南充市一季稻氣候適宜性分析及區(qū)劃

鄭慧琳　鮮鐵軍　黃維

摘要：根據(jù)四川省南充市1960-2014年逐日氣象數(shù)據(jù)，借助氣候適宜度模型分析該市溫度、光照、降水適宜度和氣候適宜度的時空分布規(guī)律，并結(jié)合營山縣一季稻產(chǎn)量資料，將氣候適宜度劃分為4個等級，最后對南充市一季稻的氣候適宜性進(jìn)行區(qū)劃。結(jié)果表明，溫度、降水適宜度未表現(xiàn)出明顯的變化趨勢，光照適宜度明顯下降，氣候適宜度在一定程度上下降但變化趨勢系數(shù)不顯著；氣候適宜度與空殼率的相關(guān)系數(shù)為-0.603，通過了0.01水平顯著性檢驗；研究區(qū)氣候適宜度介于0.60～0.70，處于中適宜區(qū)和低適宜區(qū)，中適宜區(qū)主要集中在南充市東北部和西充縣附近，其余地區(qū)為低適宜區(qū)。

關(guān)鍵詞：氣候適宜度；一季稻；生育期；回歸方程；南充市

中圖分類號：S511；S161 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）19-3646-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.19.013

Abstract： Based on the daily meteorological data from 1960 to 2014 in Nanchong city， Sichuan province， climate suitability model was used to analyze the temporal and spatial variability of temperature， sunshine， precipitation suitability and climate suitability. Meanwhile， by using the rice yield data of Yingshan county， the climate suitability was divided into 4 levels. Finally， climate suitability regionalization of single-season rice was carried out in Nanchong city. The results showed， the temperature and precipitation suitability showed a no obvious trend while sunshine suitability presented a significant downward trend； Climate suitability showed a decreased trend but the trend coefficient was not significant. The correlation coefficient between climate suitability and the shell rate was -0.603， which passed the 0.01 level of significance test； Since climate suitability of study area were between 0.60 and 0.70， the whole study area were in middle climate suitability and low climate suitability. Middle suitability areas were mainly concentrated in northeast of Nanchong city and nearby Xichong county， and the rest of study areas were low climate suitability area.

Key words： climate suitability； single-season rice； growth period； regression equation； Nanchong city

南充市地處四川省東北部、嘉陵江中游，是川東北區(qū)域中心城市。該市處于典型的中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，雨熱同季，全年易受東亞季風(fēng)、印度季風(fēng)和高原季風(fēng)復(fù)合影響，災(zāi)害性天氣頻率較大[1]。隨著全球氣候變化的進(jìn)一步加劇，特別是氣候變暖進(jìn)而引發(fā)光照和降水異常，擴(kuò)大了災(zāi)害性天氣的影響范圍，增加了災(zāi)害性天氣的發(fā)生頻率[2]，威脅著農(nóng)業(yè)的正常生產(chǎn)和人民財產(chǎn)安全。在該氣候條件背景下，定量評價農(nóng)作物生育期內(nèi)氣象因子適宜性程度和分析其變化規(guī)律，對應(yīng)對氣候變化、保障農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)具有重要的意義。

目前，許多學(xué)者開展了水稻的氣候適宜性研究。例如，俞芬等[3]對淮河流域單季度光、溫、水適宜性進(jìn)行分析，得出了降水量是淮河流域水稻氣候適宜度的主要限制因子；田俊等[4]使用Morlet小波分析方法研究了近50年來江西省雙季早稻溫度、光照、降水適宜度的年際變化特征和未來趨勢，為早稻氣候年景預(yù)測提供了新方法；此外還有黃淑娥等[5]、張建軍等[6]、譚孟祥等[7]、黃維等[8]分別對江西、安徽、江蘇省等地區(qū)的水稻氣候適宜性進(jìn)行了分析。從上述研究可見，通過對光、溫、水適宜度和氣候適宜度變化規(guī)律進(jìn)行分析，可以為水稻生產(chǎn)趨利避害、優(yōu)化資源配置、合理安排生產(chǎn)布局提供科學(xué)指導(dǎo)。目前，關(guān)于四川省南充市一季稻氣候適宜性的相關(guān)研究尚未見報道。因此，本研究借助氣候適宜度模型，結(jié)合一季稻生育期觀測資料和產(chǎn)量資料，對南充市一季稻的光、溫、水適宜度和氣候適宜度的時空分布規(guī)律進(jìn)行分析，并制作相應(yīng)的氣候適宜性區(qū)劃圖，為有關(guān)部門制定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)計劃和優(yōu)化當(dāng)前種植布局提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)

