大气污染对水稻产量的影响研究(2)
气溶胶对农作物的影响主要通过光吸收和光散射直接影响太阳辐射，其含量上升一方面可削弱到达地面的太阳总辐射，阻碍作物对太阳辐射的吸收和利用，影响植物光合作用和相关蛋白质的表达过程[3]，从而不利于作物的生长发育和产量形成。另一方面可提高散射辐射比例，散射辐射较直射辐射更能被作物有效利用[4]，散射辐射比例的提高可以改善作物冠层光分布，提高作物的光能利用率[5]，进而对作物产量有一定的正面影响，即散射辐射具有“肥料效应”[6-7]。此外，气溶胶对太阳短波辐射的吸收以及对地气系统长波辐射的散射和吸收会造成昼夜温差缩小，进而削减植物白天光合作用的积累，增强夜晚呼吸作用的消耗，不利于作物体内有机物的积累[8]，影响农作物的产量和品质。但是，长期的霾污染会出现降温效应，而温度降低会使农作物到达一定积温所需的时间延长，从而通过延长生育期对作物产量产生积极影响[9]。除了影响太阳辐射和温度外，气溶胶还可以作为云中凝结核改变云微物理过程和降水性质，改变大气的水循环，影响降水量[10]，间接影响水稻产量。
水稻作为我国重要的粮食作物，研究大气污染对其产量的影响对于文护国家粮食安全和经济安全具有重要意义。Lobell等[11]发现，相比基于作物生长过程、利用田间试验数据进行产量预测的作物模型，利用历史产量和气候数据来预测产量变化的统计模型，在反映气候变化对产量影响方面有突出优势。大气污染指数（Air Pollution Index，API)作为评估空气质量状况的无量纲指数，可以直观地评价大气环境质量状况并指导大气污染的控制和管理，划分为0-50、51-100、101-150、151-200、201-300和大于300优尔档，对应于空气质量的优、良、轻微污染、轻度污染、中度污染、重度污染优尔个级别。计入大气污染指数的大气污染物包括二氧化硫、氮氧化物和可吸入浮颗粒（PM10）等，将它们简化为单一的概念性指数形式，即为API。该数据自2000年由环保部发布，直至2013年被空气质量指数（Air Quality Index, AQI）代替。由于AQI数据发布时间较晚，数据年份比较短，故本研究采用年限相对较长的API量化大气污染程度。
本研究参考Lobell等[12]的统计模型，根据我国水稻生产空间布局[13]及大气污染时空格局[14]，选取水稻主要生产省份的10个污染较为严重的城市，分别收集各个站点2000-2012年间历史作物产量、气候数据和空气污染指数资料，定量分析大气污染对我国水稻产量的影响，以期为评估大气污染对我国水稻物产量的影响提供参考。
1 材料与方法
1.1 研究区域及数据来源
本研究以单季稻和晚稻为研究对象，根据中国水稻生产空间布局变迁[13]及2002-2012年中国大气污染时空格局演变[14]，选取了我国水稻主产区内污染较为严重且资料较完整的10个站点（江苏南京、上海、浙江杭州、湖南南县、四川成都、重庆、湖北武汉、江西南昌、安徽合肥、黑龙江牡丹江），收集了各站点的历史作物产量数据（表1）。
作物产量除受大气环境的影响，还与温度、降水量紧密相关[15,16]。本研究收集了各站点2000-2012年的逐日API、日均温以及月降水量数据（表1）。
表1 10个站点历史数据来源
Table 1 Historical date sources of 10 stations
站点 数据 年份（年） 数据来源（网站地址）
南京 单季稻单产 1980—2014 南京统计局 http://221.226.86.104/
上海 单季稻单产 1980—2014 中国种植业信息网 http://www.zzys.moa.gov.cn/