四川盆地水稻不同生育期干旱頻率的空間分布特征*

劉琰琰，張玉芳，王明田，陳　超，潘學標，周雪慧（．成都信息工程大學大氣科學學院高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室，成都 05；．四川省農(nóng)業(yè)氣象中心，成都 007；．四川省氣象臺，成都 007；．四川省氣候中心，成都 007；5．中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 0009；．遂寧市氣象局，遂寧 9000）

?

四川盆地水稻不同生育期干旱頻率的空間分布特征*

劉琰琰1，張玉芳2，王明田3，陳超4，潘學標5**，周雪慧6
（1．成都信息工程大學大氣科學學院高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室，成都 610225；2．四川省農(nóng)業(yè)氣象中心，成都 610072；3．四川省氣象臺，成都 610072；4．四川省氣候中心，成都 610072；5．中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京 100094；6．遂寧市氣象局，遂寧 629000）

摘要：將四川盆地按地理地貌類型及水稻種植區(qū)劃分為5個區(qū)域即盆南、盆中、盆西、盆周和盆東，基于區(qū)內(nèi)102個縣(市)氣象臺站1980-2014年的逐日氣象資料及32個農(nóng)業(yè)氣象觀測站的水稻生育期資料，利用干旱評估指標分析四川盆地水稻各生育期干旱發(fā)生頻率的空間分布特征。結(jié)果表明：水稻移栽-分蘗期干旱頻率在盆中及盆南部分區(qū)域高達90%以上；分蘗-拔節(jié)期及拔節(jié)-孕穗期干旱頻率也相對較高，大部地區(qū)集中在50%～90%；水稻孕穗-抽穗期和抽穗-成熟期的干旱發(fā)生頻率與其它生育期相比較低，孕穗-抽穗期干旱發(fā)生頻率除盆西部分區(qū)域、盆中及盆東北局部在70%～84%以外，其余大部在50%左右；抽穗-成熟期干旱發(fā)生頻率大部分在50%～70%。

關鍵詞：四川盆地；水稻；干旱評估指數(shù)

劉琰琰,張玉芳,王明田,等.四川盆地水稻不同生育期干旱頻率的空間分布特征[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2016,37(2):238-244

水稻是主要的糧食作物，中國60%以上人口以稻米為主食，提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)具有十分重要的意義。然而，隨著氣候變暖，生態(tài)環(huán)境惡化，暴雨、高溫、干旱等異常氣候、災害性天氣日趨頻發(fā)、重發(fā)[1-2]，對水稻生產(chǎn)造成嚴重影響，水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)受到威脅[3]。諸多氣象災害中，干旱是四川省最主要的氣象災害，對水稻生產(chǎn)影響巨大[4]。四川省農(nóng)業(yè)干旱主要發(fā)生在盆地，水稻生育期受其影響大，致害后果嚴重。許多學者對水稻干旱進行了研究[5-7],羅伯良等[5]利用人類生存環(huán)境風險評價法，建立了湖南中、晚稻生產(chǎn)干旱災害評價模型；張旭輝等[6]研制了以降水量和蒸散量為參數(shù)的干旱指數(shù)計算方法，確定了水稻移栽期干旱指標；朱海濤等[7]構(gòu)建了湖南省晚稻干旱指數(shù)模型，并利用該模型分析了湖南不同區(qū)域在晚稻各發(fā)育期的干旱狀況。但針對四川省水稻干旱分區(qū)域分生育期的研究未見報道，加之干旱對四川省盆地區(qū)域水稻生產(chǎn)影響的嚴重性，因此，本文基于不同地區(qū)水稻生育期的差異，將四川盆地稻區(qū)分為5大區(qū)域，按水稻5個生育期，并考慮前期降水的滯后影響和稻田徑流量，構(gòu)建水稻干旱評估指數(shù)，并根據(jù)干旱標準分析確定水稻干旱等級劃分指標，最終利用該指數(shù)分析四川省盆地區(qū)域水稻干旱頻率時空分布特征，以期為制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計劃、防災減災措施及確定保險費率提供依據(jù)。

