紹興市水稻氣候適宜度精細(xì)化分布特征

孫科，婁偉平，朱曉晨

(1.新昌縣氣象局，浙江 新昌 312500； 2.南京信息工程大學(xué) 應(yīng)用氣象學(xué)院，江蘇 南京 210044)

氣候變暖已影響全球[1]。農(nóng)業(yè)對氣候變化的反應(yīng)最明顯[2-4]。氣候適宜度是指溫度、降水、日照等因子對作物成長發(fā)育、產(chǎn)量形成的適宜水平[5-6]。有關(guān)學(xué)者對柑桔[7]、玉米[8]、水稻[9]、小麥[10]、棉花[11]等作物生產(chǎn)氣候適宜程度開展了研究，但這些研究基于單個站點(diǎn)分析，無法推算出無測站地區(qū)的適宜度分布特點(diǎn)。我國南方地形復(fù)雜，溫度、日照、降水等要素在空間上差異非常明顯[12-14]，從而導(dǎo)致農(nóng)作物在成長發(fā)育、產(chǎn)量形成等方面適宜水平空間分布差異較大[15-16]。

水稻是浙江省紹興市重要的糧食作物，研究水稻氣候適宜度細(xì)網(wǎng)格分布，有利于在山地地形條件下，因地制宜充分利用小氣候資源，合理布局作物品種，減少生產(chǎn)的盲目性。

1 材料與方法

1.1 材料

1972年1月至2012年12月國家站逐日氣象資料、2004年1月至2012年12月紹興市區(qū)域站的逐日氣象資料、1∶25萬DEM來自浙江省氣象局；1980—2013年新昌縣、紹興縣水稻生育期及產(chǎn)量資料分別來自新昌縣農(nóng)業(yè)局和紹興縣氣象站。

1.2 氣候適宜度函數(shù)模型

溫度適宜度計(jì)算公式[17-18]：

式中：T為某時段平均氣溫；Tmin、Tmax、T0分別代表水稻在該時段內(nèi)最低、最高和最適溫度。

采用蔣定生[19]的模型計(jì)算降水適宜度。

式中：R為某時段內(nèi)降水量；R0為生理需水量。

本研究以日照時數(shù)達(dá)可照時數(shù)的70%(日照百分率)以上即適宜[20]。

b=0.538 Sun0+0.013。

式中：Sun為日照時數(shù)的觀測值；Sun0為日照百分率為70%的日照時數(shù)；b為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)[20]。

基于幾何平均推算水稻整個生育期總體氣候適宜度(S)，即

1.3 Mann-Kendall test趨勢分析

利用Mann-Kendall test趨勢法開展水稻氣候適宜度顯著性檢驗(yàn)[21]。

1.4 氣候適宜度網(wǎng)格化分布

熱量條件是妨礙紹興市水稻生長的最主要?dú)庀笠蛩兀浴?0 ℃活動積溫為區(qū)劃指標(biāo)。雙季稻的生長適宜區(qū)：≥10 ℃積溫5 000 ℃以上；次適宜區(qū)：≥10 ℃積溫4 600 ℃以上；不適宜區(qū)：≥10 ℃積溫4 600 ℃以下。單季稻的生長適宜區(qū)：≥10 ℃積溫4 500 ℃以上；次適宜區(qū)：≥10 ℃積溫4 000 ℃以上；不適宜區(qū)：≥10 ℃積溫4 000 ℃以下[22]。

利用1∶25萬DEM數(shù)據(jù)以及GIS技術(shù)，確定經(jīng)度、緯度、高程、坡度、坡向、地形開闊度等因子對氣候適宜度影響權(quán)重系數(shù)，建立擬合模型，基于GIS空間分析將水稻氣候適宜度推算到每個網(wǎng)格點(diǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻氣候適宜度年變化

2.1.1 早稻氣候適宜度年變化

基于氣象站數(shù)據(jù)分析早稻氣候適宜度逐年變化特征(圖1)。從1972—2012年早稻溫度適宜度逐年上升，Mann-Kendall test達(dá)0.01顯著水平；降水適宜度逐年下降，但Mann-Kendall test不顯著，說明變化不明顯；日照適宜度在0.780～0.970波動、氣候適宜度在0.60～0.81波動，變化不明顯。

圖1 早稻適宜度的年變化

2.1.2 晚稻氣候適宜度年變化

由圖2可知，1972—2012年，晚稻溫度適宜度逐年線性增加，降水適宜度、日照適宜度和氣候適宜度逐年線性減小，但Mann-Kendall test不顯著，說明變化不明顯。

2.1.3 單季晚稻氣候適宜度年變化

由圖3可知，1972—2012年單季晚稻溫度適宜度逐年線性增加，Mann-Kendall test達(dá)0.01顯著水平；降水適宜度隨時間變化不顯著；日照適宜度和氣候適宜度逐年線性降低，Mann-Kendall test達(dá)0.01顯著水平。

2.2 水稻各生育期的氣候適宜度年變化

2.2.1 早稻各生育期的氣候適宜度年變化

早稻各生育期日照適宜度、降水適宜度差異小，變化不明顯(圖4)。溫度適宜度除拔節(jié)孕穗期和開花期變化不明顯外，其他生育期變化Mann-Kendall test均達(dá)顯著水平。溫度適宜度在苗期、返青期和分蘗期顯著增加，在灌漿成熟期顯著減少。

