清水江流域稻植氣候適宜度時(shí)空變化分析

尚海龍　顧永澤

摘要：【目的】研究貴州省巖溶區(qū)清水江流域水稻種植氣候適宜度時(shí)空變化，為稻植區(qū)合理規(guī)劃布局及可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。【方法】運(yùn)用清水江流域2000～2014年16個(gè)氣象觀測站的逐日日照、降水量和溫度數(shù)據(jù)及水稻平均物候觀測資料，構(gòu)建水稻諸氣候因子及綜合氣候適宜度模型，并運(yùn)用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0對(duì)水稻全育期及各生育階段的氣候適宜度和稻植區(qū)分別進(jìn)行測算、解譯和空間分析?！窘Y(jié)果】清水江流域稻植氣候溫度適宜度、降水適宜度和綜合適宜度較高，且溫度適宜度>降水適宜度；除拔節(jié)孕穗期和灌漿成熟期外，日照適宜度均較低。水稻幼苗期，降水適宜度>溫度適宜度>日照適宜度；分蘗期和拔節(jié)抽穗期，溫度適宜度>降水適宜度>日照適宜度；抽穗開花期和灌漿成熟期，溫度適宜度>日照適宜度>降水適宜度。稻植適宜區(qū)分布于高程小于800 m、坡度小于25°的局部區(qū)域?！窘Y(jié)論】清水江流域氣候條件能夠滿足水稻全育期及各生育階段的需求，但日照時(shí)間較短，對(duì)水稻生長發(fā)育有脅迫作用，其最適宜稻植區(qū)集中分布于東南及西北部的壩區(qū)、陽坡和半陽坡區(qū)。

關(guān)鍵詞： 氣候適宜度；水稻；時(shí)空變化；清水江流域

中圖分類號(hào)： S162.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2017）01-0100-09

Abstract：【Objective】The present study researched temporal and spatial variation of rice planting climate suitability in Qingshuijiang River basin， Guizhou province， a karst area， in a bid to provided some references for rational planning and distribution of rice planting area and the sustainable development in Qingshui River basin. 【Method】Based on daily sunshine duration， precipitation， temperature， and rice phenological and meteorological data observed at 16 meteorological stations in Qingshui River basin from 2000 to 2014， models of climatic factors and comprehensive climate suitability were established. The variation of climate suitability in the whole growth stage and each growth stage was evaluated. Interpretation and spatial analysis of rice planting region were conducted by ENVI 4.8 and ArcGIS 10.0 software. 【Result】Rice planting climate temperature suitability， precipitation suitability and comprehensive suitability were high in Qingshuijiang River basin， and temperature suitability>precipitation suitability. Except for jointing-booting stage and grouting stage， sunshine suitability at other stages was low. At rice seedling stage， precipitation suitability>temperature suitability>sunshine suitability； at tillering stage and jointing-booting stage， temperature suitability>precipitation suitability>sunshine suitability； at earring and flowering stage， and grouting stage， temperature suitability>sunshine suitability>precipitation suitability. The areas suitable for rice planting were distributed at where elevation was less than 800 m and slope was less than 25°. 【Conclusion】The climate in Qingshuijiang River basin can match the need of whole rice growth stage and each growth stage. But sunshine duration is short， which can be destructive factor for growth rice. The optimal rice planting areas are mainly distributed in dam area， sunny slopes， and semi-sunny slopes in southeast and northwest of Qingshuijiang River basin.

Key words： climate suitability； rice； temporal and spatial evolution； Qingshui River basin

