發(fā)布時間：2019-12-06所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
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(quán)重插值等方法，分析影響雙季稻種植的關(guān)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(jié)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(quán)重插值等方法，分析影響雙季稻種植的關(guān)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(jié)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(jié)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(guān)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(yù)估表明，全球、全國及廣東的氣候?qū)⒗^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(lǐng)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(guān)鍵因素[13-14].近年來，關(guān)于廣東水稻生產(chǎn)與氣候之間的關(guān)系有較多研究，但主要集中在氣候?qū)λ静テ凇⑸L期氣候資源和氣象災(zāi)害等方面[15-19]，而有關(guān)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(chǔ)上，結(jié)合前人有關(guān)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(zhì)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(yīng)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(jié)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(guān)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(shù)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(guān)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(quán)殘差訂正相結(jié)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(jié)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(yīng)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(quán)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(guān)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(jié)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(jié)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(jié)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(guān)、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(cè)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(cè)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(shù)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(shù)、無公害農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)、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(shè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)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(lǐng)域的科技人員、高等院校有關(guān)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(shè)的技術(shù)人員閱讀和投稿。
