李文旭 吳政卿 雷振生 姜桂英

（1河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，450002，河南鄭州；2河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，450002，河南鄭州）

近幾十年來(lái)由于全球氣候變暖，影響農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量的氣象災(zāi)害和病蟲害也越來(lái)越頻繁。作物的生長(zhǎng)發(fā)育及最終產(chǎn)量與光、熱、水、相對(duì)濕度條件之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，同時(shí)受因子組合的影響：1個(gè)因子或幾個(gè)因子對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的正效應(yīng)可能被其他因子加強(qiáng)，也可能被減弱，甚至被完全抵消。如何在氣候變化的大背景下，最大限度地降低和避免氣候變化帶來(lái)的負(fù)面影響，確保農(nóng)作物增產(chǎn)是當(dāng)前農(nóng)業(yè)的首要任務(wù)。農(nóng)作物單產(chǎn)和氣候變化的關(guān)系非常密切，且氣候變化對(duì)作物生長(zhǎng)的影響存在作物種類及區(qū)域差異性[1]，小麥、玉米和水稻是主要的糧食作物，研究河南省不同區(qū)域小麥、玉米和水稻產(chǎn)量與主要?dú)夂蛞蜃拥年P(guān)系對(duì)區(qū)域糧食生產(chǎn)具有重要的理論和實(shí)踐意義。趙彥茜等[2]研究指出，近幾十年來(lái)，小麥生育期內(nèi)氣溫升高和輻射變化使我國(guó)北方小麥增產(chǎn)0.9%～12.9%，南方小麥減產(chǎn)1.2%～10.2%；氣候變暖對(duì)玉米產(chǎn)量貢獻(xiàn)率為–41.4%～0.4%；水稻生育期內(nèi)氣溫升高和輻射增強(qiáng)有利于東北地區(qū)水稻產(chǎn)量增加，增產(chǎn)貢獻(xiàn)率為1.01%～3.29%。徐延紅和李樹巖[3]研究發(fā)現(xiàn)，河南省氣溫變化有利于提升小麥利用效率綜合指數(shù)；而降水量變化有利于提升玉米氣候資源的綜合指數(shù)，且以豫北的光、熱和水綜合利用效率為全省的高值區(qū)，西部和南部地區(qū)為全省的低值區(qū)，農(nóng)業(yè)氣候資源利用率的潛力較大。鄭昌玲等[4]研究表明，光、溫、水條件匹配較好，利于秋收作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成，華北和黃淮地區(qū)主要不利氣象條件是6-7月中旬的持續(xù)高溫，造成秋收作物生長(zhǎng)遲緩、結(jié)實(shí)率下降，并加劇旱情發(fā)展。程琨等[5]研究指出，東北、華北和西北大部分省份面臨嚴(yán)重的氣象產(chǎn)量降低風(fēng)險(xiǎn)，且產(chǎn)量穩(wěn)定性低。華東、華南和西南也存在不同程度的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。張杰等[6]研究得出，影響北京市冬小麥產(chǎn)量的主要因素是平均氣溫，接下來(lái)依次為日照時(shí)數(shù)、降水量和水熱配合。檀艷靜[7]研究發(fā)現(xiàn)，河南省冬小麥各個(gè)生育期對(duì)不同有效積溫有明顯響應(yīng)。熊淑萍等[8]發(fā)現(xiàn)降水量和日照時(shí)數(shù)是河南省小麥和玉米的主要影響因素。李月英等[9]研究發(fā)現(xiàn)黑龍港流域冬小麥產(chǎn)量與不同時(shí)期的降水量和蒸發(fā)量密切相關(guān)。曹士亮等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在黑龍江肇州地區(qū)，降水量對(duì)玉米氣象產(chǎn)量的影響要大于積溫對(duì)其的影響，且降水量對(duì)氣象產(chǎn)量起正向的促進(jìn)作用，積溫起負(fù)向作用。韓芳玉等[11]研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化對(duì)我國(guó)水稻產(chǎn)量影響的區(qū)域差異性明顯。降水增多有利于西南、黃淮海、西北及長(zhǎng)城沿線（簡(jiǎn)稱西北）地區(qū)水稻產(chǎn)量的增加，但對(duì)東北、長(zhǎng)江中下游和華南地區(qū)水稻生產(chǎn)不利；日照時(shí)長(zhǎng)增加對(duì)西南和東北地區(qū)水稻產(chǎn)量具有促進(jìn)作用；溫度升高對(duì)長(zhǎng)江中下游、華南和西北地區(qū)水稻產(chǎn)量有正向作用，但對(duì)西南、東北和黃淮海地區(qū)水稻產(chǎn)量具有顯著負(fù)向作用。綜上所述，前人關(guān)于氣象因子與作物產(chǎn)量關(guān)系方面的研究較多，但大部分是對(duì)某一地區(qū)的某一種作物進(jìn)行研究，缺乏對(duì)幾種主要作物之間的對(duì)比。

