气候协变性对我国东北粮食作物单产影响的空间分异机制研究

In this study, the climate change sensitive area in China --northeast region is selected as the study area and the main crops (rice, wheat and maize) as the research object to investigte and understand the spatial heterogeneity mechanism of the interaction of climate factors in the context of crop yield under the golbal warming effects. To do that, the spatial econometric model and the spatial model heterogeneity analysis based on geodetector are improved to explore the long-term trends in time series and mutations of regional climate and crop yield over the past 35 years (1980-2014), as well as on the spatial dimension of spatial and regional exceptions. The temporal and spatial differentiation characteristics of the effects of climate covariability on crop yields are analyzed. The main mechanism of climate heterogeneity is analyzed by climate and natural socioeconomic factors affecting crop yields. This study will help to promote the application of climatology and spatial metrology methods and application integration, and to promote small-scale differentiated climate - intelligent agriculture development. It is also beneficial to improving measures to promote adaptation to climate change and ensure food security.

针对全球变暖背景下气候因子的交互作用对作物单产影响的空间过程异质性机理尚不明确的科学问题，本项目以我国气候变化敏感区—东北地区为研究区域，以主要农作物（水稻、小麦和玉米）为研究对象，通过改进空间计量分析模型和基于地理探测器的空间分层异质性分析综合模型簇，探究区域气候及作物单产过去35年（1980-2014年）在时间序列上的长期趋势及突变，以及在空间维度上的空间过程及区域异常；分析气候因子协变对作物单产影响的时空分异特征；解析气候和自然社会经济因素影响作物单产空间异质性的主要机制。本研究有利于促进应用气候学与空间计量学的方法和应用融合，有利于促进小尺度差异化气候—智慧型农业的开展，有利于促进适应气候变化措施改良和保障粮食安全。

完成了中国水稻、玉米和小麦种植区域气象、产量、土地利用和土壤类型、DEM、主要农业社会经济指标县级数据库，衍生生产了多时序尺度（年度，季，月，生长期）和多空间尺度（县级，0.5°格网，1km格网）时空数据库。. 本项目从时序变化和空间分布两个维度探索了中国水稻、小麦和玉米以及主要气候因子多空间尺度背景的时间序列变化，MK突变，空间异质度变化，重心变化以及空间自相关时序变化。针对研究内容气候协变对作物单产影响的空间分异特征、演变规律及分异机制研究，采用偏最小二乘法，多元线性回归，多尺度空间回归，重心回归模型，机器学习多模型比较等方法模型簇。. 研究表明过去35年，气温的升高有利于东北、西南和华南地区水稻的增产，但对长江流域和海南省造成了危害。与玉米相比，气温的升高更有利于长江以南地区的产量，对东北和西北地区有负面影响。对小麦而言，气温升高对中国北方大部分小麦主产区不利。由于农田管理等非气候因素的复合作用，气候变暖引起的南方小麦产量增加在统计上不显著。降水量（P）的增加不利于东北、长江中下游和南方沿海地区水稻产量的增加，但对华北、西南和新疆部分地区有积极贡献。在大多数地区，降水对玉米增产的贡献与水稻相似。相反，中国大部分地区降水量的增加对小麦产生了负面影响，但西北干旱地区、新疆、重庆部分地区和湖北省除外。光合有效辐射（R）的增加对东北地区和长江流域水稻产量的增加有显著影响，但对新疆和江南地区的影响较弱。对玉米而言，R在新疆和华南地区，尤其是西南地区有明显的增产作用。R的增加主要促进了新疆、东北和西南地区小麦产量的增长，但对长江下游和东南沿海地区没有明显益处。. 本研究时空数据库及方法模型簇，能为从事相关研究的学者提供数据基础及方法参考。揭示了35年来水稻、玉米和小麦单产的时空分异特征，探究了气候协变对粮食作物单产分布的过程机理。以期能为农业种植区划和区域农业保险方案设计提供科学支持。