南充市位于四川盆地東北部，介于北緯30°35′-31°51′、東經(jīng)105°27′-106°58′，全年氣候特征表現(xiàn)為春早、夏長、秋短、霜雪少、冬暖，年平均氣溫17 ℃左右，年降雨量1 100 mm，年日照時間1 200～1 500 h。水稻作為南充市最主要的糧食作物，常年種植面積14萬～15萬hm2，占全市糧食作物播種面積的20%～25%，總產(chǎn)量高達(dá)全市糧食總產(chǎn)的35%～40%，因而水稻產(chǎn)量的高低直接影響全市糧食產(chǎn)量的增減[9]。研究區(qū)氣象站和農(nóng)業(yè)氣象觀測站如圖1所示。

1.2 數(shù)據(jù)

從南充市氣象局獲取閬中、儀隴、南部、西充、蓬安、營山和高坪1960-2014年逐日氣象資料，包括平均溫度、降水量、日照時間等，并以營山縣1980-2009年和高坪區(qū)1980-2014年的一季稻關(guān)鍵生育期的多年平均值作為研究區(qū)的生育期數(shù)據(jù)源，包括出苗期、移栽期、拔節(jié)期、抽穗期和生理成熟期，如表1所示。將一季稻的整個生育期劃分為4個階段，分別為出苗到移栽（ST）、移栽到幼穗分化（TP）、幼穗分化到抽穗開花（PF）、抽穗開花到生理成熟（FM）[8]，產(chǎn)量資料為營山縣1980-2009的一季稻空殼率，空殼率分布情況見圖2。

1.3 一季稻氣候適宜度模型

1.3.1 溫度適宜度 溫度適宜度的隸屬函數(shù)一般采用Beta函數(shù)形式[10]，根據(jù)趙峰等[11]研究，其計算公式如下：

1.3.2 光照適宜度 光照適宜度主要采用分段函數(shù)形式[11]，如式（2）所示：

1.3.3 降水適宜度 降水適宜度采用分段函數(shù)形式[8，11]，如式（3）所示：

1.3.4 氣候適宜度 作物的生長狀況受到光、溫、水的復(fù)合影響，則氣候適宜度的計算公式為：

2.1 溫度、光照、降水和氣候適宜度的年際變化規(guī)律

圖3為溫度、光照、降水適宜度和氣候適宜度1960-2014的年際變化，從圖3a可以看出，溫度適宜度的變化范圍為0.82～0.98，溫度適宜度較高的4個年份分別為1965、1980、1993和2005年，其值均在0.96以上，2006年溫度適宜度最低，僅為0.82；從圖3b可以看出，降水適宜度的變化范圍為0.37～0.76，變化幅度較大，降水適宜度最高的年份為1992年，達(dá)0.76，最低在2006年，僅為0.37，與溫度適宜度最低的年份相同。溫度適宜度和降水適宜度雖然年際波動較大，但整體均未表現(xiàn)出明顯的變化趨勢。經(jīng)查閱，2006年的南充市氣溫異常偏高，為歷史第二高位，多項氣象記錄突破歷史極值[13]，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了巨大的影響。

從圖3c可以看出，光照適宜度的變化范圍位0.33～0.80，變化幅度較大，光照適宜度最高的年份為1980年，達(dá)0.80，最低在2009年，僅為0.33，光照適宜度在1960-1978年時段內(nèi)呈顯著上升趨勢，1978年后開始迅速下降，光照適宜度在整個研究時段內(nèi)雖然波動較大，但整體下降趨勢明顯，趨勢系數(shù)通過了0.05水平顯著性檢驗。從圖3d可以看出，氣候適宜度的變化范圍為0.51～0.79，氣候適宜度最高的年份為1990年，達(dá)0.79，最低在2014年，僅為0.51，氣候適宜度在波動中下降，但趨勢系數(shù)未通過0.05水平顯著性檢驗，下降趨勢不明顯。

2.2 溫度、光照、降水適宜度和氣候適宜度的空間分布規(guī)律

圖4為3個氣象因子適宜度和氣候適宜度的空間分布圖，從溫度適宜度的空間分布圖可以看出，整個研究區(qū)的溫度適宜度在0.91～0.94，空間差異小，南充市西北部的溫度適宜度稍高，南部則相對偏低一些；從光照適宜度的空間分布圖可以看出，南充市光照適宜度在0.55～0.67，研究區(qū)東北部是光照適宜度的高值區(qū)，適宜度在0.64以上，除了西充縣的光照適宜度仍在0.6以上外，研究區(qū)的西北部和南部光照適宜度值偏低，均在0.6以下；從降水適宜度的空間分布可以看出，降水適宜度的范圍在0.54～0.60，空間差異不大，從西往東降水適宜度逐漸遞增；從氣候適宜度的空間分布可以看出，整個研究區(qū)的氣候適宜度值基本落在0.60～0.70，與光照適宜度的空間分布較為相似，高值區(qū)域仍集中在南充市東北部和西充縣附近。