2.2.2 晚稻各生育期的氣候適宜度年變化

溫度適宜度除成熟期不顯著外，其他生育期Mann-Kendall test都達(dá)到顯著水平，日照適宜度除拔節(jié)期變化Mann-Kendall test顯著，其他生育期變化不明顯(圖5)。溫度適宜度在苗期和返青期顯著減小，在分蘗期、拔節(jié)期和開花期顯著增加，日照適宜度在拔節(jié)孕穗期顯著減小。降水適宜度變化都不顯著。

2.2.3 單季晚稻各生育期的氣候適宜度年變化

單季晚稻溫度適宜度除了在苗期、分蘗期、拔節(jié)孕穗期和成熟期Mann-Kendall test顯著變化外，日照適宜度除了在拔節(jié)孕穗期和抽穗開花期Mann-Kendall test顯著變化外，其他都不顯著(圖6)。

圖2 晚稻適宜度的年變化

圖3 單季晚稻適宜度的年變化

2.3 氣候適宜度細(xì)網(wǎng)格分布

2.3.1 早稻氣候適宜度細(xì)網(wǎng)格分布

紹興市早稻氣候適宜度在0.60～0.75(圖7)，其中紹興東北部、中南部盆地早稻氣候適宜度在0.65以上；越城區(qū)西南部、諸暨大部氣候適宜度低，在0.63以下；越城區(qū)東南部、嵊州市大部、新昌西南部早稻氣候適宜度在0.630～0.635，上虞大部、新昌中東部早稻氣候適宜度在0.635～0.640。

2.3.2 晚稻氣候適宜度細(xì)網(wǎng)格分布

紹興市晚稻氣候適宜度在0.52～0.62(圖8)，其中紹興東北部、中南部盆地氣候適宜度在0.58以上；越城區(qū)東南部、嵊州市西部、新昌大部氣候適宜度在0.58以下。

2.3.3 單季晚稻氣候適宜度細(xì)網(wǎng)格分布

紹興市單季晚稻氣候適宜度在0.60～0.73(圖9)，單季晚稻氣候適宜度呈從北向南遞減趨勢。紹興東北部平原、諸暨盆地晚稻氣候適宜度在0.67～0.73，紹興中南部盆地在0.64～0.67，嵊州南部、新昌大部晚稻氣候適宜度在0.64以下。

圖4 早稻各生育期溫度適宜度變化情況

圖5 晚稻各生育期適宜度變化情況

圖6 單季晚稻各生育期適宜度變化情況

圖7 紹興市早稻氣候適宜度細(xì)網(wǎng)格分布

圖8 紹興市晚稻氣候適宜度細(xì)網(wǎng)格分布

圖9 單季晚稻氣候適宜度細(xì)網(wǎng)格分布

3 小結(jié)

紹興市4月為早稻秧苗期，此時易出現(xiàn)“倒春寒”天氣造成早稻爛秧；5月上旬、5月中下旬分別為返青期和分蘗期，低溫連陰雨時常出現(xiàn)，導(dǎo)致早稻僵苗。新昌縣氣象站資料計(jì)算的苗期、返青期、分蘗期溫度適宜度小于0.5的機(jī)率分別為33.3%、16.7%、40.5%，其中1991年返青期的溫度適宜度為0。隨著氣候變暖，4、5月氣溫呈升高趨勢，這3個生育期的溫度適宜度也呈增大趨勢，但溫度升高呈波動性，因此溫度適宜度增大也呈波動性。7月是紹興市早稻灌漿成熟期，隨著氣溫升高，高溫日數(shù)增多，易造成早稻高溫逼熟，溫度適宜度呈下降趨勢。

隨著氣候變化，紹興市7月高溫日數(shù)增多，高溫強(qiáng)度增強(qiáng)，影響晚稻秧苗生長和移栽后返青。8月后氣溫偏高，有利于水稻生長，特別是9月氣溫升高，秋季低溫推遲，有利于晚稻抽穗開花，安全齊穗。近年來，紹興市8月下旬至9月中旬雨日不斷增加，日照適宜度逐漸減小。

隨著5、6月氣溫升高，有利于單季晚稻秧苗生長和分蘗，但7月至8月上中旬的高溫不利于拔節(jié)孕穗，9月中旬至10月溫度升高有利于成熟。8月下旬至9月上旬日照減少，不利于單季晚稻拔節(jié)孕穗和開花授粉。

溫度是造成各地早稻和晚稻氣候適宜度差異的最主要因子。在平原、海拔200～300 m丘陵臺地水稻氣候適宜度分別在0.64、0.58以上，適宜雙季稻生產(chǎn)，應(yīng)大力推廣雙季稻種植。降水是造成各地早稻和晚稻氣候適宜度差異的最主要因子，紹興市北部以河網(wǎng)平原為主，南部以丘陵山地為主，從北向南，單季晚稻氣候適宜度逐漸減小。紹興市大部分地區(qū)適宜單季晚稻生產(chǎn)，氣候適宜度在0.6以上，因此海拔300 m以上的地區(qū)應(yīng)大力推廣單季晚稻種植。