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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(lái)源于國(guó)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—2009年溫度日值與月值資料、降水、相對(duì)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—2009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(guó)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—2009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(duì)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(duì)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(guò)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(duì)逐個(gè)站點(diǎn)逐年的光溫生產(chǎn)潛力進(jìn)行計(jì)算，對(duì)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(lái)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—2009）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(duì)較大，普遍位于6000～7500kg／hm2之間，其中2001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(lái)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(shì)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(shì)，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(guò)降水有效系數(shù)修正后，表現(xiàn)為減少的趨勢(shì)，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(duì)黑龍江玉米產(chǎn)量的影響是正向的。在無(wú)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(wú)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(shì)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(duì)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1980－2009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(duì)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(duì)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(duì)值均大于或接近0．6，其他變量在該主成分的載荷絕對(duì)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(duì)值大于0．9，其他變量的載荷絕對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)措施”主成分。對(duì)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(duì)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(shuō)，剔除良種良法等其他因素影響，從1980－2009年價(jià)格、產(chǎn)值、費(fèi)用等“經(jīng)濟(jì)社會(huì)”主成分對(duì)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(duì)措施”主成分影響份額達(dá)到10．614％。進(jìn)一步對(duì)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(shuō)明光溫和灌溉疊加抵消了降雨減少的負(fù)向作用，對(duì)玉米增產(chǎn)起到積極的作用。

3．2各主成分對(duì)黑龍江玉米產(chǎn)量影響趨勢(shì)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(shì)與產(chǎn)量年度變化趨勢(shì)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(zhǎng)；“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(duì)措施”主成分呈現(xiàn)出波動(dòng)性，沒(méi)有明顯的上升或下降趨勢(shì)。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(guó)玉米價(jià)格增長(zhǎng)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(duì)措施”主成分沒(méi)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(guò)分析，可以得出的初步結(jié)論是，近30年來(lái)，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(shì)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(duì)比實(shí)際情況，根據(jù)中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社出版的在1980－2010年出版的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，從1979年到2009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(wàn)噸增長(zhǎng)到2009年的1920．20萬(wàn)噸，30年共增長(zhǎng)3．3倍，年均增長(zhǎng)44．63萬(wàn)噸。從1979年到2009年，黑龍江玉米種植面積由196．08萬(wàn)公頃增長(zhǎng)到401．02萬(wàn)公頃，增長(zhǎng)2．04倍。同期，黑龍江玉米單產(chǎn)由1979年的3330．00kg／公頃增長(zhǎng)到2009年的6328．95kg／公頃，增長(zhǎng)1．9倍。從數(shù)量來(lái)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，玉米種植界限向北拓展，對(duì)總產(chǎn)提高有著重要影響。本研究首次將光溫潛力的計(jì)算結(jié)果作為變量放入主成份模型，結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)氣候變化對(duì)玉米產(chǎn)量的影響，是一種用應(yīng)用綜合手段分析氣候變化影響的嘗試。與單個(gè)氣候因素納入主成份模型不同的是，多年份潛力的對(duì)模型的影響是綜合的，因而作者認(rèn)為是更可靠的。在今后的研究，還將進(jìn)一步論證。

作者：尤飛王秀芬李文娟單位：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所