2.3 氣候適宜度適用性驗證及等級劃分

利用營山縣1980-2009年的一季稻空殼率觀測資料，與對應(yīng)年份的氣候適宜度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，氣候適宜度與空殼率呈負(fù)相關(guān)，表明氣候適宜度越高，空殼率越小，兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.603，通過了0.01水平顯著性檢驗，氣候適宜度能在一定程度上反映一季稻的空殼率情況，因此，結(jié)合實際生產(chǎn)，分別以空殼率5%、10%、15%為劃分適宜性等級的界限，利用建立好的回歸方程，將氣候適宜度劃分成高適宜、中適宜、低適宜和不適宜4個等級，結(jié)果見表5。

2.4 氣候適宜度年代分析和氣候適宜性區(qū)劃

根據(jù)表5的氣候適宜度等級劃分結(jié)果，對整個研究區(qū)1960-2014年的氣候適宜度進(jìn)行年代分析，如表6所示。從表6可以看出，1960-1969年，有7年中適宜，3年低適宜，不存在不適宜和高適宜年份；1970-1979年和1980-1989年中仍然以中適宜年份為主，都出現(xiàn)了1年的高適宜年份，但也都出現(xiàn)了2年不適宜年份；1990-1999年低適宜年份最多；2000年以后不適宜年份最多，達(dá)6年，占該年代的40%。就整體情況而言，隨著年代的推進(jìn)，不適宜年份在增多，適宜性下降，但就整個研究時段內(nèi)來說，不適宜年份、低適宜年份、中適宜年份和高適宜年份分別占21.8%、32.7%、36.4%和9.1%，中適宜年份仍然居多。

以表5的氣候適宜度等級為區(qū)劃指標(biāo)，根據(jù)研究區(qū)氣候適宜度的跨度范圍，可將南充市劃分為2個區(qū)域，即一季稻氣候中適宜區(qū)、低適宜區(qū)，不存在不適宜區(qū)和高適宜區(qū)，結(jié)果如圖6所示。從圖6可以看出，南充市的東部和西充縣附近為一季稻氣候中適宜區(qū)，其他地區(qū)都為低適宜區(qū)，低適宜區(qū)的面積大于中適宜區(qū)。結(jié)合圖4可知，在溫度適宜度空間分布差距不大的情況下，光照適宜度和降水適宜度都是東北部較高，因此，中適宜區(qū)基本處于南充市東部。

3 小結(jié)與討論

溫度適宜度和降水適宜度年際波動較大，但均表現(xiàn)出明顯的變化趨勢，光照適宜度雖在1960-1978年表現(xiàn)為上升趨勢，但整個研究時段內(nèi)仍呈現(xiàn)下降趨勢。此外，本研究關(guān)于氣候適宜度變化趨勢的結(jié)論與俞芬等[3]、譚孟祥等[7]、賴純佳等[14]研究相似，都認(rèn)為氣候適宜度在一定程度上呈下降趨勢。研究區(qū)溫度適宜度空間差異小，整個研究區(qū)溫度適宜度范圍在0.91～0.94，表明溫度條件較好，基本能滿足水稻生長發(fā)育，光照適宜度東北部較高，降水適宜度從東往西依次遞減，因此，從最后的區(qū)劃結(jié)果可以看出，中適宜區(qū)主要集中在南充市東北部和西充縣附近，其余地區(qū)都為低適宜區(qū)。

氣候適宜度模型綜合考慮了溫度、光照和降水因子，反映了作物生長期內(nèi)的基本環(huán)境狀況，能定量評價作物的適宜性程度，被廣泛地應(yīng)用于各類作物適宜性評價中。本研究借助于該模型不僅分析了南充市一季稻溫度、光照、降水適宜度和氣候適宜度的時空分布規(guī)律，還劃分了氣候適宜度等級指標(biāo)，制作了氣候適宜性區(qū)劃圖，研究成果可以為有關(guān)部門評價和預(yù)測一季稻氣候適宜程度、優(yōu)化水稻種植布局提供科學(xué)參考。

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