河南省作為一個(gè)糧食生產(chǎn)大省，糧食總產(chǎn)量占全國(guó)的1/10，其中小麥產(chǎn)量占全國(guó)1/4以上，在全國(guó)糧食生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。近60年河南省平均氣溫呈明顯升高趨勢(shì)，降水量年際間波動(dòng)增大，時(shí)空分配不均，局地干旱、高溫和低溫冷害等極端氣候事件頻發(fā)，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不穩(wěn)定性增大[12-13]。因此，研究河南省主要糧食作物對(duì)氣候變化的響應(yīng)特征，對(duì)保障糧食生產(chǎn)安全有重要指導(dǎo)意義。本研究擬通過(guò)對(duì)河南省五大區(qū)域（12個(gè)觀測(cè)點(diǎn)）糧食作物小麥、玉米和水稻與年均氣溫、年降雨量、年日照時(shí)數(shù)及年均相對(duì)濕度4種典型氣象因子的關(guān)系進(jìn)行分析，旨在找出對(duì)主要作物產(chǎn)量影響最大的氣象因子，為制定農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)作物增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域基本情況

選取河南省典型五大行政區(qū)域的典型城市12個(gè)，所選城市與河南省五大區(qū)域關(guān)系如下：（1）豫北地區(qū)：安陽(yáng)和新鄉(xiāng)。豫北地處河南北部，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早。年均氣溫14.0℃；年均濕度68%；全年日照時(shí)數(shù)約2 400h；年均降雨量650mm，夏秋降水較多，占全年降水的72%，且多暴雨。（2）豫中地區(qū)：鄭州、平頂山和許昌。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫14℃～15℃，年降雨量641～700mm，年日照時(shí)數(shù)2 280～2 400h，無(wú)霜期217～220d。（3）豫東地區(qū)：開封、商丘和周口。該區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫14.2℃～15.8℃，年降雨量623～628mm，年日照時(shí)數(shù)1 944h，無(wú)霜期220d。（4）豫西地區(qū)：三門峽。年均氣溫13.8℃～15.7℃，年降雨量580～1 173mm，年日照時(shí)數(shù)1 800～2 262h，全年無(wú)霜期214～245d。（5）豫南地區(qū)：南陽(yáng)、駐馬店和信陽(yáng)。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年均氣溫14.8℃～15.3℃，年降雨量860～1 400mm，年日照時(shí)數(shù)1 900～2 200h，無(wú)霜期220～230d。

1.2 資料選取及處理

氣象資料選用4種典型氣象因子：年均氣溫、年降雨量、年日照時(shí)數(shù)和年均相對(duì)濕度，數(shù)據(jù)為1960-2018年數(shù)據(jù)，均來(lái)自中國(guó)氣象局網(wǎng)站。所選的3種糧食作物為小麥、玉米和水稻，1985-2018年作物單位面積產(chǎn)量來(lái)源于河南省統(tǒng)計(jì)年鑒。

長(zhǎng)時(shí)間序列的作物產(chǎn)量變化由于受到管理措施和氣候因子等綜合影響，常用趨勢(shì)分離方法如滑動(dòng)平均法、一階差分法和三次指數(shù)平滑法等將作物產(chǎn)量進(jìn)行趨勢(shì)分離后再單獨(dú)分析氣候因子對(duì)產(chǎn)量的影響[2]。作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)通過(guò)3年滑動(dòng)平均法進(jìn)行分離。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

用Excel軟件處理氣象數(shù)據(jù)和制作表格，使用Origin pro 8.5軟件作圖和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同區(qū)域氣象因子年際變化

