著重要意義。該文以1951—2011年山東境內的23個氣象臺站數據為基礎，利用擬合趨勢線與反距離權重空間插值法，分析了山東省及其分區的作物有效生育期空間格局和時空變化，并通過回歸分析研究了作物有效生育期與日照時數、活動積溫和降水的關系。結果表明：1951—2011年，山東省全境與魯東、魯中和魯西地區的作物有效生育期均呈波動增加趨勢，魯中最長。在空間上，山東省從東向西作物有效生育期天數不斷增加，區域差異明顯。在山東省境內日照時數越短，作物有效生育期天數越長；積溫越高，作物有效生育期天數越長；作物有效生育期內降水越多，作物有效生育期天數越長。通過分析作物有效生育期的時空變化規律，可以對將來農業生產和農業管理提供理論和實踐的參考和指導。

關鍵詞：作物有效生育期；時空變化；山東省

中圖分類號 S512.11；S423 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）02-0108-03

1 引言

作物有效生育期是指作物從播種到收獲的整個生長周期[1]，是研究作物生長發育一般規律的重要手段。深入研究作物生育期對指導農業生產和農業管理有著重要意義。氣候因素是影響作物有效生育期變化的重要因素，可以通過改變作物生長發育過程中的光照、熱量、水分等條件影響作物生長。山東省是我國受氣候變化影響最重要的農作物產區之一，氣候的變化對山東地區作物種植及生長都產生了一定的影響。因此，分析山東省作物生育期的變化趨勢及其與氣候變化的對應關系，了解其對作物發育的影響，對于趨利避害、充分合理利用氣候資源、評估氣候變化對農業的影響等均具有重要意義[2]。

2 研究區與數據來源

2.1 研究區概況 山東省是我國重要的農業大省之一，其西部和北部位于華北平原的魯西北平原區，中部為魯中南山地丘陵區，東部半島地區多是起伏和緩的山東丘陵區。山東省氣候屬暖溫帶季風氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，降水集中，有利于農業的發展。2014年，山東農業總產值位居全國第1位，糧食產量4596.6萬t，居全國第3位[3]。

2.2 數據來源 本文選用的氣象數據均來自中國氣象局科學數據共享服務網[4]，研究時段為1959—2011年，氣象因子包括有效生育期總天數、降水量、平均氣溫、日照時數共4個參數。為保證數據的統一性和完整性，對存在變遷及缺測率大于5%的氣象站點進行剔除，對存在部分時段缺測的，取周邊氣象臺站的平均值作為替換。最終選用山東地區23個氣象臺站點，包括德州站、惠民站、東營站、莘縣站、兗州站、菏澤站、濟南站、泰安站、淄博站、沂源站、濰坊站、莒縣站、臨沂站、龍口站、長島站、煙臺站、威海站、成山頭站、萊陽站、海陽站、石島站、青島站和日照站，其中魯西6個，魯中7個，魯東10個。

3 研究方法

3.1 趨勢線法 通過擬合適當的趨勢線可以概括地反映長時間序列的長期變化態勢，趨勢線有直線和曲線2種，本文主要用直線型趨勢線擬合得到一元線性回歸方程：

3.2 回歸分析法 回歸分析法是研究要素之間具體數量關系的一種強有力的工具，運用這種方法能夠建立反應地理要素之間具體數量關系的數學模型，即回歸模型。本文選用一元線性回歸模型描述要素之間的線性關系：

3.3 反距離權重插值法 反距離權重插值法是一種簡單常用的插值方法，其原理是距離越近兩點之間的相關性就越大。根據這個原理，以2點之間的距離要素計算插值權重通過已知點來求解位置點的相關屬性，計算公式：

4 山東省作物有效生育期時空變化

4.1 山東省作物有效生育期時間變化 山東省1959—2011年平均作物有效生育期為275.17d，最高值出現在2005年為292d，最低值出現在2010年為257d。通過作物有效生育期折線圖（圖1）可以看出，山東省近50年作物有效生育期天數波動明顯，總體呈上升趨勢。其中1961年與2009年前后波動最為顯著，總體上從262d上升到282d，上升比例為7%。由于山東省復雜的地形地貌條件對區域氣候和作物有效生育期天數影響較大，為深入研究不同地區作物有效生育期天數的差異，將山東省劃分為魯東、魯中和魯西3個區域進行對比分析。經統計發現近50年魯東、魯中和魯西地區作物有效生育期平均天數分別為203.10d、210.47d、210.33d，魯中最高，魯東最短。

