1982一2021年氣候變化對淮北市夏玉米產量的影響

中圖分類號 S513 文獻標識碼A 文章編號 1007-7731（2025）14-0001-06

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.14.001

Impact of climate change on summer maize yield in Huaibei City from 1982 to 2021

LIU Lu1CAO Wen ZHANG Yongqin1YIN Han1WANG Shengnan1LIN Shanshan1LI Xinran1 （1Huaibei Meteorological Bureau，Huaibei 2350oo， China; 2Anhui Enginering LaboratoryofAgro-EcologicalBig Data，Anhui Agrometeorological Center，Hefei230031，China）

AbstractBased on meteorological and yield data of summer maize growth period in Huaibei City，Anhui Province from1982 to 2O21，the characteristicsof climate changeduring the growth periodof summer maize in theregionand its impact on yield were analyzed using trend analysis，moving average method，and Pearsoncorrelation analysis method. The results showed that（1）from1982 to2O21，the studyarea hadsuffcient precipitation，heat，andsunshineresources duringthe growth period of summer maize，which met the growth and development of summer maize.（2）From 1982 to 2021，the changes in summer maize yield and meteorological yield in the study area showeda consistent downward trend，withsignificant interannual variations inyieldandscatereddistributionofmeteorologicalyield.Byanalyzingthe relative meteorological yield，itcould beconcluded thatthe typical years of summer maize yield deficit in this region were 1987，1994，2003，2007and2014，mainlyafected bymeteorologicaldisasters such as droughtand waterloging （including continuousrainy weather）. （3）The diurnal temperature rangeand precipitation were the key meteorological factors affecting the yield of summer maize in study area，among which the diurnal temperature range during the milk ripening maturity period is significantly positively correlated with yield （ P lt;0.01）; The precipitation during the tasseling milk ripening period is significantly negatively correlated with yield （ P lt;0.05）; The average temperature，effective accumulated temperaturegt;1OC，and sunshine hours have no significant impacton yield.Thisarticle provides a reference for regulating the microclimate in the field and improving maize yield.

Keywordsclimate change; summer maize; meteorological yield; related analysis

氣候是農業生產中基本且重要的條件之一，其影響著農業的組成、布局和產量等l。近年來，相關學者對氣候變化展開研究[2-3]。趙偉[4研究指出，氣候因素是農業生產的重要影響因素之一，其對玉米種植產生了較大的影響。

玉米是喜溫、短日照、高需水量作物，其生長發育對氣溫、日照及降水要求較高[5-。研究氣候變化對玉米產量的影響，對促進產業發展和增加農民收入具有積極意義。Lobell等研究發現，玉米生育期環境溫度超過 會產生熱脅迫，導致光合速率下降、蒸散發增加，進而提高干旱發生的概率。Chen等8研究發現，氣溫升高會導致長江流域玉米減產，極端高溫、干旱和強降水對玉米產量影響較大。Liu等研究發現，極端低溫以及玉米開花灌漿期降水較少會導致玉米減產。另外，干旱也是影響玉米產量的重要因素之一[10]。從各生育階段來看，生育早期干旱會導致玉米生殖器官發育減緩1；在生殖生長階段，缺水會引起光合作用下降，從而導致生殖器官的營養供應不足，造成玉米減產[2]。光合作用是玉米營養物質積累的主要來源，而抽雄吐絲階段光照充足是保證玉米產量的關鍵[13]。

近年來，關于氣候變化對農業生產的影響研究較多[14]，但針對氣候變化對淮北地區夏玉米不同生育階段生長及產量影響的研究相對較少。本文基于1982一2021年安徽淮北市夏玉米生育期的氣象數據和產量數據，分析了該地區夏玉米不同生育期的氣候變化特征及其對產量的影響，為充分開發利用氣候資源和提高糧食產量提供參考。

1材料與方法

1.1 研究區基本情況

研究區位于安徽省北部（ 33^°16^′ 一 34^°14^′N ，116^°23^′-117^°02^′E） ；是南北兩條氣候帶的過渡地區，屬于暖溫帶半濕潤季風氣候。年平均氣溫15.6°C ，年日照時數 2 228.2h ，年降水量 840.8mm ，夏季（6一8月）是一年中降水較集中的季節，其降水量占全年的 60% ，適宜夏玉米、冬小麥、夏大豆等作物生長。

1.2數據來源

氣象數據來源于淮北市國家氣象觀測站，主要包括日降水量、日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日照時數。夏玉米產量數據來源于安徽省統計局和《淮北統計年鑒》。