1　資料與方法

1.1資料來源

氣象資料來源于四川省氣象局，主要包括相關站點1980-2014年的逐日平均溫度、最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數(shù)、風速及海拔高度等；作物生育期資料來源于1980-2014年四川省盆地32個水稻農(nóng)業(yè)氣象觀測站觀測報表；旱情資料來自《中國氣象災害大典（四川卷）》[8]對四川歷年干旱災害的詳細記載。

1.2研究方法

1.2.1研究分區(qū)和生育期確定

四川省盆地區(qū)域主要種植玉米、水稻、小麥和油菜四大糧油作物。按地理地貌類型及種植區(qū)形成的現(xiàn)狀，將盆地區(qū)劃分為5個種植區(qū)（圖1）。其中，Ⅰ.盆南丘陵區(qū)包含35個區(qū)縣（以下簡稱“盆南”），2014年水稻種植面積471.87千hm2，占該區(qū)耕地面積的63.9%；Ⅱ.盆中淺丘區(qū)（33個區(qū)縣，簡稱“盆中”），2014年水稻種植面積559.42千hm2，占耕地面積的46.7%；Ⅲ.盆西平丘區(qū)（44個區(qū)縣，簡稱“盆西”），2014年水稻種植面積552.92千hm2，占耕地面積的66.6%；Ⅳ.盆周邊緣山地區(qū)（24個區(qū)縣，簡稱“盆周”），2014年水稻種植面積299.77千hm2，占耕地面積的43.9%；Ⅴ.盆東平行嶺谷區(qū)（11個區(qū)縣，簡稱“盆東”），2014年水稻種植面積89.18千hm2，占耕地面積的63.1%[9]。

圖1　四川盆地區(qū)域水稻種植分區(qū)和農(nóng)業(yè)氣象觀測站分布Fig. 1　Geographical regionalization of rice planting area and agro-meteorological stations in the Sichuan basin

由于地理位置及氣候條件不同，各區(qū)水稻播種時間存在明顯差異，因此，生育期也明顯不同。統(tǒng)計生育期觀測資料并結(jié)合大田生產(chǎn)調(diào)查，得出各區(qū)水稻各生育期資料見表1。

表1　各區(qū)水稻生育期統(tǒng)計（月-日）Table 1　Averaged dates for rice growth periods in each region of the basin（mm-dd）

1.2.2干旱指標

研究發(fā)現(xiàn)，一個時段的干旱不僅受到該時段水分虧缺的影響，還需要考慮前期降水影響，四川省盆地區(qū)域水稻種植主要集中在3-9月，該段時間正值汛期，降水量較多，徑流量大。故在干旱評估指數(shù)（I）[7,10-11]中考慮了前期降水的滯后影響和稻田徑流量。其計算式為

其中

式中，I為水稻干旱評估指數(shù)，P10為前10d的累積降水量（mm）；W10為前10d累積作物需水量（mm）；P為某時段（對應生育期）農(nóng)業(yè)有效降水量（日降水量≥5mm）；W為同一時段作物需水量（mm），Kc為作物系數(shù)，按四川省已有資料和田間試驗結(jié)果確定[12-13]，具體數(shù)值見表2；ET0為日參考作物蒸散量（mm）,采用Penman-Monteith公式[14]計算；C為區(qū)域徑流系數(shù)[7,15]，其計算式為

C=0.47k （3）

k=M/95.6 （4）

式中，M為某站點15a內(nèi)每年最大日降水量的平均值，95.6為參考站點15a內(nèi)每年最大日降水量的平均值。

表2　各區(qū)水稻作物系數(shù)（Kc）Table 2　Crop coefficient (Kc) of rice in each month in each region

1.2.3干旱等級確定

計算盆地區(qū)1980-2014年102個縣（市）水稻干旱評估指數(shù)，根據(jù)干旱劃分標準（表3）[11]結(jié)合《中國氣象災害大典（四川卷）》[8]，參考盆地區(qū)典型年份水稻干旱評估指數(shù)，并進行對比分析，確定水稻干旱等級指標,將其分為無旱、輕旱、中旱、重旱4個級別[11]。

