四川盆地水稻不同生育期干旱频率的空间分布特征*

刘琰琰，张玉芳，王明田，陈　超，潘学标，周雪慧（．成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室，成都 05；．四川省农业气象中心，成都 007；．四川省气象台，成都 007；．四川省气候中心，成都 007；5．中国农业大学资源与环境学院，北京 0009；．遂宁市气象局，遂宁 9000）



四川盆地水稻不同生育期干旱频率的空间分布特征*

刘琰琰1，张玉芳2，王明田3，陈超4，潘学标5**，周雪慧6
（1．成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室，成都 610225；2．四川省农业气象中心，成都 610072；3．四川省气象台，成都 610072；4．四川省气候中心，成都 610072；5．中国农业大学资源与环境学院，北京 100094；6．遂宁市气象局，遂宁 629000）

摘要：将四川盆地按地理地貌类型及水稻种植区划分为5个区域即盆南、盆中、盆西、盆周和盆东，基于区内102个县(市)气象台站1980-2014年的逐日气象资料及32个农业气象观测站的水稻生育期资料，利用干旱评估指标分析四川盆地水稻各生育期干旱发生频率的空间分布特征。结果表明：水稻移栽-分蘖期干旱频率在盆中及盆南部分区域高达90%以上；分蘖-拔节期及拔节-孕穗期干旱频率也相对较高，大部地区集中在50%～90%；水稻孕穗-抽穗期和抽穗-成熟期的干旱发生频率与其它生育期相比较低，孕穗-抽穗期干旱发生频率除盆西部分区域、盆中及盆东北局部在70%～84%以外，其余大部在50%左右；抽穗-成熟期干旱发生频率大部分在50%～70%。

关键词：四川盆地；水稻；干旱评估指数

刘琰琰,张玉芳,王明田,等.四川盆地水稻不同生育期干旱频率的空间分布特征[J].中国农业气象,2016,37(2):238-244

水稻是主要的粮食作物，中国60%以上人口以稻米为主食，提高水稻产量和品质具有十分重要的意义。然而，随着气候变暖，生态环境恶化，暴雨、高温、干旱等异常气候、灾害性天气日趋频发、重发[1-2]，对水稻生产造成严重影响，水稻高产、稳产受到威胁[3]。诸多气象灾害中，干旱是四川省最主要的气象灾害，对水稻生产影响巨大[4]。四川省农业干旱主要发生在盆地，水稻生育期受其影响大，致害后果严重。许多学者对水稻干旱进行了研究[5-7],罗伯良等[5]利用人类生存环境风险评价法，建立了湖南中、晚稻生产干旱灾害评价模型；张旭辉等[6]研制了以降水量和蒸散量为参数的干旱指数计算方法，确定了水稻移栽期干旱指标；朱海涛等[7]构建了湖南省晚稻干旱指数模型，并利用该模型分析了湖南不同区域在晚稻各发育期的干旱状况。但针对四川省水稻干旱分区域分生育期的研究未见报道，加之干旱对四川省盆地区域水稻生产影响的严重性，因此，本文基于不同地区水稻生育期的差异，将四川盆地稻区分为5大区域，按水稻5个生育期，并考虑前期降水的滞后影响和稻田径流量，构建水稻干旱评估指数，并根据干旱标准分析确定水稻干旱等级划分指标，最终利用该指数分析四川省盆地区域水稻干旱频率时空分布特征，以期为制定农业生产计划、防灾减灾措施及确定保险费率提供依据。

1　资料与方法

1.1资料来源

气象资料来源于四川省气象局，主要包括相关站点1980-2014年的逐日平均温度、最高气温、最低气温、降水量、日照时数、风速及海拔高度等；作物生育期资料来源于1980-2014年四川省盆地32个水稻农业气象观测站观测报表；旱情资料来自《中国气象灾害大典（四川卷）》[8]对四川历年干旱灾害的详细记载。

1.2研究方法

1.2.1研究分区和生育期确定

四川省盆地区域主要种植玉米、水稻、小麦和油菜四大粮油作物。按地理地貌类型及种植区形成的现状，将盆地区划分为5个种植区（图1）。其中，Ⅰ.盆南丘陵区包含35个区县（以下简称“盆南”），2014年水稻种植面积471.87千hm2，占该区耕地面积的63.9%；Ⅱ.盆中浅丘区（33个区县，简称“盆中”），2014年水稻种植面积559.42千hm2，占耕地面积的46.7%；Ⅲ.盆西平丘区（44个区县，简称“盆西”），2014年水稻种植面积552.92千hm2，占耕地面积的66.6%；Ⅳ.盆周边缘山地区（24个区县，简称“盆周”），2014年水稻种植面积299.77千hm2，占耕地面积的43.9%；Ⅴ.盆东平行岭谷区（11个区县，简称“盆东”），2014年水稻种植面积89.18千hm2，占耕地面积的63.1%[9]。

