湘潭市農(nóng)業(yè)氣候資源變化分析及其對雙季稻生長的影響

摘要 [目的]分析湘潭市農(nóng)業(yè)氣候資源變化及其對雙季稻生長的影響。[方法]利用1961～2010年湘潭市3個國家氣象觀測站的氣象觀測資料，計算分析雙季稻生長季的熱量資源（主要包括農(nóng)業(yè)生長界限溫度和生長季積溫等）、水資源、光資源的變化趨勢及其變化對雙季稻生長的影響。[結(jié)果]穩(wěn)定通過11 ℃初日提前，穩(wěn)定通過20 ℃終日推遲，穩(wěn)定通過8 ℃初日、22 ℃終日變化不大，10 ℃初日至20 ℃和22 ℃終日持續(xù)日期延長，活動積溫增加，降水量增加，日照時數(shù)減少，但除穩(wěn)定通過11 ℃初日、日照時數(shù)減少通過顯著性檢驗外，其余均未通過。[結(jié)論]湘潭雙季稻的安全生長期將有所延長，可將種植品種中早熟品種換成生育期相對較長、產(chǎn)量相對較高的中熟或遲熟品種，將有利于提高雙季稻的單產(chǎn)。

關(guān)鍵詞 農(nóng)業(yè)氣候資源；界限溫度；變化特征；雙季稻；影響；湘潭市

中圖分類號 S161 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）17-05587-03

Abstract [Objective] The research aimed to analyze the change of agricultural climate resources and its influence on the growth of double cropping rice in Xiangtan. [Method] Using hree National Meteorological Stations meteorological observation data in Xiangtan city from 1961 to 2010，the change trends of heat resource （including agricultural main boundary temperature and accumulated temperature of growing season），water resources and light resources in double cropping rice growth season and its influence on the growth of double cropping rice were calculated and analzed.[Result]The beginning date of stability through 11 ℃ was advanced，the last date of stability through 20 ℃ was delayed，the beginning date of stability through 8 ℃ and the last date of stability through 22 ℃ were little change，beginning date of 10 ℃ to 20 ℃ and 22 ℃ extend continuously throughout the day， active accumulated temperature and precipitation increase， reduce the number of sunshine， but the beginning date of 11 ℃， reduce the number of sunshine hours pass significant test， the rest were not through.[Conclusion] Safe growth period of double cropping rice in Xiangtan would be extended， planting early maturing varieties can be changed into growth period is longer， relatively high yield of medium or late maturing varieties， will help to improve the yield of double cropping rice.

Key words Agricultural climate resources；Critical temperature；Change characteristics；Double cropping rice； Influence； Xiangtan City

當(dāng)前，全球氣候變暖已成為事實，最近100年全球平均氣溫升高了0.3～0.6 ℃，特別是20世紀(jì)80年代以來，增溫更為迅速[1]。有研究表明，全球氣候變暖帶來的氣溫、降水、光照等氣候要素的變化，對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境以及作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成將造成顯著影響[2-3]。湘潭是湖南省的種糧大市，氣候資源豐富，受氣候變化影響，湘潭的光、熱量、水等農(nóng)業(yè)氣候資源的年際間和地域間等均有明顯差異。因此，筆者利用 1961～2010年湘潭市3個國家氣象觀測站的氣象觀測資料，計算分析了雙季稻生長季的熱量資源（主要包括農(nóng)業(yè)生長界限溫度和生長季積溫等）、水資源、光資源的變化趨勢及其變化對雙季稻生長的影響，為今后應(yīng)對氣候變化、合理利用農(nóng)業(yè)氣候資源、制定適應(yīng)氣候變化的對策等提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

采用1961～2010年湘潭市3個國家氣象觀測站的逐日平均氣溫、降水量、日照時數(shù)的氣象觀測資料。氣象資料來自湖南省氣候中心下發(fā)的1961～2010年湘潭地區(qū)地面測報A文件。