2.1.1 年均氣溫隨年份的變化 如圖1所示，河南省五大區(qū)域在1960-2018年間年均氣溫總體呈小幅上升趨勢(shì)，豫北地區(qū)年均氣溫明顯低于豫南地區(qū)。全省年均氣溫平均每10年升高0.20℃。豫北、豫西、豫東、豫中和豫南五大區(qū)域年均氣溫平均每10年分別升高0.22、0.15、0.18、0.23和0.21℃。總體來(lái)說(shuō)，豫西和豫中地區(qū)年均氣溫升高幅度略小于其他地區(qū)，而豫東地區(qū)年均氣溫升高幅度最大。

圖1 年均氣溫隨年份的變化Fig.1 The change of annual mean temperature

2.1.2 年降雨量隨年份的變化 如圖2所示，河南省五大區(qū)域年降雨量在整體變化趨勢(shì)不明顯，但年際間變幅較大，年降雨量不穩(wěn)定。且豫北和豫西地區(qū)的年降雨量明顯低于其他地區(qū)，豫南地區(qū)的年降雨量最高。河南省年降雨量整體呈小幅減少趨勢(shì)，年降雨量平均每10年減少1.39mm。其中南部一些地區(qū)尤其是豫南地區(qū)，年降雨量起伏較大，降雨總量也明顯高于北方地區(qū)，但豫南地區(qū)年降雨量平均每10年減少5.83mm，遠(yuǎn)高于全省年降雨量的減少量。

圖2 年降雨量隨年份的變化Fig.2 The change of annual precipitation

2.1.3 年日照時(shí)數(shù)隨年份的變化 日照時(shí)數(shù)是一天內(nèi)太陽(yáng)光線實(shí)際照射地面的時(shí)間，也是氣候形成的重要因子之一[14]。如圖3所示，年日照時(shí)數(shù)自北向南遞減，豫北地區(qū)年日照時(shí)數(shù)相對(duì)較高，在1 557～3 092h，豫南地區(qū)年日照時(shí)數(shù)相對(duì)較低，在1 503～2 359h。五大區(qū)域的年日照時(shí)數(shù)均隨年份呈顯著下降趨勢(shì)。河南省年日照時(shí)數(shù)平均每10年減少118.1h。五大區(qū)域的年日照時(shí)數(shù)隨年份的遞減速率為豫北＞豫東＞豫中＞豫南＞豫西，其中豫北地區(qū)每10年年日照時(shí)數(shù)的遞減速率最高，為139.8h，豫西地區(qū)最低，為84.3h。年日照時(shí)數(shù)隨年份的減少速率在區(qū)域內(nèi)差異較大，豫南地區(qū)差異相對(duì)較小。

圖3 年日照時(shí)數(shù)隨年份的變化Fig.3 The change of annual sunshine hours

2.1.4 年均相對(duì)濕度隨年份的變化 由圖4可以看出，除豫西地區(qū)外，其他地區(qū)的年均相對(duì)濕度均隨年份呈遞減趨勢(shì)，且豫西和豫中地區(qū)的年均相對(duì)濕度變化趨勢(shì)不顯著，其他3個(gè)地區(qū)呈顯著下降趨勢(shì)。其中豫中地區(qū)每10年降低速率最低（3.1%），其次為豫北和豫東（分別7.0%和7.4%），下降速率最高的是豫南地區(qū)（8.3%）。豫西地區(qū)的年均相對(duì)濕度最低，豫北和豫中地區(qū)相近，豫東和豫南相近，且以豫南地區(qū)的年均相對(duì)濕度最高。除豫西地區(qū)的年均相對(duì)濕度隨年份略有增加外，其他地區(qū)均是略降低的趨勢(shì)。

