浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量及生长期降水量空间变异性

陈海生, 杨玉泉

(浙江同济科技职业学院, 浙江 杭州 311231)

浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量及生长期降水量空间变异性

陈海生, 杨玉泉*

(浙江同济科技职业学院, 浙江 杭州 311231)

采用地统计学原理和GIS相结合的方法，研究了浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量及其各生长期降水量空间变异性。结果表明：浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量的C/(C0+C)为0.762;各生育期降水量的C/(C0+C)在0.78～0.98，都具有很强的空间相关性。浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量变动在6268.00～8664.00 kg/hm2。产量为7873～8664 kg/hm2的高值区分布在浙北的杭嘉湖平原一带,占研究区总面积的6.95 %。产量在7466～7848 kg/hm2的次高值区分布在浙江北部、东部一带，以及浙西的衢州地区，占研究区总面积的45.8 %；少于7466 kg/hm2的产量低值区位于浙江南部和浙江中部一带，占研究区总面积的47.25 %。浙江省杂交晚籼稻丰优9339播种育苗期大部分地区的降水量为86.00～105.00 mm,占研究区总面积的47.25 %；分蘖期大部分地区的降水量在40.00～58.00 mm,占研究区总面积的64.52 %；拔节孕穗期大部分地区的降水量为54.00～74.00 mm,占研究区总面积的41.42 %；灌浆成熟期大部分地区的降水量为56.00～71.00 mm,占研究区总面积的56.42 %。偏相关分析表明在浙江省境内，拔节孕穗期的降水量对杂交晚籼稻丰优9339产量负影响达极显著水平。因此这个时期栽培上要特别重视水稻田间水分的管理，努力延长水稻根系和叶片的功能期。

地统计；GIS；丰优9339；产量；降水量

水是水稻体内重要的组成物质，并参与光合、呼吸、蒸腾、吸收和运转等生理代谢活动[1]。据研究[2-3]，水稻在返青期、减数分裂期、开花、灌浆等生育期对受旱及淹水最敏感，对产量影响最严重。浙江省水稻生育期间的降水量基本上能满足其正常生长的需水量，但由于浙江省位于东部沿海地区，是典型的亚热带季风气候。在整个水稻生育期间，降水量的时空分布极不均匀，很容易遭受暴雨洪涝和干旱等农业气象灾害影响，造成减产[4]。研究浙江省水稻产量及其生长期间降水量的空间分布和变异规律，对于水稻的合理布局，提高水稻的产量和品质具有重要意义。

地统计学是以具有空间分布特点的区域化变量理论为基础，研究自然现象的空间变异与空间结构的一门学科。地统计学方法是以反映变量空间结构特征的结构函数(如半变异函数)为基础，与经典的插值方法不同，地统计学考虑样点的方向、位置和彼此间的距离，直接测定和分析空间依赖性，用于研究有一定随机性和有一定结构性的各种变量的空间分布规律[5]。近年来，在环境科学领域，刘瑞民等[6]应用地统计学方法对太湖水质参数空间分布特性进行研究；孟健等[7]应用Kriging的空间分析方法来分析城市大气中SO2浓度的空间分布。Moral F J等[8]采用地统计技术进行了西班牙中等城市Badajoz市的NO2、NO、CO2和CO的空气污染风险评估。Schmalwieser A W等[9]则分析了1996-2000年中欧地区上空臭氧浓度的时间和空间变异性。Nelson N B等[10]则分析了马尾藻海面和其上空CO2交换量的空间变异性，并建立了海面空气温度和CO2浓度相互关系的实证数学模型。在水文气象学中，梁天刚等[11]对甘肃省河西走廊以东地区多年平均降水量进行了空间分布模拟研究；Dalezios N R等[12]分析了整个希腊范围作物参考蒸腾量的空间变异性，孙强等[13]用地统计学方法对泾河流域降水空间变异规律进行了研究。朱蕾[14]和朱晖[15]分别用GIS方法对某一区域范围内的降水量空间插值方法进行了比较。而应用地统计学和GIS方法对水稻产量及其生长期间各生育期的降水量空间变异性研究还不多见。

