白银市气象条件与农作物产量的相关性分析

白登元，王银花

(白银市气象局，甘肃白银 730900)

农业是易受气候变化影响的脆弱生产系统[1-3]，气候变化对农业生产的影响及其应对已经列为白银市保持农业生产持续稳定及农业农村经济持续发展的战略任务，农业气象业务作为白银市农业生产效率的重要保障，对于白银市开展农业生产具有举足轻重的意义。因此，要充分认识到农业气象业务的重要性，将科研与业务相结合，根据农业发展需求展开相应的农业气象业务工作，提供更加高效、优质的农业气象服务，并且建立气象防灾减灾服务体系，增强对重大气象灾害和突发公共事件的气象应急保障能力[4-5]。气象服务本身就是农业生产应对气候变化采取的措施，重视气象因素对农业生产可能产生的不利影响，加强气象灾害的监测、预报和预警技术研究，提高农业生产应对各类气象灾害的能力，可以有效减少作物受灾情况的发生，保障作物的增产增收，保持农业可持续发展。

农业是国民经济的基础，农业生产是在自然的、多变的气候环境条件下进行的自然再生产和社会再生产过程，生产的每个环节都与气候条件密切相关[6-7]。气象条件对农业生产过程有重要影响，主要包括光照、温度、水分、风力等气象因素对农业生产的影响[8-11]。因而研究和分析气候变化对农业的影响是非常必要的，农业生产迫切需要掌握当地的气象预报信息，发现可能存在的问题，提出对策，防灾减灾。本研究通过分析白银市2011—2020年的气象因子与粮食产量的关系，分析降雨量、气温、土壤温度3 个气象因素，以及各因素对粮食产量的影响。研究气候规律对粮食产量的影响，为预报和服务农业生产提供依据，对种植结构优化有着十分重要的意义。同时，对全市降雨时空变化特征进行分析，以期为白银市农业生产和预防旱灾发生提供参考依据。

1 资料来源

本研究选取2011—2020年白银市气象站降雨和气温的观测资料及2011—2021 年地面以下0、5、10、15、20、40 cm 逐月地温观测资料，对于统计中缺测的数据用2000 —2021 年的多年平均值替代。季节划分如下：春季为3—5 月，夏季为6—8 月，秋季为9—11月，冬季为12月至次年2月。粮食作物和经济作物的总产量数据由白银市粮食局提供。

2 结果与分析

2.1 降雨因素对农作物产量的影响

降雨量是影响农作物产量的一个重要因素。通过对白银市2011—2020 年各月的降雨资料进行统计分析，结果如图1 所示，降雨总量基本集中在6—9 月，可以占全年降雨量的70%～80%，其他月份降雨偏少。而造成降雨时间分布不均的原因主要与季风因素有关，白银市处于半干旱和干旱气候区，冬季受盛行西风影响降水极少，出现降水最少月；夏季受偏南及偏东气流的影响降水较多，降水量集中于下半年的现象比较突出。

图1 白银市各年度降雨量分布图

对不同年份降雨量与农作物产量进行统计，如表1 所示，结果表明：2014 年的平均降雨量最高，为298.1 mm，是多年平均降雨量的1.38 倍；2016 年平均降雨量最低，为170.0 mm，是多年平均降雨量的0.78倍；从年平均降雨量变化趋势看，白银市年平均降雨量呈逐年稳定趋势。粮食作物和经济作物总产量随着降雨量的增加逐年递增，但当降雨量开始减少时，粮食产量并没有随之减少，产量依旧呈现增大的趋势，说明降雨的减少并没有影响农业产量。降雨偏少，灌溉用水减少，会导致农业生产的减产，而白银市地处甘肃省中部，黄河流经白银258 km，占黄河甘肃段的50%以上，为地方发展提供了得天独厚的优势条件。从20 世纪70 年代开始，白银市先后建成了景电工程、兴电工程、靖会工程、刘川工程等18项大中型电力提灌工程和900 多项小型水利工程，依托沿黄灌区发展农业生产，高扬程电力提灌工程已成为保障粮食安全、发展农业经济、带动龙头企业和改善生态环境的“命脉”工程，对粮食稳产增产发挥了巨大作用。

表1 不同年份下降雨量与农作物产量统计表

2.2 气温因素对农业生产的影响

气温与农业生产的关系非常密切，它是研究作物生长发育对热量的要求和评价热量资源的一项指标，它直接影响作物的生长、分布和产量。农业上把日平均气温5 日滑动平均稳定通过0 ℃的时期作为适宜农耕期，≥0 ℃积温是农作物可利用的热量资源；日平均气温稳定通过10 ℃的时期，是越冬作物生长活跃期和喜温作物播种期与生长活动期，≥10 ℃积温反映作物生长期内的热量状况。这2 项积温代表当地的热量资源状况，是农业气候热量的分析和区划、农作物种植规划、引进或推广地区温度条件等的常用指标[12]。白银市日平均气温稳定通过0、10℃的活动积温平均分别 为3 807 ℃·d、3 216 ℃·d，由于≥10 ℃积温在3 600～4 000 ℃·d 范围内可实现1 年2 熟，≥10 ℃积温在3 000～3 500 ℃·d 时，小麦收获后可复种其他多种作物。因此，白银市热量充足，有利于提高复种指数。