圖4 年均相對(duì)濕度隨年份的變化Fig.4 The change of annual mean relative humidity

2.2 不同區(qū)域作物單產(chǎn)的年際變化

2.2.1 小麥單產(chǎn)隨年份的變化 如圖5所示，各個(gè)地市的小麥單產(chǎn)均隨年數(shù)呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中豫北、豫中和豫東地區(qū)小麥單產(chǎn)明顯高于豫西和豫南地區(qū)。全省小麥單產(chǎn)每10年增加1 158kg/hm2。不同地區(qū)的小麥單產(chǎn)增產(chǎn)率差異較大，其中豫北地區(qū)每10年小麥單產(chǎn)增加1 010～1 100kg/hm2；豫中地區(qū)小麥單產(chǎn)增速在600～1 330kg/hm2，其中許昌的小麥增產(chǎn)率約為鄭州的2.5倍，高于全省平均增產(chǎn)速率；豫東地區(qū)每10年小麥單產(chǎn)增加1 080～1 730kg/hm2，除開封的小麥單產(chǎn)增速與全省平均增速接近外，商丘和周口均高于全省平均增速。豫西地區(qū)每10年小麥單產(chǎn)增加600kg/hm2，約為全省平均增速的一半。豫南地區(qū)小麥單產(chǎn)增速較高，每10年為1 070～1 530kg/hm2。除豫中和豫西地區(qū)外，其他區(qū)域小麥單產(chǎn)增速都比較接近。

圖5 小麥單產(chǎn)隨年份的變化Fig.5 The change of wheat yield per unit area

2.2.2 玉米單產(chǎn)隨年份的變化 如圖6所示，與小麥相比，玉米單產(chǎn)增產(chǎn)幅度較低，且部分城市的玉米單產(chǎn)已趨于穩(wěn)定，即玉米單產(chǎn)增產(chǎn)速率較低。全省玉米單產(chǎn)平均每10年增產(chǎn)670kg/hm2，基本相當(dāng)于小麥單產(chǎn)增產(chǎn)率的一半。豫北地區(qū)每10年玉米增產(chǎn)737kg/hm2，與全省平均增產(chǎn)速率接近。豫中地區(qū)每10年玉米平均增產(chǎn)365kg/hm2，其中鄭州和平頂山增產(chǎn)速率接近。豫東地區(qū)每10年玉米單產(chǎn)平均增加915kg/hm2，3個(gè)城市玉米單產(chǎn)增產(chǎn)率差異較大。豫西地區(qū)每10年玉米單產(chǎn)平均增加780kg/hm2，豫南地區(qū)為871kg/hm2。

圖6 玉米單產(chǎn)隨年份的變化Fig.6 The change of maize yield per unit area

2.2.3 水稻單產(chǎn)隨年份的變化 圖7顯示，除豫西地區(qū)（三門峽）外，其他4個(gè)區(qū)域水稻單產(chǎn)均隨時(shí)間呈顯著增加趨勢(shì)。全省水稻每10年單產(chǎn)增加1 050kg/hm2，各區(qū)域間水稻單產(chǎn)的變化差異較大，同一區(qū)域不同城市間單產(chǎn)變化差異也很大。在水稻單產(chǎn)增加的城市中，以豫北地區(qū)的安陽(yáng)市水稻單產(chǎn)隨年份的增加幅度最大，為每10年1 900kg/hm2，約為全省平均增幅的2倍，而新鄉(xiāng)市隨年份增幅最低，為320kg/hm2。豫中地區(qū)水稻單產(chǎn)每10年增加500kg/hm2，豫東地區(qū)為1 260kg/hm2，其中商丘增速最快，開封最慢，兩市相差較大。豫南地區(qū)每10年水稻增產(chǎn)1 320kg/hm2。

圖7 水稻單產(chǎn)隨年份的變化Fig.7 The change of rice yield per unit area

2.3 不同氣象因子對(duì)作物單產(chǎn)的影響

2.3.1 作物單產(chǎn)與年均氣溫的相關(guān)性 圖8顯示，除豫西地區(qū)外，其他4個(gè)地區(qū)小麥、玉米和水稻單產(chǎn)均隨年均氣溫增加而增加，其中，除豫北地區(qū)外，其他地區(qū)3種作物增產(chǎn)率均呈水稻＞小麥＞玉米的趨勢(shì)。小麥單產(chǎn)隨年均氣溫的增產(chǎn)率從高到低依次為豫東、豫南、豫北、豫中和豫西，增產(chǎn)率分別為1 131、896、867、611 和 337kg/(hm2·℃)。玉米單產(chǎn)隨年均氣溫的增產(chǎn)率從高到低依次為豫南、豫東、豫中、豫西和豫北，增產(chǎn)率分別為857、760、448、321和311kg(hm2·℃)。水稻單產(chǎn)隨年均氣溫的增產(chǎn)率從高到低依次為豫西、豫南、豫東、豫中和豫北，增產(chǎn)率分別為1 959、1 277、1 148、1 105和278kg/(hm2·℃)。綜上可以看出，水稻對(duì)年均氣溫最敏感，玉米對(duì)年均氣溫變化的反應(yīng)相對(duì)較弱；且不同作物在不同地區(qū)對(duì)年均氣溫響應(yīng)的差異較大。

