農(nóng)業(yè)氣象條件與水稻種植區(qū)劃之間的關(guān)系

摘 要：水稻是我國(guó)的重要糧食作物，在農(nóng)業(yè)市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。日益增長(zhǎng)的人口數(shù)量和糧食需求量與總產(chǎn)量之間的矛盾，使得糧食危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)重。在過(guò)去的幾十年里，我國(guó)糧食總產(chǎn)量有了大幅度提升，饑餓人口顯著降低，但世界上仍有很大部分人口不能獲得必需的糧食，這些都為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)帶來(lái)了巨大壓力。與此同時(shí)，農(nóng)耕面積的減少，水資源短缺、氣候條件多變等現(xiàn)象也給糧食增產(chǎn)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。對(duì)此，通過(guò)研究氣象條件與水稻種植區(qū)劃之間的關(guān)系，揭示潛在分布與氣候的適應(yīng)性具有重要意義，能夠?yàn)閮?yōu)化水稻種植布局，改進(jìn)栽培與管理制度，科學(xué)應(yīng)對(duì)惡劣氣候變化提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)氣象;水稻;種植條件

中圖分類號(hào)：S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20191030064

引言

農(nóng)業(yè)氣象條件主要是指水稻種植所需要的氣候資源，能夠?yàn)槠涮峁┍匾奈镔|(zhì)和能量等條件，例如光照、溫濕度、降水、空氣等氣象因子的數(shù)量或強(qiáng)度及其組合。具有年日周期的循環(huán)性、時(shí)空變化的不穩(wěn)定性、反復(fù)性以及多變性。不僅制約了某個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類型，對(duì)于生產(chǎn)能力也有較大的影響。

1 農(nóng)業(yè)氣象條件與水稻種植區(qū)劃研究現(xiàn)狀

我國(guó)是人口大國(guó)，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)糧食總產(chǎn)量便不斷上漲，實(shí)現(xiàn)了主要糧食供給從長(zhǎng)期短缺→大體總量平衡→豐年有余的歷史性轉(zhuǎn)變，僅由少數(shù)的農(nóng)耕面積便養(yǎng)活了世界30%的人口，深受其他國(guó)家的重視。然而，全球糧食總增長(zhǎng)面積與人口需求極不對(duì)應(yīng)，特別是非洲地區(qū)，受氣候條件的影響，糧食資源非常貧乏。糧食作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家實(shí)力提升、人民和諧生存的基礎(chǔ)，不僅關(guān)系著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的獨(dú)立性和安全性，更關(guān)系到小康社會(huì)的實(shí)現(xiàn)，隨著我國(guó)人口數(shù)量的不斷增長(zhǎng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的日益提升，營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)不斷改善，人均糧食消費(fèi)水平將進(jìn)一步提升，解決糧食問(wèn)題仍然是頭等大事。

農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃是把不同地區(qū)與農(nóng)業(yè)相關(guān)的氣候資源條件作為依據(jù)，結(jié)合作物栽培與成長(zhǎng)所需的農(nóng)業(yè)氣象，分析有利于當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長(zhǎng)的氣候資源，并劃分適宜區(qū)，能夠較為合理地安排水稻種植、改進(jìn)耕作制度，提高氣象資源利用率，為促進(jìn)作物增產(chǎn)提供條件?，F(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)正朝著高質(zhì)高產(chǎn)、高效低耗的轉(zhuǎn)變改革，雖然成功轉(zhuǎn)化了一些科研成果，在一定程度上提高了生產(chǎn)效益，但大多數(shù)地區(qū)由于缺乏專業(yè)的理論知識(shí)和技術(shù)指導(dǎo)，減產(chǎn)情況仍然無(wú)法得到有效改善，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。為了解決這一現(xiàn)狀，科學(xué)家對(duì)作物的生長(zhǎng)特性和氣象因子作出了適宜性研究。如美國(guó)農(nóng)業(yè)部在20世紀(jì)實(shí)行的調(diào)查計(jì)劃，通過(guò)設(shè)定非監(jiān)督的分類程序，再借助遙感技術(shù)檢測(cè)有關(guān)作物生長(zhǎng)的地理環(huán)境、氣候資源分布狀況等，為農(nóng)業(yè)科研提供幫助，這個(gè)項(xiàng)目便是農(nóng)業(yè)資源的航天遙感器。

