第44卷第11期 2013年11月 东北农业大学学报 44(1 11:44-49 NOV.2013 Journal of Northeast Agricultural University 网络出版时间2013—11-29 9:12:14 [URL]http://www.cnki.net/kems/detail/23.1391.S.20131129.0912.020.html 气候变化对黑龙江省黑土区玉米气候生产潜力的影响 孙彦坤 ,田宝星 ,高 见 ,张立友。,李维海 ,陈 晶 ,杨 帆 (1.东北农业大学资源与环境学院,哈尔滨150030;2.黑龙江省肇源县气象局,黑龙江肇源166500; 3.吉林省白城市人工增雨基地,吉林白城137000;4.黑龙江省黑河市气象局,黑龙江黑河164300) 摘要:在气候变化背景下,根据黑龙江省黑土区24个市县1961—2010年气象资料,利用数理统计分析方 法,研究近50年该区域生长季温度、降水以及玉米生产潜力的变化趋势;利用ArcGIS技术分析玉米气候生产潜力 年代潜力差值和年际变异系数时空变化。结果表明,近50年生长季平均气温呈上升趋势,降水量呈减少趋势;尽 管气温升高导致玉米光温生产潜力增加,但降水量的减少趋势使玉米气候生产潜力整体呈减少趋势;玉米气候生 产潜力年代差值显著;研究区内哈尔滨地区、巴彦县、五常市等地玉米气候生产潜力变异系数低,风险较小,有 利于作物的安全生产,其余地区稳定性较差。 关键词:黑龙江;气候变化;气候生产潜力;ArcGIS 中图分类号:¥162.5 3 文献标志码:A 文章编号:1005—9369(2013)11—0044—06 孙彦坤,田宝星,高见,等.气候变化对黑龙江省黑土区玉米气候生产潜力的影响【J】_东北农业大学学报,2013,44(11):44—49. Sun Yankun,Tian Baoxing,Gao Jian,et a1.Effect of climate change on potential productMty of climate of corn in black soi region of Heilongjiang[J].Journal of Noaheast Agricultural University,201 3,44(1 1):44-49.(in Chinese with English abstract) Effect of climate change on potential productivity of climate of corn in black soil region of Heilongjiang/suN Yankun’,TIAN Baoxing’,GAO Jian ,ZHANG Liyou。,LI Weihai ,CHEN Jing’,YANG Fan’(1.School of Resources and Environmental Science, Northeast Agricultural University,Harbin 1 50030,China;2.Heilongjiang Province Zhaoyuan City Observatory,Zhaoyuan Heilongjiang 1 66500,China;3。Jilin Province Baicheng City Artiifcial Rainfall Base,Baicheng Jilin 1 37000,China;4.Heilongjiang Province Heihe City Observatory,Heihe Heilong— jiang 1 64300,China) Abstract:Under the background of climate change,according to the 1 961—201 0 with 24 weather stations data in the black soil region of Heilongjiang,using the method of mathematical—statistical, studied the trend of temperature,precipitation of the growing season and potential productivity of corn in recently 50 years;using arcgis to analysis the temporal and spatial variation of the diference age potential and variation coefficient inter-annual of potential productivity of climate of corn.the results show that:in recently 50 years it is rising to average temperature of the growing season,precipitation reducing;although rising temperature cause increase to potential productivity of