4.2 山東省作物有效生育期空間變化特征 為了研究山東省作物有效生育期空間變化特征，通過反距離權重插值方法對23個氣象臺站的作物有效生育期數據進行了空間插值運算，得出山東省內有效生育期空間分布圖（圖 2）。從圖2可以看出：山東省內作物有效生育期天數總體上從東北向西南方向遞增，從195d遞增到215d；濟南及周邊地區作物有效生育期時長最高，在216～218d；作物有效生育期天數最短地區在萊陽、海陽地區天數范圍在195～198d。

從山東省各地市作物有效生育期統計圖（圖3）可以看出，省內東北部地區的地市有效生育期偏短，西南部地市的有效生育期偏長，呈現出從東北向西南逐漸增加的趨勢。具體來說：煙臺、威海有效生育期天數最短201d；濟南、泰安、萊蕪、聊城4個城市的作物有效生育期天數最長210d以上；濰坊、日照、東營、濱州、青島、臨沂、濟寧、德州、棗莊、菏澤10個地級市的作物有效生育期天數居中，天數在201～210d。

5 作物生育期影響因子分析

為進一步研究作物有效生育期天數的影響因子，本文對于山東省23個氣象臺站的作物有效生育期與日照時數、積溫和降水3個氣候因素做了回歸分析[5-7]。

5.1 作物有效生育期對日照時數的響應 太陽輻射是自然界一切綠色植物進行光合作用的能量來源，與作物的生長發育關系重大。經統計山東省近50年日照時數總體呈現減少趨勢，從1959年的1620h減少到2011年的1342h。將作物有效生育期與作物有效生育期內日照時數進行回歸分析（圖4），得到回歸方程為y=-5.6141x+3097.3，R2=0.1306。因此可知，由于山東省近50年日照時數減少使得作物有效生育期天數增加。

5.2 作物有效生育期對溫度的響應 合適的溫度條件是作物能生長發育的重要條件之一，積溫是指作物生長發育階段內逐日平均氣溫的總和，與作物種植制度和布局的關系極為密切，在各種積溫中活動積溫（平均氣溫≥10℃積溫）是衡量該地區作物生長發育過程熱量條件的標尺。將活動積溫與作物有效生育期擬合回歸分析（圖5），1959—2011年山東省近50年活動積溫呈現波動上升趨勢，在1961年時積溫高達4568.164℃，之后有所下降，但是近10年，全省的積溫一直維持在4500℃左右，居高不下。回歸方程為y=12.926x+824.73，R2=0.4579，作物有效生育期天數與積溫呈正相關關系，積溫越高，有效生育期天數越長。

5.3 水分對作物生長發育的影響 水分條件對作物生長發育起著決定性的作用，作物生長發育的不同階段對水分的需求也是不同的，研究水分對作物生長發育的影響對農業生產有重要意義。為研究山東省變化趨勢，將山東省23個氣象臺站收集到的近50年作物生育期期間降水數據進行分析（圖6），得知近50年有效生育期內降水量呈現波動上升趨勢，在2003年時降水量高達811mm，2004年以后降水有所下降，但維持在576mm以上。回歸方程為y=4.2259x-598.09，R2=0.0836，作物有效生育期天數與降水量呈正相關關系，降水量越高，有效生育期天數越長。

6 結語

本研究選取1951—2011年山東省境內23個氣象臺站的氣象數據，采用趨勢線法與空間差值的方法研究了山東省及其分區的作物有效生育期的時空格局及變化，并通過回歸分析法研究了作物有效生育期與日照時數、活動積溫和降水的關系，結果表明：1951—2011年，山東省全境與魯東、魯中和魯西地區的作物有效生育期均呈波動增加趨勢，其中魯中地區的作物有效生育期天數最長，魯東最短。在空間上，山東省從東向西作物有效生育期天數不斷增加，區域差異明顯；其中濟南市、萊蕪市、泰安市和濟寧市作物有效生育期天數最長，煙臺市和威海市作物有效生育期天數最短。在山東省境內日照時數越短，作物有效生育期天數越長；積溫越高，作物有效生育期天數越長；作物有效生育期內降水越多，作物有效生育期天數越長。

參考文獻

[1]楊飛，姚作芳，宋佳，等.松嫩平原作物生長季氣候和作物生育期的時空變化特征[J].中國農業氣象，2012，33（01）：18-26.

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[5]劉學剛，張金艷，薛允傳，等.氣候變化對青島主要作物生育期的影響[J].中國農學通報，2015，31：229-240.

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[7]孫小平，李榮峰.作物生育期降雨量的數值預報模型[J].中國農村水利水電，2005，01：65-67.

（責編：張宏民）