湖北省水稻種植布局精細(xì)化氣候區(qū)劃

摘要：利用湖北省76個(gè)氣象站1981-2010年氣候資料和1∶100萬DEM數(shù)字高程模型，采用回歸克里金插值法分別對(duì)穩(wěn)定通過10 ℃活動(dòng)積溫、水稻生長(zhǎng)期長(zhǎng)度、安全生育期天數(shù)等區(qū)劃指標(biāo)進(jìn)行了細(xì)網(wǎng)格推算，綜合考慮區(qū)劃指標(biāo)等級(jí)評(píng)分對(duì)湖北省水稻種植布局進(jìn)行了精細(xì)區(qū)劃。區(qū)劃結(jié)果顯示湖北省除局部高山地區(qū)外，大部分地區(qū)熱量條件可滿足一季中稻種植，三峽河谷、鄂西南東部低山丘陵區(qū)、江漢平原及鄂東沿江平原可種植一季早熟秈稻和一季早中熟晚秈稻，與當(dāng)前實(shí)際種植范圍相比，雙季稻的種植北界尚有北移的空間，考慮早秈+晚粳以及單季稻改雙季稻的種植模式，雙季稻的種植范圍仍具有較大的擴(kuò)展?jié)摿Α^(qū)劃結(jié)果對(duì)湖北省水稻種植規(guī)劃及布局調(diào)整具有重要指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水稻；精細(xì)化氣候區(qū)劃；湖北省；種植布局

中圖分類號(hào)：S511；S162.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）16-4150-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.019

湖北省地處中緯度亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，光照充足，雨量充沛，境內(nèi)江河縱橫，水庫眾多，水稻生產(chǎn)條件得天獨(dú)厚，在全國(guó)占有重要的地位。但境內(nèi)地形環(huán)境復(fù)雜，氣候差異明顯，農(nóng)作物適宜種植區(qū)域有限。湖北省屬華中單、雙季稻作帶，新中國(guó)成立以來，水稻田面積一直穩(wěn)定在160萬hm2以上，年際波動(dòng)較小，但單、雙季稻的種植比例起伏大，20世紀(jì)50年代雙季稻種植面積僅為單季稻的1/10，20世紀(jì)50年代末雙季稻種植面積迅速擴(kuò)大，至20世紀(jì)70年代末發(fā)展為單季稻的1.5倍，隨后又逐漸回落，目前雙季稻的種植面積約為單季稻的1/3，但這一比例正在逐年縮小[1]。在耕地面積有限的情況下，合理安排單雙季稻種植比例，提高復(fù)種指數(shù)，有利于提高單位面積產(chǎn)量，從而獲得較高的糧食總產(chǎn)量。新中國(guó)成立以來，湖北省水稻種植面積屢經(jīng)起伏，但主要是受農(nóng)業(yè)政策及勞動(dòng)力因素的影響，而對(duì)氣候適宜性的考慮較少，如20世紀(jì)70年代雙季稻曾一度擴(kuò)展到120萬hm2，但并沒有獲得預(yù)期的增產(chǎn)效益，氣候條件是主要限制因子之一。

當(dāng)前，隨著人口增長(zhǎng)和人民生活質(zhì)量的提高，對(duì)糧食總產(chǎn)量和品質(zhì)的需求日趨增長(zhǎng)，水稻種植結(jié)構(gòu)調(diào)整（壓縮單季稻，恢復(fù)發(fā)展雙季稻）以及品質(zhì)改善（秈稻改粳稻）再次成為改革和發(fā)展的熱點(diǎn)，受到了廣泛關(guān)注。與此同時(shí)，當(dāng)前農(nóng)業(yè)氣候資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)較以往也有了顯著改變，為此，開展水稻種植布局優(yōu)化和品種合理搭配的區(qū)劃研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[2-6]。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象資料由湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心提供，包括1981-2010年湖北省76個(gè)氣象站逐日平均氣溫觀測(cè)資料及站點(diǎn)信息；基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)來自國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，比例尺為1∶100萬。分縣水稻種植面積、單產(chǎn)數(shù)據(jù)來自于歷年湖北省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒，時(shí)間范圍為1981-2013年。