light-temperature of corn,reducing precipitation make decrease to overall potential productivity of climate of corn.it is significant to the diference age of potential productiviyt of climate of corn;the study area that the low of variation coefficient of potential productiviyt of climate of harbin area,bayan,wuchang city,less risk, 收稿日期:2012—08—21 基金项目:联合国开发计划绿色发展项目(CPR/06/209—2) 作者简介:孙彦坤(1966一),男,教授,博士,博士生导师,研究方向为气象生态、气候变化、农业气象。E-marl:yk_sun@163.tom 东北农业大学学报 第44卷 (kg・hm )指在温度、水分、品种、土壤及其他农 业技术条件适宜的条件下,仅由自然辐射决定的单 产水平。厂( )一气温有效系数。 光温生产潜力 (Kg・hm )指在水分、土壤、品种及其他农业技术 条件均处在适宜条件下,仅由光照、温度条件作为 作物产量的决定因素时,所确定的作物生产潜力, 是灌溉农业产量上限。. )一水分有效系数。 1-3.1光合生产潜力 y。=Q Q) =C・S・ ・ ・(1-a)・(1 )・(1_p)・(1-3/)・ (1-w) )・E・ Q ,g・(1-B))・(1 ) 式中,c一单位换算系数,y0一单位面积光合生 产潜力(kg・hm ),∑Q 为生长季各月总辐射量 (MJ・m ),其他参数的意义和取值见表1【l3】。 表1计算光合生产潜力各参数的意义及取值生产潜力计算 Table 1 Meaning and value of photosynthesis potential productivities 1-3.2光温生产潜力 T) )=[( 一 )×( 一r)]B/[(ro—T1)x(T2一 )r 式中,B=( 一To)/(To一 ),T是5-9月各月的 平均气温, 、 和 分别是作物生育期三基点气 温,即下限气温、上限气温和最适气温,黑龙江主 要作物不同时期的 、 、死值如表2所示[13】c 1.3-3气候生产潜力 = W) 1-1A 卜后/ 式中,A =碍一 , = ・ , 为5-9月各月 平均降水, 为某时期、某作物的需水量mm),k 是经验参数,当△ ≥2 mm时,农田水分过多, = WJR ̄;A <2 mm时,降水适中或偏少,k=l, 为 蒸发势月合计值,计算公式采用国内学者进行风速 修正后的简便算法_l : E=0.0003(25+T)2・(1O0-f)・(3+u) .厂和M分别为月平均气温、相对湿度、风 速,∞为作物不同时期的作物系数,本文所采用的 作物(玉米)系数值为5月0.40,6月0.80,7月 1.26,8月1.25,9月0.73t”]。 表2主要作物的三基点气温 Table 2 Three point temperature of main crops 1.4气候生产潜力变异系数 式中, 为平均气候生产潜力,溉为当年气候 生产潜力,n为统计年数。 2 结果与分析 2.1气象因子变化趋势分析 由图2a可见,研究区域1961~2010年生长季平 均气温呈上升趋势,从趋势线来看,生长季平均气 温每1O年增温0.27℃,高于中国近50年平均地表 气温的上升速度0.22 ̄C/IO年,同时也高于北半球 同期的上升速度0.13 c【=/l0年[15-16】,该区域生长季增 温明显。1960s、1970s、1980s、1990s、2010s生 长季平均气温分别为17.56、17.59、17.64、18.o2、 18.72℃,20世纪6O~8O年代,研究区域气温普遍低 于18.0℃,20世纪90年代以来,气温增加趋势明 显且高于18.0℃年份频率增加。 由图2b可见,研究区域1961~2010年生长季 降水量呈下降趋势,从趋势线来看,生长季降水量 每10年减少7.89 mm。近5O年生长季平均降水量 第11期 孙彦坤等:气候变化对黑龙江省黑土区玉米气候生产潜力的影响 一 . q. 一 艇 苦I^【】0 2口 为442 mm,生长季降水量为400 mm的区域适宜玉 米生长 ,该区域可以满足玉米需水量。1960、 降水量高于近50年来平均降水量,70年代下降且 低于平均值,80年代呈回升趋势,90年代略有所 O O O 0 0勰 咖咖咖咖1970、1980、1990、2010生长季平均降水量分别 为46O、415、469、472、401 mm,20世纪60年代 增加,到2l世纪初降水量大幅度减少且数值最 小,低于平均降水量。 £g y=-O.7896x+462.78 矍喜 一,、 4△/\八/\//\A ^ 1 旦 鎏 : u ’V V V ln n In n _一In 累累累 8 8 8 ……… 图2黑龙江省黑土区生长季平均气温和降水变化趋势(1961-2010) Fig.2 Trend of mean temperature and precipitation in the growth period of the black soil region of 一 m)蛔*世羁 褂 刊 Heilongjiang from 1961 to 2010 一蛊0 皇 盆I。