0 引言

【研究意義】隨著全球氣候的變化，生態(tài)環(huán)境重度脆弱區(qū)和極度脆弱區(qū)地域范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生了較大的負(fù)面影響，導(dǎo)致作物適宜種植區(qū)域、耕作制度、生產(chǎn)能力等均發(fā)生一定程度變化。探討糧食作物生長對(duì)氣候變化的響應(yīng)，使作物更好地適應(yīng)氣候變化帶來的挑戰(zhàn)已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題。分析區(qū)域農(nóng)作物種植氣候適宜度時(shí)空變化規(guī)律，對(duì)于充分利用農(nóng)業(yè)氣候資源、保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，有關(guān)農(nóng)作物氣候適宜性問題研究主要集中于氣候變化與作物產(chǎn)量的相關(guān)性（Rowhani et al.，2011；張文博等，2015）、氣候變化對(duì)農(nóng)作物適宜性的影響（俞芬等，2008；蒲金涌等，2011；黃偉嬌等，2013；劉云萌等，2015）、氣候適宜性區(qū)劃（何鵬等，2013；郭兆夏等，2015；張佩等，2015）、氣候適宜度模型構(gòu)建及應(yīng)用（侯英雨等，2013；孫秀邦等，2015；孫園園等，2015）等方面。俞芬等（2008）對(duì)淮河流域40個(gè)縣（市）區(qū)的水稻日照適宜度、降水適宜度及氣候適宜度進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明，各區(qū)的水稻氣候適宜度均呈逐漸下降趨勢。Rowhani等（2011）對(duì)季節(jié)性氣候與作物產(chǎn)量間的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明溫度和降水的季節(jié)變化會(huì)影響谷物產(chǎn)量，并以坦桑尼亞為例進(jìn)行實(shí)證分析。郭兆夏等（2015）運(yùn)用GIS技術(shù)及模糊綜合評(píng)判法對(duì)陜西省核桃精細(xì)化氣候適宜性進(jìn)行區(qū)劃研究，并進(jìn)行分區(qū)評(píng)述，為陜西省核桃基地合理規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。孫園園等（2015）對(duì)四川優(yōu)質(zhì)稻生產(chǎn)氣候適宜性進(jìn)行研究，認(rèn)為將日照百分率、天文輻射、水汽壓等指標(biāo)作為優(yōu)質(zhì)稻氣候生態(tài)區(qū)劃的指標(biāo)體系，其評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀。已有成果為稻麥等作物種植高效利用氣候資源、精準(zhǔn)規(guī)劃生產(chǎn)布局及研究者優(yōu)化評(píng)價(jià)模型提供了科學(xué)依據(jù)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人研究側(cè)重于溫度等單一因子影響的分析，未對(duì)水稻種植的氣候與非氣候因子（土壤、肥力、種子、生物農(nóng)藥、地形等）的協(xié)同作用進(jìn)行探討，未能真實(shí)表征小氣候漸變對(duì)水稻生長適宜度時(shí)空分異的影響，致使結(jié)論存在一定差異。綜合評(píng)價(jià)氣候因子及非氣候因子對(duì)水稻生長的影響及適宜程度，是科學(xué)研究和實(shí)際作業(yè)的需求，但目前關(guān)于貴州省巖溶區(qū)清水江流域水稻種植氣候適宜度的相關(guān)研究報(bào)道較少?！緮M解決的關(guān)鍵問題】運(yùn)用貴州省巖溶區(qū)清水江流域2000～2014年16個(gè)氣象觀測站的逐日日照、降水量和溫度數(shù)據(jù)及水稻平均物候觀測資料，構(gòu)建水稻諸氣候因子及綜合氣候適宜度模型，對(duì)水稻全生育期及各生育階段的氣候適宜度進(jìn)行測算，并在探討非氣候因子對(duì)稻植影響的基礎(chǔ)上，利用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0對(duì)稻植區(qū)的氣候適宜性按地理位置進(jìn)行解譯和空間分析，以期為稻植區(qū)合理規(guī)劃布局及可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 研究區(qū)概況

清水江流域是貴州省重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，轄16個(gè)縣級(jí)行政區(qū)，面積約1.71×106 ha，地處高原向丘陵過渡的斜坡地帶，地勢西高東低，地貌以低山、丘陵和山間盆地為主。該流域受西南季風(fēng)影響，屬亞熱帶山地季風(fēng)氣候，雨熱同期，立體特征顯著，最冷月平均氣溫6～8 ℃，最熱月平均氣溫25～28 ℃。境內(nèi)巖溶發(fā)育，地表破碎、垂直切割較深，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水源退化、水土流失、土地污染等非氣候因素嚴(yán)重脅迫水稻生長環(huán)境。山地多、宜農(nóng)耕地?cái)?shù)量不足，由于長期的過度開發(fā)利用，對(duì)水稻種植的氣候適宜性產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。

1. 2 數(shù)據(jù)與模型

1. 2. 1 數(shù)據(jù)來源 調(diào)研數(shù)據(jù)：赴黔東南州氣象局、黔南州氣象局及貴州水稻研究所查閱檔案資料，咨詢工作人員，并進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，在遵循均勻分布原則的基礎(chǔ)上，獲取研究區(qū)2000～2014年16個(gè)氣象站氣溫、降水、日照等逐日氣象要素及水稻生育各階段平均物候觀測資料；文獻(xiàn)數(shù)據(jù)：查閱專著（楊昌達(dá)，2010）和論文（符娜等，2014）獲取水稻生長發(fā)育參數(shù)；影像數(shù)據(jù)：研究區(qū)2013年Landsat TM遙感影像（分辨率30 m）。數(shù)據(jù)處理和圖件制作分別運(yùn)用SPSS 17.0、ENVI 4.8和ArcGIS 10.0。