1.2 分析方法

1.2.1 界限溫度初終日和雙季稻生長季的確定。

穩(wěn)定通過是指后期不再出現(xiàn)連續(xù)5 d滑動日平均氣溫值低于或高于規(guī)定的指標(biāo)[4]。根據(jù)資料，穩(wěn)定通過8 ℃初日為湘潭雙季早稻旱育秧的界限溫度，穩(wěn)定通過11 ℃或12 ℃初日為水育秧的界限溫度，20、22 ℃終日為粳稻或秈稻安全抽穗揚花的最低界限溫度[5-6]。其中10 ℃初日至20 ℃或22 ℃終日為雙季稻生長界限穩(wěn)定期。根據(jù)水稻生長發(fā)育期，以4～10月作為雙季稻生長季。

1.2.2 生長季積溫。

積溫是表示熱量資源的重要指標(biāo)，一般用≥10 ℃積溫來反映作物生長期內(nèi)的熱量狀況。在此以10 ℃初日至20 ℃（22 ℃）終日持續(xù)時間計算積溫。

1.2.3 氣候傾向率計算。

利用多項式法擬合一元線性方程y=at+b計算各氣象要素的年趨勢變化率及其在生長季的變化率，式中，a為斜率，b為回歸系數(shù)，y為氣象要素，t為時間；其斜率（a）表示氣象要素變化傾向率，a值的符號正或負(fù)反映趨勢上升或下降[7]。年變化率回歸分析的顯著性用F檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)氣候資源變化特征分析

2.1.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)界限溫度初、終日的變化特征。

從表1可以看出，1961～2010年來湘潭雙季稻產(chǎn)區(qū)，8、11 ℃初日日序的氣候傾向率分別為-0.13、-0.98 d/10a，均為下降趨勢，說明穩(wěn)定通過8、11 ℃界限溫度的初日均有提前趨勢，但8 ℃初日提前不明顯，全市平均提前0.13～0.98 d/10a；20 ℃終止日序的氣候傾向率表現(xiàn)為增加趨勢，即穩(wěn)定通過20 ℃終日為推遲趨勢，全市平均推遲2.79 d/10a；22 ℃終止日序的氣候傾向率表現(xiàn)為弱下降趨勢，可視為穩(wěn)定通過22 ℃終日變化不大。穩(wěn)定通過8 ℃的初日在年代變化上，20世紀(jì)70、80年代較60年代略有推遲，90年代推遲較多，但在21世紀(jì)以來則提前較多，初日為3月10～12日?？傮w來看，21世紀(jì)以來各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)界限溫度初日（終日）均有不同程度的提前（推遲），而韶山在各年代初終日的變化均較其他地區(qū)提前較多。在相關(guān)性檢驗上，穩(wěn)定通過11 ℃界限溫度初日，平均的年代變化通過了0.05的顯著性檢驗，而其他的界限溫度未通過顯著性檢驗。

2.1.2 界限溫度持續(xù)日數(shù)和積溫變化特征。

根據(jù)廖玉芳等研究提出的湖南省雙季稻種植適宜性氣候區(qū)劃指標(biāo)[8]，以10 ℃初日至22 ℃終日統(tǒng)計分析界限溫度持續(xù)日數(shù)和積溫。從表2可知，除20世紀(jì)80年代外，全市各地10 ℃初日至22 ℃終日持續(xù)日數(shù)均有不同程度增加，60、70年代各站均變化不大，80年代總體縮短4～5 d，90年代以來為增加趨勢，特別是湘潭的持續(xù)日數(shù)21世紀(jì)以來增幅明顯，較20世紀(jì)90年代增加了7 d；均沒有通過顯著性檢驗。10 ℃初日至22 ℃終日積溫年變化率為22.2 （℃·d）/10a，為增多趨勢；20世紀(jì)60～80年代為下降趨勢，與持續(xù)日數(shù)類似，大部分地區(qū)于80年代為一個突變點，90年代之后又明顯增加，21世紀(jì)以來變化趨勢約為308.9 （℃·d）/10a，湘潭、湘鄉(xiāng)較20世紀(jì)80年代增加約240～282 ℃·d。