丰优9339是中国水稻研究所用不育系粤丰A与自选恢复系中恢9339杂交配制的中籼型杂交晚稻新组合。该组合株型好、中抗稻瘟病、高产稳产、米质优良、生育期适中,适宜在浙江省作单季晚稻栽培。丰优9339在浙江省播种幼苗期是5月下旬至6月中旬，分蘖期6月下旬至7月中旬，拔节孕穗期7月下旬至8月中旬，齐穗灌浆期8月下旬至10月上旬。本文依据《浙江省2010整编气象资料》，运用地统计学理论和Kriging插值方法，对杂交晚籼稻丰优9339产量及其各生育阶段的降水量在浙江省境内的空间分布及变异规律进行分析，以期为浙江省水稻的水分优化管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

浙江省位于中国东南沿海，地处亚热带中部，介于北纬27°12′～31°31′和东经118°～123°，属季风性湿润气候，四季分明，光照充足，雨量充沛，空气湿润, 雨热季节变化同步，是我国自然条件最优越的地区之一。浙江年平均气温15～18 ℃, 极端最高气温33～43 ℃, 极端最低气温-2.2～-17.4 ℃；全省年平均雨量在980～2000 mm,年平均日照时数1710～2100 h。是我国水稻的主要产区。

1.2 数据来源

《2012浙江省统计年鉴》和《浙江省2012整编气象资料》。

1.3 数据处理

各气象数据的描述性统计采用SPSS11.0 经典统计学分析，地统计学中的半方差函数及其模型计算采用ArcGIS8.3和GS+ 7.0软件[16-17]。半方差函数也称为半变异函数，是用来描述各气象要素指标性质的空间连续变异的一个连续函数，反映变量性质的不同距离观测值之间的变化[5]。

地统计学步骤如下：①将带有经纬度的杂交晚籼稻丰优9339产量和各生长阶段降水量的值分别输入GS+7.0软件中；②用GS+7.0 进行半方差分析，选取最优模型，得到参数值，并进行分维数分析；③将GS+7.0中得到的参数带入ARCGIS 8.3中用克立格法(Kriging)分别对各属性指标的分布进行插值，得到插值图。为了检验这些实验数据是否符合地统计学插值条件，用Kolmogorov-Smironov(K-S)正态分布检验概率对它们进行检验。由于特异值的存在会造成连续表面的中断，直接影响变量的分布特征，致使变异函数失去结构性，因而，本研究采用域法识别特异值，即按标准方差的倍数来识别特异值，一般特异值定为样品均值m加减3倍均方差δ，即m±3δ，然后用正常值的最大值、最小值替代特异值[16]。

2 结果与分析

2.1 浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量分布和各生育期降水量的描述性统计

采用Spss11.0对各变量进行经典统计分析[18]，并通过t-检验判断其分布类型，计算得到的统计特征值(表1)。

从表1可以看出，浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量和各生育阶段降水量分布均服从正态分布，产量均值为7514.19 kg/hm2，变动在6268.00～8664.00kg/hm2。播种育苗期的降水量均值为99.08 mm，变动在67.00～142.00 mm。分蘖期的降水量均值为53.59 mm,变动在22.00～94.00 mm。拔节孕穗期的降水量均值为69.37 mm,变动在33.00～115.00 mm。灌浆成熟期的降水量均值为68.00 mm，变动在44.00～107.00 mm。

表1 浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量与各生育期降水量描述性统计

浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量的变异系数为7.22 %。杂交晚籼稻各生育阶段降水量的变异系数以分蘖期降水量为最大，达29.22 %。播种育苗期降水量的变异系数为最小，为16.47 %。拔节孕穗期的降水量在浙江省各生育阶段的变异系数分别是28.54 %和20.49 %。

2.2 半方差函数分析

从表2可以看出，浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量的理论模型为高斯模型，决定系数为0.532，播种育苗期和灌浆成熟期的降水量的理论模型都为高斯模型，决定系数分别是0.838和0.744.而分蘖期和拔节孕穗期降水量则都为指数模型，决定系数分别为0.476和0.673。

