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摘 要： 摘要基于廣東省86個氣象站19612016年的氣溫資料和1∶25萬數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，采用線性趨勢分析、累積距平和反距離權重插值等方法，分析影響雙季稻種植的關鍵氣候因子(雙季稻安全生育期日數(shù)、10℃積溫)時空變化特征，結合氣候因子在19611990年、19712000
摘要基于廣東省86個氣象站1961—2016年的氣溫資料和1∶25萬數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，采用線性趨勢分析、累積距平和反距離權重插值等方法，分析影響雙季稻種植的關鍵氣候因子(雙季稻安全生育期日數(shù)、≥10℃積溫)時空變化特征，結合氣候因子在1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年、氣候因子突變前(1961—1997年)、突變后(1998—2016年)等5個時間段的變化，研究了氣候變化對廣東雙季稻熟性搭配分布區(qū)域及其面積的影響.結果表明:廣東省雙季稻安全生育期日數(shù)、≥10℃積溫的空間分布表現(xiàn)為南高北低、平原高山區(qū)低.近56年，廣東雙季稻安全生育期日數(shù)以1.7d·10a-1的速率顯著增加，≥10℃積溫以43℃·d·10a-1的速率顯著上升，各氣候因子均在1997年發(fā)生了突變.廣東雙季稻熟性搭配可分為早熟+早熟、早熟+晚熟和晚熟+晚熟3個氣候區(qū).早熟+早熟區(qū)主要分布在北部中亞熱帶地區(qū)，早熟+晚熟區(qū)主要分布在中部南亞熱帶地區(qū)，晚熟+晚熟區(qū)主要分布在南部北熱帶地區(qū).受氣候變化的影響，廣東晚熟+晚熟區(qū)面積明顯擴大，早熟+晚熟區(qū)面積明顯減小，而早熟+早熟區(qū)的面積變化不明顯.與1961—1990年相比，1971—2000年和1981—2010年廣東省晚熟+晚熟區(qū)面積分別增加了1.22×106和2.56×106hm2，早熟+晚熟區(qū)的面積分別減小了1.13×106和2.56×106hm2.與突變前(1961—1997年)相比，突變后(1998—2016年)晚熟+晚熟區(qū)的面積增大一倍多，早熟+晚熟區(qū)面積縮小近一倍.
關鍵詞氣候變化;雙季稻;熟性;氣候區(qū)劃;廣東
聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次氣候變化評估報告指出，最近100年(1880—2012年)，全球平均地表溫度上升了0.85℃[1].在全球氣候變暖背景下，1909—2011年中國升溫0.9～1.5℃[2].1961年以來，廣東省年平均氣溫升高1.0℃左右，秋、冬季升溫最明顯[3].21世紀氣候變化趨勢預估表明，全球、全國及廣東的氣候將繼續(xù)變暖[1-3].農(nóng)業(yè)是對氣候變化最敏感和最脆弱的領域[4]，氣候變暖將使熱量資源增多[5]，農(nóng)業(yè)氣候帶北移，一年一熟區(qū)面積有所減小，而一年兩熟和一年三熟區(qū)面積呈增加趨勢[6];農(nóng)業(yè)物候期提前[7]，喜溫作物的可種植區(qū)域擴大[8];作物氣候適宜性改變[9]，作物品種熟性由早熟向中晚熟方向發(fā)展[10-11].但氣候變化對各地農(nóng)業(yè)的影響具有明顯的區(qū)域差異.
廣東地處歐亞大陸南端，南北跨越北熱帶、南亞熱帶和中亞熱帶，光熱水資源豐富，是我國雙季稻的主產(chǎn)區(qū)，水稻種植面積超過1.9×106hm2，為我國13個水稻主產(chǎn)省之一[12].光熱水氣候條件是影響水稻生產(chǎn)的關鍵因素[13-14].近年來，關于廣東水稻生產(chǎn)與氣候之間的關系有較多研究，但主要集中在氣候對水稻播期、生長期氣候資源和氣象災害等方面[15-19]，而有關氣候變化對廣東省雙季稻種植氣候區(qū)劃的影響目前還鮮有報道.本研究在對1961—2016年影響廣東水稻生產(chǎn)主要氣候因素時空變化分析的基礎上，結合前人有關水稻種植氣候區(qū)劃指標的研究成果，就近56年廣東氣候變化對雙季稻種植氣候區(qū)劃的影響進行研究和分析，以期為合理利用農(nóng)業(yè)熱量資源、優(yōu)化品種熟型搭配、調(diào)整水稻種植制度，以及保障廣東水稻生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供科學依據(jù).
