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东北区玉米生产对气候变化的响应

穆佳  
【摘要】:东北区是我国春玉米生产基地,气候变化背景下保障该区玉米生产安全具有重要的现实意义。本文基于1981—2010年东北区的0.5°×0.5°格点气象日值资料、91个气象站逐日气象资料、60个农业气象观测站玉米生长发育资料、202个区(县)玉米总产量和种植面积资料,采用趋势变率、滑动平均、秩相关分析、突变分析、非线性检验、相关稳定性检验等方法,系统分析了近30年东北区的气候变化特征,阐述了玉米生产对气候变化的响应事实和影响机理,定量地评估了近30年东北区玉米发育期、气象产量、种植品种对气候变化的响应。主要结论如下:(1)近30年东北区气候资源的数量和要素配置发生了明显变化。1981—2010年,东北区年平均温度显著升高(0.38℃/10a),年降水量有减少趋势,年日照时数无明显变化。从春玉米生长季来看,高纬度地区升温更明显、降水量减少趋势更为显著。从温度生长期来看,东北区的热量资源持续增加,降水资源低值区向东南部移动,光照资源在中部和东南部地区持续减少,春玉米适宜种植区不断扩大。(2)1981—2010年,东北区玉米关键发育期日序均呈现显著的推后趋势,生长后期日数增加,全生育期延长;目前,玉米种植品种熟型以中晚熟、晚熟为主,生育期日数相对较短的中早熟品种陆续被中晚熟和晚熟品种取代;近30年,玉米单产增加趋势逐步放缓,但由于种植面积增加,使总产翻番,1990s的显著增温对玉米气象产量表现为正效应;基于玉米实际发育期,东北区东南部平均气候生产潜力值超过10000kg/hm2,西北部平均气候生产潜力值相对较低。(3)通过秩相关分析,确定了影响玉米生产的主导气象因子。结果表明:温度因子是引起东北区玉米发育期变化的主导气象因子,同时,玉米发育期长短在很大程度上受到品种更替的影响。玉米气象产量同时受到温度、降水、日照的制约,通常作物生长后期某一发育阶段的气象条件对气象产量的影响最显著。(4)东北区玉米发育期对气候变化响应敏感;20世纪90年代,在东北区气象条件发生突变的前提下,春玉米发育期发生突变的时间紧随其后、或与其同时发生。近30年,东北平原玉米种植品种变化对气候变化的响应速度较快;事实上,仅考虑热量资源,东北区实际种植的玉米品种熟型可以向更晚熟方向提高一个等级。(5)从不同时间尺度的潜在气象因子出发,构建了春玉米发育间隔期、气象产量与其最优气象因子的响应关系模型。结果显示:发育间隔期与最优气象因子之间以线性关系为主,逐步回归模型的平均准确率在92.4%以上;玉米气象产量与最优气象因子之间普遍存在着非线性关系,温度因子在高纬东部地区对气象产量有显著且稳定的影响,降水、日照时数在高纬西部地区和低纬地区对气象产量的影响逐渐突出。


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