MokheleE.M.團(tuán)隊(duì)基于經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度對(duì)非洲等干旱地區(qū)的作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行了適宜性區(qū)劃研究;SkopE團(tuán)隊(duì)則基于經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的共同作用分析了作物生長(zhǎng)特性，并作了有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃;RadR.B.團(tuán)隊(duì)改變了傳統(tǒng)的適宜性區(qū)劃模式，引入了GIS系統(tǒng)，使得區(qū)劃結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確和精細(xì);BulagakovD.S.團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了GIS對(duì)農(nóng)耕土壤退化情況的檢測(cè)效果，并對(duì)未來(lái)特定地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的分部作出預(yù)測(cè)。我國(guó)科學(xué)家李金健等人構(gòu)建了一個(gè)指標(biāo)要素空間分布模型，然后利用GIS系統(tǒng)和決策樹等方法把我國(guó)作物的生長(zhǎng)適宜區(qū)劃分為3個(gè)等級(jí)。適宜區(qū)、較適宜區(qū)和不適宜區(qū);楊麗霞等人分析了某種作物在栽培、發(fā)育和生長(zhǎng)過(guò)程中所需的氣候資源，并利用GIS技術(shù)進(jìn)行區(qū)劃。

縱觀農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域，大多為作物種植區(qū)劃研究。當(dāng)前面臨的一大困境便是如何有效把氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)同作物的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái)，對(duì)此區(qū)劃科研成果鮮有報(bào)道。要深入探索適宜種植區(qū)對(duì)水稻生長(zhǎng)所需的氣象資源供給，結(jié)合氣象因子的特性進(jìn)行研究，為實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)和提質(zhì)提供必要的依據(jù)。

2 水稻的適宜種植條件

水稻栽培已經(jīng)有大約6500a的歷史，在國(guó)內(nèi)種植范圍較廣，從南到北均有規(guī)?；痉N植區(qū)。在我國(guó)糧食作物生產(chǎn)中，水稻播種面積達(dá)到25%，產(chǎn)量則超過(guò)50%。水稻是一種喜溫的短日照作物，類型眾多，在不同的氣候條件下呈現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)特性。水稻種植區(qū)劃則是合理布控水稻栽培格局的關(guān)鍵。長(zhǎng)期的水稻種植與農(nóng)業(yè)氣象研究表明，凡是能夠滿足日平均溫度超過(guò)10℃，并且天數(shù)穩(wěn)定在110d左右，或日平均溫度超過(guò)18℃，并且天數(shù)穩(wěn)定在30d左右的地區(qū)均有利于水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。

近年來(lái)，我國(guó)水稻種植區(qū)劃的依據(jù)是先用溫度條件把農(nóng)耕地劃分為可種植區(qū)和不可種植區(qū)，然后再根據(jù)可種植區(qū)的水資源分布、氣候干燥指數(shù)以及稻作熟制等適應(yīng)性指標(biāo)，同時(shí)結(jié)合地理位置和自然環(huán)境把可種植區(qū)劃分為6個(gè)水稻1級(jí)氣候生態(tài)帶、22個(gè)2級(jí)區(qū)。6個(gè)水稻1級(jí)氣候生態(tài)帶為東北半濕潤(rùn)單季早粳稻帶，西北干旱、熟制單季早粳、中粳帶，華北半濕潤(rùn)、熟2熟單季中粳中秈帶，西南濕潤(rùn)2熟3熟單季雙季稻帶，華中濕潤(rùn)2熟3熟單季雙季稻帶，華南濕潤(rùn)3熟2熟雙季稻帶。大興安嶺、阿爾泰高原高山區(qū)則為不可種植區(qū)，需要明確的是，受全球氣候變暖的影響，我國(guó)多地出現(xiàn)干旱少雨情況，淡水資源急劇缺乏，水稻生產(chǎn)不斷受阻，部分地區(qū)已不再適合傳統(tǒng)水稻品種的栽培，這就需要相關(guān)專家進(jìn)一步研究分析。

3 氣象條件與水稻種植區(qū)劃之間的關(guān)系

通過(guò)對(duì)各水稻適宜種植區(qū)的氣象資料和地理環(huán)境資源等進(jìn)行分析，收集多個(gè)氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄，記錄包含年、月、日3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的日照強(qiáng)度、平均氣溫、最高和最低氣溫、降水等信息。地理環(huán)境資源則包括區(qū)劃的界線、站點(diǎn)海拔等信息。