表3　水稻干旱等級劃分標準Table 3　Criteria of rice drought grades

1.2.4干旱發(fā)生頻率計算

依據(jù)干旱分級標準，計算水稻不同生育期、不同等級干旱的發(fā)生頻率(F)[16]，即某站某個生育階段、不同等級干旱發(fā)生的年次數(shù)與統(tǒng)計資料總年數(shù)之比。

式中，n為該生育期出現(xiàn)該等級干旱的年數(shù)，N為統(tǒng)計總年數(shù)。

將水稻生育期內(nèi)各子區(qū)域所有站點某等級干旱發(fā)生頻率的均值作為該區(qū)該等級干旱的發(fā)生頻率，盆地干旱發(fā)生頻率為各子區(qū)域平均值，盆地或各子區(qū)域稻區(qū)發(fā)生輕旱、中旱、重旱頻率之和，即為盆地或該子區(qū)域的干旱發(fā)生頻率。

2　結(jié)果與分析

2.1盆地各子區(qū)域水稻生育期干旱頻率對比

四川省盆地及各子區(qū)域干旱發(fā)生頻率見表4。從整個四川盆地區(qū)域來看，水稻全生育期發(fā)生干旱的頻率較高，在56.8%～75.8%，其中，輕旱14.7%～32.6%，中旱14.4%～46.1%，重旱1.7%～20.1%；由于各生育期水熱條件不同，干旱分布也有一定差異，其中分蘗-拔節(jié)期和拔節(jié)-孕穗期干旱發(fā)生頻率較高，在73%～76%；拔節(jié)-孕穗期中旱發(fā)生頻率較高，孕穗-抽穗期中旱發(fā)生頻率相對較低，僅14.4%；重旱發(fā)生頻率總體較低，除分蘗-拔節(jié)和孕穗-抽穗期發(fā)生頻率在14%～20%，其余生育期重旱發(fā)生頻率均不足5%。

從各區(qū)發(fā)生干旱的頻率來看，區(qū)域之間存在較大差異，其中水稻移栽-分蘗期干旱頻率的范圍在49.3%～92.3%，分蘗-拔節(jié)期在55.7%～92.6%，拔節(jié)-孕穗期59.9%～94.7%，孕穗-抽穗期52.4%～73.8%，抽穗-成熟期43.6%～71.1%。從各區(qū)域干旱頻率分布看，盆中淺丘區(qū)發(fā)生干旱的頻率總體高于其它區(qū)域，在移栽-孕穗的3個生育階段內(nèi)，輕旱以上的頻率高達92.3%以上，其中在拔節(jié)-孕穗期干旱頻率最高，達94.7%；盆周邊緣山地區(qū)發(fā)生干旱的頻率總體低于其它區(qū)域，各生育期內(nèi)干旱發(fā)生頻率在43.6%～59.9%；盆東平行嶺谷區(qū)在移栽-分蘗期干旱發(fā)生頻率最低，為49.3%。根據(jù)中旱發(fā)生頻率，在盆中淺丘區(qū)水稻中度干旱較為嚴重，移栽-孕穗期中旱頻率高達45.8%～66.5%，尤其在拔節(jié)-孕穗期中旱發(fā)生頻率為各區(qū)各生育期內(nèi)的最高值，達66.5%；盆東平行嶺谷區(qū)中旱發(fā)生頻率較低，整個生育期內(nèi)不高于30%，其中移栽-分蘗期內(nèi)僅為7.1%。盆東平行嶺谷區(qū)發(fā)生重旱的頻率總體低于其它4個區(qū)域。從重旱發(fā)生的時段分布來看，在5個子區(qū)內(nèi)重旱主要發(fā)生在分蘗-拔節(jié)期和孕穗-抽穗期兩個階段，其中分蘗-拔節(jié)期除盆東外，其余時期干旱發(fā)生頻率均在21.2%～30.5%。