从表2可以看出，浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量的C/(C0+C)为0.762，>75 %，具有强空间相关性，变程为1683 000 m。杂交晚籼稻各生育期降水量的C/(C0+C)在0.78～0.98，都具有很强的空间相关性。其空间自相关范围具有明显差异。各生育期降水量的变程在673 800～2 251 800 m，以拔节孕穗期降水量的变程最少，只有673 800 m，以播种育苗期降水量的变程最大，为2 251 800 m。分蘖期和灌浆成熟期降水量的变程则介于二者之间，分别为833 100和1 730 700 m。

2.3 丰优9339产量与各生育期降水量的偏相关分析

从表3可以看出，在浙江省，各生育期降水量的多少对杂交晚籼稻丰优9339产量都有影响。但只有 拔节孕穗期的降水量对丰优9339产量影响最大，相关系数为0.335，并且在1%的水平上显著。其他各生育时期降水量对丰优9339产量影响均没有达到显著水平。

2.4 Kriging插值分析

根据所得到的半方差函数模型，应用普通克里格法(Ordinary Kriging)进行最优内插，绘制了浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量和各生育阶段降水量的空间分布图[16-17]。

表2 浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量与各生育期降水量半方差函数

表3 浙江省单季稻产量与各生育期降水量的偏相关关系

浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量为7873～8664 kg/hm2的高值区分布在浙北的杭嘉湖平原一带,占研究区总面积的6.95 %。产量在7466～7848 kg/hm2的次高值区分布在浙江北部、东部一带，以及浙西的衢州地区，占研究区总面积的45.8 %。少于7466 kg/hm2的产量低值区位于浙江南部和浙江中部一带，占研究区总面积的47.25 %(图1)。

浙江省杂交晚籼稻丰优9339播种育苗期的降水量变动在67.00～143.00 mm。降水量在123.00～142.0 0 mm的高值区，占研究区总面积8.73 %，主要分布在浙西地区开化县、常山县和江山县以及龙泉市。降水量在105.00～123.00 mm次高值区，主要分布在泰顺县、庆元县、云和县、松阳县、遂昌县、龙游县、金华县、兰溪市、建德市、淳安县、东阳县、义乌市、浦江县、桐庐县、鄞县、杭州，占研究区总面积的29.73 %。降水量在67.00～86.00 mm的低值区主要分布在浙江中部的天台县、临海市、温岭市、玉环县、瑞安市，占研究区总面积的12.11 %。降水量为86.00～105.00 mm的中值区主要分布在浙江的北部、中部、中南部，占总面积的49.48 %(图2-a)。降水量基本上由西到东呈降低趋势。

图1 浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量空间分布Fig.1 Spatial distribution of yields of hybrid late indica rice Fengyou 9339 in Zhejiang province

浙江省杂交晚籼稻丰优9339分蘖期的降水量变动在22.00～94.00 mm。降水量为58.00～94.00 mm的高值区，分布在浙江省东部的大部分地区、中部和西北部部分地区。降水量在22.00～40.00 mm低值区，分布在磐安县、嵊州市、新昌县、舟山市的大部地区，占研究区总面积的31.86 %。而西部和中部的大部分地区这阶段的降水量都在40.00～58.00 mm，占研究区总面积的64.52 %。呈东南部高西北部低的趋势(图2-b)。

浙江省杂交晚籼稻丰优9339拔节孕穗期的降水量变动在33.00～115.00 mm。降水量在74.00～1153.00 mm的高值区主要分布在浙江的东部的大部分地区以及西北部的小部分地区，占研究区总面积的35.94 %。降水量在33.00～54.00 mm低值区，分布在浙江省中西部地区，占研究区总面积的22.64 %。浙江的北部及中部的大部分地区的降水量在54.00～74.00 mm，占研究区总面积的41.42 %。呈从东向西逐渐降低的趋势(图2-c)。

浙江省杂交晚籼稻丰优9339灌浆成熟期降水量变动在44.00～107.00 mm。降水量在71.00～99.00 mm的高值区分布在浙江省的东部沿海一带，占研究区总面积的23.53 %。降水量在44.00～56.00的低值区，分布在浙江省中西部和西南部的部分地区及北部的小部分地区，占研究区总面积的20.05 %。大部分地区的降水量为56.00～71.00 mm，占研究区总面积的56.42 %。其分布趋势与拔节孕穗期间的趋势基本一致(图2-d)。