1.3 研究方法

1.3.1夏玉米生育期劃分 根據研究區夏玉米生長發育特點[15]，總結該地區夏玉米的生育期情況，如表1所示。

1.3.2有效積溫計算 生育期內有效積溫（GOD）計算如式（1）。

式中， Φ_t 為生育期內某個時間段， N 是從播種到成熟的天數； T_max 和 T_min 為第 i 天的日最高氣溫和日最低氣溫。玉米生理基礎溫度 T_base=10^°C ，玉米生理上限溫度 T_ut=35°C ；當 T_minbase 時， T_min=T_base ；當T_maxgt;T_ut 時， T_max=T_ut 。

1.3.3氣候變化分析 建立一元線性回歸方程來分析氣象要素（降水量、平均氣溫 有效積溫、氣溫日較差、日照時數）的變化特征，如式（2）。

式中， y 為氣象要素序列， x_i 為時間序列；a為常數，b為回歸系數， b×10 為氣候傾向率，表示氣象要素每10年的變化率。b值符號代表變化趨勢的正負，反映趨勢的上升或下降。

1.3.4產量及氣象產量 農作物的產量是在各種自然與非自然因素綜合作用下形成的，通常將實際產量 y 分解為趨勢產量 y_t， 氣象產量 y_w 和隨機產量y_e，y_t 是農業技術能力以及其他非氣象因素對作物產量的貢獻； y_w 是氣象因素對作物產量的貢獻； y_e 是病蟲害等隨機因素造成作物產量波動的產量分量，一般情況下所占比例較小，可忽略不計[16]。玉米產量計算公式可簡化成式（3）。

y=y_t+y_w+y_e

采取直線滑動平均法進行氣象產量分離，設某一階段的夏玉米產量的線性函數方程如式（4）。

y_i（t）=a_i+b_it

式中， i 表示方程的個數， i=n-k+1;n 為樣本個數； χ_t 為時間； k 為滑動步長。計算每個方程在 χ_t 點上的函數值 y_i（t） ，這樣每個 Φ_t 點上分別有 q 個函數值，

q 的多少取決于 n 和 k 。然后再求各個點上各個函數的平均值，如式（5）。

式中， 即各年份的趨勢產量。考慮產量序列的長短，并參考相關數據， k 值取5，由此計算研究區逐年的趨勢產量。

1.3.5各氣候因子與玉米產量的相關性分析用SPSS統計分析軟件對玉米產量（氣象產量）與氣候因子（降水量、平均氣溫 gtrsim10% 有效積溫、氣溫日較差、日照時數）進行Pearson相關性分析。

Pearson相關系數本質上是統計學方法中的一種線性相關系數，用來衡量定距變量間的線性關系，給定兩個樣本 X=（x₁，x₂，…，x_n），Y=（y₁，y₂，…，y_n）， Pearson相關系數計算如式（6）。

式中， 是 x 和 y 各自的樣本平均值; σ_x，σ_y 是 x 和 y 的樣本標準差。 r 的絕對值越大，表示因變量與自變量的相關程度越高。

1.4數據分析

采用Excel和SPSS軟件進行數據統計分析，并作圖。

2 結果與分析

2.1夏玉米生育期內的氣候變化特征

2.1.1降水量 降水量對農作物的生長影響較大，降水量過多或過少均有可能導致作物減產。以中熟品種為例，玉米全生育期總耗水量在349＼～430mm^[17-18] 。玉米生育期（6—9月）是研究區降水較多的時期。

由圖1可知，1982—2021年，在夏玉米全生育期、出苗一拔節期、抽雄一乳熟期、乳熟一成熟期降水量均呈不明顯（ Pgt;0.05 增加趨勢，增幅分別為32.8，23.0，5.4，4.4mm/10a ；拔節一抽雄期降水量呈不明顯（ （Pgt;0.05） 減少趨勢，減幅為 0.1mm/10 ao1982一2021年玉米全生育期降水量在 185.4～ 1 013.9mm ，其中降水量 350mm 以上年份有37年，說明研究區降水基本能滿足夏玉米生長需要。

2.1.2氣溫 適宜的溫度能保障作物良好生長。氣溫變化對作物的生育期、物候期影響較大。氣溫日較差對植物的凈同化速率具有重要作用[19]。安盼盼等[20研究表明，生育期有效積溫是影響產量的關鍵因素之一。

