气候变化对中国东北春麦播种区小麦产量的影响.pdf

第 卷第 期 年 月云 南 地 理 环 境 研 究 收稿日期:修订日期:.基金项目:云南省哲学社会科学规划项目“乡村振兴背景下云南农村土地要素市场化配置政策机制研究”().作者简介:何 锋()男 云南省红河州人 副教授 博士 研究方向为社会经济遥感、资源承载力与国土空间规划 通信作者:王 翔()男 云南省昭通市人 教授 博士 研究方向为农业保险 气候变化对中国东北春麦播种区小麦产量的影响何 锋 王 翔 段醒艳(云南财经大学 物流与管理工程学院 云南 昆明 云南旅游职业学院 云南 昆明)摘要:以中国东北春麦区为例 实证分析了 年生长季积温、降雨和小麦单产的变化趋势 并分别应用一次多项式、二次多项式和柯布道格拉斯生产函数模拟了气候因素(尤其是积温)对小麦产量的影响 研究结果表明小麦单位面积产量和积温存在显著的升高趋势 而降雨的时间变化趋势并不明显 在对小麦产量和积温变量进行平稳化处理后发现 二次多项式可以更好地模拟天气因素对小麦产量的影响 且在近 年来积温对小麦产量存在显著的负向影响 而降雨对小麦产量的影响并不显著 研究认为气候变暖导致积温升高 从而对小麦产量产生不利影响 为规避积温升高对小麦产量的负面影响 建议开发抗高温小麦品种 调整播期 以及开发金融衍生品或指数保险等方式应对气候变化风险 通过定量分析气候变化对作物产量的影响机制 并提出针对性对策建议 为研究气候变化影响及适应对策提供了重要借鉴关键词:小麦产量 气候变化 中国东北 春麦中图分类号:文献标识码:文章编号:()引言农业生产中面临着多种不确定性风险 其中天气风险对农业生产有着重要影响 研究天气因素与农作物产量的关系 对农业生产者有效规避天气风险具有重要指导作用 例如在明确农作物生产所面临主要风险的基础上 农业生产者可以通过购买天气指数保险或者金融天气衍生品来抵御天气风险政府科研机构可以通过开发并推广抗高积温的小麦新品种来规避天气风险 国内外学者在天气因素对农作物产量的影响方面进行了大量研究 其中国外学者的研究有 应用柯布道格拉斯生产函数估计了加拿大 积温和降雨对玉米、黄豆和稻草产量的影响 等运用二次函数和柯布道格拉斯生产函数研究了气温和降雨对小麦产量和质量的影响 等运用切比雪夫多项式研究了温度与玉米产量的非线性关系 等提出一种统计方法 估计在干旱条件、高温条件和复合干热条件下 由于气候产量关系的同时变化而导致的作物减产风险 国内学者的研究有 等应用一次函数研究了中国各省气候(最高和最低气温温度范围 降雨)和粮食产量(小麦 玉米 水稻 大豆)的关系 等应用一次函数研究了中国东北地区气温(最高、最低和平均气温)和降雨对玉米产量的影响 王钧 李广等通过二次多项回归分析、单因素边际效应分析方法研究旱地春小麦产量对不同生育阶段温度变化的响应机制 等采用趋势分析法和线性回归法分析了 年中国冬小麦主产区气象因子的时空分布特征 还有些研究将粮食产量分为经济产量和气候产量两部分 分析了气候产量波动及天气因素波动 以往的研究较好的拟合了天气因素和农作物产量的关系 然而国内的研究主要为应云南地理环境研究第 卷用一次函数的研究 应用二次函数或柯布道格拉斯生产函数的研究较少 同时国内以积温表征热量并分析其与粮食产量数量关系的研究较少 作物要完成某一发育阶段必须积累一定的温度称为积温()大于等于 的活动积温表征了喜温作物生长期的长短和地区热量资源的多寡 东北春麦区是中国重要的粮食产区 近年来东北春麦约占中国小麦总产量的 主要粮食作物气候资源利用率较高 因此研究该地区气候因素对小麦产量的影响 对保证全国粮食安全具有重要意义 因此本文以中国东北春麦区为例分别应用直线方程和曲线方程研究天气因素尤其是积温对小麦产量的影响 为农业生产者或政府部门采取措施规避天气风险提供理论依据 同时也为应用金融天气衍生品应对天气风险提供参考 从而规避天气风险对粮食生产的负面影响 近 年气候和产量变化东北春麦区是中国粮食的主产区之一 包括黑龙江、吉林和辽宁 省 其土地面积分别为 、和 小麦产量数据来源于 改革开放 年农业统计资料汇编黑龙江统计年鉴 吉林统计年鉴 辽宁统计年鉴 气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网 春小麦的生长季节为 月到 月 本文积温数据为小麦生长季大于等于 的积温 降雨数据为生长季累积降雨量 表 为 省总体及各自积温、降雨及单位面积产量的平均值及标准差 其中 省 总 体 积 温、降 雨 和 产 量 平 均 值 分 别 为 、和 /省中辽宁省的积温最高 降雨最多且产量最高 由图、可知 小麦单产和积温存在明显的时间变化趋势 说明该地区气候变暖趋势显著 而降雨的时间变化趋势不明显 为了模拟时间变量对积温、降雨以及产量的影响 