气候是农业生产中基本且重要的条件之一，其影响着农业的组成、布局和产量等[1]。近年来，相关学者对气候变化展开研究[2-3]。赵伟[4]研究指出，气候因素是农业生产的重要影响因素之一，其对玉米种植产生了较大的影响。
玉米是喜温、短日照、高需水量作物，其生长发育对气温、日照及降水要求较高[5-6]。研究气候变化对玉米产量的影响，对促进产业发展和增加农民收入具有积极意义。Lobell等[7]研究发现，玉米生育期环境温度超过29 ℃会产生热胁迫，导致光合速率下降、蒸散发增加，进而提高干旱发生的概率。Chen等[8]研究发现，气温升高会导致长江流域玉米减产，极端高温、干旱和强降水对玉米产量影响较大。Liu等[9]研究发现，极端低温以及玉米开花灌浆期降水较少会导致玉米减产。另外，干旱也是影响玉米产量的重要因素之一[10]。从各生育阶段来看，生育早期干旱会导致玉米生殖器官发育减缓[11]；在生殖生长阶段，缺水会引起光合作用下降，从而导致生殖器官的营养供应不足，造成玉米减产[12]。光合作用是玉米营养物质积累的主要来源，而抽雄吐丝阶段光照充足是保证玉米产量的关键[13]。
近年来，关于气候变化对农业生产的影响研究较多[14]，但针对气候变化对淮北地区夏玉米不同生育阶段生长及产量影响的研究相对较少。本文基于1982—2021年安徽淮北市夏玉米生育期的气象数据和产量数据，分析了该地区夏玉米不同生育期的气候变化特征及其对产量的影响，为充分开发利用气候资源和提高粮食产量提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区基本情况
研究区位于安徽省北部（33°16′—34°14′ N，116°23′—117°02′ E）；是南北两条气候带的过渡地区，属于暖温带半湿润季风气候。年平均气温15.6 ℃，年日照时数2 228.2 h，年降水量840.8 mm，夏季（6—8月）是一年中降水较集中的季节，其降水量占全年的60%，适宜夏玉米、冬小麦、夏大豆等作物生长。
1.2 数据来源
气象数据来源于淮北市国家气象观测站，主要包括日降水量、日平均气温、日最高气温、日最低气温、日照时数。夏玉米产量数据来源于安徽省统计局和《淮北统计年鉴》。
1.3 研究方法
1.3.1 夏玉米生育期划分
表1 研究区夏玉米生育期 |
| 生育阶段 | 日期（月-日） |
|---|---|
| 出苗—拔节 | 06-11—07-20 |
| 拔节—抽雄 | 07-21—08-10 |
| 抽雄—乳熟 | 08-11—09-10 |
| 乳熟—成熟 | 09-11—09-30 |
| 全生育期 | 06-11—09-30 |
1.3.2 有效积温计算
生育期内有效积温（GOD）计算如式（1） 。
－T base]
式中，t为生育期内某个时间段，N是从播种到成熟的天数；T max和T min为第i天的日最高气温和日最低气温。玉米生理基础温度T base=10 ℃，玉米生理上限温度T ut=35 ℃；当T min<T base时，T min=T base；当T max>T ut时，T max=T ut。
1.3.3 气候变化分析
建立一元线性回归方程来分析气象要素（降水量、平均气温、≥10 ℃有效积温、气温日较差、日照时数）的变化特征，如式（2） 。
i=1，2，…，n
式中，y为气象要素序列，xi 为时间序列；a为常数，b为回归系数，b×10为气候倾向率，表示气象要素每10年的变化率。b值符号代表变化趋势的正负，反映趋势的上升或下降。
1.3.4 产量及气象产量
农作物的产量是在各种自然与非自然因素综合作用下形成的，通常将实际产量y分解为趋势产量y t、气象产量y w和随机产量y e，y t是农业技术能力以及其他非气象因素对作物产量的贡献；y w是气象因素对作物产量的贡献；y e是病虫害等随机因素造成作物产量波动的产量分量，一般情况下所占比例较小，可忽略不计[16]。玉米产量计算公式可简化成式（3） 。
采取直线滑动平均法进行气象产量分离，设某一阶段的夏玉米产量的线性函数方程如式（4） 。
式中，i表示方程的个数，i=n－k+1；n为样本个数；t为时间；k为滑动步长。计算每个方程在t点上的函数值 ，这样每个t点上分别有q个函数值，q的多少取决于n和k。然后再求各个点上各个函数的平均值，如式（5） 。
式中， 即各年份的趋势产量。考虑产量序列的长短，并参考相关数据，k值取5，由此计算研究区逐年的趋势产量。
1.3.5 各气候因子与玉米产量的相关性分析
用SPSS统计分析软件对玉米产量（气象产量）与气候因子（降水量、平均气温、≥10 ℃有效积温、气温日较差、日照时数）进行Pearson相关性分析。