2.1.3 水資源變化特征。

分析降水量的年變化曲線（圖略）可看出，在20世紀(jì)60年代末～70年代初和90年代末21世紀(jì)初期2個階段為降水最多時期，而在20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了一段枯水期，最少年為1986年，為996.9 mm，90年代以后呈增多趨勢，2002年達(dá)到50年來的峰值1 923.3 mm，湘鄉(xiāng)、韶山降水量的總體分布趨勢也大概一致。線性擬合分析可見，湘潭、湘鄉(xiāng)、韶山的年降水量均呈增加趨勢，湘潭、湘鄉(xiāng)增加的速度較快，分別以氣候傾向率為23.5、28.9 mm/10a的趨勢增多，韶山氣候傾向率為8.1 mm/10a。但沒有通過顯著性檢驗。

雙季稻生長季4～10月的降水總量與年降水量的變化特征相似，存在2個豐水期、1個枯水期。經(jīng)過線性傾向估計法分析（圖1，以湘潭為例），與年分布情況略有不同，湘潭、湘鄉(xiāng)年降水量均呈增多趨勢，湘潭以8.95 mm/10a的氣候傾向率增長，湘鄉(xiāng)以15.06 mm/10a的趨勢增長，韶山則以1.76 mm/10a的趨勢減少。尤以20世紀(jì)90年代降水增多的趨勢明顯，氣候傾向率達(dá)263.97 mm/10a，通過了0.02的顯著性檢驗。

2.1.4 光資源變化特征。

經(jīng)分析，1961～2010年湘潭市日照時數(shù)氣候傾向率為負(fù)，說明年日照時數(shù)隨著時間增加整體呈下降趨勢，湘潭以41.02 h/10a的傾向率速度下降，湘鄉(xiāng)以48.19 h/10a速度下降，韶山的下降幅度最大，達(dá)-78.46 h/10a，且21世紀(jì)以來湘鄉(xiāng)、韶山下降明顯。從負(fù)相關(guān)系數(shù)來看，均超過0.01的信度檢驗，其中湘潭和韶山甚至超過了0.001的信度檢驗，全市日照時數(shù)下降趨勢均通過了顯著性檢驗（表3）。

雙季稻生長季4～10月的日照時數(shù)與年日照時數(shù)的變化特征一致（圖2，以湘潭為例），整體呈下降趨勢，韶山的降幅為最大。經(jīng)線性擬合分析，雙季稻生長季日照時數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢，湘潭、湘鄉(xiāng)的氣候傾向率分別為-33.65、-35.46 h/10a，韶山為-59.83 h/10a，下降趨勢最明顯。從負(fù)相關(guān)系數(shù)來看，3站均通過了顯著性檢驗，且均超過0.01的信度檢驗，其中韶山超過了0.001的信度檢驗（表3）。生長季日照時數(shù)年代變化與年日照時數(shù)的年代變化大體相同，20世紀(jì)80年代以后，雙季稻生長季日照時數(shù)是波動下降的，21世紀(jì)以來以17.84 h/10a的傾向率下降，降幅最為明顯，并通過了顯著性檢驗，其他年代均未能通過顯著性檢驗。

2.2 對雙季稻生長的影響分析

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)界限溫度穩(wěn)定通過8、11 ℃初日提前，20 ℃終日推遲，積溫增多和界限溫度持續(xù)日數(shù)延長，雙季稻生長季降水量增加，日照時數(shù)減少的氣候變化特征，均將對湘潭市的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、種植制度和作物產(chǎn)量等產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

2.2.1 界限溫度起止日、積溫和持續(xù)日數(shù)變化產(chǎn)生的影響。

育秧適宜溫度初日的提前，全市的農(nóng)事活動不同程度提前，穩(wěn)定通過11 ℃初日提前的氣候特點，并通過顯著性檢驗，因此，不考慮品種，在種植時間上，選擇11 ℃作為水稻安全播種期，有利于水稻播種后育秧和壯苗培育。穩(wěn)定通過20 ℃終日的延遲能保障雙季晚稻安全揚穗開花，但通過顯著性檢驗的區(qū)域不多。

