安图县1999—2018 年玉米生育期气候变化特征及产量预测模型

李义兰，闫雅婷，郭 伟

（1 吉林省安图县气象局，133600，吉林安图；2 吉林省延吉市气象局，133000，吉林延吉；3 吉林省和龙市气象局，133500，吉林和龙）

1 背景概况

农业对气候变化的反应十分敏感，农业对气候变化的响应已经成为全球气候变化研究中的重要内容之一[1]。近年来，国内有大量学者对气候变化与作物生产之间的关系进行了深入研究。如纪瑞鹏等、汪宏宇等对东北地区作物发育期的降水进行研究[2-3]；王馥棠进行了气候变化与我国的粮食生产的研究[4];谢云进行了中国粮食生产对气候资源波动响应的敏感性分析[5]。本文拟通过对安图县温度、降水、日照、玉米产量的分析，建立玉米的产量预报模式方程，为玉米生产提供参考依据。

2 资料来源和方法

2.1 资料来源

安图县1999—2018 年气温、降水量、日照时数等逐日气象数据资料来源于吉林省安图县气象局。玉米单位面积产量数据来源于安图县统计局和国家统计局安图调查队。安图地形南北狭长，气候差异大，各乡镇玉米产量差异较大，故本文采用安图县明月镇玉米单产代表安图县玉米单产进行相关分析。

2.2 分析方法

本文运用线性倾向率分析安图1999—2018 年玉米各生育期的气温、降水、日照时数变化特征。实际产量与趋势产量之差作为气象产量[6]。采用直线滑动平均模拟法模拟趋势产量，进而剥离气象产量。直线滑动平均模拟法的优点在于不必主观假定（或判断）产量历史演变的曲线类型，也可不损失样本序列的年数，是一种较好的趋势模拟方法。具体计算公式参考文献[7]，本文中K取11。通过对安图县玉米生长期气象因子和玉米气象产量进行皮尔逊相关性分析，选取相关性强的因子，利用多元回归方程建立玉米气象产量预测模型。

3 玉米主要生育期气候变化特征

3.1 1999—2018 年玉米播种-成熟期气候变化特征

玉米播种-成熟期平均最高气温、平均最低气温、≥0 ℃积温呈不同程度增加趋势，气候倾向率分别为0.57 ℃/10 a、0.17 ℃/10 a、40.44 ℃/10 a，其中平均最低气温通过了0.05 水平的显著性检验。平均最低气温增长幅度明显高于平均最高气温，因此气温日较差呈现缓慢下降的趋势，气温日较差的气候倾向率为-0.40 ℃/10 a，变化趋势不显著。降水量、日照时数气候倾向率分别为-39.11 mm/10 a、-31.61 h/10 a，均呈现减少趋势，但不显著。

3.2 1999—2018 年玉米各生育期气候变化特征

播种-出苗期：≥0 ℃积温、平均最高气温、平均最低气温、降水量、日照时数均呈不同程度增加趋势，平均最低气温气候倾向率为0.86 ℃/10 a，升高趋势最为明显，通过了0.05 水平的显著性检验。出苗-拔节期：≥0 ℃积温、平均最高气温、降水量、日照时数呈不明显减少趋势，平均最低气温呈不明显递增趋势。拔节-乳熟期：降水量呈减少趋势，温度、日照时数呈递增趋势，但都不显著。抽雄-乳熟期：≥0 ℃积温、平均最高气温呈显著升高趋势，气候倾向率分别为19.73 ℃/10 a、0.85 ℃/10 a。乳熟-成熟期：降水量、平均最低气温呈增加趋势；≥0 ℃积温、平均最高气温、日照时数呈现不同程度减少趋势，气候倾向率分别为-7.4 ℃/10a、-1.13 ℃/10a、-25.9 h/10 a，其中日照时数、平均最高气温减少趋势最为明显，通过了0.01 水平的显著性检验。

