貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期的日照時(shí)數(shù)變化

陳思盈，郜紅娟，馬淑亮，徐 晶，龍超群，羅瑞堯，余雨潔

(1.貴州理工學(xué)院建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 50003；2.貴州師范學(xué)院地理與資源學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550018)

日照時(shí)數(shù)表示太陽(yáng)實(shí)際照射到地表的時(shí)數(shù)，是表示太陽(yáng)輻射強(qiáng)弱及氣候變化的重要要素[1-2]。而在全球氣候增暖的背景下，日照時(shí)數(shù)發(fā)生了明顯變化，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)短變化在一定程度上影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[3-4]，對(duì)日照時(shí)數(shù)變化研究對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)合理布局具有重要意義，促進(jìn)地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[5]。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)日照時(shí)數(shù)變化的研究成果頗豐。目前，大多數(shù)學(xué)者基于氣候背景下對(duì)日照時(shí)數(shù)變化的研究大多集中于我國(guó)西北、華南地區(qū)，如馬輝[6]利用趨勢(shì)分析法對(duì)西寧近57年的日照時(shí)數(shù)變化進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)在2000-2011年，西寧冬季、夏季、秋季日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)，春季日照時(shí)數(shù)穩(wěn)定；安彬等[7]利用空間插值法對(duì)陜西日照時(shí)數(shù)變化進(jìn)行分析；武勝利等[8]利用小波分析法對(duì)新疆博斯騰湖流域近53年的日照時(shí)數(shù)變化進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)博斯騰湖流域年日照時(shí)數(shù)存在著28和17a的周期變化。此外，還有部分學(xué)者關(guān)注了植物生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化，如李乃會(huì)等[9]對(duì)山東沂南縣烤煙生長(zhǎng)期20年日照時(shí)數(shù)變化進(jìn)行研究。然而，這些研究鮮有關(guān)注西南地區(qū)玉米與水稻各生長(zhǎng)期的日照時(shí)數(shù)變化。

玉米與水稻作為我國(guó)主要糧食作物，貴州省是我國(guó)西南地區(qū)重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，研究貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。鑒于此，本研究利用線性趨勢(shì)分析法、空間插值法、小波分析法等方法對(duì)貴州省玉米與水稻近52a各生長(zhǎng)期的日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)、空間分布特征及周期特征進(jìn)行研究，以期為貴州省玉米與水稻生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源于貴州省氣候中心提供的貴州省19個(gè)氣象站逐日氣象觀測(cè)日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)（圖1）。

圖1 貴州省19個(gè)氣象站位置

1.2 生長(zhǎng)期劃分

根據(jù)相關(guān)研究文獻(xiàn)及本地實(shí)際情況[10-11]，將玉米和水稻各生長(zhǎng)期劃分為（表1）：

表1 貴州省玉米和水稻生長(zhǎng)期劃分

1.2 研究方法

（1）趨勢(shì)分析法：線性趨勢(shì)分析法公式為：y=at+b，公式中t代表年份，a代表氣候傾向率，10a代表要素氣候變化率，用于貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)的特征，正負(fù)值表示變化方向。

（2）空間插值法：利用ArcGIS環(huán)境下的反距離加權(quán)（IDW）插值法分析貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)空間變化空間分布。

（3）小波分析法：利用MATLAB軟件中Morlet小波分析法分析貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化的周期特征，不僅能顯示出日照時(shí)數(shù)氣候變化的尺度，還能顯示出變化的具體時(shí)段。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年際變化

由圖2a可知，根據(jù)趨勢(shì)分析法對(duì)貴州省玉米各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年際變化進(jìn)行研究，研究表明貴州省52a玉米總生長(zhǎng)期的日照時(shí)數(shù)變化總體以2.9678h/a的速度呈減少趨勢(shì)，下降幅度稍大，平均日照時(shí)數(shù)為821.8h，年日照時(shí)數(shù)最大值出現(xiàn)在1963年，為1095.3h，最小值出現(xiàn)在1979年，為664.9h，差值達(dá)到430.4h；從玉米各生長(zhǎng)期來(lái)看，各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化均呈下降趨勢(shì)，其中拔節(jié)-抽雄期下降幅度最大，同時(shí)平均日照時(shí)數(shù)較高，播種-出苗期下降幅度較小，平均日照時(shí)數(shù)較低。