表4　1980-2014年各區(qū)水稻生育期不同等級干旱發(fā)生頻率統(tǒng)計結(jié)果（%）Table 4　Drought frequency of different grades during different rice growth periods in each region from 1980 to 2014(%)

2.2水稻不同生育期盆地內(nèi)各站點干旱頻率對比

分別計算四川省盆地區(qū)域102個站點水稻各生育期干旱指標和輕旱、中旱、重旱發(fā)生頻率之和，各生育期干旱發(fā)生頻率在全省盆地區(qū)域的空間分布概況如圖2。

由圖2a可見，移栽-分蘗期全省各地水稻干旱頻率除盆東北及盆西南部分區(qū)域不足50%外，其余大部均在50%以上，平均70.8%，其中盆中及盆南部分區(qū)域高達90%以上。分蘗-拔節(jié)期干旱頻率（圖2b）也相對較高，全省平均達73.5%，干旱頻率大都在50%～90%，其中干旱發(fā)生頻率在70%～90%的區(qū)域分布較廣，主要集中在盆中大部、盆北及盆南部分區(qū)域；拔節(jié)-孕穗期干旱發(fā)生頻率分布(圖2c)與分蘗-拔節(jié)期相似，全省平均達到75.8%，大部區(qū)域干旱發(fā)生頻率集中在50%～90%，干旱發(fā)生頻率在95%左右的區(qū)域包括盆中淺丘區(qū)的梓潼、鹽亭、三臺、威遠、蓬溪及盆南丘陵區(qū)的井研、犍為等縣；孕穗-抽穗期干旱發(fā)生頻率(圖2d)全省平均為61.9%，除盆西部分區(qū)域、盆中及盆東北局部在70%～84%，其余大部在50%～70%；抽穗-成熟期(圖2e)和孕穗-抽穗期干旱發(fā)生頻率都相對較低，除盆東北部分區(qū)域及盆中局部在70%～85%，盆周邊緣山地部分區(qū)域在50%以下，其余大部在50%～70%。

圖2　四川省盆地區(qū)域水稻各生育期內(nèi)干旱頻率分布Fig. 2　Frequency of droughts occurred at different rice growth periods in the Sichuan basin

3　結(jié)論與討論

四川盆地區(qū)域水稻全生育期干旱發(fā)生頻率在56.8%～75.8%；其中拔節(jié)-孕穗期干旱發(fā)生頻率較高，抽穗-成熟較低。從不同區(qū)域水稻干旱分布情況來看，盆中干旱發(fā)生頻率最高，其中移栽-孕穗期達92%～95%；盆南移栽-分蘗期干旱發(fā)生頻率在80%以上，孕穗-抽穗期達56.4%；盆西干旱發(fā)生頻率次之，除孕穗-成熟期干旱發(fā)生頻率較低，其余生育期干旱發(fā)生頻率在76%左右；盆周及盆東均屬干旱發(fā)生頻率較低區(qū)域，其中盆周在抽穗-成熟期干旱發(fā)生頻率43.6%，盆東在移栽-分蘗期干旱發(fā)生頻率最低為49.3%。

四川地形復雜，山丘廣布，地貌差異顯著，盆地西部地勢平坦，略有傾斜，自流灌溉條件好，干旱對該區(qū)域作物生長影響不大；盆地中部為一大片起伏不平的丘陵，相對高差不大，該區(qū)域作物生長主要靠自然降水，常既有夏旱又有伏旱，甚至還可能有夏、伏連旱發(fā)生，可考慮改水田為旱地，種植一些耐旱作物；盆地東部區(qū)域?qū)偈⑾姆蹈甙l(fā)區(qū)，7月下旬-8月上旬常出現(xiàn)有規(guī)律性的高溫伏旱，水稻正處孕穗-抽穗成熟期，若該時期水田過早斷水，就會影響其光合作用，易發(fā)生早衰青枯，使秕粒增加，粒重降低，蠟熟期后缺水影響結(jié)實，因此采用避旱栽培措施，發(fā)展遲熟的雜交中稻，易獲得較高產(chǎn)量；盆周邊緣山地區(qū)干旱形成的原因是多方面的，除大氣環(huán)流和地形的影響外，人口眾多，承載能力過大，人類活動不當?shù)壬鐣?jīng)濟活動也往往是促使干旱加劇的影響因素；盆南區(qū)域為單、雙季稻區(qū)，該區(qū)域地勢低、氣溫高、熱量充足、降雨多，光、熱、水資源除能滿足一季稻需求，低壩淺丘區(qū)還能保證雙季稻生長的需要，屬春夏雨旱交錯區(qū)，該區(qū)域可適時早播，避開后期高溫熱害對水稻的逼熟，影響干物質(zhì)積累，降低結(jié)實率。

