作者简介:孙科(1985—),男,江苏溧阳人,工程师,硕士,从事应用气象工作,E-mail:344632853@qq.com。
建立温度、降水、日照适宜度函数模型,基于几何平均法推算水稻生育期气候适宜度,利用高分辨率地理数据和GIS技术研究水稻气候适宜度细网格分布特点。结果表明,绍兴市早稻和晚稻全生育期气候适宜度变化趋势不变,单季晚稻全生育期气候适宜度呈减小趋势;在气候变暖背景下,早稻营养生长期气候适宜度增加,但灌浆成熟期气候适宜度减小;晚稻前期气候适宜度减小,后期气候适宜度增加;单季晚稻苗期和后期气候适宜度增加,但拔节孕穗期气候适宜度减小。绍兴市大部分地区适宜单季晚稻生产,但在海拔300 m以下的地区适宜双季稻生产,应大力推广双季稻种植。
气候变暖已影响全球[1]。农业对气候变化的反应最明显[2, 3, 4]。气候适宜度是指温度、降水、日照等因子对作物成长发育、产量形成的适宜水平[5, 6]。有关学者对柑桔[7]、玉米[8]、水稻[9]、小麦[10]、棉花[11]等作物生产气候适宜程度开展了研究, 但这些研究基于单个站点分析, 无法推算出无测站地区的适宜度分布特点。我国南方地形复杂, 温度、日照、降水等要素在空间上差异非常明显[12, 13, 14], 从而导致农作物在成长发育、产量形成等方面适宜水平空间分布差异较大[15, 16]。
水稻是浙江省绍兴市重要的粮食作物, 研究水稻气候适宜度细网格分布, 有利于在山地地形条件下, 因地制宜充分利用小气候资源, 合理布局作物品种, 减少生产的盲目性。
1972年1月至2012年12月国家站逐日气象资料、2004年1月至2012年12月绍兴市区域站的逐日气象资料、1∶ 25万DEM来自浙江省气象局; 1980— 2013年新昌县、绍兴县水稻生育期及产量资料分别来自新昌县农业局和绍兴县气象站。
S(T)=
B=
式中:T为某时段平均气温; Tmin、Tmax、T0分别代表水稻在该时段内最低、最高和最适温度。
采用蒋定生[19]的模型计算降水适宜度。
S(R)=
式中:R为某时段内降水量; R0为生理需水量。
本研究以日照时数达可照时数的70%(日照百分率)以上即适宜[20]。
S(Sun)=
b=0.538 Sun0 +0.013。
式中:Sun为日照时数的观测值; Sun0为日照百分率为70%的日照时数; b为经验常数[20]。
基于几何平均推算水稻整个生育期总体气候适宜度(S), 即
S=
利用Mann-Kendall test趋势法开展水稻气候适宜度显著性检验[21]。
热量条件是妨碍绍兴市水稻生长的最主要气象因素, 以≥ 10 ℃活动积温为区划指标。双季稻的生长适宜区:≥ 10 ℃积温5 000 ℃以上; 次适宜区:≥ 10 ℃积温4 600 ℃以上; 不适宜区:≥ 10 ℃积温4 600 ℃以下。单季稻的生长适宜区:≥ 10 ℃积温4 500 ℃以上; 次适宜区:≥ 10 ℃积温4 000 ℃以上; 不适宜区:≥ 10 ℃积温4 000 ℃以下[22]。
利用1∶ 25万DEM数据以及GIS技术, 确定经度、纬度、高程、坡度、坡向、地形开阔度等因子对气候适宜度影响权重系数, 建立拟合模型, 基于GIS空间分析将水稻气候适宜度推算到每个网格点。
2.1.1 早稻气候适宜度年变化
基于气象站数据分析早稻气候适宜度逐年变化特征(图1)。从1972— 2012年早稻温度适宜度逐年上升, Mann-Kendall test达0.01显著水平; 降水适宜度逐年下降, 但Mann-Kendall test不显著, 说明变化不明显; 日照适宜度在0.780~0.970波动、气候适宜度在0.60~0.81波动, 变化不明显。
2.1.2 晚稻气候适宜度年变化
由图2可知, 1972— 2012年, 晚稻温度适宜度逐年线性增加, 降水适宜度、日照适宜度和气候适宜度逐年线性减小, 但Mann-Kendall test不显著, 说明变化不明显。
2.1.3 单季晚稻气候适宜度年变化
由图3可知, 1972— 2012年单季晚稻温度适宜度逐年线性增加, Mann-Kendall test达0.01显著水平; 降水适宜度随时间变化不显著; 日照适宜度和气候适宜度逐年线性降低, Mann-Kendall test达0.01显著水平。
