近55年豫南地區干旱時空變化及對冬小麥產量的影響

丁春英

摘 要：隨著極端氣候多發，大氣變暖，氣候干旱對農業糧食產量的生產和發展有著重大影響。文章根據豫南地區地面觀測站實測資料，使用標準化降水蒸散指數SPEI和相關顯著性差異分析，進行實證分析并揭示該區域近55年干旱演變規律和同時空條件下農業干旱與冬小麥糧食產量的關系。根據豫南小麥生長周期研究產量與干旱氣候的關系，有利于幫助農業勞動人員提高防旱意識，提高抗災防災能力，增進糧食產量，保證國泰民生。

關鍵詞：豫南；干旱；糧食產量；標準化降水蒸散指數（SPEI）

中圖分類號：S423 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）25-0034-03

Abstract： With the frequent occurrence of extreme climate and the warming of the atmosphere， climate drought has a significant impact on the production and development of agricultural grain production. Based on the measured data of ground observation stations in the south of Henan Province， the standardized precipitation evapotranspiration index （SPEI） and the correlation significant difference analysis are used in this paper. The relationship between agricultural drought and grain yield of winter wheat under simultaneous air condition and drought evolution law in recent 55 years in this region was analyzed empirically. The study on the relationship between yield and arid climate based on the wheat growth cycle in the Southern Henan is helpful for agricultural workers to improve their awareness of drought prevention， improve their ability to resist and prevent disasters， increase grain yield and ensure the people's livelihood.

Keywords： Southern Henan； drought； grain yield； standardized precipitation evapotranspiration index （SPEI）

1 概述

農業自古以來為民生之本，意義深遠，農業產量受國內外高度關注。IPCC第四、五次評估報告指出，近百年全球地表溫度上升0.56～0.92°C。全球氣候變暖將會增加極端氣象災害發生的頻率和強度，對農業生態系統的影響非常廣泛。中國地處東亞季風區，由于地理條件和氣候變化復雜，是國際上氣候脆弱區之一，且氣象災害頻發，隨著氣候暖干化日趨明顯，旱災呈顯著增加趨勢[1]。

河南省位于中國中東部、黃河中下游，全省介于北緯31°23'-36°22'、東經110°21′-116°，屬于暖溫帶-亞熱帶氣候，濕潤-半濕潤季風氣候，春秋季陽光充足降水少[2]。隨著全球變暖，極端氣候多發，氣溫升高，降水時空分布不均加劇河南水資源短缺情況。雖有許多學者研究采用標準化降水蒸散指數SPEI研究干旱氣候，卻很少有人將其與糧食產量做相關分析，本文是基于SPEI值與不同時間尺度冬小麥產量做相關實證分析。

2 研究區概況

豫南地區廣義上指河南南部地區，包括南陽市、駐馬店市、信陽市三個地級市以及鄧州市、固始縣、新蔡縣三個省直管縣（市）[2]。豫南地處淮河上游與大別山北麓之間，地形地貌由東北向西南呈階梯狀分布，依次為平原洼地、丘陵崗地、豫南山地地勢南高北低，屬于典型的北亞熱帶逐漸向暖溫帶過渡區，年平均溫度14.5-15.3°C，降水較多，年降水量800mm以上，主要為夏秋兩季降水，冬春較為干旱，降水的時間分布不均干旱發生強度呈現出自東部地區向中西部地區遞減的趨勢。耕地面積約78×105hm2，農作物以油菜、水稻、小麥為主，為河南省重要糧油生產基地之一，但因受其獨特的自然條件及山地氣候、南北過度氣候影響，旱災多有發生，給糧油生產造成巨大損失，極大威脅了豫南地區工農業生產、經濟建設以及社會發展。

