氣候變化背景下廣西水稻發(fā)育期變化特征分析

黃桂珍 李莉 匡昭敏

摘要 為研究氣候變化對廣西水稻生長發(fā)育的影響，本文利用廣西16個農業(yè)氣象觀測站1981—2010年水稻生育期觀測資料和1981—2010年的氣象資料，運用線性傾向估計法、GIS空間分析等方法開展研究，分析了廣西水稻生育期的年代際變化規(guī)律及對氣候變化的響應。結果表明，近30年來，廣西水稻產區(qū)年平均氣溫及各季節(jié)的平均氣溫普遍呈上升趨勢，而秋冬季節(jié)增溫更為明顯；廣西年降水量與夏季、冬季降水量均呈增多趨勢，而春、秋季節(jié)降水量呈減少趨勢；早稻播種、移栽日期普遍提前，齊穗、成熟日期普遍推遲；晚稻播種日期普遍推遲，移栽、齊穗、成熟日期普遍提前。

關鍵詞 水稻；生育期；氣象條件；變化特征

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）11-0005-09

中國“第三次氣候變化國家評估報告”表明，1909—2011年，中國陸地區(qū)域平均增溫0.9～1.5 ℃；近15年處于近100年來氣溫最高的階段；報告認為，未來中國區(qū)域氣溫將繼續(xù)上升，到21世紀末可能增溫1.3～5.0 ℃。據(jù)統(tǒng)計，廣西年平均氣溫50年（1961—2010年）來升高了0.75 ℃，變暖趨勢十分明顯；21世紀后氣溫開始急劇上升，遠超過多年平均值，是歷年來溫度最高的時期，與此同時，降水時空分布不均，導致廣西干旱災害發(fā)生十分頻繁，對水資源、人民生活和工業(yè)生產都有較大的影響[1-3]。農業(yè)生產直接暴露在氣候條件下，氣候的任何波動和變化都會對農業(yè)生產造成嚴重的影響[4-6]。然而，氣候變暖有其消極的一面，也有積極的一面，研究農作物生育期變化特征及其對氣候變化的響應[7-9]，進而探討如何最大限度地利用氣候變暖增加的熱量資源抵御其不利影響，對廣西農業(yè)的發(fā)展意義深遠。水稻是廣西的主要糧食作物，廣西的水稻產量歷年居糧食作物的首位。因此，研究氣候變化對水稻播種及生長發(fā)育產生的影響，對水稻產業(yè)未來的布局規(guī)劃和品種改良將起到積極作用[10-12]。本文通過應用統(tǒng)計學方法，基于地理信息系統(tǒng)（GIS）的空間分析功能，研究分析了最近3個年代廣西水稻發(fā)育期的年代變化特征，揭示氣候變化背景下廣西水稻生育期的演變規(guī)律，為廣西農業(yè)結構調整和應對氣候變化提供科學的參考依據(jù)[13-16]。

1 資料與方法

1.1 資料來源

本研究所使用的氣象資料、農情資料等來源于廣西壯族自治區(qū)氣象信息中心，地理信息數(shù)據(jù)來源于廣西壯族自治區(qū)氣象減災研究所。

氣象要素觀測資料為廣西89個氣象觀測站1981—2010年的逐日氣溫資料和降水量資料。農業(yè)氣象觀測資料選取1981—2010年連續(xù)性、代表性較好的的16個農業(yè)氣象觀測站歷年的水稻播種期、移栽期、齊穗期、成熟期進行研究。地理信息資料包括廣西行政區(qū)劃圖、高程數(shù)據(jù)等，使用廣西1∶50 000比例尺的縣界、100 m×100 m分辨率的高程等基礎地理信息數(shù)據(jù)，市縣級行政區(qū)域的水稻種植面積（圖1）。