1. 2. 2 水稻氣候適宜度模型 各氣候因子對(duì)作物生長影響的適宜度取值為S∈[0，1]，當(dāng)S=0時(shí)，表明作物生長氣候條件極差，作物不能生長；S=1時(shí)，表明作物生長氣候條件優(yōu)良，作物長勢良好；一般認(rèn)為適宜度在0.40以下脅迫作物生長，反之則促進(jìn)作物生長（孫秀邦等，2015）。借鑒已有成果（黃璜，1996；賴純佳等，2011；姚小英等，2011；孫秀邦等，2015），確定研究區(qū)水稻氣候適宜度評(píng)價(jià)組模型，包括氣溫適宜度、日照適宜度、降水適宜度和綜合氣候適宜度模型。

1. 2. 2. 1 氣溫適宜度 參照孫秀邦等（2015）的方法構(gòu)建水稻溫度適宜度函數(shù)方程組式（1）和式（2）。式中，S（Ti）表示水稻生育階段第i期溫度適宜度；Ti表示某生育期逐日均溫；T1、T2、T0分別表示某生育期所需的下限、上限和最佳溫度值（表1）。溫度值根據(jù)研究區(qū)歷年統(tǒng)計(jì)年鑒和文獻(xiàn)（黃璜，1996；楊昌達(dá)，2010）整理。

S（Ti）=（1）

B= （2）

1. 2. 2. 2 光照適宜度 以清水江流域日照百分比的70%為臨界值，當(dāng)S0>70%時(shí)，光照數(shù)值達(dá)到水稻生長的最佳需求。參照孫秀邦等（2015）的方法構(gòu)建水稻日照適宜度函數(shù)方程式（3）式中，S（Si）表示生育期日照對(duì)作物影響的適宜程度；S為某生育期日照時(shí)間，S0為日照時(shí)數(shù)，且S0>70%；b為常數(shù)。指標(biāo)詳值如表1所示。

S（Si）=e-

2 S1 S≥S0 （3）

1. 2. 2. 3 降水適宜度 參照賴純佳等（2011）的方法構(gòu)建水稻降水適宜度函數(shù)方程式（4）。式中，S（Ri）為降水適宜度，R為旬期降水量，R0為生理需水量；當(dāng)R>R0，且土壤接納達(dá)理想狀態(tài)時(shí)，可令S（R）≈1，R0詳值如表1所示。

S（Ri）=1 R≥R0

R1. 2. 2. 4 綜合氣候適宜度 水稻全育期或某生育階段適宜度函數(shù)方程式為式（5）（姚小英等，2011）。式中，S（C）為光照、溫度或降水適宜度，m為生育期的總天數(shù)或旬?dāng)?shù)。

S（C）=S（Ci） （5）

為了能客觀反映當(dāng)?shù)販囟?、降水量和日照狀況對(duì)水稻種植適宜性的影響，運(yùn)用算術(shù)平均法構(gòu)建稻植綜合氣候適宜度動(dòng)態(tài)模型，函數(shù)方程式表述為式（6）。式中，Cr為綜合氣候適宜度，i為生育分期，n為具體的生育期數(shù)。

Cr= （6）

2 結(jié)果與分析

對(duì)清水江流域2000～2014年的降水量、日照時(shí)數(shù)、氣溫逐日觀測值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到氣溫、降水量、年日照時(shí)數(shù)的年際變化曲線如圖1。經(jīng)計(jì)算，多年降水量、日照時(shí)數(shù)和氣溫均值分別為1203.37 mm、1158.33 h和16.22 ℃。

將多年降水量、日照時(shí)數(shù)、氣溫逐日觀測值和水稻生育各階段逐日均溫等數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)（表1）代入方程式（1）～（6），運(yùn)用SPSS 17.0計(jì)算，得到2000～2014年清水江流域稻植氣候的S（Ti）、S（Si）、S（Ri）、S（Ci）和Cr數(shù)值（圖2～圖7）。在此基礎(chǔ)上，利用ENVI 4.8、ArcGIS 10.0對(duì)水稻種植的氣候適宜性按地理位置進(jìn)行解譯及空間分析，完成稻植區(qū)氣候適宜性分區(qū)。具體劃分依據(jù)如下：利用最大熵模型，在充分考慮影響研究區(qū)水稻生長發(fā)育主導(dǎo)氣候因子的基礎(chǔ)上測算水稻作業(yè)分布的存在概率ρ。運(yùn)用ArcGIS 10.0中的空間分析工具之柵格重分類功能對(duì)通過ENVI 4.8解譯的稻植區(qū)地圖文檔進(jìn)行氣候適宜度分區(qū)。參考IPCC（2007）、段居琦和周廣勝（2012）評(píng)估可能性的劃分方法，確定氣候適宜度分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，即ρ<0.05為不適宜區(qū)，0.05≤ρ<0.33為次適宜區(qū)，0.33≤ρ<0.66為適宜區(qū)，ρ≥0.66為最適宜區(qū)。