通过对不同年份下年平均气温进行统计，如表2所示，年平均气温呈增大—稳定—增大的趋势，2014年、2017 年为两个转折点。2019 年的年平均气温最高，为9.4 ℃，相对平均值变化率为9.27%；2011年平均气温最低，为7.5 ℃，相对平均值变化率为7.62%。

表2 不同年份下年平均气温统计表

温度对于农作物的产量是一个至关重要的因素，农作物的生长一般存在着一定的温度范围，大多数农作物能够适应一定的温度变幅区间。温度低于或高于此上下限，则生长缓慢。通过对白银市不同年份下年平均气温与农作物产量进行统计，得到各年度不同年平均气温下农作物产量变化规律图，如图2 所示，粮食作物和经济作物总产量随着年平均气温的增加大致呈现逐渐递增的趋势。2011—2014 年呈现增产年，2014—2017 年呈现平产年，2017—2020 年呈现增产年。

图2 白银市各年度不同气温下农业作物产量变化规律

为了更好地说明不同年份下年平均气温与农作物之间的相关关系，利用不同年份下粮食作物产量和经济作物产量作为参考值，然后通过曲线拟合的方法来建立不同年平均气温和与作物产量的关系表达式。从图2 中可以看出，不同年份下的粮食作物和经济作物总产量与年平均气温呈现出较好的线性函数关系，且相关系数较高。

2.3 地温因素对农业生产的影响

地温变化对农作物的生长起着关键性的作用，除了会直接关系到农作物的生长情况，而且会关系到农作物的产量[9]。通过统计白银市2011—2021 年的各个季节地面、地面以下5、10、15、20、40 cm 的地温资料，并对其进行数据分析结果如图3 所示，从图3 中可以看出，白银市地温呈现季度分化，对于春夏两个季度，地面温度明显高于地面下各深度地温；而对于秋冬两个季节，地面温度明显低于地面下各深度地温，主要原因是土壤传递热量的功能差不同。春夏两个季节，地面上热波不能很快地传递到土壤深层，只能慢慢地向下传递，离地面越远，与地面相差越大，这个过程为热量由浅层向深层传递的能量积蓄过程。同样，对于秋冬两个季节，地面的冷波也不能很快影响到土壤深层，因而距离地面越远，传递到地面下的冷波也越慢，此过程为热量由深层向浅层传递的能量释放过程。

图3 2011—2021年白银市不同深度各季节地温变化规律

同时，从图3 中还可以发现，地温存在明显的年际变化，秋季各浅层平均地温较多年平均值偏高，其他季节平均地温均较多年平均值偏低，其中冬季、春季偏低最为明显。

植物生长过程中，植物蒸腾作用、养分传输及二氧化碳的吸收等，主要生理变化都与温度有着不可分割的联系。对于植物生长而言，地温变化情况直接决定了农作物的生长、发育情况。土壤温度对农作物的影响[10]主要有两个方面：一方面是影响播种、出苗和根系生长（20～30 ℃），从而进一步影响农作物营养生长和生殖生长；另一方面是影响土壤微生物的活性（15～40 ℃），从而影响土壤有机质的矿质化过程和腐殖化过程，进而影响作物生长。采用相关分析法[11-12]分析了不同深度地温对主要农作物生长的影响，结果如表3 所示，对于粮食作物，春季不同深度地温与农作物产量呈现弱的负相关性，夏季、秋季、冬季不同地温与农作物产量呈现弱的正相关性，说明春季地温对粮食作物的发育影响小。对于经济作物，夏季不同深度地温与农作物产量呈现弱的负相关性，春季、秋季、冬季不同地温与农作物产量呈现弱的正相关性，说明夏季地温对粮食作物的发育影响小。

表3 农作物生长发育期浅层平均地温与农作物单产的相关系数

3 小结与讨论

白银市2011—2020 年降雨总量主要集中在6—9月，占全年降雨量的70%～80%。粮食作物和经济作物总产量随着降雨量的增加并逐年递增，但当降雨量开始减少时，粮食产量并没有随之减少，产量依旧呈现增大的趋势，说明降雨的减少并没有影响农业产量，主要是因为白银市沿黄河先后建成多项水利工程，依托沿黄灌区发展农业生产，为粮食稳产增产发挥了主要作用。

白银市日平均气温稳定通过0、10℃的活动积温平均分别达3 807 ℃·d、3 216 ℃·d，热量充足，有利于提高农业复种指数。年平均气温呈增大—稳定—增大的趋势，且粮食作物和经济作物总产量与年平均气温呈现出较好的线性函数关系，且相关系数较高。

白银市地温呈现季度分化，对于春夏两个季度，地面温度明显高于地面下各深度地温，而对于秋冬两个季节，地面温度明显低于地面下各深度地温；春夏两个季度，地面温度明显高于地面下各深度地温，秋冬季则相反。对于粮食作物，春季不同深度地温与农作物产量呈现弱的负相关性，其他季节呈现弱的正相关性。对于经济作物，夏季不同深度地温与农作物产量呈现弱的负相关性，其他季节呈现弱的正相关性。

在气候变化的背景下，白银市气温升高，积温增加，热量资源丰富，有利于喜温作物种植区的扩大，还有助于提高作物复种指数和喜温作物产量。但白银市降水波动大、旱涝易发，水资源仍然是旱作区农业发展的主要限制因素。因此，发展节水农业在沿黄灌溉区（黄河沿岸灌区、高扬程灌区）有比较充足的灌溉条件，利于发展喜热、喜温的优质特色农业。