本研究采用的水稻干旱指標是在參考評估四川盆地玉米生育期干旱狀況中利用的水分盈虧指數(shù)[11]基礎上增加了稻田徑流量一項，該項主要考慮一方面徑流系數(shù)的大小隨降水量的變化，地下水補給的差異，流域面積的大小以及下墊面情況等因素而異。除了水域和裸地的徑流最大外，其次是旱地和水田；另一方面四川盆地水稻生育期主要集中在3-9月，正是四川省的汛期，降水量較多，所以徑流量也大[17]，研究結(jié)果比過去單一用水分盈虧指數(shù)分析的結(jié)果更接近實際。目前，四川省針對水稻分區(qū)域分生育期，同時考慮前期降水的滯后影響和稻田徑流量進行水稻干旱詳細評估的方法尚未見報道，該模型能較好地評估四川盆地水稻不同生育期干旱狀況，為水稻干旱評估提供一定參考。

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Spatial Distribution of Rice Drought Frequency during Different Growth Periods in Sichuan Basin

LIU Yan-yan1, ZHANG Yu-fang2, WANG Ming-tian3, CHEN Chao4, PAN Xue-biao5, ZHOU Xue-hui6
（1.College of Atmospheric Sciences & Plateau Atmosphere and Environment Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225,China; 2.Agro-meteorological Center of Sichuan Province, Chengdu 610072; 3.Sichuan Meteorological Observatory, Chengdu 610072; 4.Sichuan Provincial Climate Center, Chengdu 610072; 5.College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100094; 6.Suining Meteorological Service, Suining 629000）

Abstract：Drought significantly influences rice growth and development and has caused great loss of rice production in the Sichuan basin. The basin was divided into five rice growing regions based on its landforms and cropping systems in this paper. Authors analyzed the spatial distribution characteristics of drought frequency for each growth period of rice in the basin in terms of drought assessment index, using historic daily weather data from 102 meteorological monitoring stations between 1980 and 2014 and the phonological data from 32 agro-meteorological observation stations. The results showed that drought frequency was over 90% during the transplanting and tillering stages in parts of the middle and southern basin. During the periods from tillering to jointing stage and from jointing to booting stage, the drought frequency varied between 50% and 90% over the majority area of the basin. The frequency occurred during the periods from booting to heading stage and from heading to mature stage was lower compared with that during the other stages. It was about 50% during the period from booting and heading stage over most of the basin, apart from parts of the western, central basin and northeastern basin where the frequency was around 70%-84%. And the frequency was about 50%-70% during the period from heading to mature over most of the basin.

Key words：Sichuan basin; Rice; Drought assessment index

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.02.014

收稿日期：*2015-06-23**通訊作者。E-mail：panxb@cau.edu.cn

基金項目：成都信息工程大學引進人才啟動科研項目（KYTZ201221）；四川省氣象局重點課題項目(川氣課題-2012-開發(fā)-06)；中國氣象局西南區(qū)域重大科研業(yè)務項目（2014-8）；高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室開放課題資助課題（PAEKL-2014-C5）；中國氣象局成都高原氣象研究所高原氣象開放基金課題（LPM2013002）

作者簡介：劉琰琰（1982-），女，博士，講師，研究方向為氣候變化影響評估及農(nóng)業(yè)防災減災。E-mail:liuyy@cuit.edu.cn