3 小 结

(1)浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量和各生育阶段降水量分布均服从正态分布。浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量的变异系数为7.22 %。杂交晚籼稻各生育阶段降水量的变异系数以分蘖期降水量为最大，达29.22 %。播种育苗期降水量的变异系数为最小，为16.47 %。

图2 浙江省杂交晚籼稻丰优9339各生育期降水量空间分布Fig.2 Spatial distribution of precipitation during growth of hybrid late indica rice Fengyou 9339 in the fields in Zhejiang province

(2)浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量的理论模型为高斯模型，播种育苗期和灌浆成熟期的降水量的理论模型都为高斯模型，而分蘖期和拔节孕穗期降水量则都为指数模型。浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量的C/(C0+C)为0.762，具有强空间相关性，各生育期降水量的C/(C0+C)在0.78～0.98，也都具有很强的空间相关性。各生育期降水量的变程在673 800～2 251 800 m，以拔节孕穗期降水量的变程最少，只有673 800 m，以播种育苗期降水量的变程最大，为2 251 800 m。

(3)浙江省杂交晚籼稻丰优9339产量变动在6268.00～8664.00 kg/hm2。产量为7873.00～8664.00 kg/hm2的高值区分布在浙北的杭嘉湖平原一带,占研究区总面积的6.95 %。产量在7466.00～7848.00 kg/hm2的次高值区分布在浙江北部、东部一带，以及浙西的衢州地区，占研究区总面积的45.8 %。少于7466.00 kg/hm2的产量低值区位于浙江南部和浙江中部一带，占研究区总面积的47.25 %。

(4)浙江省杂交晚籼稻丰优9339播种育苗期大部分地区的降水量为86.00～105.00 mm，占研究区总面积的47.25 %。分蘖期大部分地区的降水量在40.00～58.00 mm，占研究区总面积的64.52 %。拔节孕穗期大部分地区的降水量为56.00～71.00 mm,占研究区总面积的56.42 %。灌浆成熟期大部分地区的降水量为56.00～71.00 mm,占研究区总面积的56.42 %。

(5)本研究结果表明，在浙江省境内，拔节孕穗期的降水量对杂交晚籼稻丰优9339产量影响达极显著水平。拔节孕穗期是指幼穗分化开始到长出穗为止，这个时期水稻的生育特点是长茎长穗，花粉母细胞减数分裂，对水分特别敏感，是夺取高产的关键时期，降水量过多或过少都会显著影响单季稻的产量。在浙江省东部和中部沿海一带，8月中旬后经常会出现台风暴雨天气，杂交晚籼稻丰优9339拔节孕穗期常面临着雨水过多而受涝渍的为害。这个时期栽培上要特别重视水稻田间水分的管理，努力延长水稻根系和叶片的功能期。

[1]桑久仁，陶明华．水稻灌溉制度试验研究[J]. 东北水利水电，1993(3):29-31．

[2]蔺万煌，孙福增．洪涝胁迫对水稻产量及产量构成因素的影响[J]．湖南农业大学学报，1997，23(7):50-54．

[3]金干瑜，欧阳由男．我国发展节水型稻作的若干问题探讨[J]．中国稻米，1999(1)：9-12．

[4]吴利红，毛裕定，苗长明，等．浙江省晚稻生产的农业气象灾害风险分布[J]．中国农业气象，2007，28(2):217-220．

[5]王政权．地统计学及在生态学中的应用[M]. 北京:科学出版社,1999.

[6]刘瑞民,王学军,郑 一．地统计学在太湖水质研究中的应用[M].2002, 22(2):209-212.

[7]孟 健，马小明．Kriging空间分析法及其在城市大气污染中的应用[J]. 数学的实践与认识，2002,23(2):309-312.

[8]Moral F J, Alvarez P, Canito J L. Mapping and hazard assessment of atmospheric pollution in a medium sized urban area using the Rasch model and geostatistics techniques[J]. Atmospheric Environment, 2006, 40:1408-1418.

[9]Schmalwieser A W, Schauberger G, Janouch M. Temporal and spatial variability of total ozone content over Central Europe:analysis in respect to the biological effect on plants[J]. Agricultural and Forest Meteorology, 2003, 120:9-26.