2. 1 水稻各生育階段氣候因子適宜度分析結(jié)果

2. 1. 1 水稻幼苗期氣候因子適宜度變化分析 清水江流域水稻幼苗期為3月下旬～4月中旬，該階段適宜度均值排序?yàn)镾（Ri）>S（Ti）>S（Si），其數(shù)值分別為0.55、0.49和0.37，Cr為0.49（圖2）。就距平而言，S（Ti）正距平集中在2004～2006年，負(fù)距平集中在2000～2003年，反映出近年來溫度年際變化較大。S（Ri）整體呈下降趨勢，負(fù)距平集中在2002～2004年，正距平集中在2010～ 2014年，2005～2009年距平波動(dòng)較大，反映出該段時(shí)間降水較少。S（Si）正距平集中在2002～2007年，負(fù)距平集中在2008～2011年，2000年出現(xiàn)最小值（0.28）。Cr 距平雖有波動(dòng)，但均在0.40以上，2004～2008年的變化軌跡呈“倒梯形”對(duì)稱分布，其中，負(fù)距平集中在2001～2003年，正距平集中在2010～2012年，極值相差0.18，對(duì)幼苗生長發(fā)育有一定影響。通過比較分析，發(fā)現(xiàn)本期的降水及溫度適宜度均較高，且溫度適宜度<降水適宜度，基本能夠滿足水稻幼苗生長需要，但S（Si）值較低，可判斷光照是水稻幼苗期綜合適宜度的主要脅迫因子。究其原因，主要是清水江流域山地多，豐富的水汽和山區(qū)復(fù)雜的非氣候因子相互作用，致使云量大范圍聚集?？傊?，清水江流域水稻幼苗期稻植綜合氣候適宜度年際振動(dòng)幅度較大，波動(dòng)明顯加強(qiáng)，且呈下降趨勢，對(duì)水稻幼苗生長發(fā)育不利。與降水適宜度多年的波動(dòng)規(guī)律相似，本期綜合氣候適宜度表現(xiàn)出較規(guī)則的周期振動(dòng)?；谒居酌缟L發(fā)育與非氣候因素的相關(guān)性，地形、地貌、海拔、坡向、坡位等非氣候因素使本期水稻生長發(fā)育在不同區(qū)域產(chǎn)生分異現(xiàn)象，作業(yè)區(qū)應(yīng)突出溫度、降水、日照等氣候因子與地形、海拔、坡向、坡位、土壤、化肥等非氣候因子的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)效應(yīng)，并通過采取合理使用有機(jī)肥料、改良土壤結(jié)構(gòu)、提高灌溉水平等措施，改善因春旱造成的較差土壤墑情及肥力。

2. 1. 2 水稻分蘗期氣候因子適宜度變化分析 清水江流域水稻分蘗期在5月上旬～6月中旬，對(duì)圖3分析發(fā)現(xiàn)，本期的S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分別為0.51、0.56、0.37和0.49。S（Si）呈現(xiàn)諸生育階段最低水平，平均日照時(shí)數(shù)僅為3.83 h。水稻分蘗期Cr高低對(duì)稻穗數(shù)量有重要影響，該階段受日照時(shí)間因素的脅迫，導(dǎo)致Cr偏低，成為清水江流域水稻產(chǎn)量的主要脅迫因素。整個(gè)分蘗期S（Ti）呈波動(dòng)下降趨勢；S（Ri）線性擬合趨勢逐年降低；S（Si）在2009年后波動(dòng)較大，沒有明顯線性擬合趨勢，2013年出現(xiàn)最大值（0.53），2014年出現(xiàn)最小值（0.22）。Cr 演替趨勢較平穩(wěn)，2006年出現(xiàn)最大值（0.53），2012年出現(xiàn)最小值（0.41）。通過比較分析，發(fā)現(xiàn)S（C）與Cr 呈正相關(guān)，水稻分蘗期S（Ti）和S（Si）較幼苗期有所提高，盡管未達(dá)到理想狀態(tài)，但水稻本期生長受干旱脅迫的風(fēng)險(xiǎn)有所降低。清水江流域水稻分蘗期溫度與降水因子協(xié)同作用發(fā)揮較好，但光照依然是水稻生長發(fā)育的制約因素。受20世紀(jì)80年代以來全球普遍增溫的影響，水稻溫度適宜度有逐漸增高的趨勢。本期降水適宜度波動(dòng)與幼苗期相比有所減弱，但依然明顯。近年來，清水江流域天氣條件年際變化明顯，極端天氣發(fā)生頻率高，對(duì)S（Si）有重要影響。S（Ri）振動(dòng)幅度大、頻率高，不利于水稻光合作用的正常進(jìn)行。除此以外，本期還是滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害及稻瘟病、紋枯病、白葉枯病等生物災(zāi)害并發(fā)期，非氣候因素對(duì)稻穗的數(shù)量、質(zhì)量有重要影響。由于地質(zhì)災(zāi)害、生物災(zāi)害、農(nóng)藥質(zhì)量及土壤污染的制約，本期水稻生長的氣候因素與非氣候因素協(xié)同作用發(fā)揮欠佳。因此，作業(yè)區(qū)應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害防范，及時(shí)噴灑生物農(nóng)藥，綜合防治土壤污染，采取生物措施保護(hù)水稻生長環(huán)境。