圖8 作物單產(chǎn)與年均氣溫的相關(guān)性Fig.8 The relationships between crop yield and annual mean temperature

2.3.2 作物單產(chǎn)與年降雨量的相關(guān)性 圖9顯示，全省五大地區(qū)中，除豫南地區(qū)的水稻隨年降雨量呈小幅增加趨勢(shì)外，其他地區(qū)的小麥、玉米和水稻對(duì)年降雨量響應(yīng)不明顯，雖然不同作物在不同地區(qū)的響應(yīng)存在一定差異，但差異不明顯。這可能與河南省不同區(qū)域灌溉條件差異相關(guān)，豫北為灌溉區(qū)域，豫中和豫東為補(bǔ)灌區(qū)，豫西和豫南基本為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，降雨量對(duì)灌溉和補(bǔ)灌區(qū)作物單產(chǎn)影響較低。

圖9 作物單產(chǎn)與年降雨量的相關(guān)性Fig.9 The relationships between crop yield per unit area and annual precipitation

2.3.3 作物單產(chǎn)與年日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性 圖10顯示，全省五大地區(qū)的小麥、玉米和水稻單產(chǎn)均隨年日照時(shí)數(shù)增加而明顯下降。小麥單產(chǎn)隨年日照時(shí)數(shù)增加的減產(chǎn)率從高到低依次為豫東、豫中、豫南、豫北和豫西，減產(chǎn)率分別為3.10、2.89、2.02、1.95和1.64kg/(hm2·h)。玉米單產(chǎn)隨年日照時(shí)數(shù)增加的減產(chǎn)率從高到低依次為豫西、豫中、豫東、豫南和豫北，減產(chǎn)率分別為2.56、2.02、1.56、1.47和1.27kg/(hm2·h)。水稻單產(chǎn)隨年日照時(shí)數(shù)增加的減產(chǎn)率從高到低依次為豫西、豫北、豫南、豫東和豫中，減產(chǎn)率分別為6.39、2.86、1.97、1.82和0.24kg/(hm2·h)。綜上可以看出，水稻對(duì)年日照時(shí)數(shù)較敏感，玉米對(duì)年日照時(shí)數(shù)變化的反應(yīng)相對(duì)較弱，不同作物在不同地區(qū)對(duì)年日照時(shí)數(shù)的響應(yīng)差異較大。

圖10 作物單產(chǎn)與年日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性Fig.10 The relationships between crop yield per unit area and annual sunshine hour

2.3.4 作物單產(chǎn)與年均相對(duì)濕度的相關(guān)性 圖11顯示，全省五大地區(qū)的小麥、玉米和水稻單產(chǎn)均隨年均相對(duì)濕度增加而明顯下降。小麥單產(chǎn)隨年均相對(duì)濕度增加的減產(chǎn)率依次為194（豫南）、149（豫北）、81（豫東）、34（豫中）和 17kg/(hm2·%)（豫西）。玉米單產(chǎn)隨年相對(duì)濕度增加的減產(chǎn)率依次為119（豫南）、65（豫北）、55（豫東）、35（豫西）和30kg/(hm2·%)（豫中）。年均相對(duì)濕度對(duì)水稻單產(chǎn)的影響除豫中地區(qū)顯著外，其他地區(qū)均不顯著。綜上可以看出，小麥對(duì)年相對(duì)濕度較敏感，水稻對(duì)年相對(duì)濕度變化的反應(yīng)相對(duì)較弱，年均相對(duì)濕度對(duì)不同區(qū)域的不同作物影響差異較大。

圖11 作物單產(chǎn)與年相對(duì)濕度的相關(guān)性Fig.11 The relationships between crop yield per unit area and annual relative humidity