積溫和持續(xù)日數(shù)的不同程度增大，作物生長發(fā)育所需的熱量條件更充足，對于保證雙季稻安全生長、齊穗非常有利，也將大大減少冷害的發(fā)生，但≥10 ℃積溫初、終日的年際間差異非常大，且均未通過顯著性檢驗，因此，作物在生長季受到冷害的風(fēng)險仍然是比較大的[9-11]。

另外，根據(jù)廖玉芳等[8]研究提出的氣候區(qū)劃指標(biāo)（表4），湘潭、湘鄉(xiāng)10～22 ℃的積溫約4 200～4 400 ℃·d，較適宜的雙季稻熟制搭配為中熟+遲熟（前面為早稻熟性，后面為晚稻熟性），而從21世紀(jì)以來來看，湘潭的積溫達(dá)4 532.2 ℃·d，表明湘潭隨時間最適宜種植遲熟+遲熟的熟制搭配；韶山積溫為4 100 ℃·d左右，適宜的雙季稻熟制搭配為早熟+遲熟（中熟+中熟）。但僅考慮了積溫的分布狀況，只代表熱量資源的一個變化趨勢，不能作為水稻種植布局的決定性依據(jù)。

2.2.2 水資源增加產(chǎn)生的影響。

根據(jù)《中國主要作物需水量與灌溉》[12]統(tǒng)計分析得出長江中下游地區(qū)雙季稻的需水量平均為767 mm。1961～2010年湘潭市雙季稻生長季的平均降水量為1 083～1 120 mm，降水充足，較滿足作物的水分需求；生長季的降水量增加趨勢，對灌溉條件較差的地區(qū)，有利水稻在生長關(guān)鍵期均有充分的水分供應(yīng)。但氣候變化背景下，極端強降水平均強度和極端強降水值均有增加趨勢，極端強降水事件也趨于增多[13]，且年際間也存在較大的差異，仍要考慮極端事件的不利影響。

2.2.3 光資源減少產(chǎn)生的影響。

50年湘潭市雙季稻生長季的平均日照時數(shù)為1 137～1 193 h，能滿足作物生長需求。生長季日照時數(shù)減少趨勢，將由于光照的不足，可能會導(dǎo)致作物光合作用不夠充分，影響干物質(zhì)積累，從而影響作物產(chǎn)量。若遇到階段性低溫，光合速率明顯降低，日照時數(shù)的減少將加劇低溫冷害對其造成的影響[14]。

3 結(jié)論與討論

1961～2010年湘潭市多數(shù)地方穩(wěn)定通過11 ℃初日提前，穩(wěn)定通過20 ℃終日推遲，穩(wěn)定通過8 ℃初日、22 ℃終日變化不大，10 ℃初日至20 ℃和22 ℃終日持續(xù)日期延長，活動積溫增加，降水量增加，日照時數(shù)減少，但除穩(wěn)定通過11 ℃初日、日照時數(shù)減少通過顯著性檢驗外，其余均未通過。

氣候變化使得湘潭水稻的適宜生長季開始日期提早、安全齊穗終止日期延后，雙季稻的安全生長期有所延長，因此，在品種和熟制布局、稻作制度等方面做出適當(dāng)調(diào)整，可將種植品種中早熟品種換成生育期相對較長、產(chǎn)量相對較高的中熟或遲熟品種，將有利于提高水稻的單產(chǎn)[15]，并要改善灌溉條件，努力培育生育期較長的耐熱和耐旱新品種，加大優(yōu)良品種推廣力度，提高良種覆蓋度[16]。

農(nóng)業(yè)氣候資源發(fā)生了明顯變化，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，需要大力增強農(nóng)業(yè)防災(zāi)、抗災(zāi)減災(zāi)和綜合生產(chǎn)的能力，趨利避害，充分有效地利用好農(nóng)業(yè)氣候資源，確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

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