3 資料來源與研究方法

3.1 資料來源

本文的研究資料主要采用豫南固始、南陽、信陽、西峽、駐馬店5個代表區1961-2015年的實測氣象數據，及1990-2014相應地區冬小麥產量。該數據皆來自于河南省統計年鑒資料及河南省氣象局，真實可靠。在本文的研究中，基于小麥生長周期分為三個尺度SPEI值，分為年尺度、季節尺度、月尺度。其中年尺度采用1990-2014年12月份的數據；季節尺度根據冬小麥生長周期季節尺度故采用1989-2013年的10月和1990-2014年的1月的數據；月尺度采用1989-2013年的10-12月及1990-2014年1-6月為期9個月的數據。

3.2 研究方法

3.2.1 標準化降水蒸散指數（SPEI）

SPEI即標準化降水蒸散指數，目前成為國內外學者研究分析干旱演變趨勢新的理想指標，其基于降水和蒸散，將SPI多時空的特性和PDSI對溫度的靈敏性結合起來，國外多用于不同時間尺度干旱檢測及農作物生產評估等方面。

標準化降水蒸散指數分析區域干旱程度具體計算方法如下[3-5]：

第1步：計算潛在蒸發，采用Vicente-Serrano所用方法Thornthwaite。

第2步：計算逐月降水與蒸散的差值Di。

第3步：基于log-logistic 概率分布函數計算降水與蒸發的差值的概率分布。

第4步：對log-logistic概率分布函數F（x）進行標準化處理。

具體干旱等級可參考下表[6]：

3.2.2 冬小麥氣候產量

一般認為作物的產量分為趨勢產量、氣候產量和隨機誤差三部分，其計算公式為[1，7]：

研究干旱對小麥作物產量的影響首先需要獲得Yw，即計算Y與Yt的差值，而求得Yt的方法有很多，本文研究主要利用多項式擬合的方法求得Yt，以此求得Yw，從而分析干旱對小麥作物氣候產量的影響。

4 SPEI數值與冬小麥產量關系分析

4.1 SPEI與冬小麥產量的關系

選取不同時間尺度的SPEI值與冬小麥生育期具有代表性月份的氣候產量做相關分析。各尺度的SPEI值與豫南地區冬小麥產量間的相關分析數據分別見表2。通過用SPSS軟件做當地氣候產量和相應SPEI值的相關分析，得出Coefficients和ANOVA的P值小于0.05即可通過，當P值大于0.01小于0.05可判斷其為差異顯著，當P值小于0.01則為差異極顯著。

由表2可知，小麥氣候產量與固始的SPEI1-6、南陽的SPEI12-6和SPEI1-2、信陽的SPEI1-5的相關性較高，其中南陽SPEI12-6的相關性最高，相關系數0.542，達到了極顯著水平（P<0.01），說明冬小麥氣候產量與SPEI12-6的關系最為密切；固始的SPEI1-6的相關性次之，相關系數為0.523，同樣達到了極顯著水平（P<0.01），南陽的SPEI1-2、信陽的SPEI1-5以及西峽的SPEI1-2的相關系數依次為0.483、0.448、0.4，且都達到了顯著水平（0.01

4.2小麥生育期的干旱風險

選取自1961-2015年近55年的SPEI數值分析豫南冬小麥作物生育期的干旱風險，得出豫南產區冬小麥生育期內干旱類型的發生概率，由表3可知，在豫南地區中，固始、南陽、駐馬店皆有特旱氣候狀況發生；西峽、駐馬店發生重旱，高達13.514%，信陽次之；中旱中以信陽居高，發生概率為16.667%，西峽中旱發生概率13.514%，其余次之；輕旱發生概率中南陽居首位，為19.444%，固始17.949%。根據豫南近55年SPEI數值綜合來看，豫南干旱頻率較高，總體氣候偏干，有必要加強對干旱的預防與檢測，制定適應的干旱氣候應對措施。

5 SPEI數值與冬小麥產量結論分析

通過對豫南自1961-2015年近55年的實地氣象資料進行不同時間尺度SPEI數值與冬小麥產量關系分析，得出了以下結果：

（1）SPEI值能較好地反映豫南地區的土壤濕熱狀況及干旱時空變化特征，當地氣候產量和不同時間尺度SPEI值相關性較強，部分地區如南陽SPEI12-6、SPEI1-2和信陽SPEI1-5具有較強相關性且顯著性極強（0.01