1.2 區(qū)劃方法

生產(chǎn)實(shí)踐和研究表明，熱量條件是制約湖北省水稻品種布局和稻作制度的關(guān)鍵因子，結(jié)合前人對(duì)水稻氣候區(qū)劃指標(biāo)的研究成果[7-11]，選擇穩(wěn)定通過10 ℃活動(dòng)積溫、水稻生長(zhǎng)期長(zhǎng)度（穩(wěn)定通過10～15 ℃日數(shù)）、安全生育期天數(shù)（秈稻穩(wěn)定通過10～22 ℃日數(shù)，粳稻穩(wěn)定通過10～20 ℃日數(shù)）等3個(gè)影響水稻種植布局的關(guān)鍵氣候因子作為水稻種植布局氣候區(qū)劃指標(biāo)，通過對(duì)區(qū)劃指標(biāo)因子進(jìn)行分級(jí)打分（表1），然后對(duì)各項(xiàng)區(qū)劃分級(jí)指標(biāo)分?jǐn)?shù)值進(jìn)行累加，根據(jù)總分?jǐn)?shù)的大小，并結(jié)合考慮必須同時(shí)滿足的各項(xiàng)區(qū)劃等級(jí)指標(biāo)，綜合確定如下氣候適宜性等級(jí)：不適宜種植區(qū)（綜合得分<3）、早熟中稻適宜區(qū)（3≤綜合得分<6）、中熟中稻適宜區(qū)（6≤綜合得分<9）、遲熟中稻適宜區(qū)（9≤綜合得分<12）、再生稻適宜區(qū)（12≤綜合得分<15）、早熟早秈+早熟晚秈（粳）稻適宜區(qū)（15≤綜合得分<18）、早熟早秈+中熟晚秈（粳）稻適宜區(qū)（18≤綜合得分<21）、早熟早秈+遲熟晚秈（粳）稻適宜區(qū)（綜合得分≥21）。

利用湖北省76個(gè)氣象觀測(cè)站1981-2010年逐日平均氣溫觀測(cè)資料，計(jì)算各站點(diǎn)80%保證率下穩(wěn)定通過10 ℃日數(shù)、10 ℃活動(dòng)積溫，穩(wěn)定通過10～15、10～20、10～22 ℃日數(shù)等區(qū)劃指標(biāo)因子，結(jié)合湖北省1∶100萬DEM高程數(shù)據(jù)推算到1 km×1 km精細(xì)網(wǎng)格。依據(jù)上述區(qū)劃指標(biāo)分級(jí)及打分標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算細(xì)網(wǎng)格的氣候適宜性等級(jí)，通過疊加縣級(jí)行政邊界、裁剪、添加圖例、比例尺等，制作出水稻種植布局精細(xì)化氣候區(qū)劃專題圖。

1.3 區(qū)劃指標(biāo)細(xì)網(wǎng)格推算

湖北省境內(nèi)地形起伏大，氣候的空間差異和垂直梯度差異顯著。利用1∶100萬DEM高程數(shù)據(jù)提取1 km×1 km格點(diǎn)的經(jīng)度、緯度、海拔高度、坡度和坡向等地理要素，對(duì)76個(gè)氣象站點(diǎn)的區(qū)劃指標(biāo)與對(duì)應(yīng)的站點(diǎn)地理因子進(jìn)行主成分回歸，并與回歸直線截距相加產(chǎn)生細(xì)網(wǎng)格的區(qū)劃指標(biāo)，同時(shí)對(duì)回歸多項(xiàng)式的殘差運(yùn)用普通克立金法進(jìn)行空間插值，將殘差的插值結(jié)果與細(xì)網(wǎng)格的區(qū)劃指標(biāo)值相加得到最終的精細(xì)化區(qū)劃指標(biāo)。插值過程通過R語言實(shí)現(xiàn)。

2 區(qū)劃結(jié)果與分析

2.1 區(qū)劃結(jié)果

由于湖北省目前仍以秈稻種植為主，以秈稻氣候適宜區(qū)劃指標(biāo)為依據(jù)制作湖北省水稻種植布局區(qū)劃，結(jié)果見圖1。由圖1可知，除鄂西局部高山地區(qū)外，湖北省大部分地區(qū)熱量條件均可滿足水稻種植。其中，鄂西中低山區(qū)熱量條件僅能滿足種植早中熟一季中稻品種，鄂北崗地、鄂中丘陵北部及鄂東北低山丘陵區(qū)可種植遲熟一季中稻或再生稻，三峽河谷、鄂西南東部低山丘陵區(qū)、江漢平原及鄂東沿江平原可種植雙季稻，但大部雙季稻適宜區(qū)熱量條件僅適合種植兩季早熟秈稻品種，僅三峽河谷及鄂東沿江平原的洪湖、嘉魚、赤壁、咸寧、鄂州、大冶、黃石、陽新、浠水、黃梅等部分地區(qū)可種植中熟品種，由于湖北省早稻生育后期易遭遇高溫逼熟，同時(shí)晚稻生育后期易遭受寒露風(fēng)危害，因此，早中熟雙季稻產(chǎn)區(qū)的品種搭配應(yīng)以早熟早稻和早中熟晚稻搭配為宜。

2.2 布局調(diào)整潛力分析

利用1981-2013年湖北省分縣水稻種植面積統(tǒng)計(jì)資料，繪制湖北省水稻實(shí)際種植布局，結(jié)果見圖2。由圖2可知，一季中稻的實(shí)際種植范圍遍及湖北省所有縣市，其中種植面積較大的縣市主要集中在江漢平原、鄂中丘陵及鄂北崗地，雙季稻種植區(qū)域主要集中在江漢平原中東部及鄂東沿江平原，基本接近雙季稻的潛在適宜區(qū)域（圖1），其中鄂西南東部的宜都、枝江、當(dāng)陽及鄂中丘陵的荊門、鐘祥局部仍有發(fā)展?jié)摿ΑＳ捎诤笔∧壳爸饕远i稻品種種植為主，雙季晚稻后期寒露風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)是制約雙季稻發(fā)展的主要因素之一，而粳稻品種耐低溫能力較秈稻強(qiáng)，若改種晚粳稻品種有利于提高氣候資源的利用程度，雙季稻的適宜種植范圍也將進(jìn)一步擴(kuò)大。以穩(wěn)定通過10～20 ℃日數(shù)作為粳稻的安全生育期天數(shù)指標(biāo)，對(duì)早秈+晚粳的種植布局重新進(jìn)行區(qū)劃，結(jié)果見圖3。與圖1相比，雙季稻的種植北界明顯北移，鄂北的老河口、襄陽、隨州、廣水、大悟、紅安等縣市均適宜早熟早秈+早熟晚粳的種植。

