发布时间：2019-12-06所属分类：农业论文浏览：1次
摘 要： 摘要基于广东省86个气象站19612016年的气温资料和1∶25万数字高程模型(DEM)数据，采用线性趋势分析、累积距平和反距离权重插值等方法，分析影响双季稻种植的关键气候因子(双季稻安全生育期日数、10℃积温)时空变化特征，结合气候因子在19611990年、19712000
摘要基于广东省86个气象站1961—2016年的气温资料和1∶25万数字高程模型(DEM)数据，采用线性趋势分析、累积距平和反距离权重插值等方法，分析影响双季稻种植的关键气候因子(双季稻安全生育期日数、≥10℃积温)时空变化特征，结合气候因子在1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年、气候因子突变前(1961—1997年)、突变后(1998—2016年)等5个时间段的变化，研究了气候变化对广东双季稻熟性搭配分布区域及其面积的影响.结果表明:广东省双季稻安全生育期日数、≥10℃积温的空间分布表现为南高北低、平原高山区低.近56年，广东双季稻安全生育期日数以1.7d·10a-1的速率显著增加，≥10℃积温以43℃·d·10a-1的速率显著上升，各气候因子均在1997年发生了突变.广东双季稻熟性搭配可分为早熟+早熟、早熟+晚熟和晚熟+晚熟3个气候区.早熟+早熟区主要分布在北部中亚热带地区，早熟+晚熟区主要分布在中部南亚热带地区，晚熟+晚熟区主要分布在南部北热带地区.受气候变化的影响，广东晚熟+晚熟区面积明显扩大，早熟+晚熟区面积明显减小，而早熟+早熟区的面积变化不明显.与1961—1990年相比，1971—2000年和1981—2010年广东省晚熟+晚熟区面积分别增加了1.22×106和2.56×106hm2，早熟+晚熟区的面积分别减小了1.13×106和2.56×106hm2.与突变前(1961—1997年)相比，突变后(1998—2016年)晚熟+晚熟区的面积增大一倍多，早熟+晚熟区面积缩小近一倍.
关键词气候变化;双季稻;熟性;气候区划;广东
联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第五次气候变化评估报告指出，最近100年(1880—2012年)，全球平均地表温度上升了0.85℃[1].在全球气候变暖背景下，1909—2011年中国升温0.9～1.5℃[2].1961年以来，广东省年平均气温升高1.0℃左右，秋、冬季升温最明显[3].21世纪气候变化趋势预估表明，全球、全国及广东的气候将继续变暖[1-3].农业是对气候变化最敏感和最脆弱的领域[4]，气候变暖将使热量资源增多[5]，农业气候带北移，一年一熟区面积有所减小，而一年两熟和一年三熟区面积呈增加趋势[6];农业物候期提前[7]，喜温作物的可种植区域扩大[8];作物气候适宜性改变[9]，作物品种熟性由早熟向中晚熟方向发展[10-11].但气候变化对各地农业的影响具有明显的区域差异.
广东地处欧亚大陆南端，南北跨越北热带、南亚热带和中亚热带，光热水资源丰富，是我国双季稻的主产区，水稻种植面积超过1.9×106hm2，为我国13个水稻主产省之一[12].光热水气候条件是影响水稻生产的关键因素[13-14].近年来，关于广东水稻生产与气候之间的关系有较多研究，但主要集中在气候对水稻播期、生长期气候资源和气象灾害等方面[15-19]，而有关气候变化对广东省双季稻种植气候区划的影响目前还鲜有报道.本研究在对1961—2016年影响广东水稻生产主要气候因素时空变化分析的基础上，结合前人有关水稻种植气候区划指标的研究成果，就近56年广东气候变化对双季稻种植气候区划的影响进行研究和分析，以期为合理利用农业热量资源、优化品种熟型搭配、调整水稻种植制度，以及保障广东水稻生产的持续稳定发展提供科学依据.
1材料与方法
1.1资料来源
广东省共辖21个地级市(图1).本文使用1961—2016年广东省86个地面气象观测站逐日平均气温资料，以及各站地理坐标和广东地理信息数据.各站气象数据和广东1∶25万地理信息数据由广东省气象探测数据中心提供，气温资料经过了严格的质量控制.