2. 1. 3 水稻拔節(jié)孕穗期氣候因子適宜度變化分析 清水江流域水稻拔節(jié)孕穗期在6月下旬～8月下旬，對(duì)圖4分析發(fā)現(xiàn)，本期的S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分別為0.57、0.85、0.58和0.68。S（Ti）、S（Si）和Cr均值均達(dá)全生育期最高階段，是氣候各因子協(xié)同效果最優(yōu)的時(shí)段。S（Ti）波動(dòng)較小，呈小幅增加趨勢；S（Si）較S（Ti）和S（Ri）變化趨勢明顯，波動(dòng)較大，2001年出現(xiàn)最大值（0.85），2006年出現(xiàn)最小值（0.39）；Cr 變化較平穩(wěn)，有小幅增加趨勢，負(fù)距平年份較多，主要集中在2006～2009年和2011～2014年。近10年來，Cr除2010年出現(xiàn)0.79極值外，其他年份均在0.65左右波動(dòng)。通過比較分析，發(fā)現(xiàn)本期S（Si）和S（Ti）對(duì)Cr貢獻(xiàn)較大，溫度和日照適宜度較高，且日照適宜度小于溫度適宜度，完全能夠滿足水稻生長的需要。但由于汛期特大暴雨影響，降水量偏大，致使坡度較大區(qū)域及低海拔壩區(qū)水稻生長發(fā)育面臨澇災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)脅迫?？傊?，在水稻孕穗期間水熱同期，光熱水協(xié)同作用發(fā)揮良好。受全球氣候變暖影響，溫度適宜度年際變化趨勢平穩(wěn)，對(duì)水稻穗粒的形成和籽粒增重均十分有利。綜合氣候適宜度周期性波動(dòng)較明顯，波谷之間適宜度的年際變化較穩(wěn)定，反映出本期水稻生長發(fā)育的光熱水組合搭配非常理想。同時(shí)，本期也受到非氣候因素的脅迫，坡度較大區(qū)域及低海拔壩區(qū)因洪澇災(zāi)害誘發(fā)的山體滑坡、水土流失、地面塌陷等災(zāi)害阻礙了水稻生長期對(duì)光熱資源及養(yǎng)分的充分吸收，影響其正常發(fā)育和穗粒形成。因此，本期應(yīng)更好地發(fā)揮氣候因素與非氣候因素的協(xié)同作用，加強(qiáng)冰雹、雷雨颶風(fēng)、汛期水患等氣象災(zāi)害及地質(zhì)災(zāi)害、生物病蟲害等非氣象災(zāi)害的監(jiān)測、預(yù)警預(yù)報(bào)和防治工作，尤其是有重大威脅的隱患作業(yè)區(qū)。