1材料與方法
1.1資料來源
廣東省共轄21個地級市(圖1).本文使用1961—2016年廣東省86個地面氣象觀測站逐日平均氣溫資料，以及各站地理坐標和廣東地理信息數(shù)據(jù).各站氣象數(shù)據(jù)和廣東1∶25萬地理信息數(shù)據(jù)由廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心提供，氣溫資料經(jīng)過了嚴格的質量控制.
1.2區(qū)劃指標
廣東水稻的播植季節(jié)和種植制度的區(qū)域性在很大程度上決定于熱量條件[13].廣東北熱帶和南亞熱帶地區(qū)熱量較豐富，水稻兩季可種較晚熟品種，中亞熱帶地區(qū)熱量條件較差，水稻兩季只能種較早熟的品種，北部高海拔山區(qū)，由于熱量條件不足，只能種植單季水稻.可見，水稻種植氣候區(qū)劃應以熱量指標為主要依據(jù).廣東降水充沛，除少數(shù)望天田外，絕大多數(shù)稻作區(qū)的水稻田通過灌溉基本能滿足水稻生長的要求.全省各地太陽輻射差異較小，且基本上能滿足水稻生長的需要.因此，本研究以水稻安全生育期長短(早稻安全播種期至晚稻成熟期的持續(xù)日數(shù)，即日平均氣溫穩(wěn)定≥10℃初日至≥22℃終日的間隔日數(shù))、≥10℃積溫來衡量水稻生長期的熱量條件，也是進行雙季稻熟性搭配的主要依據(jù)[20].實地考察表明，廣東種植水稻以早熟、晚熟品種為主，中熟品種較少.參考華南地區(qū)早晚稻不同品種類型生育期天數(shù)，結合廣東1997年以來早、晚稻全生育期天數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)及廣東主栽品種2009—2010年分區(qū)分播期試驗數(shù)據(jù)[15-16，21-22]，確定廣東省雙季稻熟性搭配氣候區(qū)劃指標(表1).
1.3有關氣候要素的統(tǒng)計方法
采用5日滑動平均法[23]確定各站逐年日平均氣溫穩(wěn)定通過≥10℃的初日、終日，以及穩(wěn)定通過≥22℃的終日，穩(wěn)定通過≥10℃初日至穩(wěn)定通過≥22℃終日之間的實際天數(shù)為雙季稻安全生育期日數(shù)，穩(wěn)定通過≥10℃的初日、終日之間逐日平均氣溫之和為≥10℃積溫，采用算術平均法求算某站多年平均雙季稻安全生育期日數(shù)、某年全省平均雙季稻安全生育期日數(shù).采用線性趨勢分析法、累積距平和t-檢驗[24]研究有關氣候要素的變化趨勢和突變特征.
1.4區(qū)劃方法
采用宏觀地理因子的三維二次趨勢面模擬與反距離加權殘差訂正相結合的方法，在ArcGIS10.3平臺上分別對廣東雙季稻安全生育期日數(shù)、≥10℃積溫進行1km×1km柵格的空間插值模擬[25].交叉檢驗(表2)結果表明，空間插值具有很高的精度.根據(jù)不同熟性水稻對安全生育期天數(shù)、≥10℃積溫的要求(表1)，對柵格數(shù)據(jù)進行分級處理，得出不同熟性水稻種植氣候因子區(qū)劃[11，26].為了便于迭加，將兩個區(qū)劃指標分別對應的4個分區(qū)進行重分類，并分別賦值1、2、3和4，按相同權重進行疊加，最后疊加廣東省行政邊界，即可獲得雙季稻種植氣候區(qū)劃.在表2廣東省雙季稻安全生育期日數(shù)、≥10℃積溫空間插值的交叉檢驗Table2Spatialinterpolationcrossvalidationofsafeperiodfordoublecroppingriceand≥10℃activeaccumulatedtemperatureinGuangdongProvince區(qū)劃指標Divisionindicator相關系數(shù)Correlationcoefficient平均絕對誤差Meanabsoluteerror平均均方根誤差Meanrootmean-squareerror雙季稻安全生育期日數(shù)Safeperiodfordoublecroppingrice(d)0.9861.902.30≥10℃活動積溫≥10℃activeaccumulatedtemperature(℃·d)0.97110.5415.31ArcGIS10.3平臺上完成空間顯示和面積計算.