3 討論

氣候因子是影響作物產(chǎn)量的重要自然因素，溫度、濕度和日照等與作物生長(zhǎng)密切相關(guān)。隨著人類發(fā)展，CO2等溫室氣體排放產(chǎn)生的溫室效應(yīng)使全球氣溫自工業(yè)革命以來(lái)快速上升。我國(guó)自20世紀(jì)80年代以來(lái)，氣候變化主要表現(xiàn)為氣溫的升高和區(qū)域間降水分配的不均衡，而區(qū)域間各氣候要素變化特征的差異帶來(lái)其糧食減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和產(chǎn)量穩(wěn)定性的差別[5]。河南省位于中原地區(qū)，地跨溫帶和亞熱帶，不同區(qū)域氣溫變化明顯。年均氣溫均隨時(shí)間呈顯著上升趨勢(shì)，且豫北和豫東地區(qū)的增溫速率明顯高于全省平均值，豫西地區(qū)的增溫速率最低。氣溫上升與整個(gè)氣候變化大趨勢(shì)一致，不同區(qū)域增溫速率的差異可能與其所處的經(jīng)緯度及海拔有關(guān)。五大區(qū)域的年降雨量在時(shí)間序列上沒有明顯變化趨勢(shì)，但不同區(qū)域年際間變幅較大，其中豫西地區(qū)變幅較小，而豫南地區(qū)變幅最大，這與河南省不同區(qū)域不同時(shí)間段上典型的氣象災(zāi)害特征一致[15]。河南省日照時(shí)數(shù)的地理分布與降水量和氣溫的地理分布反向，呈現(xiàn)由北向南、由東向西遞減的趨勢(shì)，這與李顏顏等[16]的研究結(jié)果一致。這可能是由于河南省南部為北亞熱帶氣候，天氣濕熱，降水量和降雨日數(shù)多，削弱了太陽(yáng)輻射，日照時(shí)數(shù)偏少，而北部為暖溫帶氣候，天氣相對(duì)干冷，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射較多，故日照時(shí)數(shù)相對(duì)偏多[14，17]。年均相對(duì)濕度受年均氣溫和年降雨量的雙重影響較大，變化的區(qū)域性不明顯，整體規(guī)律性也較弱。本研究發(fā)現(xiàn)，年均相對(duì)濕度在豫西和豫中地區(qū)隨時(shí)間變化沒有明顯趨勢(shì)，而在豫北、豫東和豫南呈顯著下降趨勢(shì)，但下降幅度不大，這與崔海羚等[18]的研究結(jié)論基本一致。

作物單產(chǎn)直接決定了其總產(chǎn)量，但影響作物單產(chǎn)的因素較多，如土壤性質(zhì)、農(nóng)田管理措施和氣象因子等，其中氣象因子對(duì)作物生長(zhǎng)的影響主要是通過(guò)CO2、氣溫和降水等變化對(duì)農(nóng)作物生態(tài)、形態(tài)結(jié)構(gòu)及化學(xué)組成方面[19-20]產(chǎn)生作用。溫度和濕度的變化也直接影響作物及品種的選擇，進(jìn)一步影響作物產(chǎn)量。孫寶寶等[20]研究發(fā)現(xiàn)，氣溫和大氣CO2濃度升高改變了小麥養(yǎng)分吸收過(guò)程，且大氣CO2濃度升高對(duì)小麥養(yǎng)分吸收過(guò)程的改變與養(yǎng)分類型和作物品種密切相關(guān)。前人研究發(fā)現(xiàn)，年均氣溫每增加1℃，降水量每增加100mm，我國(guó)糧食總產(chǎn)約增加10%[21]。總的來(lái)說(shuō)，雖然作物產(chǎn)量的影響因素多，但氣象因子在影響作物產(chǎn)量因素中占據(jù)重要位置。

河南省是我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)，且地跨溫帶和亞熱帶兩個(gè)氣候帶，區(qū)域水熱分布差異較大，這也直接決定了不同區(qū)域主要糧食作物的生產(chǎn)情況存在較大差異。作為小麥的主產(chǎn)區(qū)，河南省五大區(qū)域中小麥單產(chǎn)均呈顯著上升趨勢(shì)，其中豫北、豫中和豫東地區(qū)小麥單產(chǎn)和增產(chǎn)率均明顯高于豫西和豫南地區(qū)。一方面，由于河南省所處的地理位置使其作物在生長(zhǎng)季的熱量條件本身不夠理想，氣候變暖使得該地區(qū)熱量資源增加[17]，因此溫度小幅升高會(huì)使作物單產(chǎn)增加。溫室氣體增加和氣候變暖有利于冬小麥的千粒重上升，穗粒數(shù)增加[22]。豫北、豫中和豫東地區(qū)農(nóng)業(yè)分別為灌溉區(qū)和補(bǔ)灌區(qū)，年降雨量對(duì)其影響較小。而豫西和豫南地區(qū)為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，且豫西地區(qū)氣溫相對(duì)較低，進(jìn)而導(dǎo)致這兩個(gè)區(qū)域小麥單產(chǎn)增產(chǎn)率偏小于其他區(qū)域。另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)水平提升，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)手段不斷提升、土壤肥力逐漸提高以及高產(chǎn)品種的培育等也促進(jìn)作物單產(chǎn)提升。

