氣候變化對玉米單產(chǎn)的貢獻(xiàn)分析

精品文檔-下載后可編輯氣候變化對玉米單產(chǎn)的貢獻(xiàn)分析1資料與方法

1．1資料

1．1．1氣象資料農(nóng)業(yè)氣象資料主要用于計(jì)算玉米的光溫和氣候生產(chǎn)潛力。來源于國家氣象局?jǐn)?shù)據(jù)中心，主要包括黑龍江省30個(gè)基礎(chǔ)臺(tái)站1980—2022年溫度日值與月值資料、降水、相對濕度、風(fēng)速等的旬值、月值資料。

1．1．2社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要包括1980—2022年黑龍江省玉米生產(chǎn)的公頃產(chǎn)值（元）、每公頃用工數(shù)量（日）、每公頃勞動(dòng)日工價(jià)（元）、每50kg平均出售價(jià)格（元）、每公頃種籽秧苗費(fèi)用（元）、農(nóng)家肥費(fèi)（元）、化肥費(fèi)（元）、畜力費(fèi)（元）、機(jī)械作業(yè)費(fèi)（元）、每公頃化肥用量（kg）、排灌費(fèi)（元）等數(shù)據(jù)［14－15］。

1．1．3氣候影響數(shù)據(jù)利用聯(lián)合國糧農(nóng)組織的AEZ（Agro－ecologicalZone，農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃）模型，根據(jù)溫度、水分、光照數(shù)據(jù)，結(jié)合土地利用數(shù)據(jù)，計(jì)算得出1980—2022年黑龍江光溫生產(chǎn)潛力（kg／hm2）、氣候生產(chǎn)潛力（kg／hm2）。

1．2研究方法

1．2．1生產(chǎn)潛力計(jì)算模型光溫生產(chǎn)潛力是指在保持水、肥等相關(guān)要素最適宜的狀態(tài)下，由光溫條件共同決定的潛在產(chǎn)量，光溫生產(chǎn)潛力被認(rèn)為是灌溉農(nóng)業(yè)糧食產(chǎn)量的上限。

1．2．2氣候變化對玉米單產(chǎn)貢獻(xiàn)份額分析方法本研究中采用主成分分析的方法分析氣候變化對玉米單產(chǎn)的貢獻(xiàn)份額［16］。步驟如下：1）將原始變量標(biāo)準(zhǔn)化，消除量綱；2）構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化之后變量的相關(guān)系數(shù)矩陣；3）根據(jù)方差貢獻(xiàn)率，確定主成分個(gè)數(shù)及如何求解主成分；4）進(jìn)行主成分旋轉(zhuǎn)，使主成分的載荷更加集中，代表的實(shí)際意義更加明晰；5）計(jì)算主成分值。

2黑龍江省光溫、氣候生產(chǎn)潛力結(jié)果

通過上述公式，運(yùn)用收集到的相關(guān)農(nóng)業(yè)氣象數(shù)據(jù)對逐個(gè)站點(diǎn)逐年的光溫生產(chǎn)潛力進(jìn)行計(jì)算，對光溫生產(chǎn)潛力進(jìn)行降水水分訂正，得到氣候生產(chǎn)潛力。模型運(yùn)行結(jié)果顯示，黑龍江省玉米光溫生產(chǎn)潛力位于10500～15000kg／hm2之間，光溫生產(chǎn)潛力最大的年份是1982年，達(dá)到14565kg／hm2，最小的年份是1983年，也達(dá)到了10590kg／hm2。從年代來看，上世紀(jì)80年代（1980—1989年）光溫生產(chǎn)潛力平均值為11640kg／hm2，90年代（1990—1999）平均為12210kg／hm2，21世紀(jì)平均（2000—2022）為12840kg／hm2，以21世紀(jì)最高。氣候生產(chǎn)潛力的波動(dòng)幅度相對較大，普遍位于6000～7500kg／hm2之間，其中2022年的氣候生產(chǎn)潛力最小，僅為5250kg／hm2，而1994年最大，為10560kg／hm2。從年代來看，以21世紀(jì)的平均氣候生產(chǎn)潛力最低，為7800kg／hm2，90年代平均最高為9075kg／hm2，80年代平均為8850kg／hm2。從光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力的時(shí)間變化趨勢可以看出，黑龍江省玉米光溫生產(chǎn)潛力表現(xiàn)為增加趨勢，光溫生產(chǎn)潛力在以每年55．5kg／hm2的速度增加；氣候生產(chǎn)潛力在經(jīng)過降水有效系數(shù)修正后，表現(xiàn)為減少的趨勢，減少速度為每年45．0kg／hm2。這表明在保證灌溉的條件下，氣候變化對黑龍江玉米產(chǎn)量的影響是正向的。在無灌溉條件下，光照、溫度和降雨的綜合作用會(huì)使玉米減產(chǎn)；無灌溉條件下減產(chǎn)的幅度要大于有灌溉條件下的增產(chǎn)幅度，原因主要是干旱趨勢逐年的逐年增加。