1.2 統(tǒng)計分析方法

首先使用Microsoft Excel計算工具、繪圖工具及數(shù)據(jù)透視表統(tǒng)計功能統(tǒng)計出廣西各年代各季節(jié)的平均氣溫、平均降水量和水稻各個生育期的平均日期，再依次計算相鄰2個年代的差值，并采用ArcGIS 10.2軟件中的反距離權重法繪制年代差值空間分布圖，揭示出不同年代的氣溫、降水和水稻生育期的變化特征。

2 氣溫及降水量變化特征分析

2.1 氣溫變化趨勢及其空間分布特征

2.1.1 氣溫變化趨勢。1981—2010年廣西各個季節(jié)的氣溫均呈上升趨勢（圖2），30年間，廣西春、夏、秋、冬四季平均氣溫分別上升了1.1、0.1、0.9、1.8 ℃。其中冬季升溫趨勢最為明顯，升溫速率達0.06 ℃/年，春、秋季節(jié)升溫速率次于冬季，夏季升溫不明顯。

2.1.2 各季節(jié)氣溫變化的空間分布特征。春季平均氣溫變化有較為明顯的南北差異（圖3）。1990年代較上一年代普遍升溫，桂南、桂東升溫明顯，升溫幅度多在0.3～0.4 ℃之間，部分地區(qū)升溫幅度達0.5～0.6 ℃，最大值出現(xiàn)在合浦縣，升溫0.7 ℃；桂北偏西一帶較桂南、桂東一帶升溫幅度偏小，升溫幅度0.1～0.2 ℃。2000年代較上一年代顯著升溫，全區(qū)91個站點中有29個站點升溫0.7～0.8 ℃，占全區(qū)站點的32%，升溫0.5～0.6 ℃的有38個站點，占42%；從空間分布圖上可以看出，桂北升溫幅度要比桂南大。

夏季平均氣溫變化有一定的空間差異，但區(qū)域變化特征不明顯。由圖4可知，1990年代較上一年代氣溫有所下降，下降幅度亦比較近似，大部分站點的降溫幅度均在0.1～0.3 ℃之間。2000年代較上一年代氣溫上升，但上升幅度不明顯，全區(qū)升溫0.5 ℃以上的僅有7%，升溫0.3～0.4 ℃僅有32%。

由圖5可知，1990年代除桂西北和桂東北部分地區(qū)小幅降溫外，其余大部地區(qū)均有不同程度升溫，大部分地區(qū)升溫幅度在0.1～0.3 ℃之間。2000年代全區(qū)大部均有明顯升溫，桂北升溫幅度大于桂南；升溫幅度最高值為0.9℃，出現(xiàn)在凌云縣、平南縣、賀州市、平果縣、田陽縣，升溫幅度在0.6～0.8 ℃之間的站點占25%，升溫0.3～0.5 ℃的占60%。

由圖6可知，1990年代全區(qū)急劇升溫，桂東北升溫幅度最大，桂西北升溫幅度最小；靈川縣、陽朔縣、富川縣升溫幅度最大，為1.1 ℃，全區(qū)有49個站點氣溫上升0.8～1.0 ℃，占54%，氣溫上升0.5～0.7 ℃的有30個站點，占33%。2000年代除桂林市降溫外，其余地區(qū)均有所升溫，其中桂西北和中東部地區(qū)升溫最為明顯，升溫幅度在0.6～0.7 ℃之間，升溫幅度在0.4～0.5 ℃之間的有36個站點，占40%，升溫幅度在0.2～0.3 ℃之間的有24個站點，占26%。

2.1.3 水稻主產區(qū)1980—2000年代各季節(jié)平均氣溫變化特征。為進一步研究水稻主要產區(qū)的氣溫變化規(guī)律及其對水稻各個發(fā)育期的影響，選取桂北的桂林站、河池站、沙塘站（柳州市北郊）和桂南的南寧站、玉林站、欽州站等6個水稻主要產區(qū)氣象觀測站1981—2010年的氣溫資料進行統(tǒng)計分析。