2.2.1 早稻各生育期的气候适宜度年变化
早稻各生育期日照适宜度、降水适宜度差异小, 变化不明显(图4)。温度适宜度除拔节孕穗期和开花期变化不明显外, 其他生育期变化Mann-Kendall test均达显著水平。温度适宜度在苗期、返青期和分蘖期显著增加, 在灌浆成熟期显著减少。
2.2.2 晚稻各生育期的气候适宜度年变化
温度适宜度除成熟期不显著外, 其他生育期Mann-Kendall test都达到显著水平, 日照适宜度除拔节期变化Mann-Kendall test显著, 其他生育期变化不明显(图5)。温度适宜度在苗期和返青期显著减小, 在分蘖期、拔节期和开花期显著增加, 日照适宜度在拔节孕穗期显著减小。降水适宜度变化都不显著。
2.2.3 单季晚稻各生育期的气候适宜度年变化
单季晚稻温度适宜度除了在苗期、分蘖期、拔节孕穗期和成熟期Mann-Kendall test显著变化外, 日照适宜度除了在拔节孕穗期和抽穗开花期Mann-Kendall test显著变化外, 其他都不显著(图6)。
2.3.1 早稻气候适宜度细网格分布
绍兴市早稻气候适宜度在0.60~0.75(图7), 其中绍兴东北部、中南部盆地早稻气候适宜度在0.65以上; 越城区西南部、诸暨大部气候适宜度低, 在0.63以下; 越城区东南部、嵊州市大部、新昌西南部早稻气候适宜度在0.630~0.635, 上虞大部、新昌中东部早稻气候适宜度在0.635~0.640。
2.3.2 晚稻气候适宜度细网格分布
绍兴市晚稻气候适宜度在0.52~0.62(图8), 其中绍兴东北部、中南部盆地气候适宜度在0.58以上; 越城区东南部、嵊州市西部、新昌大部气候适宜度在0.58以下。
2.3.3 单季晚稻气候适宜度细网格分布
绍兴市单季晚稻气候适宜度在0.60~0.73(图9), 单季晚稻气候适宜度呈从北向南递减趋势。绍兴东北部平原、诸暨盆地晚稻气候适宜度在0.67~0.73, 绍兴中南部盆地在0.64~0.67, 嵊州南部、新昌大部晚稻气候适宜度在0.64以下。
绍兴市4月为早稻秧苗期, 此时易出现“ 倒春寒” 天气造成早稻烂秧; 5月上旬、5月中下旬分别为返青期和分蘖期, 低温连阴雨时常出现, 导致早稻僵苗。新昌县气象站资料计算的苗期、返青期、分蘖期温度适宜度小于0.5的机率分别为33.3%、16.7%、40.5%, 其中1991年返青期的温度适宜度为0。随着气候变暖, 4、5月气温呈升高趋势, 这3个生育期的温度适宜度也呈增大趋势, 但温度升高呈波动性, 因此温度适宜度增大也呈波动性。7月是绍兴市早稻灌浆成熟期, 随着气温升高, 高温日数增多, 易造成早稻高温逼熟, 温度适宜度呈下降趋势。
随着气候变化, 绍兴市7月高温日数增多, 高温强度增强, 影响晚稻秧苗生长和移栽后返青。8月后气温偏高, 有利于水稻生长, 特别是9月气温升高, 秋季低温推迟, 有利于晚稻抽穗开花, 安全齐穗。近年来, 绍兴市8月下旬至9月中旬雨日不断增加, 日照适宜度逐渐减小。
随着5、6月气温升高, 有利于单季晚稻秧苗生长和分蘖, 但7月至8月上中旬的高温不利于拔节孕穗, 9月中旬至10月温度升高有利于成熟。8月下旬至9月上旬日照减少, 不利于单季晚稻拔节孕穗和开花授粉。
温度是造成各地早稻和晚稻气候适宜度差异的最主要因子。在平原、海拔200~300 m丘陵台地水稻气候适宜度分别在0.64、0.58以上, 适宜双季稻生产, 应大力推广双季稻种植。降水是造成各地早稻和晚稻气候适宜度差异的最主要因子, 绍兴市北部以河网平原为主, 南部以丘陵山地为主, 从北向南, 单季晚稻气候适宜度逐渐减小。绍兴市大部分地区适宜单季晚稻生产, 气候适宜度在0.6以上, 因此海拔300 m以上的地区应大力推广单季晚稻种植。
The authors have declared that no competing interests exist.
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