紹興市水稻氣候適宜度精細化分布特征

孫科，婁偉平，朱曉晨

(1.新昌縣氣象局，浙江 新昌 312500； 2.南京信息工程大學 應用氣象學院，江蘇 南京 210044)

氣候變暖已影響全球[1]。農業對氣候變化的反應最明顯[2-4]。氣候適宜度是指溫度、降水、日照等因子對作物成長發育、產量形成的適宜水平[5-6]。有關學者對柑桔[7]、玉米[8]、水稻[9]、小麥[10]、棉花[11]等作物生產氣候適宜程度開展了研究，但這些研究基于單個站點分析，無法推算出無測站地區的適宜度分布特點。我國南方地形復雜，溫度、日照、降水等要素在空間上差異非常明顯[12-14]，從而導致農作物在成長發育、產量形成等方面適宜水平空間分布差異較大[15-16]。

水稻是浙江省紹興市重要的糧食作物，研究水稻氣候適宜度細網格分布，有利于在山地地形條件下，因地制宜充分利用小氣候資源，合理布局作物品種，減少生產的盲目性。

1 材料與方法

1.1 材料

1972年1月至2012年12月國家站逐日氣象資料、2004年1月至2012年12月紹興市區域站的逐日氣象資料、1∶25萬DEM來自浙江省氣象局；1980—2013年新昌縣、紹興縣水稻生育期及產量資料分別來自新昌縣農業局和紹興縣氣象站。

1.2 氣候適宜度函數模型

溫度適宜度計算公式[17-18]：

式中：T為某時段平均氣溫；Tmin、Tmax、T0分別代表水稻在該時段內最低、最高和最適溫度。

采用蔣定生[19]的模型計算降水適宜度。

式中：R為某時段內降水量；R0為生理需水量。

本研究以日照時數達可照時數的70%(日照百分率)以上即適宜[20]。

b=0.538 Sun0+0.013。

式中：Sun為日照時數的觀測值；Sun0為日照百分率為70%的日照時數；b為經驗常數[20]。

基于幾何平均推算水稻整個生育期總體氣候適宜度(S)，即

1.3 Mann-Kendall test趨勢分析

利用Mann-Kendall test趨勢法開展水稻氣候適宜度顯著性檢驗[21]。

1.4 氣候適宜度網格化分布

熱量條件是妨礙紹興市水稻生長的最主要氣象因素，以≥10 ℃活動積溫為區劃指標。雙季稻的生長適宜區：≥10 ℃積溫5 000 ℃以上；次適宜區：≥10 ℃積溫4 600 ℃以上；不適宜區：≥10 ℃積溫4 600 ℃以下。單季稻的生長適宜區：≥10 ℃積溫4 500 ℃以上；次適宜區：≥10 ℃積溫4 000 ℃以上；不適宜區：≥10 ℃積溫4 000 ℃以下[22]。

利用1∶25萬DEM數據以及GIS技術，確定經度、緯度、高程、坡度、坡向、地形開闊度等因子對氣候適宜度影響權重系數，建立擬合模型，基于GIS空間分析將水稻氣候適宜度推算到每個網格點。

2 結果與分析

2.1 水稻氣候適宜度年變化

2.1.1 早稻氣候適宜度年變化

基于氣象站數據分析早稻氣候適宜度逐年變化特征(圖1)。從1972—2012年早稻溫度適宜度逐年上升，Mann-Kendall test達0.01顯著水平；降水適宜度逐年下降，但Mann-Kendall test不顯著，說明變化不明顯；日照適宜度在0.780～0.970波動、氣候適宜度在0.60～0.81波動，變化不明顯。

圖1 早稻適宜度的年變化

2.1.2 晚稻氣候適宜度年變化

由圖2可知，1972—2012年，晚稻溫度適宜度逐年線性增加，降水適宜度、日照適宜度和氣候適宜度逐年線性減小，但Mann-Kendall test不顯著，說明變化不明顯。

2.1.3 單季晚稻氣候適宜度年變化

由圖3可知，1972—2012年單季晚稻溫度適宜度逐年線性增加，Mann-Kendall test達0.01顯著水平；降水適宜度隨時間變化不顯著；日照適宜度和氣候適宜度逐年線性降低，Mann-Kendall test達0.01顯著水平。

2.2 水稻各生育期的氣候適宜度年變化

2.2.1 早稻各生育期的氣候適宜度年變化

早稻各生育期日照適宜度、降水適宜度差異小，變化不明顯(圖4)。溫度適宜度除拔節孕穗期和開花期變化不明顯外，其他生育期變化Mann-Kendall test均達顯著水平。溫度適宜度在苗期、返青期和分蘗期顯著增加，在灌漿成熟期顯著減少。