由圖7可知，剔除因遷站影響的南寧站，其余5站四季氣溫總體均呈升溫趨勢，升溫幅度及南北溫差存在明顯的季節(jié)性差異。冬季氣溫南北差異最大，最南端高于最北端5～6 ℃；春季南北溫度差異次之，最南端高于最北端4 ℃左右；秋季南北溫差小于春季，最南端高于最北端3 ℃左右；夏季南北差異最小，最南端僅比最北端高1 ℃左右。

2.2 降水量變化特征分析

2.2.1 廣西各季節(jié)降水量變化特征。春季降水量年代變化有明顯的南北對稱性變化，1990年代桂西和桂南大部降水量減少23～113 mm不等，2000年代桂北大部降水減少23～68 mm。1990年代和2000年代全區(qū)降水量總體上是普遍減少的（圖8）。夏季降水量1990年代全區(qū)大部地區(qū)增多114 mm以上；2000年代總體較上一年代降水量減少，其中巴馬縣以北和永?？h以北降水量明顯減少，減少幅度大多在114～205 mm之間（圖9）。

1990年代秋季降水量以減少為主要特征，其中1990年代為全區(qū)范圍性的減少，接近1/2的版圖減少幅度超過69 mm，平果縣、天等縣、崇左市、大新縣、龍州縣、寧明縣、上思縣、扶綏縣、防城港市減少幅度達114～205 mm。2000年代桂西北地區(qū)為減少趨勢，減少幅度在23～68 mm之間；其他地區(qū)變化幅度不大，增減幅度在±22 mm之間（圖10）。

2000年代冬季降水量變化不大，增減幅度多在±22 mm之間。1990年代除桂東南地區(qū)降水量偏少23～68 mm外，其余地區(qū)降水量無明顯增減，變化幅度多在±22 mm之間（圖11）。

2.2.2 廣西水稻主產區(qū)各季節(jié)降水量變化特征。選取桂林、沙塘（柳州市北郊）、河池、南寧、玉林、欽州等6個水稻主要產區(qū)氣象觀測站1981—2010年的降水資料進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)水稻主要產區(qū)降水量年代變化存在較大的季節(jié)性差異（圖12）。春、冬2季降水最為充沛的產區(qū)是地處桂東北的桂林，各個年代季降水量均遠遠多于其他產區(qū)；夏、秋2季降水最為充沛的是桂南沿海的欽州地區(qū)，各個年代季降水量均遠遠多于其他產區(qū)。

春季，1990年代以來，全區(qū)水稻主要產區(qū)降水量總體呈減少趨勢；2000年代，除桂南的欽州、玉林站降水量較上一年代增多外，各站降水量均較上一年代明顯減少。年代季降水量最多的桂林站（桂東北）比最少的南寧站（桂南）多279～494 mm不等。

夏季，1990年代各產區(qū)降水量較上一年代有大幅度增多；2000年代，除欽州站降水量稍微增多外，其他各站降水量均明顯減少。年代季降水量最多的欽州站（桂南）較最少的沙塘站（桂北）多528～717 mm。

秋季，1990年代以來，各站降水量總體呈明顯減少趨勢，其中欽州、桂林、河池減少趨勢最為顯著。年代季降水量最多的欽州站較最少的沙塘站多112～245 mm。

冬季，1990年代后除桂林站外，各站降水量均較1980年代有所減少，其中桂南的欽州、玉林站減少幅度最大；2000年代除沙塘、河池外，其余站點均呈減少趨勢。年代季降水量最多的桂林站較最少的南寧站少68～115 mm。

3 廣西水稻生育期的時空演變特征

3.1 早稻生育期時空演變特征

3.1.1 早稻生育期年代際空間演變特征。本文選取廣西1981—2010年16個數(shù)據(jù)連續(xù)性、代表性較好的農業(yè)氣象觀測站資料，計算廣西水稻播種、移栽、齊穗、成熟等4個主要生育期的平均日期的年代差值，并采用反距離加權法（IDW）進行空間插值、水稻產區(qū)矢量圖進行摳圖，得出水稻產區(qū)的平均日期年代差值圖。圖中，負值越大表示該生育期的平均生育日期較上一年代提前日數(shù)越多；反之，正值越大表示較上一年代推遲日數(shù)越多。