以年份为自变量 分别以积温、降雨和产量为因变量进行回归分析 待估方程为:()式中:为积温、降雨量或者小麦单位面积产量 为年份 为常数项 为回归系数 为残差项 对于黑龙江、吉林和辽宁 省分别进行模型估计 待估参数和模型拟合优度 值如图、时间变量分别可以解释 省积温变化的 、和 解释降雨量变化的 、和 解释小麦单位面积产量变化的、和 即平均积温变化的 由时间变量解释 说明东北地区近 年气候变暖趋势明显 而降雨量变化的 可由时间变量解释 说明近 年东北地区降雨量随时间的变化不明显 最后单位面积产量变化的 由时间变量解释 即东北地区小麦单产随时间变化增加明显黑龙江省吉林省辽宁省图 年黑龙江、吉林、辽宁 省积温变化趋势 第 期何 锋等:气候变化对中国东北春麦播种区小麦产量的影响 黑龙江省吉林省辽宁省图 年黑龙江、吉林、辽宁 省降雨量变化趋势 黑龙江省吉林省辽宁省图 年黑龙江、吉林、辽宁 省小麦单产变化趋势 表 积温、降雨和产量的平均值及标准差 项目总体黑龙江吉林辽宁平均值标准差平均值标准差平均值标准差平均值标准差积温/降雨/产量/()气候变化对小麦单量的影响上文分析说明时间变量对积温及小麦单产的影响较大 在分析积温对小麦产量的影响时 需要将产量和积温数据的时间趋势去除 即将非平稳数据转换为平稳数据后进行分析 从而避免伪回归 去除时间趋势的方程为:()式中:为被解释变量实际值 为解释变量、为待估参数 为去掉时间趋势后相应的解释变量 下文分析中各变量 除降雨数据外均为经过数据平稳处理的变量云南地理环境研究第 卷在以往研究的基础上 本文分别应用直线方程、二次多项式方程和柯布道格拉斯生产函数模拟天气因素与小麦产量的关系 一次多项式、二次多项式和柯布道格拉斯生产函数分别为:()()()将柯布道格拉斯生产函数转换形式后的待估方程为:()式中:为经数据平稳处理的第 省第 年小麦产量 为经平稳处理后的第 省第 年的小麦生长季积温 为第 省第 年的小麦生长季降雨 为残差项 分别是待估参数对一次多项式、二次多项式和柯布道格拉斯生产函数进行参数估计的结果如表 个方程均显示积温对小麦单产有显著影响 降雨对小麦单产没有显著影响 且积温对小麦单产的影响为负 说明随着积温的升高 小麦产量会下降 即在过去 年气候变暖的情况下 对小麦单位面积产量产生了负向的影响 个模型中 积温变化分别可以解释小麦变化的、和 说明二次函数可以更好地解释积温与小麦单位面积产量的关系 当积温较高时产量下降表 模型估计结果 一次多项式二次多项式柯布道格拉斯生产函数变量系数标准差 值变量系数标准差 值变量系数标准差 值 常数 常数 常数 注:分别表示通过 的显著性水平检验 结论与讨论总之 过去 年东北地区气候有明显变暖趋势 且积温对小麦产量有明显的负向影响 二次多项式方程可以更好地模拟积温和产量的关系 研究结果与 和 等对玉米产量的研究结果一致 即过多的热量会对农作物产量产生负面影响 在农业生产过程中 为了规避积温升高带来的风险 可采取以下政策应对气候变暖对小麦单产的影响()发展采用农业天气指数保险或者天气衍生品市场来应对天气风险 天气指数保险和天气衍生品是通过天气指标与某一预定值的偏离来确定对购买者赔偿的保险或金融工具 可以规避某一特定的天气风险 已有文献也进一步表明中国农业生产者对天气指数保险存在着明显的偏好()生产者通过提前或者推迟播种期来降低小麦生长期积温 对冲生长期积温过高对小麦产量的影响 从而稳定小麦产量()政府科研部门可以促进抗高温小麦新品种的开发与推广 从而规避气候变暖对小麦产量乃至对国家粮食安全的影响()未考虑品种、水肥管理等因素对单产的影响 在今后的工作中加以改进第 期何 锋等:气候变化对中国东北春麦播种区小麦产量的影响参考文献:.():.():.():.():.:?.:王钧 李广 闫丽娟 等 旱地春小麦产量对不同生育阶段温度变化的响应模拟.中国农业科学 ():.():程琨 潘根兴 邹建文 等 年间中国粮食生产的气候变化影响风险评价.南京农业大学学报 ():朱秀芳 李石波 石振君 等 异常气候条件下小麦估产方法研究.农业现代化研究 ():白彩云 李少昆 柏军华 等 我国东北地区不同生态条件下玉米品种积温需求及利用特征.应用生态学报 ():赵丽娟 宋维富 车京玉 等 年东北春麦区小麦生产与育种概况.黑龙江农业科学 ():罗海平 邹楠 胡学英 等 年中国粮食主产区主要粮食作物气候生产潜力与气候资源利用效率.资源科学 ():吕彤 郭倩 丁永霞 等 气候变化下中国小麦与玉米适生区研究.兰州大学学报(自然科学版)():.():.():.:.:.:黄川容 陈家金 孙朝锋 等 福建省茶叶寒冻害气象指数保险分级设计.中国生态农业学报(中英文)():云南地理环境研究第 卷 ():(上接第 页)():