2.2.2 晚稻各生育期的氣候適宜度年變化

溫度適宜度除成熟期不顯著外，其他生育期Mann-Kendall test都達到顯著水平，日照適宜度除拔節期變化Mann-Kendall test顯著，其他生育期變化不明顯(圖5)。溫度適宜度在苗期和返青期顯著減小，在分蘗期、拔節期和開花期顯著增加，日照適宜度在拔節孕穗期顯著減小。降水適宜度變化都不顯著。

2.2.3 單季晚稻各生育期的氣候適宜度年變化

單季晚稻溫度適宜度除了在苗期、分蘗期、拔節孕穗期和成熟期Mann-Kendall test顯著變化外，日照適宜度除了在拔節孕穗期和抽穗開花期Mann-Kendall test顯著變化外，其他都不顯著(圖6)。

圖2 晚稻適宜度的年變化

圖3 單季晚稻適宜度的年變化

2.3 氣候適宜度細網格分布

2.3.1 早稻氣候適宜度細網格分布

紹興市早稻氣候適宜度在0.60～0.75(圖7)，其中紹興東北部、中南部盆地早稻氣候適宜度在0.65以上；越城區西南部、諸暨大部氣候適宜度低，在0.63以下；越城區東南部、嵊州市大部、新昌西南部早稻氣候適宜度在0.630～0.635，上虞大部、新昌中東部早稻氣候適宜度在0.635～0.640。

2.3.2 晚稻氣候適宜度細網格分布

紹興市晚稻氣候適宜度在0.52～0.62(圖8)，其中紹興東北部、中南部盆地氣候適宜度在0.58以上；越城區東南部、嵊州市西部、新昌大部氣候適宜度在0.58以下。

2.3.3 單季晚稻氣候適宜度細網格分布

紹興市單季晚稻氣候適宜度在0.60～0.73(圖9)，單季晚稻氣候適宜度呈從北向南遞減趨勢。紹興東北部平原、諸暨盆地晚稻氣候適宜度在0.67～0.73，紹興中南部盆地在0.64～0.67，嵊州南部、新昌大部晚稻氣候適宜度在0.64以下。

圖4 早稻各生育期溫度適宜度變化情況

圖5 晚稻各生育期適宜度變化情況

圖6 單季晚稻各生育期適宜度變化情況

圖7 紹興市早稻氣候適宜度細網格分布

圖8 紹興市晚稻氣候適宜度細網格分布

圖9 單季晚稻氣候適宜度細網格分布

3 小結

紹興市4月為早稻秧苗期，此時易出現“倒春寒”天氣造成早稻爛秧；5月上旬、5月中下旬分別為返青期和分蘗期，低溫連陰雨時常出現，導致早稻僵苗。新昌縣氣象站資料計算的苗期、返青期、分蘗期溫度適宜度小于0.5的機率分別為33.3%、16.7%、40.5%，其中1991年返青期的溫度適宜度為0。隨著氣候變暖，4、5月氣溫呈升高趨勢，這3個生育期的溫度適宜度也呈增大趨勢，但溫度升高呈波動性，因此溫度適宜度增大也呈波動性。7月是紹興市早稻灌漿成熟期，隨著氣溫升高，高溫日數增多，易造成早稻高溫逼熟，溫度適宜度呈下降趨勢。

隨著氣候變化，紹興市7月高溫日數增多，高溫強度增強，影響晚稻秧苗生長和移栽后返青。8月后氣溫偏高，有利于水稻生長，特別是9月氣溫升高，秋季低溫推遲，有利于晚稻抽穗開花，安全齊穗。近年來，紹興市8月下旬至9月中旬雨日不斷增加，日照適宜度逐漸減小。

隨著5、6月氣溫升高，有利于單季晚稻秧苗生長和分蘗，但7月至8月上中旬的高溫不利于拔節孕穗，9月中旬至10月溫度升高有利于成熟。8月下旬至9月上旬日照減少，不利于單季晚稻拔節孕穗和開花授粉。

溫度是造成各地早稻和晚稻氣候適宜度差異的最主要因子。在平原、海拔200～300 m丘陵臺地水稻氣候適宜度分別在0.64、0.58以上，適宜雙季稻生產，應大力推廣雙季稻種植。降水是造成各地早稻和晚稻氣候適宜度差異的最主要因子，紹興市北部以河網平原為主，南部以丘陵山地為主，從北向南，單季晚稻氣候適宜度逐漸減小。紹興市大部分地區適宜單季晚稻生產，氣候適宜度在0.6以上，因此海拔300 m以上的地區應大力推廣單季晚稻種植。