由圖13可知，廣西南寧、靈山、柳州等地1990年代早稻播種平均日期較上一年代推遲2～7 d，其他地區(qū)則普遍提前3～6 d。2000年代桂東和桂西大部分地區(qū)及播種平均日期普遍較上一年代提前2～10 d，其他大部地區(qū)則大多推遲2～7 d。

由圖14可知，1990年代大部分產區(qū)移栽日期提前3～6 d，桂南大部推遲2～5 d。2000年代移栽日期全區(qū)普遍提前5～8 d。

由圖15可知，1990年代桂中、桂南大部產區(qū)齊穗日期普遍推遲2～3 d，桂東北和桂南部分地區(qū)提前3～6 d。2000年代齊穗日期普遍提前3～4 d，桂南部分地區(qū)推遲2～5 d。

由圖16可知，1990年代成熟日期普遍較上一年代推遲2～3 d，桂平較上一年代推遲8 d。2000年代成熟日期大部提前5～6 d，桂南部分地區(qū)推遲2～5 d。

3.1.2 早稻生育期年代際時間演變特征。對南寧、雁山、沙塘、玉林、河池、欽州等6個水稻產區(qū)近30年的平均生育日期進行統(tǒng)計分析。由圖17可知，雁山、玉林、欽州出苗日期較上一年代推遲1～6 d，南寧、沙塘、河池則提前4～14 d。各產區(qū)移栽日期較上一年代提前1～16 d，其中河池提前16 d，為全區(qū)提前量最大的產區(qū)。齊穗期、成熟期除欽州推遲6 d，玉林幾個年代變化不大（增減幅度1～2 d），其他幾個產區(qū)提前2～8 d。

3.1.3 早稻各生育期所需天數(shù)變化特征。由各年代平均生育日期統(tǒng)計得出，2000年代早稻秧苗期明顯縮短，這與春季升溫有較大關系，大田生長期則普遍延長，利于高產（表1）。

3.2 晚稻生育期時空演變特征

3.2.1 晚稻生育期年代際空間演變特征。由圖18可知，1990年代全區(qū)晚稻播種日期普遍推遲10 d以上；2000年代桂東南和桂東北普遍推遲6～9 d，其他地區(qū)普遍推遲4～5 d。

由圖19可知，1990年代移栽期桂東比、桂東南普遍提前1～4 d，桂中普遍推遲2～5 d；2000年代桂南普遍推遲，其中靈山、浦北一帶推遲6～9 d；其他地區(qū)普遍提前2～4 d。

由圖20可知，1990年代大部提前2～4 d，桂平、玉林一帶推遲2～3 d。2000年代桂北的河池、宜州、環(huán)江一帶和桂中的蒼梧、梧州一帶提前3～4 d，桂南的橫縣、靈山一帶推遲6～9 d。

由圖21可知，1990年代南寧以南和柳州以北地區(qū)大部提前4～8 d，桂中的桂平、平南一帶推遲6～9 d。2000年代全區(qū)大部推遲2～3 d，桂北、桂東部分地區(qū)提前2～4 d。

3.2.2 晚稻生育期年代際時間演變特征。由圖22可知，廣西晚稻主產區(qū)播種、出苗日期的年代際變化沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。齊穗期和成熟期則南北差異較大，桂北晚稻成熟日期普遍比桂南早15～20 d。

3.2.3 晚稻各生育期所需天數(shù)變化特征。由各年代平均生育日期統(tǒng)計得出，廣西水稻主要產區(qū)的晚稻整個生育期明顯變短，與之相對應的是秋季氣溫明顯變暖（表2）。

4 結論與討論

綜合以上研究結果可知，1981—2010年廣西各個季節(jié)的氣溫均呈上升趨勢，其中冬季升溫趨勢最為明顯，春、秋季節(jié)升溫速率次于冬季，夏季升溫不明顯；在氣候變化背景下，廣西各地氣溫逐年代攀升，除了20世紀90年代夏季有所降溫以外，其余年代全區(qū)各地的氣溫均較上一年代有所升高。

