邱鵬程，杜永春，常國(guó)有

（1鄂爾多斯市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000；2達(dá)拉特旗種子管理站，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300）

0 引言

玉米是重要的糧食、飼料和工業(yè)原料，是內(nèi)蒙古自治區(qū)第一大糧食作物[1]，全區(qū)玉米播種面積、產(chǎn)量均居中國(guó)第三位。2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)牛奶和絨毛的產(chǎn)量排名均為中國(guó)第一，畜牧業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)牧業(yè)產(chǎn)值的42.2%，玉米的生產(chǎn)是畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要保障。玉米生長(zhǎng)受到農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響[2]，干旱[3]、洪澇[4]、倒伏[5]、高溫[6]和低溫[7]等因素嚴(yán)重影響玉米產(chǎn)量。

曹慶軍等[5]對(duì)45個(gè)定位點(diǎn)的風(fēng)災(zāi)倒伏研究發(fā)現(xiàn)，倒伏最高導(dǎo)致玉米減產(chǎn)29.68%，研究結(jié)果表明，灌漿期風(fēng)災(zāi)倒伏對(duì)產(chǎn)量的影響最大。不同玉米品種抗倒伏差異較大，主要體現(xiàn)在莖稈抗推力和莖粗相關(guān)性狀，抗倒伏強(qiáng)的玉米品種單株產(chǎn)量比抗倒性弱的品種增加了31.99%，單株產(chǎn)量與莖稈抗推力和莖粗表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)[8]。余弘泳[7]研究東北作物冷害，近30年?yáng)|北玉米各等級(jí)冷害發(fā)生年數(shù)、區(qū)域及頻率都呈顯著減少趨勢(shì)，氣候變暖背景下，東北玉米冷害減少，但冷害發(fā)生仍具不確定性。趙飛龍等[9]研究表明，花期前后高溫脅迫對(duì)玉米光合有顯著影響，導(dǎo)致玉米產(chǎn)量顯著下降，不同基因型玉米對(duì)高溫響應(yīng)有差異，耐熱玉米基因型能夠保持較強(qiáng)的根系活力、葉片較高的光合速率和抗氧化能力及籽粒ATP酶活性[10]。干旱脅迫條件下，灌漿期中度和重度的水分脅迫對(duì)玉米的形態(tài)指標(biāo)及干物質(zhì)積累均有顯著影響，重度干旱對(duì)玉米的產(chǎn)量影響較大，最大減產(chǎn)30.87%[11]。玉米苗期漬澇處理前后，不同階段的株高變化率均與對(duì)照存在顯著性差異，三葉期的漬澇持續(xù)14天，玉米雄花不再有分枝數(shù)，七葉期漬澇持續(xù)9.3天時(shí)分枝數(shù)最少[12]。氣候條件影響中，降水量對(duì)玉米產(chǎn)量影響較大[13]，其次是日均氣溫和日照時(shí)數(shù)，相對(duì)濕度和風(fēng)速影響相對(duì)較小[14-15]。以往研究設(shè)置專門條件，對(duì)不同逆境因素進(jìn)行分析，沒有根據(jù)地區(qū)實(shí)際情況，結(jié)合多年氣象、產(chǎn)量實(shí)際情況進(jìn)行分析，筆者根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)2005—2017年自然災(zāi)害情況、玉米播種面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)情況，以及1981—2010年內(nèi)蒙古自治區(qū)西部4個(gè)地市氣候條件信息，分析氣象災(zāi)害影響和減產(chǎn)情況，以期為玉米生產(chǎn)和育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

內(nèi)蒙古自治區(qū)各年份農(nóng)作物受災(zāi)面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、玉米播種面積及產(chǎn)量情況來源于歷年的內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒。4個(gè)地市的氣象資料來源于中國(guó)氣象局科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)，選擇烏拉特中旗(53336)、五原縣(53337)、磴口縣(53419)、杭錦后旗(53420)、烏拉特前旗(53433)、臨河區(qū)(53513)、達(dá)茂旗(53352)、固陽(yáng)縣(53357)、包頭市(53446)、土默特右旗(53455)、呼和浩特(53463)、土默特左旗(53464)、托克托縣(53467)、和林格爾縣(53469)、清水河縣(53562)、達(dá)拉特旗(53457)、鄂托克旗(53529)、杭錦旗(53533)、東勝區(qū)(53543)、伊金霍洛旗(53545)、準(zhǔn)格爾旗(53553)、烏審旗(53644)、鄂托克前旗(53730)共23個(gè)站點(diǎn)，選擇1981—2010年逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 產(chǎn)量分解

作物產(chǎn)量可以分解為趨勢(shì)產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量和隨機(jī)誤差[16]，具體計(jì)算見式(1)，可以簡(jiǎn)化為式(2)。