3．黑龍江玉米生產(chǎn)的影響因素分析

在光溫潛力（X10）、氣候生產(chǎn)潛力（X11）確定的基礎(chǔ)上，選取公頃產(chǎn)值（X1）、每公頃用工數(shù)量（X2）、每公頃勞動(dòng)日工價(jià)（X3）、每50kg平均出售價(jià)格（X4）、每公頃種籽秧苗費(fèi)用（X5）、農(nóng)家肥費(fèi)（X6）、化肥費(fèi)（X7）、畜力費(fèi)（X8）、機(jī)械作業(yè)費(fèi)（X9）、每公頃化肥用量（X12）、排灌費(fèi)（X13）11個(gè)有代表性的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行主成分分析，以進(jìn)一步驗(yàn)證氣候要素對黑龍江玉米產(chǎn)量的影響，并定量揭示其影響份額。

3．1氣候變化影響份額分析利用13個(gè)變量（X1～X13）在1980－2022年各年份的數(shù)值進(jìn)行主成分分析。KMO統(tǒng)計(jì)量等于0．770，Bartlett球形檢驗(yàn)的p值為0．000。利用相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值及其對總方差的累積貢獻(xiàn)度提取3個(gè)主成分，其特征值方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)到78．36％。用F1、F2、F3表示。對主成分的載荷矩陣進(jìn)行方差最大化正交旋轉(zhuǎn)。主成分F1中，公頃產(chǎn)值（X1）、每公頃用工數(shù)量（X2）、每公頃勞動(dòng)日工價(jià)（X3）、每50kg平均出售價(jià)格（X4）、每公頃種籽秧苗費(fèi)用（X5）、化肥費(fèi)（X7）、機(jī)械作業(yè)費(fèi)（X9）、每公頃化肥使用量（X12）等變量的載荷絕對值均大于或接近0．6，其他變量在該主成分的載荷絕對值均小于或接近0．3。這些變量是從經(jīng)濟(jì)社會(huì)的角度影響黑龍江玉米產(chǎn)量的，因此把此主成分命名為“經(jīng)濟(jì)社會(huì)”主成分；主成分F2中，畜力費(fèi)（X9）和農(nóng)家肥費(fèi)（X6）的載荷絕對值大于0．9，其他變量的載荷絕對值均小于或接近0．5。結(jié)合數(shù)據(jù)的年際變化，認(rèn)為在90年代中期以前，傳統(tǒng)的農(nóng)家肥和畜力投入對玉米生產(chǎn)有顯著影響，因此將此主成分命名為“傳統(tǒng)投入”主成分；主成分F3中，光溫生產(chǎn)潛力（X10）、氣候生產(chǎn)潛力（X11）和排灌費(fèi)（X13）的載荷絕對值均大于0．6，其他變量在此主成分上的載荷均小于或接近0．3，將此主成分命名為“氣候變化及應(yīng)對措施”主成分。對以上3大主成分特征值方差貢獻(xiàn)率的分析表明，F(xiàn)1可以解釋產(chǎn)量變化總方差的50．699％（亦即F1對所有變量提供的方差貢獻(xiàn)之和占總方差的比重），F(xiàn)2可以解釋17．047％，F(xiàn)3可以解釋10．614％。換句話說，剔除良種良法等其他因素影響，從1980－2022年價(jià)格、產(chǎn)值、費(fèi)用等“經(jīng)濟(jì)社會(huì)”主成分對黑龍江玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)份額可以達(dá)到50．699％，“傳統(tǒng)投入”主成分貢獻(xiàn)份額達(dá)到17．047％；“氣候變化及應(yīng)對措施”主成分影響份額達(dá)到10．614％。進(jìn)一步對主成分F3的載荷進(jìn)行詳細(xì)分析表明，光溫生產(chǎn)潛力的載荷為0．805，氣候生產(chǎn)潛力（即有降水作用下）的影響為－0．898?？梢哉J(rèn)為，在氣候影響的10．614％的貢獻(xiàn)率中，光溫是正向作用，降水減少（干旱）是負(fù)向作用，負(fù)向作用的影響力略大于正向影響力；同時(shí)灌溉影響也是正向作用，載荷達(dá)到0．642；說明光溫和灌溉疊加抵消了降雨減少的負(fù)向作用，對玉米增產(chǎn)起到積極的作用。