[10]Nelson N B, Bates N R, Siegel D A. Spatial variability of the CO2sink in the Sargasso Sea[J]. Deep-Sea Research Ⅱ, 2001, 48:1801-1821.

[11]梁天刚,王兮之,戴若兰．多年平均降水资源空间变化模拟方法的研究[J]. 西北植物学报, 2000,20(5):856-862.

[12]Dalezios N R, Loukas A, Bampzelis D. Spatial variability of reference evapotranspiration in Greece[J].Physics and Chemistry of the Earth, 2002, 27:1031-1038.

[13]孙 强，曾维华，沈珍瑶，等. 基于地统计学方法对泾河流域降水空间变异规律研究[J]. 干旱区资源与环境，2004，18(5):47-51.

[14]朱 蕾，黄敬峰. 山区县域尺度降水量空间插值方法比较[J]. 农业工程学报， 2007，23(7)：80-85.

[15]朱 晖，马孝义，李忠娟，等. 基于GIS的宝鸡峡降水量的空间插值方法分析[J].中国农村水利水电, 2012，12:45-48.

[16]陈海生，严力蛟，徐 奂，等．基于地统计分析及GIS的河南省烤烟大田生长期太阳总辐射空间变异性研究[J]．核农学报，2013，27(5)：673-680．

[17]马友平，恩施土．壤全硒量分布的研究[J]．核农学报，2010，24(3)：580-584．

[18]孙逸敏．利用SPSS软件分析变量间的相关性[J]．新疆教育学院学报，2007(2)：20-123．

(责任编辑 陈 虹)

Spatial Variability of Yields of Hybrid Late Indica Rice Fengyou 9339 and Precipitation during Rice Growth in Fields in Zhejiang Province Based on GIS

CHEN Hai-sheng, YANG Yu-quan*

(Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Zhejiang Hangzhou 311231, China)

Geostatistics method and geographic information system(GlS) techniques were applied to study the yield of hybrid late indica rice Fengyou 9339 and the spatial variability of precipitation during rice growth in the fields in Zhejiang province. The results showed that theC/(C0+C) of yield of hybrid late indica rice Fengyou 9339 was 0.762, and theC/(C0+C) of precipitation during rice growth in the fields was 0.78-0.98, indicating a strong spatial correlation in the study regions. Yield of Fengyou 9339in Zhejiang province was in the range of 6268-8664 kg/hm2, and its highest yield was in range of 7873-8664 kg/hm2and occurred mainly in the northern parts of Zhejiang province, accounting for 6.95 % of the whole province; Yield of 7466-7848 kg/hm2occurred mainly in the western, eastern and northern parts of Zhejiang province, accounting for 45.80 % of the whole province; Yield less than 7466 kg/hm2was mainly distributed in the southern and middle parts of Zhejiang province, accounting for 47.25 % of the whole areas. Precipitation during rice sowing and seedling stage was in range of 86.00-105.00 mm, occupying 47.25 % of the whole regions; Precipitation during rice tillering stage range of 40.00-58.00 mm, occupying 64.52 % of the whole regions; Precipitation during rice jointing-booting stage was in range of 54.00-74.00 mm, occupying 41.42 % of the whole regions; Precipitation during grain filling period was in range of 56. 00-71.00 mm, occupying 56.42 % of the whole region. Partial correlation analysis indicated that there was significant negative correlation between yields of rice Fengyou 9339 and precipitation during jointing-booting stage in Zhejiang province, so the great attention should be paid to water management in the paddy fields during jointing-booting stage,prolonging the root and leaf functional period.

Geostatistics; Hybrid late indica rice Fengyou 9339; Yield; Precipitation; GIS

1001-4829(2016)10-2263-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.10.002

2015-11-12

浙江省科技厅公益性技术应用研究计划项目(2013C 32020)

陈海生(1965-)，男，浙江临海人，博士后，副教授，主要从事地理信息系统研究，E-mail：haishch@126.com，*为通讯作者：杨玉泉(1980-)，男，黑龙江人，硕士，讲师，从事生态学研究，E-mail：2014yyq@sina.com。

S511.41

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