玉米生長(zhǎng)對(duì)氣溫和濕度的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于小麥。馬樹慶等[23]分期播種試驗(yàn)結(jié)果表明，在水分基本適宜條件下，玉米生長(zhǎng)季氣溫升高、積溫增加，使玉米生長(zhǎng)和灌漿速度加快，從而有利于提高單產(chǎn)；但若同時(shí)水分減少則將縮短玉米灌漿時(shí)間，降低灌漿速率，從而造成減產(chǎn)，而且減產(chǎn)幅度明顯大于溫度升高引起的增產(chǎn)幅度[24]。同小麥類似，從氣象因素角度來(lái)看，除豫西地區(qū)外，其他區(qū)域玉米單產(chǎn)隨氣溫升高顯著提升，但與降雨量相關(guān)性不明顯。一方面在灌溉區(qū)和補(bǔ)灌區(qū)，作物生產(chǎn)所需要的水分可以通過(guò)灌溉來(lái)滿足。而豫南地區(qū)處于亞熱帶，其降雨量較大，在一定程度上能滿足玉米對(duì)水分的需求。另一方面，農(nóng)業(yè)管理技術(shù)的提升也在一定程度上影響玉米單產(chǎn)。相對(duì)于小麥，同樣作為主要的糧食作物，玉米的單產(chǎn)總體上低于小麥，且隨時(shí)間其增產(chǎn)率也顯著低于小麥，部分地區(qū)玉米單產(chǎn)隨時(shí)間呈非線性趨勢(shì)，表明玉米單產(chǎn)基本趨于穩(wěn)定，提升空間較小，這與熊淑萍等[8]的研究基本一致。

河南省的水稻生產(chǎn)主要集中在豫南地區(qū)，其他區(qū)域相對(duì)較少。水稻單產(chǎn)變化也存在較大的區(qū)域差異性，在豫南地區(qū)南陽(yáng)水稻單產(chǎn)隨時(shí)間呈非線性關(guān)系，而其他地區(qū)仍呈上升趨勢(shì)，表明總體上水稻單產(chǎn)在河南省仍有較大提升空間。水稻生長(zhǎng)對(duì)水分的需求量較高，研究表明，CO2倍增、溫度升高可促進(jìn)水稻增產(chǎn)，但降水異常、土壤水分有效性降低和氣候變化加大對(duì)水稻產(chǎn)量形成卻是不利的[25]。河南省水稻生產(chǎn)集中于豫南地區(qū)，該地區(qū)降雨量較其他地區(qū)多，以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)為主，相對(duì)其他地區(qū)年降雨量對(duì)水稻影響較顯著。

4 結(jié)論

總的來(lái)說(shuō)，在1960-2018年間，河南省年均氣溫呈不斷增加趨勢(shì)，這與全球變暖的整體趨勢(shì)一致；年降雨量年際變化較大，尤其是豫南地區(qū)年降雨量波動(dòng)較大，年日照時(shí)數(shù)和年均相對(duì)濕度均呈下降趨勢(shì)。小麥、玉米和水稻單產(chǎn)均呈上升趨勢(shì)，其中小麥和水稻的年增產(chǎn)率高于玉米。作物單產(chǎn)影響因素眾多，從氣象因素方面看，年均氣溫是影響河南省糧食作物單產(chǎn)的最主要因素，年日照時(shí)數(shù)和年均相對(duì)濕度是影響作物單產(chǎn)的次要因素，年降雨量在豫北（灌溉區(qū)）、豫中和豫東地區(qū)（補(bǔ)灌區(qū)）對(duì)作物單產(chǎn)的影響不明顯。