基于GIS和地統(tǒng)計(jì)的浙江省單季稻產(chǎn)量和生長期降水量空間變異性研究

毛建生，王亞芹，林高印

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州　311231)

?

基于GIS和地統(tǒng)計(jì)的浙江省單季稻產(chǎn)量和生長期降水量空間變異性研究

毛建生，王亞芹，林高印

(浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州311231)

摘要：采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)原理和GIS相結(jié)合的方法，研究了浙江省單季稻產(chǎn)量及其各生長期降水量空間變異性.結(jié)果表明，浙江省單季稻產(chǎn)量的塊基比C/(C0+C)為0.762，具有強(qiáng)空間相關(guān)性.各生育期降水量的C/(C0+C)在0.78～0.98之間，都具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性.其中拔節(jié)孕穗期的降水量對單季稻產(chǎn)量影響達(dá)極顯著水平，應(yīng)重視該生育期田間水分的管理，力爭延長水稻根系和葉片的功能期.

關(guān)鍵詞：浙江；地統(tǒng)計(jì)；單季稻；產(chǎn)量；降水量

0引言

浙江省水稻種植歷史悠久.早在7 000多年前就已經(jīng)開始種植水稻.水稻一直以來是浙江省主要糧食作物.20世紀(jì)90年代以前浙江省一直是以種植雙季稻為主.而目前，隨著早稻面積大幅度下降，單季稻迅猛發(fā)展，一躍成為浙江省糧食生產(chǎn)的主體作物，占水稻總面積的66%左右.

浙江省處于我國的東南沿海，為亞熱帶季風(fēng)氣候，水稻生長期間降水量的時(shí)空分布極不均勻[1].研究浙江省水稻產(chǎn)量及其生長期間降水量的空間變異性，對水稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培具有重要的指導(dǎo)作用.在水文氣象學(xué)中，關(guān)于降水量空間分布的的研究較多，諸如：甘肅省河西走廊以東地區(qū)降水量的空間分布研究[2]；希臘作物參考蒸騰量的空間變異性研究[3]；涇河流域降水量的空間變異性研究[4]；基于GIS技術(shù)的區(qū)域范圍內(nèi)降水量空間插值不同方法精度比較[5-6].而應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS方法對水稻產(chǎn)量及其生長期間各生育期的降水量空間變異性研究還未見報(bào)道.本文應(yīng)用地統(tǒng)計(jì)學(xué)和GIS，對單季稻產(chǎn)量及其各生育期的降水量在浙江省境內(nèi)的空間性進(jìn)行分析，以期為浙江省單季稻的節(jié)水灌溉管理提供依據(jù).

1材料與方法

1.1區(qū)域概況

浙江省位于中國東南沿海，地處亞熱帶中部，處于北緯27°12′—31°31′和東經(jīng)118°—123°之間，全省年平均雨量在980～2 000 mm.屬季風(fēng)性濕潤氣候，光照充足，雨量充沛，空氣濕潤，雨熱季節(jié)變化同步.

浙江省單季稻的播種幼苗期是5月下旬至6月中旬，分蘗期6月下旬至7月中旬，拔節(jié)孕穗期7月下旬至8月中旬，齊穗灌漿期8月下旬至10月上旬.

1.2數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于《2012浙江省統(tǒng)計(jì)年鑒》和《浙江省2012整編氣象資料》.

1.3數(shù)據(jù)處理

地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法：利用半方差函數(shù)的相關(guān)參數(shù)對浙江省單季稻產(chǎn)量數(shù)據(jù)及其各生育期降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)分析.

軟件平臺(tái)：

(1)SPSS ll.0：描述性統(tǒng)計(jì)分析；

(2)GS+7.0：半方差函數(shù)分析[7]；

(3)ArcGIS 8.3：Kriging插值[8].

2結(jié)果與分析

2.1浙江省單季稻產(chǎn)量和生長期降水量的統(tǒng)計(jì)特征分析

描述性統(tǒng)計(jì)[9]結(jié)果(見表1).

表1　浙江省單季稻產(chǎn)量與各生育期降水量描述性統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，浙江省單季稻產(chǎn)量和各生育階段降水量分布均服從正態(tài)分布.浙江省單季稻播種育苗期49.48%地區(qū)的降水量為258～315 mm；分蘗期64.52%地區(qū)的降水量在120～174 mm之間，拔節(jié)孕穗期41.42%地區(qū)的降水量為162～222 mm之間，灌漿成熟期56.42%地區(qū)的降水量為168～223 mm.從變異系數(shù)來看，單季稻分蘗期降水量的變異系數(shù)為22%，是各生長期中最高的.播種育苗期降水量的變異系數(shù)為16.47%，是各生長期中最低的.

