气候变化对玉米单产的贡献分析

精品文档-下载后可编辑气候变化对玉米单产的贡献分析1资料与方法

1．1资料

1．1．1气象资料农业气象资料主要用于计算玉米的光温和气候生产潜力。来源于国家气象局数据中心，主要包括黑龙江省30个基础台站1980—2022年温度日值与月值资料、降水、相对湿度、风速等的旬值、月值资料。

1．1．2社会经济数据社会经济数据主要包括1980—2022年黑龙江省玉米生产的公顷产值（元）、每公顷用工数量（日）、每公顷劳动日工价（元）、每50kg平均出售价格（元）、每公顷种籽秧苗费用（元）、农家肥费（元）、化肥费（元）、畜力费（元）、机械作业费（元）、每公顷化肥用量（kg）、排灌费（元）等数据［14－15］。

1．1．3气候影响数据利用联合国粮农组织的AEZ（Agro－ecologicalZone，农业生态区划）模型，根据温度、水分、光照数据，结合土地利用数据，计算得出1980—2022年黑龙江光温生产潜力（kg／hm2）、气候生产潜力（kg／hm2）。

1．2研究方法

1．2．1生产潜力计算模型光温生产潜力是指在保持水、肥等相关要素最适宜的状态下，由光温条件共同决定的潜在产量，光温生产潜力被认为是灌溉农业粮食产量的上限。

1．2．2气候变化对玉米单产贡献份额分析方法本研究中采用主成分分析的方法分析气候变化对玉米单产的贡献份额［16］。步骤如下：1）将原始变量标准化，消除量纲；2）构建标准化之后变量的相关系数矩阵；3）根据方差贡献率，确定主成分个数及如何求解主成分；4）进行主成分旋转，使主成分的载荷更加集中，代表的实际意义更加明晰；5）计算主成分值。

2黑龙江省光温、气候生产潜力结果

通过上述公式，运用收集到的相关农业气象数据对逐个站点逐年的光温生产潜力进行计算，对光温生产潜力进行降水水分订正，得到气候生产潜力。模型运行结果显示，黑龙江省玉米光温生产潜力位于10500～15000kg／hm2之间，光温生产潜力最大的年份是1982年，达到14565kg／hm2，最小的年份是1983年，也达到了10590kg／hm2。从年代来看，上世纪80年代（1980—1989年）光温生产潜力平均值为11640kg／hm2，90年代（1990—1999）平均为12210kg／hm2，21世纪平均（2000—2022）为12840kg／hm2，以21世纪最高。气候生产潜力的波动幅度相对较大，普遍位于6000～7500kg／hm2之间，其中2022年的气候生产潜力最小，仅为5250kg／hm2，而1994年最大，为10560kg／hm2。从年代来看，以21世纪的平均气候生产潜力最低，为7800kg／hm2，90年代平均最高为9075kg／hm2，80年代平均为8850kg／hm2。从光温生产潜力和气候生产潜力的时间变化趋势可以看出，黑龙江省玉米光温生产潜力表现为增加趋势，光温生产潜力在以每年55．5kg／hm2的速度增加；气候生产潜力在经过降水有效系数修正后，表现为减少的趋势，减少速度为每年45．0kg／hm2。这表明在保证灌溉的条件下，气候变化对黑龙江玉米产量的影响是正向的。在无灌溉条件下，光照、温度和降雨的综合作用会使玉米减产；无灌溉条件下减产的幅度要大于有灌溉条件下的增产幅度，原因主要是干旱趋势逐年的逐年增加。

3．黑龙江玉米生产的影响因素分析

在光温潜力（X10）、气候生产潜力（X11）确定的基础上，选取公顷产值（X1）、每公顷用工数量（X2）、每公顷劳动日工价（X3）、每50kg平均出售价格（X4）、每公顷种籽秧苗费用（X5）、农家肥费（X6）、化肥费（X7）、畜力费（X8）、机械作业费（X9）、每公顷化肥用量（X12）、排灌费（X13）11个有代表性的社会经济因素进行主成分分析，以进一步验证气候要素对黑龙江玉米产量的影响，并定量揭示其影响份额。