3.1 光照資源

太陽(yáng)是地球上所有生物生長(zhǎng)、發(fā)育和其他各項(xiàng)生命活動(dòng)的重要能源，植物可以通過(guò)光合作用制造有機(jī)物，供自身需求。水稻作為喜光作物，對(duì)光照的需求量極高，一般在生育期的光照要達(dá)到1500h，有利于積累干物質(zhì)。綜合我國(guó)的光照資源分布狀況，平均日照時(shí)數(shù)為232.5h，一年中日照強(qiáng)度最高集中在8月，平均可達(dá)到306.4h;2月日照強(qiáng)度最低，平均為213.2h。年平均日照百分率為62.4%，8月日照百分率達(dá)到最高，為65.7%，6月最低，僅為35.8%。

3.2 熱量資源

溫度對(duì)于水稻品種的確定具有決定性作用，主要影響水稻發(fā)育期，與產(chǎn)量和品質(zhì)有著密切關(guān)聯(lián)。在水稻分蘗前期，最適宜溫度為15～35℃，在此區(qū)間溫度越高，水稻有效分蘗數(shù)也越多，總產(chǎn)量將提高。分蘗期之后，最適宜溫度則要控制在25～30℃，低于或高于此溫度，都將形成較多無(wú)效分蘗，降低產(chǎn)量。我國(guó)多處溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，日平均溫度高于0℃的活動(dòng)積溫達(dá)到7530℃，冬季氣候在冷流的作用下寒冷干燥，夏季炎熱降雨量豐富。冬夏季風(fēng)交替的春秋2個(gè)季節(jié)的氣溫比較適宜，多為晴雨多變。冬季氣溫普遍較低，南熱北冷，溫差較大，最大可超過(guò)50℃。主要是因?yàn)槎咎?yáng)直射南半球，北半球獲得的太陽(yáng)熱量少;冬季盛行冬季風(fēng)，夏季大多數(shù)地區(qū)（青藏高原除外）普遍為高溫，南北溫差不大。主要是因?yàn)橄募咎?yáng)直射北半球，熱量較多，白晝時(shí)間長(zhǎng)，減緩了南北接受太陽(yáng)光熱的差異。

3.3 降水資源

據(jù)觀測(cè)，水稻在生育期的最適需水量為600～900mm，不同階段的水量都會(huì)影響到水稻的生產(chǎn)總量和品種。我國(guó)年降水量的空間分布為由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。由于我國(guó)東南部臨海，西北深入至大陸內(nèi)部，使得水分循環(huán)自東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。降水的季節(jié)性變化使得各地降水量分布不均，大多數(shù)地區(qū)降水集中在5—10月份，一般占據(jù)全年的85%。南方雨季開(kāi)始早結(jié)束晚，北方雨季開(kāi)始晚結(jié)束早。因此水稻種植的主要時(shí)期為5—10月，此間地區(qū)降水量平均為780mm，能夠?yàn)樗镜纳L(zhǎng)提供必要條件。

研究表明：在適宜溫度范圍內(nèi)，水稻的發(fā)芽率同溫度呈現(xiàn)正比關(guān)系，溫度越高則其生長(zhǎng)勢(shì)能越好。水稻種子的發(fā)芽最適宜溫度為16～35℃，秧苗生長(zhǎng)的適宜溫度為20～32℃，種子發(fā)芽期遇到低溫則會(huì)延緩出芽，甚至造成爛秧現(xiàn)象，降低了水稻的成活率。我國(guó)6月上旬的平均氣溫為23～23.5℃，南部地區(qū)同北部、中部地區(qū)相比溫度要高，平均溫度為23～23.9℃，與水稻發(fā)芽期和生長(zhǎng)期的最適溫度相符合。南部地區(qū)相較于中北部地區(qū)而言更能促進(jìn)種子的發(fā)芽，北部地區(qū)的插秧時(shí)間更晚，也能保證水稻對(duì)溫度的要求。夏末秋初的低溫冷害類似陰雨天氣，總體上呈現(xiàn)出南低北高的態(tài)勢(shì)。此時(shí)期是水稻灌漿成熟的重要階段，一旦發(fā)生低溫冷害，將導(dǎo)致大面積的水稻減產(chǎn)。

4 結(jié)論

總體而言，我國(guó)南部地區(qū)特殊的氣候條件和地理環(huán)境更有利于水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，但也容易受旱澇、高溫?zé)岷Α⒌蜏乩浜Φ葰庀鬄?zāi)害的不良影響，并且沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)也會(huì)給水稻帶來(lái)較大損害。對(duì)此，水稻種植者要根據(jù)水稻區(qū)劃的氣象特征合理規(guī)避氣象災(zāi)害，降低負(fù)面作用，使水稻安全度過(guò)發(fā)育期。

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作者簡(jiǎn)介：

周丹（1985-），女，助工。研究方向：大氣科學(xué)。