2.2空間結(jié)構(gòu)分析

浙江省單季稻產(chǎn)量與各生育期降水量的半方差函數(shù)(見表2).浙江省單季稻產(chǎn)量的理論模型為高斯模型，播種育苗期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、灌漿成熟期的降水量的理論模型分別是高斯模型、指數(shù)模型、指數(shù)模型、高斯模型.

表2　浙江省單季稻產(chǎn)量與各生育期降水量半方差函數(shù)

從表2可以看出，浙江省單季稻產(chǎn)量的C0/(C0+C)為0.238,少于25%，具有強(qiáng)空間相關(guān)性，變程為1 691 000 m.單季稻各生長期降水量的C0/(C0+C)均在0.25以下，都具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性.各生育期降水量的變程，以拔節(jié)孕穗期降水量的變程最小，為672 700 m，以播種育苗期降水量的變程最大，只有2 252 100 m.分蘗期和灌漿成熟期降水量的變程則介于二者之間，分別為834 300 m和1 731 100 m.

2.3單季稻產(chǎn)量與各生育期降水量的偏相關(guān)分析

應(yīng)用偏相關(guān)分析方法對單季稻產(chǎn)量與各生育時(shí)期降水量進(jìn)行相關(guān)分析，產(chǎn)量與播種育苗期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、灌漿成熟期降雨量的偏相關(guān)系數(shù)分別為0.176、0.263、0.335、0.291，相應(yīng)的顯著性水平分別為0.011、0.008、0.000、0.016.可見，浙江省各生育期降水量的多少對單季稻產(chǎn)量都有影響，但只有拔節(jié)孕穗期降水量對單季稻產(chǎn)量影響最大，偏相關(guān)系數(shù)為0.335，并且達(dá)到1%顯著性水平上顯著.其他各生育時(shí)期降水量對單季稻產(chǎn)量影響均沒有達(dá)到顯著性水平.

2.4Kriging插值分析

根據(jù)所得到的半方差函數(shù)模型，應(yīng)用普通克里格法(Ordinary Kriging)進(jìn)行最優(yōu)內(nèi)插，繪制了浙江省單季稻產(chǎn)量和各生育階段降水量的空間分布圖，分別(見圖1、圖2).

浙江省單季稻產(chǎn)量高值區(qū)(7 873～8 664 kg/hm2)分布在浙北的杭嘉湖平原一帶，占研究區(qū)總面積的6.95%；產(chǎn)量次高值區(qū)(7 466～7 848 kg/hm2)分布在浙江北部、東部一帶以及浙西的衢州地區(qū)，占研究區(qū)總面積的45.8%；產(chǎn)量低值區(qū)(低于7 466 kg/hm2)位于浙江南部和浙江中部一帶，占研究區(qū)總面積的47.25%.

圖1　浙江省單季稻產(chǎn)量空間分布圖

3結(jié)論與討論

(1)浙江省單季稻產(chǎn)量和各生育階段降水量分布均服從正態(tài)分布.浙江省單季稻產(chǎn)量的變異系數(shù)為7.22%.單季稻各生育階段降水量的變異系數(shù)以分蘗期降水量為最大，達(dá)29.22%；以播種育苗期降水量的變異系數(shù)為最小，為16.47%.

(2)浙江省單季稻產(chǎn)量的理論模型為高斯模型，播種育苗期和灌漿成熟期的降水量的理論模型都為高斯模型，而分蘗期和拔節(jié)孕穗期降水量則都為指數(shù)模型.浙江省單季稻產(chǎn)量的C/(C0+C)為0.762，具有強(qiáng)空間相關(guān)性，各生育期降水量的C/(C0+C)在0.78～0.98之間，也都具有很強(qiáng)的空間相關(guān)性.

圖2　浙江省單季稻各生育期降水量空間分布圖

(3)浙江省單季稻產(chǎn)量在6 268～8 664 kg/hm2之間.高值區(qū)(7 873～8 664 kg/hm2)分布在浙北的杭嘉湖平原一帶，占研究區(qū)總面積的6.95%.產(chǎn)量次高值區(qū)(7 466～7 848 kg/hm2)分布在浙江北部、東部一帶以及浙西的衢州地區(qū)，占研究區(qū)總面積的45.8%.產(chǎn)量低值區(qū)(低于7 466 kg/hm2)位于浙江南部和浙江中部一帶，占研究區(qū)總面積的47.25%.