2結果與分析
2.1區(qū)劃因子的時間變化特征
2.1.1雙季稻安全生育期日數(shù)1961—2016年，廣東省雙季稻安全生育期日數(shù)以1.7d·10a-1的速率呈顯著的上升趨勢(圖2)，56年來增加了9.5d.從雙季稻安全生育期日數(shù)的累積距平可以看出，1997年為累積距平的最小值.對1961—1997年和1998—2016年廣東雙季稻安全生育期日數(shù)進行t檢驗，結果表明，|t0|=3.9033>ta=0.001，說明近56年廣東省雙季稻安全生育期日數(shù)于1997年發(fā)生了突變，突變后(1998—2016年)較突變前(1961—1997年)增加了7.2d.
2.1.2≥10℃積溫1961—2016年，廣東省≥10℃積溫以43℃·d·10a-1的速率上升，56年來增加了240.8℃·d，差異顯著.從≥10℃積溫序列的累積距平可以看出，1997年為累積距平的最小值(圖3).
對1961—1997年和1998—2016年廣東≥10℃活動積溫進行t檢驗，結果表明，|t0|=7.6310>ta=0.001，表明近56年廣東省≥10℃積溫也于1997年發(fā)生了突變，突變后(1998—2016年)較突變前(1961—1997年)增加了177.6℃·d.
2.2區(qū)劃因子的空間分布變化特征
為更好地體現(xiàn)各氣候因子的變化對水稻區(qū)劃的綜合影響，選取1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年3個氣候態(tài)時間段，以及突變前(1961—1997年)、突變后(1998—2016年)2個時間段共5個時間段，分析各時間段不同區(qū)劃因子空間分布的差異.
2.2.1雙季稻安全生育期日數(shù)廣東雙季稻安全生育期日數(shù)的空間分布總體呈南高北低、平原高山區(qū)低的格局(圖4).以各熟性搭配所需安全生育期日數(shù)(表1)的空間分布來看，1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年氣候態(tài)時間段，≤185d區(qū)域主要分布在粵北高海拔山區(qū)，所占面積比例變化不大，分別為4.0%、4.3%和5.9%;185～210d區(qū)域主要分布在粵北地區(qū)，所占面積比例由1961—1990年的20.0%下降到1971—2000年的19.2%、1981—2010年的18.1%;210～235d區(qū)域主要分布在珠三角和北部偏南地區(qū)，所占面積比例由1961—1990年的58.4%下降到1971—2000年的56.3%、1981—2010年的43.1%;與突變前(1961—1997年)相比，突變后(1998—2016年)廣東雙季稻安全生育期日數(shù)的空間分布格局基本一致，仍呈南高北低、平原高山區(qū)低的分布特征，但≥235d區(qū)域的面積顯著擴大，面積比例由17.8%增至38.4%;185～210d和210～235d兩個區(qū)域面積均減少，面積比例分別由20.2%、57.7%下降為16.8%、37.6%.