式中，Y代表作物產(chǎn)量，Yt代表趨勢(shì)產(chǎn)量，Yw代表氣象產(chǎn)量，ε代表隨機(jī)誤差。

產(chǎn)量分離的目的是為消除趨勢(shì)產(chǎn)量的變化對(duì)產(chǎn)量波動(dòng)的影響，是評(píng)價(jià)氣象產(chǎn)量效應(yīng)的基礎(chǔ)。為了使統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有可比性，需要剔除產(chǎn)量波動(dòng)受時(shí)空的影響；另外，由于氣象產(chǎn)量是一個(gè)非平穩(wěn)的時(shí)間序列，不具有正態(tài)分布特點(diǎn)，為便于估算風(fēng)險(xiǎn)概率，需要對(duì)其進(jìn)行變換。而變換后的相對(duì)氣象產(chǎn)量較好的描述了以氣象要素為主的各種短周期因子對(duì)產(chǎn)量的影響，故這里采用相對(duì)氣象產(chǎn)量。相對(duì)氣象產(chǎn)量表明了單產(chǎn)偏離趨勢(shì)產(chǎn)量的幅度[16]，見式(3)。

本研究中趨勢(shì)產(chǎn)量采用5年直線滑動(dòng)平均模擬[17]。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

年平均減產(chǎn)率，相對(duì)氣象產(chǎn)量表明作物單產(chǎn)偏離趨勢(shì)產(chǎn)量的波動(dòng)幅值，其百分率為正即為“增產(chǎn)率”，為負(fù)即為“減產(chǎn)率”[18]，此處統(tǒng)稱為減產(chǎn)率。如式(4)所示。

式中，P為年平均減產(chǎn)率，Ywr為相對(duì)氣象產(chǎn)量，n為對(duì)應(yīng)時(shí)段的年數(shù)。當(dāng)Ywr＜-0.5%時(shí)，定義為災(zāi)年；當(dāng)Ywr＜0時(shí)，定義為歉年份。所有災(zāi)年的相對(duì)氣象產(chǎn)量之和與之對(duì)應(yīng)年份數(shù)相除時(shí)，得到災(zāi)年平均減產(chǎn)率；同樣易得歉年平均減產(chǎn)率和歷年平均減產(chǎn)率。

1.4 數(shù)據(jù)資料篩選分析

根據(jù)玉米生育期，篩選玉米生長(zhǎng)季節(jié)5—9月氣象數(shù)據(jù)，以及文中數(shù)據(jù)整理、指標(biāo)的計(jì)算和圖標(biāo)制作均采用Excel進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 2005—2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害受害情況

表1為2005—2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)不同自然災(zāi)害受災(zāi)面積情況統(tǒng)計(jì)。期間內(nèi)蒙古自治區(qū)遭受的自然災(zāi)害主要是旱災(zāi)，其次是洪澇災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)和低溫凍害。旱災(zāi)發(fā)生最嚴(yán)重的2007、2009年，受災(zāi)面積達(dá)到492.95萬、431.38萬hm2。

表1 2005年至2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)不同自然災(zāi)害受災(zāi)面積情況統(tǒng)計(jì) 萬hm2

2.2 2005—2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米播種面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)情況

圖1為2005—2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米播種面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)情況變化。由圖可以看出，2005—2015年由于國(guó)家出臺(tái)了一系列保障糧食生產(chǎn)政策，種植玉米比較效益較高，內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米種植面積持續(xù)增加，由180.6萬hm2增加到393.8萬hm2，總產(chǎn)量增加到2652.2萬t，2016年開始，原農(nóng)業(yè)部為優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局，加強(qiáng)“鐮刀灣”地區(qū)玉米結(jié)構(gòu)調(diào)整[19]，內(nèi)蒙古地區(qū)籽粒玉米調(diào)整種植為其他作物，玉米播種面積有所下降。旱災(zāi)導(dǎo)致2009年全區(qū)玉米平均單產(chǎn)5472 kg/hm2，為近年來最低單產(chǎn)水平，之后單產(chǎn)水平持續(xù)提高，2017年達(dá)到6720 kg/hm2。

2.3 1981—2010年內(nèi)蒙古自治區(qū)西部4個(gè)地市氣候條件

玉米產(chǎn)量取決于品種和栽培措施，也與光、熱、水等氣候因子密切相關(guān)[20]，充分利用氣候資源才能更大程度提高產(chǎn)量[21]。表2為1981—2010年內(nèi)蒙古自治區(qū)西部4個(gè)地市氣候條件信息，23個(gè)氣象站點(diǎn)中12個(gè)位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)，包括了鄂爾多斯市北部、包頭市南部和呼和浩特市西南部等沿黃地區(qū)。4個(gè)地市平均氣溫差別不大，玉米生育期內(nèi)降水量主要集中在7月和8月，鄂爾多斯市和呼和浩特市降水量比包頭和巴彥淖爾市降水量大，巴彥淖爾市降水量是4個(gè)地市中最少的。從各月降水量變異系數(shù)來看，巴彥淖爾市各旗區(qū)在37.52%～55.80%之間，各站點(diǎn)降水情況差異較大。包頭市各旗區(qū)站點(diǎn)變異系數(shù)都在50%以上。平均風(fēng)速來看，呼和浩特市平均風(fēng)速較低，可以降低玉米收獲前倒伏概率。