∞-r丁 2.2气候生产潜力变化趋势分析 7 6 5 4 3 2 ∞∞∞∞∞∞ 龙江省黑土区玉米气候生产潜力呈减少趋势,从 由图3a可见,近50年来黑龙江省黑土区玉米 趋势线来看,气候生产潜力每10年减少61.6 光温生产潜力呈增加趋势,从趋势线来看,光温生 kg・hm ,气候生产潜力最大值是1998年,13 978 产潜力每10年增加367 kg・hm~,光温生产潜力最 kg・hm~,最小值是1976年,6 132 kg・hm~,1998 大值是2000年,27 288 kg・hm~,最小值是1972 年降水丰富,是导致当年气候生产潜力最大的主要 年,22 681 kg・hm~,光温生产潜力增加显著。气 因素。 温的升高是导致光温生产潜力增加的主要原因。 1960、1970、1980、1990、2010年玉米气候 1960、1970、1980、1990、2010年玉米光温生产 生产潜力平均值分别为9 279、9 310、10 384、 潜力平均值为24 709、24 793、24 734、25 358、 10 547、8 838 kg・hm~,20世纪8O 90年代水热条 26 255 kg・hm~,20世纪60~80年代光温生产潜力 件配合较好,同期气候生产潜力出现高值,21世 变化平缓;20世纪90年代以来增加幅度加快,与 纪初,降水量减少,气候生产潜力降低,说明水分 近2O年气温增加有关。由图3b可见,近50年来黑 是气候生产潜力的主要因素n 。 ,,=一6.1694x+9839.3 I八 .^ //\//\/\\八 八 : V y L\/V ln n In n ln ………誊 8 8 8 图3黑龙江省黑土区光温生产潜力和气候生产潜力变化趋势(1961~2010) Fig.3 Trend of potential productivity of light-temperature and climate of corn in the blacke soil region of Heilongjiang from 1961 to 2010 2.3气候生产潜力年代变化分析 力变化分布不均匀,其中研究区域中部呈现增加 由图4(此图彩版见封二)可见,黑龙江省黑土 趋势,增加值差异较大;玉米气候生产潜力减少 区20世纪7O年代与60年代相比,玉米气候生产潜 区域在高纬度和低纬度及东部地区,减少值差异 挺 A 3n 2口0苗咖咖咖 ÷ 一占lO O O O O7 5 3 1 9第11期 孙彦坤等:气候变化对黑龙江省黑土区玉米气候生产潜力的影响 ・49・ 图5玉米气候生产潜力变异系数空间分布 Fig.5 Variatic coefifcient of potential productivity of climate of corn in the blacke _寸 soil region of Heilongjiang 3讨论与结论 a.黑龙江省黑土区1961~2010年生长季平均气 温呈上升趋势,其幅度超过全国平均值。降水量 呈下降趋势。 b.随着生长季平均气温的升高,研究区域玉 米光温生产潜力总体有上升趋势;但由于生长季 降水量的减少,玉米气候生产潜力总体呈下降 趋势。 C.研究区域20世纪70年代与60年代相比,由 于气温,降水变化并不明显,玉米气候生产潜力 均衡发展,但局地差值较大。20世纪80年代,水 热条件配合适当,与20世纪70年代相比,大部分 地区呈现增长趋势,但2O世纪9O年代以来,受降 水,玉米气候生产潜力减少的区域增多,21 世纪初,气温持续升高,降水普遍减少,造成玉 米气候生产潜力大部分地区减少。 d.研究区域内哈尔滨地区、巴彦县、五常 市、绥化地区变异系数较低,玉米气候生产潜力 风险较小,有利于玉米的安全生产。气候生产潜 力较大的区域,变异系数越小;气候生产潜力较 小的区域,变异系数越大。 【参考文献】 [1】王绍武.近百年来气候变化与变率的诊断研究们.气象学报, 1994,52(3):261—273. 陈隆勋,朱文琴,王文,等.中国近45年来气候变化的研究【JJ. 气象学报,1998,56(3):257—271. 刘玉莲,吴洪宝.用SSA—MEM分析黑龙江省近45年气温变化 [J].黑龙江气象,2004(1):16—19. 国世友,邹立尧,吴琼.近百年来黑龙江省气候变化特征[J].黑 龙江气象,2003(4):8-1 1. 李正国,杨鹏,唐华,等.气候变化背景下东北三省主要作物典 型物候期变化趋势分析[J】.中国农业科学,201 1,44(20):4180— 4189. 赵俊芳,杨晓光,刘志娟.气候变暖对东北三省春玉米严重低 温冷害及种植布局的影II ̄J[J].生态学报,2009,29(12):6544— 6551. 李克南,杨晓光,刘志娟,等.中国北方地区气候资源变化特征 及其对种植制度界限的可能影响[J】.中国农业科学,2010,43 (1 0):2088-2097. 中华人民共和国农业部.新中国农业6O年统计资料[M].北京: 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