由圖2b可知，根據(jù)趨勢(shì)分析法對(duì)貴州省水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年際變化進(jìn)行研究，研究表明貴州省52a水稻總生長(zhǎng)期的日照時(shí)數(shù)變化總體以3.1265h/a的速度呈減少趨勢(shì)，下降幅度較大，平均日照時(shí)數(shù)為744.3h，年日照時(shí)數(shù)最大值出現(xiàn)在1963年，為981.7h，最小值出現(xiàn)在2010年，僅為607.7h，差值達(dá)到374h。從水稻各生長(zhǎng)期來(lái)看，各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化均呈下降趨勢(shì)，其中移栽分蘗期下降幅度與抽穗成熟期接近，幅度較大，同時(shí)平均日照時(shí)數(shù)較高，秧苗期下降幅度較小，平均日照時(shí)數(shù)較低。

圖2 1961-2013年貴州省玉米（a）、水稻（b）各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年際變化

2.2 貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年代際變化

由圖3a可知，根據(jù)趨勢(shì)分析法對(duì)貴州省玉米各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年代際變化進(jìn)行研究，研究表明播種-出苗期平均日照時(shí)數(shù)呈緩慢下降趨勢(shì)，20世紀(jì)60、80年代日照時(shí)數(shù)較高，20世紀(jì)70、90年代日照時(shí)數(shù)呈下降，21世紀(jì)00年代-10年代變化較為平穩(wěn)；拔節(jié)-抽雄期平均日照時(shí)數(shù)呈階段性減少趨勢(shì)，20世紀(jì)60-80年代變化較為平穩(wěn)，20世紀(jì)90年代急劇下降，后趨于平穩(wěn)，21世紀(jì)10年代小幅增長(zhǎng)；灌漿-成熟期平均日照時(shí)數(shù)呈不規(guī)則波動(dòng)狀態(tài)，20世紀(jì)60年代日照時(shí)數(shù)較高，20世紀(jì)70年代-21世紀(jì)10年代呈不明顯波動(dòng)。

由圖3b可知，根據(jù)趨勢(shì)分析法對(duì)貴州省水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年代際變化進(jìn)行研究，研究表明秧苗期平均日照時(shí)數(shù)呈波動(dòng)減少趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代日照時(shí)數(shù)較高，70年代急劇下降，后趨于平穩(wěn)，20世紀(jì)90年代-21世紀(jì)10年代呈先增加后減少趨勢(shì)；移栽分蘗期平均日照時(shí)數(shù)呈階段性變化，20世紀(jì)60年代-80年代變化較平穩(wěn)，20世紀(jì)90年代-21世紀(jì)00年代呈顯著減少趨勢(shì)，10年代呈顯著增加趨勢(shì)；拔節(jié)孕穗期平均日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，20世紀(jì)60-90年代呈階梯減少趨勢(shì)，90年代下降幅度較大，21世紀(jì)00-10年代呈階梯增加趨勢(shì)；抽穗成熟期平均日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，20世紀(jì)60-70年代呈減少趨勢(shì)，80年代呈增加趨勢(shì)，20世紀(jì)90年代-21世紀(jì)00年代呈階梯減少趨勢(shì)，10年代呈顯著增加趨勢(shì)。

圖3 1961-2013年貴州省玉米（a）、水稻（b）各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年代際變化

2.3 貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)空間變化特征

由圖4可知，根據(jù)空間插值法對(duì)貴州省玉米生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)進(jìn)行插值分析，研究表明各地區(qū)玉米播種-出苗期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中興仁市、盤縣少部分地區(qū)下降趨勢(shì)最為顯著，望謨縣、羅甸縣、獨(dú)山縣、安順市、畢節(jié)市下降趨勢(shì)較顯著（圖4a）；各地區(qū)玉米拔節(jié)-抽雄期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中盤縣、興仁市，望謨縣、安順市、黔西縣少部分地區(qū)下降趨勢(shì)較顯著（圖4b）；各地區(qū)玉米灌漿-成熟期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中習(xí)水縣、桐梓縣、遵義市、湄潭縣、思南縣、銅仁市下降趨勢(shì)較顯著（圖4c）；各地區(qū)玉米總生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中貴陽(yáng)市、黔西縣、畢節(jié)市、獨(dú)山縣、羅甸縣、威寧縣下降趨勢(shì)較顯著（圖4d）。

圖4 1961-2013年貴州省玉米生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化空間分布

由圖5可知，根據(jù)空間插值法對(duì)貴州省水稻生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)進(jìn)行插值分析，研究表明各地區(qū)水稻秧苗期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中威寧縣、羅甸縣、興仁市少部分地區(qū)下降趨勢(shì)最為顯著，盤縣、望謨縣、獨(dú)山縣、安順市少部分地區(qū)、畢節(jié)市下降趨勢(shì)較顯著（圖5a）；各地區(qū)水稻移栽分蘗期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中桐梓縣、習(xí)水縣、遵義市、畢節(jié)市、黔西縣、湄潭縣少部分地區(qū)、貴陽(yáng)市下降趨勢(shì)較顯著（圖5b）；各地區(qū)水稻拔節(jié)孕穗期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中榕江縣、凱里市、三穗縣、黔西縣下降趨勢(shì)較顯著（圖5c）；各地區(qū)水稻抽穗成熟期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中威寧縣、畢節(jié)市、黔西縣少部分地區(qū)下降趨勢(shì)較顯著（圖5d）；各地區(qū)水稻總生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，其中威寧縣、畢節(jié)市、黔西縣、貴陽(yáng)市、安順市、獨(dú)山縣、羅甸縣下降趨勢(shì)較顯著（圖5e）。