（2）近55年豫南地區不同時間尺度，SPEI值波動規律不同。從月尺度、季節尺度和年尺度三個不同時間尺度，SPEI值波動幅度逐漸變?。徊煌瑫r間尺度SPEI值的波動幅度存在周期變化規律，年尺度的周期規律更加穩定；且豫南不同地區在同一時空范圍波動范圍具有一致性。

（3）1961-2015年近55年中干旱發生次數多，頻率較大。南陽和西峽發生頻率最大，一般春秋發生干旱頻率較大，春季和秋季冬小麥正處于幼芽和成熟階段，此時氣候會對冬小麥生長造成一定影響。

（4）豫南近55年發生干旱次數較多，受旱災影響頻繁。

（5）不同強度的干旱對豫南冬小麥生長上產造成不同影響，需加強對氣候的監測和預防，提高農民抗災減災意識，提升科技數據預防監測在農業中的地位，保證農業的正常生產，穩定農業經濟，持續穩定提高農業產量。

6 旱災防御對策

氣候干旱對農業既會帶來有利影響也會帶來威脅，其中有利影響主要表現為：農作物的熱量條件得以改善，積溫增加，生長期延長，低溫冷害有所減輕，農作物種植面積得以北移；威脅在于：氣候干旱，影響糧食對水分的需求，降低農作物的產量和品質。且一定時期干旱過后往往伴隨暴雨頻發，導致嚴重洪澇災害，而極端天氣事件以引起病蟲害，又對農業基礎設施也有一定破壞作用。中國作為人口大國和農業大國，故保護糧食正常生產顯得更為重要。對抗旱災，豫南主要措施如下：

（1）興修水利，完善農田基礎設施。建設小型水利工程，抗旱防洪，逐步提高水資源利用率，將多余降水集中起來，以解決自然降水時空分布不均所造成的干旱。改良土壤，提高含水量，減少蒸發下滲，含蓄水源。提高科技在農業中地位，掌握農作物生長規律，提高因自然降水不均所造成的威脅[3]。

（2）提高農民對干旱災害的認識。中國雖是農業大國，但機械化大生產還未真正普及，仍以集約農業為主，勞作者多為學歷有待提高者，對農業各種自然災害缺乏正確認識。政府應定期組織培訓，提高農業勞動者對農作物生長情況以及各種自然災害對農作物危害的機理與過程的認識，并使其在了解災害成因，影響時間、范圍、程度的基礎上結合當地條件及農作物生長狀況制定合理措施和對策，以減少損失。且需做好抗災保障，鼓勵農業勞動者播種抗旱種子，推廣科技農業，加強農業補助，減少城鄉差別，保障農民利益，使田地“養的活人，留的住人”。

（3）建立健全干旱監測和預報體系。利用各種先進科技手段，如地理信息系統、遙感、全球定位系統等，全方位加強對干旱發生的條件和過程進行預測和監測，結合當代眾多通訊設備和先進媒體進行宣傳，提高人們對干旱的防御，形成全方位、多層次、布局科學合理的監測體系，提高高科技人才的待遇，大力支持各種實驗項目，推進更加科學合理的干旱預警模型和高新技術的發展，為科技化農業添一瓦新磚。

參考文獻：

[1]朱新玉，劉杰，史本林，等.氣候變暖背景下中原腹地冬小麥氣候適宜度變化[J].地理研究，2012，31（8）：1479-1489.

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[3]申澤崢，顏玉倩，胡毅.河北省南部干旱特征及其對冬小麥產量的影響分析[J].氣象與環境科學，2016，39（2）：76-81.

[4]周揚，李寧，吉中會，等.基于SPI指數的1981-2010年內蒙古地區干旱時空分布特征[J].自然資源學報，2013，28（10）：1694-1705.

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[7]朱新玉.基于SPEI的豫東地區近50年干旱演變特征[J].自然災害學報，2015，24（4）：128-137.