2. 1. 4 水稻抽穗開花期氣候因子適宜度變化分析 清水江流域水稻抽穗開花期在9月上旬，對(duì)圖5分析發(fā)現(xiàn)，本期S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分別為0.41、0.55、0.47和0.42。各氣候因子適宜度波動(dòng)較大，線性趨勢不明顯。S（Ti）值負(fù)距平主要集中在2003～2007年，正距平主要集中在2008～2012年；S（Ri）整體波動(dòng)較大，2010年以來呈明顯增長趨勢，2014年出現(xiàn)最大值（0.96），2005年出現(xiàn)最小值（0.02），極差達(dá)0.94；2011年以來S（Si）呈較穩(wěn)定的演進(jìn)趨勢，正距平分布集中；Cr值正距平集中在2009～2012年，上升趨勢明顯，2014年出現(xiàn)最大值（0.91），2005年出現(xiàn)最小值（0.28）。通過比較分析，發(fā)現(xiàn)清水江流域水稻抽穗開花期諸氣候因子適宜度較拔節(jié)孕穗期均有明顯降低，特別是降水適宜度為4個(gè)分期最低水平，且波動(dòng)較大。究其原因，主要是汛期將要結(jié)束，清水江流域的西部、北部、西南部地區(qū)出現(xiàn)不同程度的旱情，氣象孕災(zāi)因子對(duì)水稻生長發(fā)育的脅迫作用日益減弱。但本期光熱水協(xié)同效果優(yōu)于幼苗期，綜合適宜度在0.40以上，水稻生長發(fā)育受坡度、坡向、地形、土壤、災(zāi)害等非氣象因素脅迫不明顯?？傊?，水稻抽穗開花期生長期短，降水、溫度、光照等因素基本能夠滿足抽穗開花發(fā)育期的需要，為水稻獲得高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)?？紤]到本期水稻需水量減少，與其他氣候因子相比，降水已不是主要限制因子，但光照條件不足，光合作用較弱，致使綜合氣候適宜度低于拔節(jié)孕穗期。特別是近年來受全球氣候變化影響，人類活動(dòng)對(duì)大氣成分和土地利用的改變，致使清水江流域降水和日照的變化對(duì)水稻生長發(fā)育產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)有所提升，影響水稻增產(chǎn)。

2. 1. 5 水稻灌漿成熟期氣候因子適宜度變化分析 清水江流域水稻灌漿成熟期為9月中旬至下旬，對(duì)圖6分析發(fā)現(xiàn)，本期S（Ri）、S（Ti）和S（Si）的均值分別為0.42、0.88和0.49，其排序?yàn)镾（Ti）>S（Si）>S（Ri），Cr為0.58。S（Ti）均值呈現(xiàn)諸生育階段最高水平，正距平出現(xiàn)頻率很高，主要集中在2003～2006年和2008～2011年，2009年出現(xiàn)最大值（0.954），2012年出現(xiàn)最小值（0.69）。究其原因，主要是研究區(qū)每年7～10月為高溫期，日平均溫度達(dá)25 ℃，局部地區(qū)超過30 ℃。S（Ri）值波動(dòng)較大，正負(fù)距平未呈現(xiàn)明顯集中趨勢，2014年出現(xiàn)最大值（0.83），2006年出現(xiàn)最小值（0.015）。S（Si）呈現(xiàn)波動(dòng)演進(jìn)的下降趨勢，除2002、2010、2012和2014年數(shù)值較低外，其他年份均在0.50以上。Cr總體呈增加趨勢，正距平集中在2011、2012和2014年，整體演進(jìn)態(tài)勢良好，2014年出現(xiàn)最大值（0.78），2006年出現(xiàn)最小值（0.44）?？傊竟酀{成熟期的光照、溫度和水分適宜度具有一定分布規(guī)律，溫度適宜度>日照適宜度，且溫度適宜度達(dá)到全育期最高水平，受降水脅迫作用較小，完全能夠滿足水稻灌漿成熟期生長要求，為高產(chǎn)提供了良好條件。本期生育階段時(shí)間較短，水稻生長對(duì)氣候因子的適宜性較好，綜合氣候適宜度較高，各氣候因子適宜度、綜合氣候適宜度與水稻產(chǎn)量的相關(guān)性顯著。非氣候農(nóng)業(yè)災(zāi)害顯著減少，肥、土、光、藥、氣、溫等因子匹配，特別是溫度適宜度很高，將延長生長期，二氧化碳的肥料效應(yīng)增強(qiáng)光合作用，對(duì)水稻成熟非常有利；同時(shí)，整個(gè)流域以多云間晴天氣為主，氣候因素與非氣候因素協(xié)同作用良好，方便收割作業(yè)。

2. 2 水稻全育期氣候因子適宜度的時(shí)空分異

2. 2. 1 水稻全育期適宜度變化分析 清水江流域水稻全育期的溫度、降水、日照及綜合適宜度均在0.40以上（圖7），以S（Ti）最高（0.62），其次為S（Ri）（0.48），S（Si）最?。?.45）。15年間S（Ti）呈波動(dòng)上升趨勢，2009年后達(dá)到了更理想的狀態(tài)。S（Ri）波動(dòng)較大，線性趨勢不明顯，2014年出現(xiàn)峰值（0.68）。S（Si）在0.45左右波動(dòng)，無明顯變化趨勢。S（Ri）與S（Si）呈負(fù)相關(guān)，其原因與研究區(qū)多陰雨天氣密切相關(guān)。Cr狀態(tài)平穩(wěn)，極差僅為0.10，2014年因S（Ti）和S（Ri）增加，Cr提高了14.74%。從水稻Cr 值分布狀態(tài)分析，清水江流域水稻種植氣候適宜度總體較高，均大于0.55，絕大多數(shù)年份在0.55～ 0.62，反映出日照、溫度和降水因子配合良好，利于水稻作業(yè)。

