貴州省中東部水稻有效積溫對氣候變化的響應(yīng)

馬淑亮 任月倩

(貴州理工學(xué)院 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院 貴州 貴陽 50003)

據(jù)IPCC第5次評估報告中指出，近百余年全球平均溫度已升高了0.85℃[1]，全球增暖已成為不爭的事實(shí)。而全球變暖將導(dǎo)致全國及各個地區(qū)農(nóng)作物的有效積溫發(fā)生顯著變化，進(jìn)而對農(nóng)業(yè)生物生存環(huán)境、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)都具有深刻影響[2]。水稻作為我國最主要的糧食作物，其在我國種植面積最大，產(chǎn)量最高[3-4]。因此，氣候變化對水稻種植的影響研究受到學(xué)者的廣泛關(guān)注。

目前，學(xué)者關(guān)于氣候變化對水稻種植的影響研究主要集中在水稻種植的氣候適宜性、高低溫?zé)岷λ井a(chǎn)量的影響、水稻種植氣候區(qū)劃等方面。如王芬等[5]研究了成都市兩系雜交水稻種植氣候適宜區(qū)劃。包云軒等[6]和操海珍等[7]]分析了水稻熱害發(fā)生規(guī)律對水稻產(chǎn)量的影響及其預(yù)防措施。申錦程[8]利用GIS技術(shù)研究了信陽市平橋區(qū)水稻種植氣候區(qū)劃。僅有部分學(xué)者研究了有效積溫對水稻生長過程及其制種的影響，如馮明等[9]分析了湖北省水稻生育期積溫的變化。歐陽由男等[10]分析了光周期和有效積溫對水稻分蘗期的影響。顏?zhàn)詷s[11]研究了有效積溫在雜交水稻制種中的應(yīng)用。貴州省作為中國西南腹地重要糧食產(chǎn)區(qū)，其中東部是水稻種植的核心地區(qū)。然而，當(dāng)前研究鮮有關(guān)注貴州省水稻有效積溫對氣候變化的響應(yīng)。鑒于此，本研究利用1961-2016年貴州省中東部62個站點(diǎn)逐日平均氣溫資料，運(yùn)用趨勢分析、空間插值、小波分析等方法探討貴州省中東部水稻有效積溫對氣候變化的響應(yīng)，以期為該區(qū)域水稻種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化布局及區(qū)域糧食安全戰(zhàn)略制定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于貴州省氣候中心提供的1961-2016年貴州省中東部62個氣象站點(diǎn)逐日氣溫觀測資料。參考《水稻高產(chǎn)創(chuàng)建技術(shù)規(guī)范模式圖》和相關(guān)文獻(xiàn)[12]，將貴州省中東部水稻全生育期劃分為秧苗期(4月上旬至5月上旬)、移栽分蘗期(5月中旬至7月上旬)、拔節(jié)孕穗期(7月中旬至7月下旬)和抽穗成熟期(8月上旬至9月上旬)。

1.2 研究方法

1.2.1 有效積溫水稻全生長期或某一生育階段的有效溫度的總和，其公式為：

式中：K為各生育階段有效積溫， 為第 日的平均氣溫， 為該發(fā)育階段的起點(diǎn)溫度。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[13-14]，水稻全生育期的下限溫度為10℃，上限溫度為30℃。

1.2.2 趨勢分析法采用線性回歸方程分析貴州省中東部水稻有效積溫的變化趨勢。

式中：y為水稻有效積溫，t為年份，a為回歸系數(shù)，b為常數(shù)，當(dāng)a為正（負(fù)）值時表示水稻各生育階段有效積溫呈增加（減少）趨勢。

1.2.3 空間插值法采用ArcGIS軟件的IDW空間插值法分析貴州省中東部水稻有效積溫變化傾向率的空間格局。

1.2.4 小波分析法采用MATLAB軟件中的Morlet小波分析法得出貴州省中東部水稻有效積溫變化的周期特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 1961-2016年貴州省中東部水稻有效積溫變化趨勢

56年間，貴州省中東部水稻有效積溫年際變化趨勢（圖1）可知，水稻總生長期有效積溫呈緩慢上升趨勢。從生育期不同階段（秧苗期、移栽分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗成熟期）看，秧苗期和拔節(jié)孕穗期呈上升趨勢，移栽分蘗期和抽穗成熟期呈下降趨勢，其中秧苗期（移栽分蘗期）上升（下降）幅度高于拔節(jié)孕穗期（抽穗成熟期）。

從不同年代貴州省中東部水稻有效積溫變化(表1)可知，總生長期有效積溫從20世紀(jì)60年代到80年代呈下降趨勢，80年代以后呈上升趨勢。從生育期不同階段看，秧苗期有效積溫從20世紀(jì)60年代到70年代呈上升趨勢，70年代到80年代呈下降趨勢，80年代以后呈上升趨勢；移栽分蘗期有效積溫呈下降上升的波動趨勢；拔節(jié)孕穗期有效積溫從20世紀(jì)60年代到70年代呈下降趨勢，70年代以后呈上升趨勢；抽穗成熟期有效積溫從20世紀(jì)60年代到70年代呈下降趨勢，70年代到90年代呈上升趨勢，90年代以后呈下降趨勢。