(4)浙江省單季稻播種育苗期49.48%地區(qū)的降水量為258～315 mm；分蘗期64.52%地區(qū)的降水量在120～174 mm之間，拔節(jié)孕穗期41.42%地區(qū)的降水量為162～222 mm之間，灌漿成熟期56.42%地區(qū)的降水量為168～223 mm.

(5)在浙江省境內(nèi)，拔節(jié)孕穗期的降水量對單季稻產(chǎn)量影響達(dá)極顯著水平.拔節(jié)孕穗期是指幼穗分化開始到長出穗為止，這個(gè)時(shí)期水稻的生育特點(diǎn)是長莖長穗，花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂，對水分特別敏感，是奪取高產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，降水量過多或過少都會(huì)顯著影響單季稻的產(chǎn)量.在浙江省東部和中部沿海一帶，8月中旬后經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)臺(tái)風(fēng)暴雨天氣，單季稻拔節(jié)孕穗期常面臨著雨水過多而受澇漬的為害.這個(gè)時(shí)期栽培上要特別重視水稻田間水分的管理，努力延長水稻根系和葉片的功能期.

參考文獻(xiàn)：

[1]吳利紅，毛裕定，苗長明，等.浙江省晚稻生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2007，28(2)：217-220.

[2]梁天剛，王兮之,戴若蘭.多年平均降水資源空間變化模擬方法的研究[J].西北植物學(xué)報(bào)，2000，20(5) ：856-862.

[3]DALEZIOS N R.,LOUKAS A, BAMPZELIS D. Spatial variability of reference evapotranspiration in Greece[J].Physics and Chemistry of the Earth, 2002(27):1031-1038.

[4]孫強(qiáng)，曾維華，沈珍瑤，等.基于地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對涇河流域降水空間變異規(guī)律研究[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2004，18(5)：47-51.

[5]朱蕾，黃敬峰，山區(qū)縣域尺度降水量空間插值方法比較[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(7)：80-85.

[6]朱暉，馬孝義，李忠娟，等，基于GIS的寶雞峽降水量的空間插值方法分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2012(12)：45-48.

[7]陳海生，嚴(yán)力蛟，徐奐，等.基于地統(tǒng)計(jì)分析及GIS的河南省烤煙大田生長期太陽總輻射空間變異性研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2013，27(5)：673-680.

[8]馬友平，恩施土壤全硒含量分布的研究[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2010，24(3)：580-584.

[9]孫逸敏.利用SPSS軟件分析變量間的相關(guān)性[J].新疆教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007(2)：20-123.

[10]王龍，王琳，李靖，等.基于GIS和地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的水稻灌溉用水定額等值線圖[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，20(6)：863-866.

Single Cropping Rice Output and Precipitation Spatial Variability During Growing Period Based on GIS and Geostatistics in Zhejiang

MAO Jian-sheng, WANG Ya-qin, LIN Gao-yin

(Zhejiang Tongji College of Science and Technology, Hangzhou 311231, China)

Abstract:Geostatistics method and geographic information system (GIS) techniques were applied to study the single cropping rice output and the precipitation spatial variability during rice growing period in Zhejiang. The results showed the C/(C0+C) of single cropping rice output is 0.762 and the C/(C0+C)of precipitation during rice growth in the fields is 0.78～0.98, indicating a strong spatial correlation in the study regions. Precipitation during rice sowing and seedling stage ranges 258.00 to 315.00 mm, occupying 49.48% of the whole regions, precipitation during rice tillering stage ranges 120.00 to 174.00mm, occupying 64.52% of the whole regions, and precipitation during rice jointing-booting stage ranges 162.00 to 222.00mm, occupying 41.42% of the whole regions, while precipitation during grain filling period ranges 168.00 to 213.00mm, occupying 56.42% of the whole regions.

Key words:Zhejiang; geostatistics; single-cropping rice; output; precipitation

收稿日期：2016-01-07

作者簡介：毛建生(1963-)，男，浙江江山人，碩士，副教授，從事水資源管理，水能信息化研究與教學(xué).

中圖分類號(hào)：S511.4+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-536X(2016)04-0048-05