4 气象因子对玉米产量影响分析

4.1 1999—2018 年玉米产量变化趋势

安图玉米实际单产年际间变化较大，在2 687～6 897 kg/hm2波动，总体呈增长趋势，年均增长量为102.32 kg/hm2。玉米趋势单产与实际单产走势一致，年均增长量为122.06 kg/hm2。1999—2003 年玉米产量呈下降趋势，2004—2012 年玉米产量增长趋势明显，2013—2018 年玉米产量波动平稳。气象产量波动大，在-1 769～1 151 kg/hm2浮动，1999—2018 年气象产量总体呈增长趋势，但不显著。

4.2 玉米气象产量与气象因子的关系

通过对1999—2018 年玉米各生育期的平均最高气温、平均最低气温、≥℃积温、日照时数、降水量、气温日较差等气象因子与玉米气象产量进行皮尔逊相关性分析，结果表明：玉米气象产量与播种-出苗期的降水量，出苗-拔节期的日照时数、气温日较差，拔节-抽雄期的平均最高气温、≥0 ℃积温呈显著的正相关关系；与播种-成熟期平均最高气温呈强显著正相关；与出苗-拔节期、乳熟-成熟期平均最高气温，拔节-抽雄期平均最低气温，播种-成熟期≥0 ℃积温呈中等程度正相关。由此可以看出，气温对气象产量影响最大，是影响玉米产量的主要气象因子。

5 玉米气象产量预测模型建立与检验

5.1 玉米气象产量预测模型

通过对玉米气象产量与气象因子相关性分析，从诸多气象因子中挑选出相关性强的因子，并结合玉米在各生育期实际生长发育过程中对光、温、水的需求，挑选出合适的气象因子。以玉米气象产量为因变量，气象因子为自变量，利用SPSS 软件建立多元回归方程，得出玉米气象产量预报模型：

式中：y 表示玉米气象产量，x1表示乳熟-成熟期平均最高气温，x2表示拔节-抽雄期积温，x3表示出苗-拔节期日照时数，x4表示播种-出苗期降水量。

5.2 预测模型检验

将相关的气象因子代入式（1）中，同时利用直线滑动平均模拟法计算趋势产量，对1999—2018 年玉米产量进行回代检验。结果显示1999—2018 年平均准确率为91.2%。

利用预测模型对2019、2020 年玉米产量进行预测。2019 年玉米产量预测准确率为99.6%，2020 年玉米产量预测准确率为95.1%，模型预测效果较好。

6 结论与讨论

（1）基于影响玉米气象产量的4 个气象因子，建立了玉米气象产量预报模型，经回代检验，玉米产量准确度平均为91.2%。2019 年、2020 年预报准确度分别为99.6%、95.1%，基本可以满足业务服务需求。

（2）1999—2018 年安图玉米实际单产年际间变化较大，总体呈增长趋势。趋势单产总体呈增长趋势，与玉米实际单产走势一致，与实际相吻合。1999—2018年气象产量波动大，说明气象因子对安图玉米产量影响很大，气象产量总体呈增长趋势，但不显著。

（3）通过相关性分析，温度是影响玉米产量的主要气象因子。光、温、水等气象因子对玉米单产的影响主要体现在出苗至抽雄期，且不同时生育期所需气温、降水、日照也分别不同，可以在相应农事关键期采取有针对性的农事管理措施以促进玉米单产提高。而在干物质积累的乳熟期、成熟期并未出现光、温、水等因子对玉米产量变化的显著影响，可以认为安图县多数年份气象条件可以满足玉米乳熟期、成熟期生长需求。

（4）气候变暖趋势对安图县玉米生产具有明显的正效应，在日常生产中应利用这一趋势，科学调整种植品种和布局，以达到增产增收的效果。本文主要考虑了光、温、水等气象因子对玉米产量的影响，多种因素综合影响方面考虑得不够，还有待进一步研究。