圖5 1961-2013年貴州省水稻生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化空間分布

2.4 貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化周期特征

由圖6可知，根據(jù)小波分析法，玉米播種-出苗期小波方差圖有4個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、13a、15a、22a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)22a的時(shí)間尺度，為播種-出苗期的第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)13a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖6a）；拔節(jié)-抽雄期小波方差圖有5個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、5a、7a、12a、18a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)18a的時(shí)間尺度，為拔節(jié)-抽雄期的第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)12a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖6b）；灌漿-成熟期小波方差圖有5個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、4a、10a、15a、29a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)29a的時(shí)間尺度，為灌漿-成熟期的第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)15a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖6c）；玉米總生長(zhǎng)期小波方差圖有3個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、4a、10a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)10a的時(shí)間尺度，為玉米總生長(zhǎng)期的第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)4a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖6d）。

圖6 1961-2013年貴州省玉米生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化周期特征

由圖7可知，根據(jù)小波分析法，水稻秧苗期小波方差圖有3個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、7a、15a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)15a的時(shí)間尺度，為秧苗期的第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)7a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖7a）；移栽分蘗期小波方差圖有4個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、4a、10a、17a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)17a的時(shí)間尺度，為移栽分蘗期的第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)10a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖7b）；拔節(jié)孕穗期小波方差圖有4個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、5a、8a、13a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)13a的時(shí)間尺度，為拔節(jié)孕穗期的第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)8a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖7c）；抽穗成熟期小波方差圖有4個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、4a、10a、29a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)29a的時(shí)間尺度，為抽穗成熟期的第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)10a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖7d）；水稻總生長(zhǎng)期小波方差圖有3個(gè)峰值，分別對(duì)應(yīng)2a、4a、11a的時(shí)間尺度，其中最大峰值對(duì)應(yīng)11a的時(shí)間尺度，為第一主周期，其周期震蕩最強(qiáng)，第二峰值對(duì)應(yīng)4a的時(shí)間尺度，為第二主周期（圖7e）。

圖7 1961-2013年貴州省水稻生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)變化周期特征

3 結(jié)論與討論

本研究從變化趨勢(shì)、空間分布及變化周期特征三大方面分析了1961-2013年貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期的日照時(shí)數(shù)變化。結(jié)果顯示：貴州省1961-2013年玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，這與劉璐等[12]對(duì)黃土高原紅棗種植區(qū)日照時(shí)數(shù)變化分析結(jié)果、李乃會(huì)等[9]對(duì)山東沂南縣烤煙生育期20年日照時(shí)數(shù)變化分析結(jié)果基本一致，這說(shuō)明由于降水量、人類活動(dòng)等因素的共同影響下，日照時(shí)數(shù)持續(xù)緩慢減少，進(jìn)而對(duì)玉米與水稻生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。

貴州省玉米與水稻各生長(zhǎng)期日照時(shí)數(shù)年代際變化呈波動(dòng)趨勢(shì)。貴州省各地區(qū)玉米日照時(shí)數(shù)均呈下降趨勢(shì)，從玉米各生長(zhǎng)期來(lái)看，播種-出苗期、拔節(jié)-抽雄期西南部下降趨勢(shì)顯著，灌漿-成熟期部分北部下降趨勢(shì)顯著。貴州省各地區(qū)水稻日照時(shí)數(shù)均呈下降趨勢(shì)，總生長(zhǎng)期中西部下降趨勢(shì)顯著，西部地區(qū)下降趨勢(shì)高于東部地區(qū)，從水稻各生長(zhǎng)期來(lái)看，秧苗期西部下降趨勢(shì)顯著，移栽分蘗期零星北部下降趨勢(shì)顯著，拔節(jié)孕穗期零星東部下降趨勢(shì)顯著，抽穗成熟期西部少部分地區(qū)下降趨勢(shì)顯著。玉米播種-出苗期、拔節(jié)-抽雄期、灌漿-成熟期、總生長(zhǎng)期分別有4、5、5、3個(gè)變化周期，第一主周期分別為22a、18a、29a、10a；水稻秧苗期、移栽分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗成熟期、總生長(zhǎng)期分別有3、4、4、4、3個(gè)變化周期，第一主周期分別為15a、17a、13a、29a、11a。