1.2区划指标
广东水稻的播植季节和种植制度的区域性在很大程度上决定于热量条件[13].广东北热带和南亚热带地区热量较丰富，水稻两季可种较晚熟品种，中亚热带地区热量条件较差，水稻两季只能种较早熟的品种，北部高海拔山区，由于热量条件不足，只能种植单季水稻.可见，水稻种植气候区划应以热量指标为主要依据.广东降水充沛，除少数望天田外，绝大多数稻作区的水稻田通过灌溉基本能满足水稻生长的要求.全省各地太阳辐射差异较小，且基本上能满足水稻生长的需要.因此，本研究以水稻安全生育期长短(早稻安全播种期至晚稻成熟期的持续日数，即日平均气温稳定≥10℃初日至≥22℃终日的间隔日数)、≥10℃积温来衡量水稻生长期的热量条件，也是进行双季稻熟性搭配的主要依据[20].实地考察表明，广东种植水稻以早熟、晚熟品种为主，中熟品种较少.参考华南地区早晚稻不同品种类型生育期天数，结合广东1997年以来早、晚稻全生育期天数统计数据及广东主栽品种2009—2010年分区分播期试验数据[15-16，21-22]，确定广东省双季稻熟性搭配气候区划指标(表1).
1.3有关气候要素的统计方法
采用5日滑动平均法[23]确定各站逐年日平均气温稳定通过≥10℃的初日、终日，以及稳定通过≥22℃的终日，稳定通过≥10℃初日至稳定通过≥22℃终日之间的实际天数为双季稻安全生育期日数，稳定通过≥10℃的初日、终日之间逐日平均气温之和为≥10℃积温，采用算术平均法求算某站多年平均双季稻安全生育期日数、某年全省平均双季稻安全生育期日数.采用线性趋势分析法、累积距平和t-检验[24]研究有关气候要素的变化趋势和突变特征.
1.4区划方法
采用宏观地理因子的三维二次趋势面模拟与反距离加权残差订正相结合的方法，在ArcGIS10.3平台上分别对广东双季稻安全生育期日数、≥10℃积温进行1km×1km栅格的空间插值模拟[25].交叉检验(表2)结果表明，空间插值具有很高的精度.根据不同熟性水稻对安全生育期天数、≥10℃积温的要求(表1)，对栅格数据进行分级处理，得出不同熟性水稻种植气候因子区划[11，26].为了便于迭加，将两个区划指标分别对应的4个分区进行重分类，并分别赋值1、2、3和4，按相同权重进行叠加，最后叠加广东省行政边界，即可获得双季稻种植气候区划.在表2广东省双季稻安全生育期日数、≥10℃积温空间插值的交叉检验Table2Spatialinterpolationcrossvalidationofsafeperiodfordoublecroppingriceand≥10℃activeaccumulatedtemperatureinGuangdongProvince区划指标Divisionindicator相关系数Correlationcoefficient平均绝对误差Meanabsoluteerror平均均方根误差Meanrootmean-squareerror双季稻安全生育期日数Safeperiodfordoublecroppingrice(d)0.9861.902.30≥10℃活动积温≥10℃activeaccumulatedtemperature(℃·d)0.97110.5415.31ArcGIS10.3平台上完成空间显示和面积计算.
2结果与分析
2.1区划因子的时间变化特征
2.1.1双季稻安全生育期日数1961—2016年，广东省双季稻安全生育期日数以1.7d·10a-1的速率呈显著的上升趋势(图2)，56年来增加了9.5d.从双季稻安全生育期日数的累积距平可以看出，1997年为累积距平的最小值.对1961—1997年和1998—2016年广东双季稻安全生育期日数进行t检验，结果表明，|t0|=3.9033>ta=0.001，说明近56年广东省双季稻安全生育期日数于1997年发生了突变，突变后(1998—2016年)较突变前(1961—1997年)增加了7.2d.
2.1.2≥10℃积温1961—2016年，广东省≥10℃积温以43℃·d·10a-1的速率上升，56年来增加了240.8℃·d，差异显著.从≥10℃积温序列的累积距平可以看出，1997年为累积距平的最小值(图3).
对1961—1997年和1998—2016年广东≥10℃活动积温进行t检验，结果表明，|t0|=7.6310>ta=0.001，表明近56年广东省≥10℃积温也于1997年发生了突变，突变后(1998—2016年)较突变前(1961—1997年)增加了177.6℃·d.
2.2区划因子的空间分布变化特征
为更好地体现各气候因子的变化对水稻区划的综合影响，选取1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年3个气候态时间段，以及突变前(1961—1997年)、突变后(1998—2016年)2个时间段共5个时间段，分析各时间段不同区划因子空间分布的差异.