2.3 限制因子分析

除熱量條件外，水資源、土壤、氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、勞動(dòng)力及政策等也是影響水稻種植布局的主要因素。利用1981-2013年湖北省分縣水稻單產(chǎn)統(tǒng)計(jì)資料繪制湖北省水稻實(shí)際單產(chǎn)空間格局，結(jié)果見圖4，由圖4可知，湖北省一季中稻的高產(chǎn)區(qū)位于鄂中丘陵、鄂北崗地及江漢平原地區(qū)，鄂西山區(qū)及鄂東南低山丘陵區(qū)平均單產(chǎn)相對(duì)較低，鄂東沿江平原地區(qū)居中，雙季稻的高產(chǎn)區(qū)域主要位于江漢平原，低產(chǎn)區(qū)域位于鄂東北及鄂東南低山丘陵地區(qū)。從氣候條件上，鄂西山區(qū)熱量資源不足是水稻生產(chǎn)潛力偏低的主要原因；鄂中丘陵和鄂北崗地降水量相對(duì)匱乏，但水稻生產(chǎn)潛力較高，主要得益于較好的水利灌溉設(shè)施，及相對(duì)豐富的光能資源，同時(shí)相對(duì)于中南部地區(qū)氣溫偏低，有利于延長(zhǎng)作物生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)間，抽穗揚(yáng)花期遭遇高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)也較低，從而獲得較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；而鄂東平原地區(qū)熱量資源和降水量較為豐富，但氣候生產(chǎn)潛力不高，主要原因是該區(qū)域處于大別山和幕阜山的迎風(fēng)坡，水稻生長(zhǎng)季洪澇災(zāi)害較為突出[12，13]。相對(duì)于單季稻，雙季稻生產(chǎn)對(duì)水源的要求較高，中北部降水資源偏少是制約雙季稻種植的主要限制因子，此外，晚稻寒露風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)較高也是北部地區(qū)水稻產(chǎn)量波動(dòng)大、平均產(chǎn)量相對(duì)偏低的原因之一。

3 討論

在全球氣候變暖背景下，湖北省水稻生長(zhǎng)季熱量資源及生育期長(zhǎng)度已經(jīng)發(fā)生了明顯變化[14，15]，利用近30年最新氣候資料，結(jié)合數(shù)字高程模型，對(duì)湖北省水稻種植布局進(jìn)行精細(xì)化氣候區(qū)劃，與當(dāng)前實(shí)際種植布局相比，雙季稻的種植范圍以及秈稻改種粳稻后的種植面積仍有較大的擴(kuò)大潛力，區(qū)劃結(jié)果為有效增加糧食作物面積、挖掘耕地和氣候資源利用潛力、促進(jìn)糧食增產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。

目前，湖北省水稻種植以一季稻為主，與鄰近省份相比，雙季稻的種植比例偏低，研究和實(shí)踐表明，一季稻對(duì)熱量資源利用程度不高，同時(shí)，其抽穗揚(yáng)花期通常在7月下旬至8月中旬，正值盛夏高溫時(shí)段，高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)較高，因此，改種雙季稻是水稻生產(chǎn)合理發(fā)展的客觀需求。隨著工廠化育秧及直播、拋秧等輕型栽培技術(shù)的發(fā)展，有效降低了勞動(dòng)力需求和生產(chǎn)成本，制約雙季稻發(fā)展的社會(huì)因素正在逐步消除，但雙季稻對(duì)水源要求高，在擴(kuò)大雙季稻種植的同時(shí)要加強(qiáng)農(nóng)田水利建設(shè)，對(duì)連年出現(xiàn)降水持續(xù)偏少的區(qū)域，要適時(shí)調(diào)整水旱作物的種植比例。

水稻不同栽培方式對(duì)氣候資源的利用程度具有一定差異[16，17]，目前區(qū)劃指標(biāo)大多針對(duì)傳統(tǒng)的水育秧或旱育秧移栽栽培水稻，生產(chǎn)實(shí)踐表明，直播技術(shù)較傳統(tǒng)移栽方式可明顯縮短水稻生育期，而工廠化育秧較傳統(tǒng)育秧方式播種期有所提前，且秧齡縮短，為充分利用氣候資源，還需要進(jìn)一步系統(tǒng)地對(duì)不同栽培方式下水稻對(duì)氣候資源的需求情況進(jìn)行指標(biāo)鑒定。

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