2.2.2≥10℃積溫廣東≥10℃積溫的空間分布與雙季稻安全生育期日數(shù)類似，也表現(xiàn)為南高北低、平原高山區(qū)低的格局(圖5).以各熟型搭配所需≥10℃積溫(表1)的空間分布來看，1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年3個氣候態(tài)時間段，≤5000℃區(qū)域主要分布在粵北高海拔山區(qū)，分布面積較小且變化幅度不大，所占面積比例分別為0.7%、1.1%和1.8%;5000～5800℃區(qū)域主要分布在粵北地區(qū)，面積比例也變化不大，分別為13.2%、14.3%和14.9%;5800～6500℃區(qū)域主要分布在中部偏北和粵東地區(qū)，分布面積最大，面積比例則由1961—1990年的66.6%下降到1971—2000年的59.3%、1981—2010年的50.7%;≥6500℃區(qū)域主要分布在雷州半島和中部偏南地區(qū)，分布面積僅次于5800～6500℃區(qū)域，面積比例由1961—1990年的19.6%增加到1971—2000年的25.3%、1981—2010年的32.6%.與突變前(1961—1997年)相比，突變后(1998—2016年)廣東≥10℃積溫的空間分布格局基本一致，仍呈南高北低、平原高山區(qū)低的分布特征，但≥6500℃區(qū)域的面積顯著擴大，面積比例由21.9%增至49.3%;185～210d和210～235d兩個區(qū)域面積均有所減少，且后者面積減少顯著，面積比例由突變前的63.1%下降為突變后的35.3%.
2.3雙季稻氣候區(qū)劃的變化
廣東省雙季稻精細氣候區(qū)劃中，單季稻主要在粵北高海拔山區(qū)，面積太小，故忽略不計.因此，廣東雙季稻熟性搭配精細化氣候區(qū)劃分為早熟+早熟區(qū)、早熟+晚熟區(qū)、晚熟+晚熟區(qū).
1961—1990年廣東省雙季稻早熟+早熟區(qū)主要分布在韶關、清遠北部山區(qū)和青云山、九連山、蓮花山山脈一帶，面積為4.31×106hm2，占全省總面積的24.0%;早熟+晚熟區(qū)主要分布在中部、東南及西南偏北一帶，面積最大，達9.63×106hm2，占全省總面積的53.6%;晚熟+晚熟區(qū)主要分布在雷州、湛江及南部沿海一帶，面積為4.03×106hm2，占全省總面積的22.4%(圖6a，表3).與1961—1990年雙季稻種植區(qū)劃圖相比，1971—2001年早熟+早熟區(qū)的分布和面積變化不大，早熟+晚熟區(qū)面積縮小明顯，減少了1.1×106hm2，南部邊界整體向北退縮，珠江口西側面積退減最為顯著，東南部沿海次之;晚熟+晚熟區(qū)面積增加了6.8%，面積增至5.25×106hm2，珠江口西側地區(qū)向北擴張最為明顯(圖6b，表3).1981—2010年早熟+早熟區(qū)面積和比例仍變化較小，早熟+晚熟區(qū)面積持續(xù)縮減，面積和比例由1971—2000年的8.49×106hm2縮減到1981—2010年的7.07×106hm2，面積比例縮減了7.9%，南部邊界持續(xù)北退，東南部邊界北移最明顯;晚熟+晚熟區(qū)面積仍呈增大趨勢，面積增至6.59×106hm2，面積較1961—1990、1971—2000年增加了2.56×106hm2和1.34×106hm2(圖6c，表3).
期刊推薦：《中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報》原名《生態(tài)農(nóng)業(yè)研究》，1993年創(chuàng)刊，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所和中國生態(tài)經(jīng)濟學會主辦，科學出版社出版。主要刊登土壤、施肥與植物營養(yǎng)、水資源及其高效利用、作物水分生理生態(tài)、農(nóng)業(yè)高效栽培技術與機理、作物抗性生理生態(tài)、抗性育種、病蟲害防治、生物多樣性保護、資源優(yōu)化配置及其效益分析、農(nóng)業(yè)生態(tài)工程技術、無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)技術、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染防治及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面的研究報告、研究簡報及綜述,以及生態(tài)農(nóng)業(yè)建設和生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設典型模式與典型經(jīng)驗等。適于國內(nèi)外從事農(nóng)業(yè)生態(tài)學、生態(tài)經(jīng)濟學及環(huán)境保護等領域的科技人員、高等院校有關專業(yè)師生、農(nóng)業(yè)及環(huán)境管理工作者及基層從事生態(tài)農(nóng)業(yè)建設的技術人員閱讀和投稿。