總體來看，清水江流域溫度適宜、降水充沛，能夠滿足水稻生長需求，水稻全育期綜合適宜度較高。隨著全球氣候的變暖，溫度對(duì)水稻生長發(fā)育有一定的積極作用，而流域日照時(shí)數(shù)明顯不足，對(duì)今后水稻生長及作業(yè)有較大影響。因此，在水稻全育期，作業(yè)區(qū)和生產(chǎn)單位應(yīng)積極發(fā)揮非氣象因素的互補(bǔ)效應(yīng)，如全面使用有機(jī)肥料，增加土壤肥力及土壤環(huán)境容量；堅(jiān)持土地輪作，修復(fù)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤凈化能力；培育優(yōu)質(zhì)稻種，適應(yīng)流域山區(qū)生長環(huán)境，提升水稻品質(zhì)；綜合防治病蟲害及環(huán)境污染，發(fā)展清潔生產(chǎn)。根據(jù)氣候情景預(yù)測，假定在溫度因素變化不明顯的情景下，未來水稻的綜合氣候適宜度有所上升，降水適宜度呈上升趨勢，光照適宜度呈下降趨勢。稻植區(qū)隨海拔高度逐漸抬升，適宜種植面積將會(huì)微縮。

地形、地貌、海拔、坡向、坡位、土壤、地質(zhì)和生物災(zāi)害、化肥、農(nóng)藥、種子及土地利用方式等非氣候因素對(duì)水稻種植全育期氣候適宜度有一定影響。在巖溶發(fā)育充分，以中低山剝蝕、溶蝕地貌和剝蝕溶蝕河谷地貌為主的清水江流域，非氣候因素的制約作用明顯，但有較多的非氣候因素難以做到絕對(duì)精準(zhǔn)定量，因此，在作業(yè)過程中應(yīng)盡可能運(yùn)用和改造這些因素并發(fā)揮積極效應(yīng)，使其與氣候因素有機(jī)配合，以提升全流域稻植氣候適宜度。

2. 2. 2 水稻全育期適宜度空間分異 充分協(xié)調(diào)和利用各種氣候資源及自然條件是提升水稻作業(yè)潛力的重要途徑。本研究運(yùn)用清水江流域各氣象站點(diǎn)15年平均溫度、日照和降水適宜度及Landsat TM影像，利用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0建立基于高程和經(jīng)緯度的小網(wǎng)格插值模型，提取稻田的高程、水系分布圖（圖8），并將水稻種植的空間適宜性按地理位置進(jìn)行解譯與疊加分析，根據(jù)存在概率ρ的取值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行氣候適宜性分區(qū)，找出適合稻植適宜度較高的區(qū)域。

清水江流域水稻小網(wǎng)格推算模型：

T=2.911-0.028X1+0.036X2+0.00002386X3

R=-6.741+0.0105X1+0.196X2+0.0014X3

S=2.535-0.0264X1+0.037X2+0.0001X3

式中，T、R、S分別為溫度、降水、日照適宜度，X1、X2、X3分別為經(jīng)度、緯度、高程。

同時(shí)，考慮到流域地形、地貌及鄰近性等非氣象因素的特點(diǎn)，稻植作業(yè)適宜于壩子與坡勢較緩的陽坡山地，將坡度大于25°、海拔高于800 m的山地認(rèn)定為不適宜區(qū)（圖8）。最后，在參考相關(guān)文獻(xiàn)（IPCC，2007；段居琦和周廣勝，2012）評(píng)估可能性的劃分方法及氣候適宜度分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況將稻植區(qū)劃分為四大類（圖9）。

最適宜區(qū)主要分布在錦屏縣東部、天柱縣東南、黃平縣西南、福泉市東部、丹寨縣西南的局部陽坡和半陽坡區(qū)域，呈小塊狀，其區(qū)內(nèi)光、熱、水組合條件良好，受地形、海拔因素影響小，有利于水稻作業(yè)；適宜區(qū)主要分布于黎平縣北、榕江縣東南、三穗縣中區(qū)部區(qū)域及麻江縣、都勻市、凱里市的部分陽坡和半陽坡區(qū)域，呈不規(guī)則條狀布局，主要受降水影響，雨熱同期，適宜水稻作業(yè)；次適宜區(qū)的各縣市呈星狀分布，所占面積不大，降水及溫度條件較好，但光照是最主要的脅迫因素，其次是海拔和坡度，對(duì)水稻作業(yè)不利；不適宜區(qū)的面積很廣，主要分布于中西部及西南部地區(qū)，海拔大于800 m，坡度大于25°，不適合水稻作業(yè)。

