黄淮海平原气候变化及对粮食产量影响研究综述_缪丽娟.pdf

第 57 卷第 1 期河 南 农 业 大 学 学 报Vol 57No 12023 年2 月Journal of Henan Agricultural UniversityFeb2023收稿日期:20221101基金项目:国家自然科学基金青年项目(4210010673);国家重大研发计划项目(2019YFC1510200);江苏省自然科学基金青年项目(BK20210657);江苏省高等学校自然科学研究项目(21KJB170003)作者简介:缪丽娟(1988)，女，江苏南通人，副教授，博士，主要从事气候变化与土地利用研究。引用:缪丽娟，刘冉，邹扬锋，等 黄淮海平原气候变化及对粮食产量影响研究综述 J 河南农业大学学报，2023，57(1):1020 DOI:10 16445/j cnki 10002340 20230104 003黄淮海平原气候变化及对粮食产量影响研究综述缪丽娟，刘冉，邹扬锋，余洋(南京信息工程大学地理科学学院，江苏 南京 210044)摘要:采用文献研究法对已有文献进行综述，明确黄淮海平原近 60 a 来关键气候要素的主要变化特征，梳理干旱天气对该地区两种主要作物(夏玉米和冬小麦)产量的影响。黄淮海平原气候总体上呈暖干化趋势;近年来干旱强度及频率增强减缓了粮食增产趋势，对北部粮食作物(夏玉米和冬小麦)产量的负面作用更为显著;在不同生长阶段，干旱天气对粮食产量的影响存在显著差异。以往研究聚焦于该地区单一气候要素变化特征及其对单一粮食作物产量的影响，尚缺乏对该地区气候变化与两类主要作物粮食生产之间关系的系统认知。未来研究应聚焦黄淮海平原极端气候对不同作物产量影响的机制，为提高黄淮海平原农业生产水平带来前瞻性指导。关键词:黄淮海平原;气候变化;干旱;粮食产量中图分类号:S423文献标志码:A文章编号:10002340(2023)01001011A review of climate change in Huanghuaihai Plainand its impact on grain yieldMIAO Lijuan，LIU an，ZOU Yangfeng，YU Yang(School of Geographical Sciences，Nanjing University of Information Science Technology，Nanjing 210044，China)Abstract:This paper is designed to describe the major climatic changes that have occurred in theHuanghuaihai Plain during the past 60 years，particularly the effects of drought on the production oftwo major crops grown on cropland(i e，summer maize and winter wheat)The published literatureswere reviewed using a literature research method The Huanghuaihai Plain has witnessed an overallwarming and drying trend Grain yield has recently decreased due to increased drought severity anddrought frequency，and the effects of the drought on grain output were most severe in the northernplain Different stages of a crop s growth were affected differently by drought Previous researchgenerally concentrated on examining the spatial and temporal characteristics of a single climatecomponent in this area，as well as the influence of the climate on the production of a single grain cropTherefore，we still don t have a complete knowledge of how crop productivity in this region relates toclimate change Under the context of global warming，we should focus more on the mechanisms behindthe effects of climate change and climatic extremes on the yield of various crops during individualgrowing stages in the Huanghuaihai Plain Such a discovery is expected to offer significant scientificdirection for better coping with climate change and enhancing agricultural output in ChinaKey words:Huanghuaihai plain;climate change;drought;grain yield第 1 期缪丽娟，等:黄淮海平原气候变化及对粮食产量影响研究综述11目前，全球正处于前所未有的气候变暖时期1。