2.2.1双季稻安全生育期日数广东双季稻安全生育期日数的空间分布总体呈南高北低、平原高山区低的格局(图4).以各熟性搭配所需安全生育期日数(表1)的空间分布来看，1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年气候态时间段，≤185d区域主要分布在粤北高海拔山区，所占面积比例变化不大，分别为4.0%、4.3%和5.9%;185～210d区域主要分布在粤北地区，所占面积比例由1961—1990年的20.0%下降到1971—2000年的19.2%、1981—2010年的18.1%;210～235d区域主要分布在珠三角和北部偏南地区，所占面积比例由1961—1990年的58.4%下降到1971—2000年的56.3%、1981—2010年的43.1%;与突变前(1961—1997年)相比，突变后(1998—2016年)广东双季稻安全生育期日数的空间分布格局基本一致，仍呈南高北低、平原高山区低的分布特征，但≥235d区域的面积显著扩大，面积比例由17.8%增至38.4%;185～210d和210～235d两个区域面积均减少，面积比例分别由20.2%、57.7%下降为16.8%、37.6%.
2.2.2≥10℃积温广东≥10℃积温的空间分布与双季稻安全生育期日数类似，也表现为南高北低、平原高山区低的格局(图5).以各熟型搭配所需≥10℃积温(表1)的空间分布来看，1961—1990年、1971—2000年、1981—2010年3个气候态时间段，≤5000℃区域主要分布在粤北高海拔山区，分布面积较小且变化幅度不大，所占面积比例分别为0.7%、1.1%和1.8%;5000～5800℃区域主要分布在粤北地区，面积比例也变化不大，分别为13.2%、14.3%和14.9%;5800～6500℃区域主要分布在中部偏北和粤东地区，分布面积最大，面积比例则由1961—1990年的66.6%下降到1971—2000年的59.3%、1981—2010年的50.7%;≥6500℃区域主要分布在雷州半岛和中部偏南地区，分布面积仅次于5800～6500℃区域，面积比例由1961—1990年的19.6%增加到1971—2000年的25.3%、1981—2010年的32.6%.与突变前(1961—1997年)相比，突变后(1998—2016年)广东≥10℃积温的空间分布格局基本一致，仍呈南高北低、平原高山区低的分布特征，但≥6500℃区域的面积显著扩大，面积比例由21.9%增至49.3%;185～210d和210～235d两个区域面积均有所减少，且后者面积减少显著，面积比例由突变前的63.1%下降为突变后的35.3%.
2.3双季稻气候区划的变化
广东省双季稻精细气候区划中，单季稻主要在粤北高海拔山区，面积太小，故忽略不计.因此，广东双季稻熟性搭配精细化气候区划分为早熟+早熟区、早熟+晚熟区、晚熟+晚熟区.
1961—1990年广东省双季稻早熟+早熟区主要分布在韶关、清远北部山区和青云山、九连山、莲花山山脉一带，面积为4.31×106hm2，占全省总面积的24.0%;早熟+晚熟区主要分布在中部、东南及西南偏北一带，面积最大，达9.63×106hm2，占全省总面积的53.6%;晚熟+晚熟区主要分布在雷州、湛江及南部沿海一带，面积为4.03×106hm2，占全省总面积的22.4%(图6a，表3).与1961—1990年双季稻种植区划图相比，1971—2001年早熟+早熟区的分布和面积变化不大，早熟+晚熟区面积缩小明显，减少了1.1×106hm2，南部边界整体向北退缩，珠江口西侧面积退减最为显著，东南部沿海次之;晚熟+晚熟区面积增加了6.8%，面积增至5.25×106hm2，珠江口西侧地区向北扩张最为明显(图6b，表3).1981—2010年早熟+早熟区面积和比例仍变化较小，早熟+晚熟区面积持续缩减，面积和比例由1971—2000年的8.49×106hm2缩减到1981—2010年的7.07×106hm2，面积比例缩减了7.9%，南部边界持续北退，东南部边界北移最明显;晚熟+晚熟区面积仍呈增大趋势，面积增至6.59×106hm2，面积较1961—1990、1971—2000年增加了2.56×106hm2和1.34×106hm2(图6c，表3).
期刊推荐：《中国生态农业学报》原名《生态农业研究》，1993年创刊，中国科学院遗传与发育生物学研究所和中国生态经济学会主办，科学出版社出版。主要刊登土壤、施肥与植物营养、水资源及其高效利用、作物水分生理生态、农业高效栽培技术与机理、作物抗性生理生态、抗性育种、病虫害防治、生物多样性保护、资源优化配置及其效益分析、农业生态工程技术、无公害农产品生产技术、农业环境污染防治及农业可持续发展等方面的研究报告、研究简报及综述,以及生态农业建设和生态农业示范区建设典型模式与典型经验等。适于国内外从事农业生态学、生态经济学及环境保护等领域的科技人员、高等院校有关专业师生、农业及环境管理工作者及基层从事生态农业建设的技术人员阅读和投稿。
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