早稻播種、移栽、齊穗、成熟日期普遍提前，晚稻播種日期普遍推遲，移栽、齊穗、成熟日期普遍提前。由于早稻感溫性強，廣西春季氣溫明顯升高不但可使早稻播種期提前，還可使秧苗期明顯縮短，從而導致早稻移栽日期普遍提前，且又因廣西夏季升溫不明顯，致使早稻的大田生長期略有延長；而晚稻雖感光性強，但秋季氣溫明顯升高仍可使晚稻生長期縮短，從而使晚稻的齊穗和成熟日期普遍提前。研究表明，氣候變暖對水稻生育期有明顯的影響，廣西大部地區(qū)早稻秧苗期明顯縮短，大田生長期普遍延長；秋季氣溫明顯升高導致廣西大部地區(qū)晚稻整個生育期明顯變短?？煽紤]將水稻品種改為增產潛力更大的中晚熟品種。

5 參考文獻

[1] 代立芹，李春強，魏瑞江，等.河北省冬小麥生長和產量對氣候變化的響應[J].干旱區(qū)研究，2011，28（2）：294-300.

[2] 鄧環(huán)，萬素琴，劉敏，等.氣候變化對1981年以來湖北省中稻生育期的影響[J].華中農業(yè)大學學報，2013，32（2）：84-89.

[3] 《第三次氣候變化國家評估報告》編寫委員會.第三次氣候變化國家評估報告[M].北京：科學出版社，2015.

[4] 廣西丘陵山區(qū)農業(yè)氣候資源及其合理利用課題組.廣西山區(qū)農業(yè)氣候與大農業(yè)開發(fā)策略[M].北京：氣象出版社，1997.

[5] 廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計局.廣西統(tǒng)計年鑒[M].北京：中國統(tǒng)計出版社，2015.

[6] 廣西壯族自治區(qū)氣候中心.廣西氣候[M].北京：氣象出版社，2007.

[7] 何燕，王斌，江立庚，等.基于GIS的廣西水稻種植布局精細化氣候區(qū)劃[J].中國水稻科學，2013，27（6）：658-664.

[8] 黃梅麗.廣西氣候變暖及其對農業(yè)的影響[C]//中國氣象學會.中國氣象學會2006年年會“氣候變化及其機理和模擬”分會場論文集.中國氣象學會，2006.

[9] 侯雯嘉，耿婷，陳群，等.近20年氣候變暖對東北水稻生育期和產量的影響[J].應用生態(tài)學報，2015，26（1）：249-259.

[10] 李世忠，李江南.氣候變暖背景下廣西水稻生育期變化特征[C]//中國氣象學會.第32屆中國氣象學會年會S15提升氣象為農服務能力，保障農業(yè)提質增效.中國氣象學會，2015.

[11] 雷秋良，徐建文，姜帥，等.氣候變化對中國主要作物生育期的影響研究進展[J].中國農學通報，2014，30（11）：205-209.

[12] 仝文偉，張玉娟，郭艷玲，等.氣候變化背景下農業(yè)氣候資源開發(fā)應用研究[J].河南農業(yè)科學，2011，29（8）：933-936.

[13] 涂方旭.廣西水稻主要生育期氣候條件分析[J].廣西農業(yè)科學，2006（4）：370-373.

[14] 許吟隆，鄭大偉，劉曉英，等.中國農業(yè)適應氣候變化關鍵問題研究[M].北京：氣象出版社，2014.

[15] 王斌，陳小敏，鐘曼茜，等.海南水稻生育期的時空變化特征及對氣候變暖的響應[J].熱帶作物學報，2017，38（3）：415-420.

[16] 周紹毅，徐圣璇，黃飛，等.廣西農業(yè)氣候資源的長期變化特征[J].中國農學通報，2011，27（27）：168-173.