圖1 1961～2016年貴州省中東部水稻有效積溫年際變化趨勢

表1 不同年代貴州中東部水稻有效積溫變化℃

2.2 1961～2016年貴州省中東部水稻有效積溫變化的空間格局

56年間，貴州省中東部水稻有效積溫變化空間格局(圖2)可知，貴州省中東部大部分地區(qū)水稻總生長期有效積溫均呈上升趨勢，且銅仁市大部、貴陽市大部、安順市大部、黔東南州大部、黔南州東南部上升趨勢較為突出。從生育期不同階段看，貴州中東部大部分地區(qū)(遵義市大部、銅仁市大部、貴陽市大部、黔東南州大部、安順市大部、黔南州大部)秧苗期的有效積溫呈上升趨勢，僅有零星地區(qū)呈下降趨勢；遵義市大部、貴陽市大部、安順市大部、銅仁市北部和東南部、黔南州北部和西南部、黔東南州東部和北部移栽分蘗期的有效積溫呈上升趨勢，而黔東南州大部、黔南州大部、銅仁市南部、遵義市和安順市的部分零星地區(qū)呈下降趨勢；貴州中東部大部分地區(qū)(貴陽市全部、安順市全部、黔東南州全部、銅仁市大部、遵義市大部、黔南州大部)拔節(jié)孕穗期的有效積溫呈下降趨勢，僅有遵義市東部、銅仁市和黔南州的零星地區(qū)呈上升趨勢；安順市全部、貴陽市大部、黔南州大部、黔東南州和遵義市西南部抽穗成熟期的有效積溫呈上升趨勢，而銅仁市全部、黔東南州和遵義市東北部及部分零星地區(qū)呈下降趨勢。

圖2 1961～2016年貴州省中東部水稻有效積溫變化空間格局

2.3 1961～2016年貴州省中東部水稻有效積溫變化周期特征

從1961-2016年貴州省中東部水稻有效積溫變化周期特征(圖3)可知，貴州中東部水稻總生長期有效積溫存在1個時間尺度周期震蕩為28a。從生育期不同階段看，秧苗期有效積溫存在2個時間尺度周期震蕩，分別為10a、29a，其中29a是變化主周期；移栽分蘗期有效積溫存在1個時間尺度周期震蕩，為29a；拔節(jié)孕穗期有效積溫存在1個時間尺度周期震蕩，為28a；抽穗成熟期有效積溫存在1個時間尺度周期震蕩，為27a。

圖3 1961～2016年貴州省中東部水稻有效積溫變化周期特征

3 結(jié)論與討論

本研究基于貴州省1961～2016年歷史氣象數(shù)據(jù)，分析了貴州省中東部水稻有效積溫對氣候變化的響應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)總生長期有效積溫呈緩慢上升趨勢，這與隋景躍[15]對遼西地區(qū)谷子有效積溫變化的分析結(jié)果、王芳等[16]對華北平原冬小麥有效積溫變化的分析結(jié)果基本一致，這說明在氣候變暖作用下，溫度升高使不同作物的有效積溫得以上升[17]。在氣候變暖影響下有效積溫的增加可以使水稻低溫冷害減弱，進(jìn)而降低生產(chǎn)風(fēng)險。值得注意的是，貴州省東部水稻有效積溫上升幅度較快，這勢必會縮短水稻生育期，生物學(xué)和籽粒產(chǎn)量可能會下降[18]。另外，不同地區(qū)可以針對水稻有效積溫變化規(guī)律提出不同應(yīng)對策略，如秧苗期銅仁市和黔東南州的東部應(yīng)注重防范高溫?zé)岷Γ灰圃苑痔Y期黔東南州北部、銅仁市西南部應(yīng)注重防范低溫冷害，遵義市應(yīng)注重防范高溫?zé)岷Γ话喂?jié)孕穗期和抽穗成熟期銅仁市應(yīng)注重防范低溫冷害。

貴州省中東部水稻總生長期有效積溫呈緩慢上升趨勢，且東部和西南部地區(qū)上升趨勢較顯著。水稻有效積溫變化在不同年代不同階段呈波動趨勢特點(diǎn)。從生育期不同階段看，除秧苗期貴州零星地區(qū)、移栽分蘗期貴州東南部地區(qū)、拔節(jié)孕穗期貴州大部地區(qū)、抽穗成熟期貴州東北部地區(qū)外，貴州其他地區(qū)水稻有效積溫均呈上升趨勢。秧苗期、移栽分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗成熟期及總生長期有效積溫變化主周期分別為29a、29a、28a、27a和28a。