气候变暖会引起海平面上升2、极端事件频发3、物种灭绝4 等诸多问题，同时也会深刻地影响全球和区域粮食安全。近年来，黄淮海平原经历了显著的气候变暖过程，同时还面临着干旱、洪涝等极端气候事件频发的威胁5。这些因素导致了农业受灾风险不断增加，从而对该区域粮食生产和经济发展带来了极大的挑战。因此，全面系统地理解黄淮海平原历史气候变化特征及其对粮食产量的影响，对保障区域粮食安全、维护社会稳定具有至关重要的意义。黄淮海平原位于东经 110 123、北纬 29 43，包括北京中南部、天津大部、河北中东部、河南大部、山东大部、安徽北部、江苏北部地区，不仅是中国的人口稠密区、经济活跃区，而且是重要的粮食主产区67。该地区在气候条件上属于半干旱、半湿润气候，年均温816 8，年降水量5001 000mm9。良好的水热条件加之平坦的地形为农业发展奠定了优良的基础，黄淮海平原粮食产量约占全国粮食产量的 30%，主要农作物为小麦、玉米等，其对全国冬小麦产量贡献率达 57%，玉米产量贡献率近 35%6，10。除受地理条件影响，黄淮海平原粮食产量还受到气候变化、人类活动等因素综合影响1114。其中，气候变化及其致灾影响已成为学术界关注的焦点。干旱是中国最主要的气象灾害之一15，也是影响黄淮海平原粮食产量的重要因素1618。21 世纪以来，黄淮海平原由于气候变暖、耕地面积增加、灌溉设施改进、科学施肥1920 等因素的叠加，粮食产量总体呈上升趋势12，2021，但自然灾害对粮食产量的负面影响仍不可忽视。黄淮海平原历史上旱灾频发，造成的粮食减损量位于中国前列22，是中国旱灾减产的高风险地区23。鉴于此，通过对已有文献分析，系统总结黄淮海平原近年来气候变化规律及其对关键粮食作物产量的影响，以期为黄淮海平原农业生产应对气候变化和干旱风险提供理论依据。1黄淮海平原干旱研究文献统计本研究以“黄淮海干旱”或“华北干旱”为主题在中国知网进行检索，通过文献计量分析回顾了近 30 a 黄淮海平原干旱研究的现状。结果显示，19922021 年黄淮海平原的干旱研究呈波动上升趋势(图 1a)。其中，近 10 a 发文量迅速增加，表明近年来黄淮海的干旱特征研究受到了学者们的广泛关注。黄淮海平原干旱研究涉及气象学、农学、林学、水文学、环境科学等多个领域。其中，有关气象学和农学领域的研究占到了发文总数的 50%以上。此外，就研究主题进行分析，发现除搜索的主题外，“夏玉米”及“冬小麦”2 个主题词在近 30 a 的发文中高频出现(图 1b)，且“黄淮海地区”与“夏玉米”及“黄淮海平原”与“冬小麦”这 2 组主题共现次数最高，分别为 10 次和 8 次。这表明近 30 a 黄淮海平原干旱特征的研究往往与粮食作物存在密不可分的关系。检索发现仅有少部分学者对黄淮海平原干旱对粮食产量的影响展开了研究。图 119922021 年黄淮海平原干旱研究文献统计(a)和检索文献中主题词出现的频率(b)Fig 1Literature statistics of drought research in the Huanghuaihai Plain from 1992 to 2021(a)，andfrequency of key words in literature retrieval(b)12河南农业大学学报第 57 卷2黄淮海平原近 60 a 气候变化规律气象资料表明，20 世纪 60 年代以来，黄淮海平原气候总体呈现气温升高、降水减少的趋势，气候变化在区域内部存在显著的空间差异。这与李森等24、刘凯等25 的研究结果一致。极端天气事件的发生也充满了不确定性，其中极端气温发生的频率不断被增加2628，而极端降水发生的频率总体上在减少5，29。2 1黄淮海平原历史气温变化特征19612010 年，黄淮海平原年平均气温呈显著升高趋势(0 040 a1)8，3031，显著高于中国同期的升温速率(0 023 a1)及全球平均升温速率(0 020 a1)32。从年代际尺度来看，19611980 年，黄淮海平原年均气温呈下降趋势(0 021 a1)，1981 年以后呈明显上升趋势(0 065 a1)8。黄淮海平原最高温和最低温变化趋势不均衡，表现为 19502000 年，黄淮海平原最高温呈现微弱降低趋势，而最低温显著上升，气温年较差呈波动下降趋势33。总体上，该地区气温增加主要由最低气温贡献30，34。此外，黄淮海平原气温变化存在明显的季节、月和地区差异。从季节尺度看，冬季气温上升速率最快，春秋次之，夏季气温呈较弱下降趋势30，33。从月尺度来看，黄淮海平原 2 月气温上升幅度最快，9 月和 3 月次之30。从地区差异来看，受气候系统、纬度等因素影响，平原北部气温总体低于南部，但北部气温增加幅度大于南部，南北之间气温差正在逐渐缩小8，30，33。20 世纪 90 年代以来，山东省气温升高最为明显，河南、河北两省气温升高幅度相对较低35。总体上，过去 60 a 黄淮海平原地区气温呈显著上升趋势，且北部增温显著高于南部。同时在全球变暖的背景下，黄淮海平原极端温度事件发生的频率在不断增加。主要表现为极端高温发生频率不断增加26，尤以夜间型热浪以及复合型热浪频率增加更为明显，且持续时间更长27。极端低温发生频率不断降低，但春季极端低温发生频率显著增加28。2 2黄淮海平原历史降水变化特征19612010 年，黄淮海平原年降水总量呈现微弱下降趋势，且该趋势逐渐减弱24，36，内部变化差异较为明显。区域内雨带明显南移，21 世纪后则呈现北抬趋势37。20 世纪90 年代前，黄淮海平原年降水量呈下降趋势;20 世纪 90 年代到 21 世纪初期，呈上升趋势12，35，3840。在空间上，黄淮海平原南北降水量差异正逐渐加大35。在年降水量相对较少的北部地区，降水量趋于更少，而原本就降水丰富的南部在过去几十年中年降水量正持续增加12，4041。此外，学者们还对黄淮海平原作物生长季降水量变化进行了分析5，12，35，42，结果与黄淮海平原