3．1气候变化影响份额分析利用13个变量（X1～X13）在1980－2022年各年份的数值进行主成分分析。KMO统计量等于0．770，Bartlett球形检验的p值为0．000。利用相关系数矩阵的特征值及其对总方差的累积贡献度提取3个主成分，其特征值方差累积贡献率达到78．36％。用F1、F2、F3表示。对主成分的载荷矩阵进行方差最大化正交旋转。主成分F1中，公顷产值（X1）、每公顷用工数量（X2）、每公顷劳动日工价（X3）、每50kg平均出售价格（X4）、每公顷种籽秧苗费用（X5）、化肥费（X7）、机械作业费（X9）、每公顷化肥使用量（X12）等变量的载荷绝对值均大于或接近0．6，其他变量在该主成分的载荷绝对值均小于或接近0．3。这些变量是从经济社会的角度影响黑龙江玉米产量的，因此把此主成分命名为“经济社会”主成分；主成分F2中，畜力费（X9）和农家肥费（X6）的载荷绝对值大于0．9，其他变量的载荷绝对值均小于或接近0．5。结合数据的年际变化，认为在90年代中期以前，传统的农家肥和畜力投入对玉米生产有显著影响，因此将此主成分命名为“传统投入”主成分；主成分F3中，光温生产潜力（X10）、气候生产潜力（X11）和排灌费（X13）的载荷绝对值均大于0．6，其他变量在此主成分上的载荷均小于或接近0．3，将此主成分命名为“气候变化及应对措施”主成分。对以上3大主成分特征值方差贡献率的分析表明，F1可以解释产量变化总方差的50．699％（亦即F1对所有变量提供的方差贡献之和占总方差的比重），F2可以解释17．047％，F3可以解释10．614％。换句话说，剔除良种良法等其他因素影响，从1980－2022年价格、产值、费用等“经济社会”主成分对黑龙江玉米产量的贡献份额可以达到50．699％，“传统投入”主成分贡献份额达到17．047％；“气候变化及应对措施”主成分影响份额达到10．614％。进一步对主成分F3的载荷进行详细分析表明，光温生产潜力的载荷为0．805，气候生产潜力（即有降水作用下）的影响为－0．898。可以认为，在气候影响的10．614％的贡献率中，光温是正向作用，降水减少（干旱）是负向作用，负向作用的影响力略大于正向影响力；同时灌溉影响也是正向作用，载荷达到0．642；说明光温和灌溉叠加抵消了降雨减少的负向作用，对玉米增产起到积极的作用。

3．2各主成分对黑龙江玉米产量影响趋势采用“标准差标准化法”将X1～X13原始变量标准化后，根据主成分分析“成分得分系数矩阵”，计算3大主成分各个年份得分。采用同样方法，将黑龙江玉米产量数据也进行标准化，得出产量指数，分析主成分得分年度变化趋势与产量年度变化趋势之间的关系。在影响产量的3大主成分中，“经济社会”主成分的得分逐年增长；“传统投入”主成分在90年代中期值较大，后期变小，影响力逐渐下降；“气候变化及应对措施”主成分呈现出波动性，没有明显的上升或下降趋势。与实际生产结合进行分析，经济社会投入逐年增加，与我国玉米价格增长和生产方式变化有较大关联，“经济社会”主成分得分变化与黑龙江玉米产量变化基本上是同步的，并且有明显的线性相关关系（相关系数达到0．89）；“传统投入”主成分的影响有明显的阶段性变化，在90年代中期达到最大，随后受农业机械化及化肥使用量增大影响逐步降低；“气候变化及应对措施”主成分没有明显的阶段性变化，在光温生产潜力增大、气候生产潜力减小，及人工灌溉的干预下，表现为较强的波动性。

4结论

经过分析，可以得出的初步结论是，近30年来，光照和温度条件的综合作用，有利于黑龙江玉米的产量的提高；降雨减少趋势的增加则要求有充足的、可持续利用的灌溉资源。同时，经济社会因素仍然是玉米产量最重要的影响因素。传统的畜力和农家肥在90年代中期发挥着重要作用，但在当前其作用和地位逐步下降。在影响产量的诸多因素中，只有经济社会因素的影响呈现线性的，气候影响则规律性不强。对比实际情况，根据中国统计出版社出版的在1980－2022年出版的《中国统计年鉴》数据，从1979年到2022年，黑龙江玉米的产量和种植面积均迅速增加。总产由1979年的581．00万吨增长到2022年的1920．20万吨，30年共增长3．3倍，年均增长44．63万吨。从1979年到2022年，黑龙江玉米种植面积由196．08万公顷增长到401．02万公顷，增长2．04倍。同期，黑龙江玉米单产由1979年的3330．00kg／公顷增长到2022年的6328．95kg／公顷，增长1．9倍。从数量来看，面积扩张的速度大于单产提高的速度；实际调研表明，三江平原和松嫩平原北部县市玉米产量增加幅度最为明显，这一事实也验证了由于光温生产潜力的提高，玉米种植界限