3 討論

目前，有關(guān)稻植氣候適宜度方面的研究報(bào)道較少，已有文獻(xiàn)通過運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法、空間差值方法或回歸模型對(duì)江淮地區(qū)與四川盆地水稻生產(chǎn)的氣候條件適宜性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)（俞芬等，2008；孫圓圓等，2015）。孫秀邦等（2015）通過提取宣城地區(qū)溫度、降水、日照和地理信息數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型對(duì)宣城地區(qū)溫度、降水、日照和氣候適宜度進(jìn)行研究，結(jié)果表明，研究區(qū)溫度、日照適宜度較高，降水適宜度較低，降水是影響雙季早稻種植的主要不利因子，溫度的不利影響主要表現(xiàn)在雙季早稻生產(chǎn)前期。與孫秀邦等（2015）的研究相比，本研究將水稻生育期分成5個(gè)生育階段，從日照、降水和溫度的綜合作用分析稻植氣候適宜度的時(shí)空變化，凸顯了各生育階段具體氣候要素及非氣候因子對(duì)水稻生長發(fā)育的脅迫作用，更準(zhǔn)確地表征了水稻生長發(fā)育的適宜性時(shí)空分異。

本研究通過構(gòu)建水稻諸氣候因子及綜合氣候適宜度模型，并運(yùn)用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0對(duì)水稻全育期及各生育階段的氣候適宜度和稻植區(qū)遙感影像分別進(jìn)行測算、解譯及空間分析，結(jié)果表明，清水江流域稻植氣候S（Ti）、S（Ri）和Cr較高，且S（Ti）>S（Ri）；除拔節(jié)孕穗期和灌漿成熟期外，S（Si）均較低；在稻植幼苗期，S（Ri）>S（Ti）>S（Si）；分蘗期和拔節(jié)抽穗期，S（Ti）>S（Ri）>S（Si）；抽穗開花期和灌漿成熟期，S（Ti）>S（Si）>S（Ri）。稻田分布于高程小于800 m、坡度小于25°的局部陽坡區(qū)域。此研究結(jié)果與俞芬等（2008）和孫秀邦等（2015）對(duì)江淮地區(qū)水稻種植氣候適宜度的評(píng)價(jià)結(jié)果存在差異，即清水江流域稻植氣候適宜度總體較高。究其原因：一是江淮地區(qū)地處南北方氣候過渡帶，隨著全球及區(qū)域氣候的變化，過渡帶的南北移動(dòng)使該區(qū)氣候變化異常敏感；二是江淮地區(qū)隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口膨脹，人類活動(dòng)加劇，致使小氣候漸變，對(duì)水稻作業(yè)產(chǎn)生了較大影響。俞芬等（2008）、孫秀邦等（2015）和孫園園等（2015）研究結(jié)果與本研究也有相似之處，均表明氣候因子的不穩(wěn)定分異趨勢對(duì)水稻生產(chǎn)的脅迫作用日益明顯。

本研究在定量測算及分析比較的基礎(chǔ)上通過解譯及空間分析，可以更直觀地反映各稻植適宜區(qū)地理位置的變化特征，并節(jié)約較多的人力及時(shí)間成本，研究成果對(duì)清水江流域水稻作業(yè)更好地利用農(nóng)業(yè)氣候資源、保護(hù)稻田生態(tài)環(huán)境及優(yōu)化生產(chǎn)布局有重要的指導(dǎo)作用。然而，在本研究過程中由于客觀條件限制，調(diào)研及資料收集過程中涉及坡位、土壤、地質(zhì)、生物災(zāi)害、化肥、農(nóng)藥、種子及土地利用方式等非氣候因素資料有限，探討非氣候因素對(duì)水稻種植適宜度及稻植作業(yè)的影響欠深入，導(dǎo)致適宜度定量及稻植適宜分區(qū)表征還不夠精細(xì)化。因此，后續(xù)工作須加強(qiáng)坡位、土壤、地質(zhì)、生物災(zāi)害、化肥、農(nóng)藥、種子及土地利用方式等因子對(duì)水稻種植適宜度影響的研究，進(jìn)一步提升貴州巖溶區(qū)稻植氣候適宜度的綜合表達(dá)精度。

4 結(jié)論

清水江流域的氣候條件能夠較好地滿足水稻全育期及各生育階段的需求，水稻種植風(fēng)險(xiǎn)小，但日照時(shí)間較短，對(duì)水稻生長發(fā)育有脅迫作用；清水江流域最適宜稻植區(qū)集中分布在東南及西北部的壩區(qū)、陽坡和半陽坡區(qū)。

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（責(zé)任編輯 麻小燕）