Pearson相关系数本质上是统计学方法中的一种线性相关系数，用来衡量定距变量间的线性关系，给定两个样本X=（x 1，x 2，…，xn ），Y=（y 1，y 2，…，y n），Pearson相关系数计算如式（6） 。
式中， 、 是x和y各自的样本平均值；σx、σy 是x和y的样本标准差。r的绝对值越大，表示因变量与自变量的相关程度越高。
1.4 数据分析
采用Excel和SPSS软件进行数据统计分析，并作图。
2 结果与分析
2.1 夏玉米生育期内的气候变化特征
2.1.1 降水量
由图1可知，1982—2021年，在夏玉米全生育期、出苗—拔节期、抽雄—乳熟期、乳熟—成熟期降水量均呈不明显（P>0.05）增加趋势，增幅分别为32.8、23.0、5.4、4.4 mm/10 a；拔节—抽雄期降水量呈不明显（P>0.05）减少趋势，减幅为0.1 mm/10 a。1982—2021年玉米全生育期降水量在185.4～1 013.9 mm，其中降水量350 mm以上年份有37年，说明研究区降水基本能满足夏玉米生长需要。
2.1.2 气温
由图2可知，1982—2021年，夏玉米乳熟—成熟期平均气温呈明显（P<0.01）上升趋势，增幅为0.55 ℃/10 a；夏玉米全生育期、出苗—拔节期、拔节—抽雄期平均气温呈明显（P<0.05）上升趋势，增幅分别为0.40、0.39、0.43 ℃/10 a；抽雄—乳熟期平均气温以0.23 ℃/10 a的速率上升（P>0.05）。
如图3所示，夏玉米全生育期气温日较差变化趋势较平稳。出苗—拔节、拔节—抽雄阶段气温日较差呈上升趋势，抽雄—乳熟、乳熟—成熟阶段的气温日较差呈下降趋势，各阶段变化均无统计学意义（P>0.05），气温日较差的倾向率分别是0.06、0.07、-0.03、-0.09 ℃/10 a。
夏玉米全生育期、出苗—拔节期、乳熟—成熟期≥10 ℃有效积温呈明显（P<0.01）上升趋势，增幅分别为43.84、15.22、12.66 （d·℃）/10 a；拔节—抽雄期以8.44 （d·℃）/10 a速率明显上升（P<0.05）；抽雄—乳熟期以7.52（d·℃）/10 a的速率上升（P>0.05）（图4）。
总体来说，夏玉米生育期内平均气温和≥10 ℃有效积温均呈现上升趋势，说明研究区气候呈变暖趋势，热量资源丰富，有利于夏玉米生产。
2.1.3 日照时数
日照时数是反映作物获得光照条件的标准之一。玉米是喜光作物，其正常生长发育所需的全生育期日照时数在600～800 h[21]。
由图5可知，1982—2021年，研究区夏玉米不同生育阶段日照时数均呈不明显（P>0.05）下降趋势，其中以全生育期降幅最大，为26.53 h/10 a；出苗—拔节、抽雄—乳熟、乳熟—成熟期次之，降幅分别为6.66、8.00和8.13 h/10 a；拔节—抽雄期最小，为3.75 h/10 a。
夏玉米全生育期日照时数在448.4～923.6 h，平均年日照时数为718.8 h；出苗—拔节、拔节—抽雄、抽雄—乳熟、乳熟—成熟期日照时数分别为262.0、145.4、190.8、120.5 h。其中日照时数多于600 h的年份有34年，说明研究区光照充足，日照条件可以满足玉米生长发育需要。
2.2 玉米产量变化特征
2.2.1 玉米单产和气象产量变化
如图6所示，1982—2021年，研究区玉米单产年际间变化较大，在3 033～5 895 kg/hm2，总体呈下降趋势（P>0.05），减产速率为85.49 kg/10 a。根据5 a滑动平均，可以将其划分为4个阶段：1982—1993年单产量持续上升，1993—2002年单产变化趋势平稳，2003—2014年单产下降趋势明显，2014年以后单产呈上升趋势。
如图7所示，玉米气象产量为负值的年份有19年，正值年份有21年，气象产量正值年份较多，说明当地多数年份气候条件促进玉米增产；同时，玉米生产过程中的不良气象条件或气象灾害对玉米产量造成了影响。1982—2021年，玉米气象产量相对离散，总体上以0.18 kg/10 a速率下降（P>0.05），与单产变化趋势较一致。从绝对值来看，最高值为1 350 kg/hm2（2003年）；最低值为3 kg/hm2（1988年），两者相差较大。同时，1982—2021年气象产量基本处在±600 kg/hm2之间，仅有极个别年份不在此区间，说明这40年间，夏玉米的气象产量无明显变化趋势，证明气象产量的分布形式是随机离散的。
总的来说，研究区玉米单产与气象产量的变化趋势一致，均呈下降趋势，单产年际间变化较明显，气象产量分布较为离散。