2.4 西部4個(gè)地市玉米單產(chǎn)減產(chǎn)率

圖1 內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米播種面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)情況

表2 內(nèi)蒙古自治區(qū)西部4個(gè)地市所屬旗縣基本信息

利用減產(chǎn)率公式統(tǒng)計(jì)，獲得西部4個(gè)地市玉米歷年平均減產(chǎn)率、歉年平均減產(chǎn)率和災(zāi)年平均減產(chǎn)率結(jié)果。表3為2008—2017年4個(gè)地市玉米單產(chǎn)變異系數(shù)及減產(chǎn)情況。從中看出，巴彥淖爾市歷年平均減產(chǎn)率達(dá)到0.32%，鄂爾多斯市和包頭市相近，呼和浩特市最低，為0.03%，4個(gè)地市歷年平均減產(chǎn)率在“0”附近，主要是由于相對(duì)氣象產(chǎn)量在不同的年份體現(xiàn)為增產(chǎn)或減產(chǎn)，大增和大減年份較少的原因。災(zāi)年平均減產(chǎn)率呼和浩特市最高，為-8.0%，巴彥淖爾市和包頭市比較接近，鄂爾多斯市為-3.59%，是4個(gè)地市中最低的。

3 討論與結(jié)論

3.1 內(nèi)蒙古自治區(qū)主要?dú)庀鬄?zāi)害影響

作為內(nèi)蒙古地區(qū)主要農(nóng)作物，玉米種植面積和產(chǎn)量占較大比重，氣候條件對(duì)玉米生產(chǎn)影響較大[22]，特別是氣象災(zāi)害，可能對(duì)玉米生產(chǎn)造成毀滅性打擊[23]。2005—2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)不同自然災(zāi)害受災(zāi)面積情況統(tǒng)計(jì)情況看，旱災(zāi)造成的受災(zāi)面積占到70%以上，災(zāi)害發(fā)生頻率最多，產(chǎn)生影響最大。洪澇災(zāi)、風(fēng)雹災(zāi)和低溫凍害發(fā)生較旱災(zāi)輕。從2005—2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)玉米單產(chǎn)和總產(chǎn)情況來看，玉米單產(chǎn)水平持續(xù)提升，旱災(zāi)導(dǎo)致2009年單產(chǎn)水平為近年最低。因此，從玉米種質(zhì)資源收集利用入手，提高育種目標(biāo)中對(duì)品種抗旱能力的要求，增強(qiáng)育成玉米品種抗旱性能，是降低旱災(zāi)損失的根本性辦法[24]。同時(shí)，根據(jù)氣象信息的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，發(fā)揮灌溉設(shè)施作用，降低旱災(zāi)損失也是應(yīng)對(duì)旱災(zāi)的重要手段[25]。

表3 西部4地市玉米單產(chǎn)減產(chǎn)率 %

3.2 西部4地市氣候條件及玉米減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)

4個(gè)地市氣候條件各有不同，鄂爾多斯市和呼和浩特市降水量比包頭和巴彥淖爾市降水量大，巴彥淖爾市降水量是4個(gè)地市中最少的，但是灌溉面積占總播面積比例達(dá)到97.06%，好的灌溉條件保障了玉米生產(chǎn)。從平均風(fēng)速看，呼和浩特市平均風(fēng)速較低，可以降低玉米收獲前倒伏概率。趨勢(shì)產(chǎn)量的分離是氣象產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要方法，本研究比較了4個(gè)地市玉米歷年平均減產(chǎn)率、歉年平均減產(chǎn)率和災(zāi)年平均減產(chǎn)率結(jié)果，其絕對(duì)值愈大，說明該地區(qū)的產(chǎn)量受氣候波動(dòng)的影響愈大。巴彥淖爾市降水偏少，災(zāi)年平均減產(chǎn)率較高，受氣候波動(dòng)的影響較大，但是灌溉比例高，可能反而利于產(chǎn)量提高，所以玉米單產(chǎn)變異系數(shù)最低，產(chǎn)量穩(wěn)定性較好。呼和浩特市災(zāi)年平均減產(chǎn)率最高，玉米單產(chǎn)變異系數(shù)也最高，產(chǎn)量波動(dòng)較大，穩(wěn)定性較差。包頭市和鄂爾多斯市部分旗區(qū)能夠灌溉到黃河水，部分旗區(qū)屬于雨養(yǎng)區(qū)域，玉米單產(chǎn)變異系數(shù)相當(dāng)，具體玉米生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)情況需要分旗區(qū)進(jìn)一步深入研究。