由圖2可知，1982—2021年，夏玉米乳熟—成熟期平均氣溫呈明顯（ ）上升趨勢，增幅為0.55°C/10a ；夏玉米全生育期、出苗一拔節期、拔節一抽雄期平均氣溫呈明顯（ Plt;0.05 上升趨勢，增幅分別為 $0 . 4 0 ， 0 . 3 9 ， 0 . 4 3 ；抽雄一乳熟期平均氣溫以 0.23^°C/10 a的速率上升（ ）

如圖3所示，夏玉米全生育期氣溫日較差變化趨勢較平穩。出苗一拔節、拔節一抽雄階段氣溫日較差呈上升趨勢，抽雄一乳熟、乳熟一成熟階段的氣溫日較差呈下降趨勢，各階段變化均無統計學意義（ Pgt;0.05） ，氣溫日較差的傾向率分別是0.06、0.07、-0.03，-0.09^°C/10a

夏玉米全生育期、出苗一拔節期、乳熟一成熟期 ?10% 有效積溫呈明顯（ _Plt;0.01 ）上升趨勢，增幅分別為43.84、15.22、12.66 （d?^°C）/10a ;拔節一抽雄期以8.44 （d?^°C）/10 a速率明顯上升（ Plt;0.05） ;抽雄一乳熟期以 7.52（d?^°C）/10 a的速率上升（ Pgt; 0.05）（圖4）。

總體來說，夏玉米生育期內平均氣溫和 ?10% 有效積溫均呈現上升趨勢，說明研究區氣候呈變暖趨勢，熱量資源豐富，有利于夏玉米生產。

2.1.3日照時數 日照時數是反映作物獲得光照條件的標準之一。玉米是喜光作物，其正常生長發育所需的全生育期日照時數在 600～800h^[21]

由圖5可知，1982—2021年，研究區夏玉米不同生育階段日照時數均呈不明顯（ Pgt;0.05 下降趨勢，其中以全生育期降幅最大，為 26.53h/10a ;出苗一拔節、抽雄一乳熟、乳熟一成熟期次之，降幅分別為6.66，8.00 和 8.13h/10a ；拔節一抽雄期最小，為3.75h/10 a。

夏玉米全生育期日照時數在 448.4～923.6h ，平均年日照時數為 718.8h ;出苗—拔節、拔節—抽雄、抽雄一乳熟、乳熟一成熟期日照時數分別為262.0、145.4、190.8、120.5h。其中日照時數多于 600h 的年份有34年，說明研究區光照充足，日照條件可以滿足玉米生長發育需要。

2.2玉米產量變化特征

2.2.1玉米單產和氣象產量變化 如圖6所示，1982一2021年，研究區玉米單產年際間變化較大，在 3033～5895kg/hm² ，總體呈下降趨勢（ （Pgt;0.05） 。，減產速率為 85.49kg/10 a。根據5a滑動平均，可以將其劃分為4個階段：1982—1993年單產量持續上升，1993—2002年單產變化趨勢平穩，2003—2014年單產下降趨勢明顯，2014年以后單產呈上升趨勢。

如圖7所示，玉米氣象產量為負值的年份有19年，正值年份有21年，氣象產量正值年份較多，說明當地多數年份氣候條件促進玉米增產；同時，玉米生產過程中的不良氣象條件或氣象災害對玉米產量造成了影響。1982—2021年，玉米氣象產量相對離散，總體上以 0.18kg/10 a速率下降 Pgt;0.05） ，與單產變化趨勢較一致。從絕對值來看，最高值為 1350kg/hm² （2003年）；最低值為 3kg/hm²（1988 年），兩者相差較大。同時，1982—2021年氣象產量基本處在±600kg/hm² 之間，僅有極個別年份不在此區間，說明這40年間，夏玉米的氣象產量無明顯變化趨勢，證明氣象產量的分布形式是隨機離散的。

總的來說，研究區玉米單產與氣象產量的變化趨勢一致，均呈下降趨勢，單產年際間變化較明顯，氣象產量分布較為離散。

2.2.2玉米產量典型歉年的確定與分析 玉米產量的豐、歉具有相對性，為增加不同年份氣象產量的可比性，本文用相對氣象產量來劃分玉米產量典型歉年，相對氣象產量用氣象產量與趨勢產量的比值表示。若將相對氣象產量小于 -10% 定為氣候歉年，分析得出1987、1994、2003、2007、2014年為玉米典型氣候歉年。由《中國氣象災害大典（安徽卷）》和1982—2021年夏玉米生育期內逐日降水量可以得出，1987、1994年玉米產量年受干旱影響；2003、2007、2014年受雨澇（含連陰雨）影響。