2.2.2 玉米产量典型歉年的确定与分析
玉米产量的丰、歉具有相对性，为增加不同年份气象产量的可比性，本文用相对气象产量来划分玉米产量典型歉年，相对气象产量用气象产量与趋势产量的比值表示。若将相对气象产量小于-10%定为气候歉年，分析得出1987、1994、2003、2007、2014年为玉米典型气候歉年。由《中国气象灾害大典（安徽卷）》和1982—2021年夏玉米生育期内逐日降水量可以得出，1987、1994年玉米产量歉年受干旱影响；2003、2007、2014年受雨涝（含连阴雨）影响。
2.3 夏玉米生育期内产量与气象因子的相关性
玉米生育期降水量、平均气温、≥10 ℃有效积温、气温日较差、日照时数与夏玉米气象产量的相关性如表2所示。
表2 玉米生育期气象因子与气象产量的相关系数 |
| 气象因子 | 出苗—拔节 | 拔节—抽雄 | 抽雄—乳熟 | 乳熟—成熟 | 全生育期 |
|---|---|---|---|---|---|
| 降水量 | -0.096 | 0.067 | -0.375* | -0.083 | -0.260 |
| 平均气温 | 0.134 | -0.184 | 0.115 | -0.052 | 0.045 |
| 气温日较差 | 0.271 | 0.046 | 0.184 | 0.527** | 0.346* |
| ≥10 ℃有效积温 | 0.122 | -0.250 | 0.188 | 0.050 | 0.072 |
| 日照时数 | 0.079 | -0.095 | 0.217 | 0.019 | 0.091 |
|
夏玉米气象产量与全生育期、出苗—拔节期、抽雄—乳熟期、乳熟—成熟期的降水量呈负相关，其中抽雄—乳熟期具有统计学意义（P<0.05）。表明抽雄—乳熟期的降水量对研究区夏玉米气象产量的影响较明显，原因可能是夏玉米在抽雄—乳熟期降水过多不利于干物质的积累，且影响光合作用，不利于提高千粒重和结实率，从而导致其产量下降。
研究区夏玉米气象产量与不同生育阶段平均气温的相关性均无统计学意义（P>0.05），其中其气象产量与拔节—抽雄期和乳熟—成熟期的平均气温呈负相关，原因可能是在拔节—抽雄期，玉米的叶片与茎秆等营养器官处于旺盛生长期，温度过高不利于其生长发育；在乳熟—成熟期，低温可以延长籽粒灌浆时间，对干物质的积累和运输有利，有利于提高粒重。
夏玉米气象产量与不同生育阶段气温日较差均呈正相关，其中乳熟—成熟期具有统计学意义（P<0.01），抽雄—乳熟期具有统计学意义（P<0.05），原因可能是气温日较差的减少会造成作物夜间呼吸作用增强，干物质积累量下降，从而降低了夏玉米产量[22]。
夏玉米气象产量与不同生育阶段日照时数的相关性均无统计学意义（P>0.05），其中夏玉米气象产量与出苗—拔节、抽雄—乳熟、乳熟—成熟期日照时数呈正相关，原因可能是在出苗—拔节期，光照充足有利于玉米种子的生长；在抽雄—乳熟、乳熟—成熟期，光照充足有利于玉米进行光合作用，促进灌浆期干物质的积累和运输，从而提高产量。
3 结论与讨论
本文选取1982—2021年淮北地区玉米生育期内降水量、平均气温、气温日较差、≥10 ℃有效积温、日照时数等气候因子和玉米产量为研究对象，利用趋势分析法分析了气候变化的特征和玉米产量的变化特征；利用滑动平均法分离出趋势产量和气象产量，用Pearson相关性分析法分析了气候因子与玉米产量的相关性，得出如下结论。
（1）1982—2021年，夏玉米生育期内，研究区降水、热量和光照资源均较丰富，有利于夏玉米生长发育。
（2）1982—2021年，淮北市玉米单产与气象产量的变化趋势一致，均呈下降趋势，线性倾向率分别为85.49、0.18 kg/10 a。单产年际间变化较明显，气象产量分布较为离散。分析相对气象产量得出，玉米产量典型气候歉年有5年（1987、1994、2003、2007、2014年），其中1987、1994年主要受干旱影响，2003、2007、2014年受雨涝（含连阴雨）影响。
（3）气温日较差和降水量是影响该地区夏玉米产量的主要气象因子，气温日较差影响为正效应，其中与乳熟—成熟期相关性具有统计学意义（P<0.01）；抽雄—乳熟期的降水量对夏玉米产量影响明显（P<0.05）；平均气温、≥10 ℃有效积温、日照时数对夏玉米产量影响不大。
影响夏玉米产量的影响因素较多，本研究仅分析了降水量、平均气温、气温日较差、 ≥10 ℃有效积温、日照时数等气象因子对其产量的影响，未对其他外在因素的影响进行具体分析，存在一定局限性，下一步的研究重点将在收集以上信息和数据的基础上进一步完善研究内容和结果。