3．2各主成分對黑龍江玉米產(chǎn)量影響趨勢采用“標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化法”將X1～X13原始變量標(biāo)準(zhǔn)化后，根據(jù)主成分分析“成分得分系數(shù)矩陣”，計(jì)算3大主成分各個(gè)年份得分。采用同樣方法，將黑龍江玉米產(chǎn)量數(shù)據(jù)也進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得出產(chǎn)量指數(shù)，分析主成分得分年度變化趨勢與產(chǎn)量年度變化趨勢之間的關(guān)系。在影響產(chǎn)量的3大主成分中，“經(jīng)濟(jì)社會(huì)”主成分的得分逐年增長；“傳統(tǒng)投入”主成分在90年代中期值較大，后期變小，影響力逐漸下降；“氣候變化及應(yīng)對措施”主成分呈現(xiàn)出波動(dòng)性，沒有明顯的上升或下降趨勢。與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合進(jìn)行分析，經(jīng)濟(jì)社會(huì)投入逐年增加，與我國玉米價(jià)格增長和生產(chǎn)方式變化有較大關(guān)聯(lián)，“經(jīng)濟(jì)社會(huì)”主成分得分變化與黑龍江玉米產(chǎn)量變化基本上是同步的，并且有明顯的線性相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)達(dá)到0．89）；“傳統(tǒng)投入”主成分的影響有明顯的階段性變化，在90年代中期達(dá)到最大，隨后受農(nóng)業(yè)機(jī)械化及化肥使用量增大影響逐步降低；“氣候變化及應(yīng)對措施”主成分沒有明顯的階段性變化，在光溫生產(chǎn)潛力增大、氣候生產(chǎn)潛力減小，及人工灌溉的干預(yù)下，表現(xiàn)為較強(qiáng)的波動(dòng)性。

4結(jié)論

經(jīng)過分析，可以得出的初步結(jié)論是，近30年來，光照和溫度條件的綜合作用，有利于黑龍江玉米的產(chǎn)量的提高；降雨減少趨勢的增加則要求有充足的、可持續(xù)利用的灌溉資源。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素仍然是玉米產(chǎn)量最重要的影響因素。傳統(tǒng)的畜力和農(nóng)家肥在90年代中期發(fā)揮著重要作用，但在當(dāng)前其作用和地位逐步下降。在影響產(chǎn)量的諸多因素中，只有經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素的影響呈現(xiàn)線性的，氣候影響則規(guī)律性不強(qiáng)。對比實(shí)際情況，根據(jù)中國統(tǒng)計(jì)出版社出版的在1980－2022年出版的《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，從1979年到2022年，黑龍江玉米的產(chǎn)量和種植面積均迅速增加?？偖a(chǎn)由1979年的581．00萬噸增長到2022年的1920．20萬噸，30年共增長3．3倍，年均增長44．63萬噸。從1979年到2022年，黑龍江玉米種植面積由196．08萬公頃增長到401．02萬公頃，增長2．04倍。同期，黑龍江玉米單產(chǎn)由1979年的3330．00kg／公頃增長到2022年的6328．95kg／公頃，增長1．9倍。從數(shù)量來看，面積擴(kuò)張的速度大于單產(chǎn)提高的速度；實(shí)際調(diào)研表明，三江平原和松嫩平原北部縣市玉米產(chǎn)量增加幅度最為明顯，這一事實(shí)也驗(yàn)證了由于光溫生產(chǎn)潛力的提高，玉米種植界限