2.3夏玉米生育期內產量與氣象因子的相關性

玉米生育期降水量、平均氣溫 有效積溫、氣溫日較差、日照時數與夏玉米氣象產量的相關性如表2所示。

夏玉米氣象產量與全生育期、出苗一拔節期、抽雄一乳熟期、乳熟一成熟期的降水量呈負相關，其中抽雄一乳熟期具有統計學意義（ Plt;0.05） 。表明抽雄一乳熟期的降水量對研究區夏玉米氣象產量的影響較明顯，原因可能是夏玉米在抽雄一乳熟期降水過多不利于干物質的積累，且影響光合作用，不利于提高千粒重和結實率，從而導致其產量下降。

研究區夏玉米氣象產量與不同生育階段平均氣溫的相關性均無統計學意義（ Pgt;0.05） ，其中其氣象產量與拔節一抽雄期和乳熟一成熟期的平均氣溫呈負相關，原因可能是在拔節一抽雄期，玉米的葉片與莖稈等營養器官處于旺盛生長期，溫度過高不利于其生長發育；在乳熟一成熟期，低溫可以延長籽粒灌漿時間，對干物質的積累和運輸有利，有利于提高粒重。

夏玉米氣象產量與不同生育階段氣溫日較差均呈正相關，其中乳熟一成熟期具有統計學意義（ Plt; 0.01），抽雄一乳熟期具有統計學意義（ （Plt;0.05） ，原因可能是氣溫日較差的減少會造成作物夜間呼吸作用增強，干物質積累量下降，從而降低了夏玉米產量[22]。

夏玉米氣象產量與不同生育階段 有效積溫的相關性均無統計學意義（ Pgt;0.05） ，其中氣象產量與拔節一抽雄期 ?10^°C 有效積溫呈負相關，原因可能是高溫導致營養物質的積累量不足，其幼穗未獲得充足的營養，造成分化數量減少，影響玉米的產量和質量[23]。也可能是拔節一抽雄期是玉米生長發育較為旺盛的階段，溫度升高會導致水分蒸騰加快，干旱風險增大，進而影響最終產量[24]。

夏玉米氣象產量與不同生育階段日照時數的相關性均無統計學意義（ Pgt;0.05 ），其中夏玉米氣象產量與出苗一拔節、抽雄一乳熟、乳熟一成熟期日照時數呈正相關，原因可能是在出苗一拔節期，光照充足有利于玉米種子的生長；在抽雄一乳熟、乳熟一成熟期，光照充足有利于玉米進行光合作用，促進灌漿期干物質的積累和運輸，從而提高產量。

3結論與討論

本文選取1982—2021年淮北地區玉米生育期內降水量、平均氣溫、氣溫日較差 gtrsim10% 有效積溫、日照時數等氣候因子和玉米產量為研究對象，利用趨勢分析法分析了氣候變化的特征和玉米產量的變化特征；利用滑動平均法分離出趨勢產量和氣象產量，用Pearson相關性分析法分析了氣候因子與玉米產量的相關性，得出如下結論。

（1）1982一2021年，夏玉米生育期內，研究區降水、熱量和光照資源均較豐富，有利于夏玉米生長發育。

（2）1982—2021年，淮北市玉米單產與氣象產量的變化趨勢一致，均呈下降趨勢，線性傾向率分別為 85.49，0.18kg/10 a。單產年際間變化較明顯，氣象產量分布較為離散。分析相對氣象產量得出，玉米產量典型氣候歉年有5年（1987、1994、2003、2007、2014年），其中1987、1994年主要受干旱影響，2003、2007、2014年受雨澇（含連陰雨）影響。

（3）氣溫日較差和降水量是影響該地區夏玉米產量的主要氣象因子，氣溫日較差影響為正效應，其中與乳熟一成熟期相關性具有統計學意義（ Plt; 0.01）；抽雄一乳熟期的降水量對夏玉米產量影響明顯 （Plt;0.05） ；平均氣溫 ??10 ℃有效積溫、日照時數對夏玉米產量影響不大。

影響夏玉米產量的影響因素較多，本研究僅分析了降水量、平均氣溫、氣溫日較差、 有效積溫、日照時數等氣象因子對其產量的影響，未對其他外在因素的影響進行具體分析，存在一定局限性，下一步的研究重點將在收集以上信息和數據的基礎上進一步完善研究內容和結果。

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