图1　四川盆地区域水稻种植分区和农业气象观测站分布Fig. 1　Geographical regionalization of rice planting area and agro-meteorological stations in the Sichuan basin

由于地理位置及气候条件不同，各区水稻播种时间存在明显差异，因此，生育期也明显不同。统计生育期观测资料并结合大田生产调查，得出各区水稻各生育期资料见表1。

表1　各区水稻生育期统计（月-日）Table 1　Averaged dates for rice growth periods in each region of the basin（mm-dd）

1.2.2干旱指标

研究发现，一个时段的干旱不仅受到该时段水分亏缺的影响，还需要考虑前期降水影响，四川省盆地区域水稻种植主要集中在3-9月，该段时间正值汛期，降水量较多，径流量大。故在干旱评估指数（I）[7,10-11]中考虑了前期降水的滞后影响和稻田径流量。其计算式为

其中

式中，I为水稻干旱评估指数，P10为前10d的累积降水量（mm）；W10为前10d累积作物需水量（mm）；P为某时段（对应生育期）农业有效降水量（日降水量≥5mm）；W为同一时段作物需水量（mm），Kc为作物系数，按四川省已有资料和田间试验结果确定[12-13]，具体数值见表2；ET0为日参考作物蒸散量（mm）,采用Penman-Monteith公式[14]计算；C为区域径流系数[7,15]，其计算式为

C=0.47k （3）

k=M/95.6 （4）

式中，M为某站点15a内每年最大日降水量的平均值，95.6为参考站点15a内每年最大日降水量的平均值。

表2　各区水稻作物系数（Kc）Table 2　Crop coefficient (Kc) of rice in each month in each region

1.2.3干旱等级确定

计算盆地区1980-2014年102个县（市）水稻干旱评估指数，根据干旱划分标准（表3）[11]结合《中国气象灾害大典（四川卷）》[8]，参考盆地区典型年份水稻干旱评估指数，并进行对比分析，确定水稻干旱等级指标,将其分为无旱、轻旱、中旱、重旱4个级别[11]。

表3　水稻干旱等级划分标准Table 3　Criteria of rice drought grades

1.2.4干旱发生频率计算

依据干旱分级标准，计算水稻不同生育期、不同等级干旱的发生频率(F)[16]，即某站某个生育阶段、不同等级干旱发生的年次数与统计资料总年数之比。

式中，n为该生育期出现该等级干旱的年数，N为统计总年数。

将水稻生育期内各子区域所有站点某等级干旱发生频率的均值作为该区该等级干旱的发生频率，盆地干旱发生频率为各子区域平均值，盆地或各子区域稻区发生轻旱、中旱、重旱频率之和，即为盆地或该子区域的干旱发生频率。

2　结果与分析

2.1盆地各子区域水稻生育期干旱频率对比

四川省盆地及各子区域干旱发生频率见表4。从整个四川盆地区域来看，水稻全生育期发生干旱的频率较高，在56.8%～75.8%，其中，轻旱14.7%～32.6%，中旱14.4%～46.1%，重旱1.7%～20.1%；由于各生育期水热条件不同，干旱分布也有一定差异，其中分蘖-拔节期和拔节-孕穗期干旱发生频率较高，在73%～76%；拔节-孕穗期中旱发生频率较高，孕穗-抽穗期中旱发生频率相对较低，仅14.4%；重旱发生频率总体较低，除分蘖-拔节和孕穗-抽穗期发生频率在14%～20%，其余生育期重旱发生频率均不足5%。

从各区发生干旱的频率来看，区域之间存在较大差异，其中水稻移栽-分蘖期干旱频率的范围在49.3%～92.3%，分蘖-拔节期在55.7%～92.6%，拔节-孕穗期59.9%～94.7%，孕穗-抽穗期52.4%～73.8%，抽穗-成熟期43.6%～71.1%。从各区域干旱频率分布看，盆中浅丘区发生干旱的频率总体高于其它区域，在移栽-孕穗的3个生育阶段内，轻旱以上的频率高达92.3%以上，其中在拔节-孕穗期干旱频率最高，达94.7%；盆周边缘山地区发生干旱的频率总体低于其它区域，各生育期内干旱发生频率在43.6%～59.9%；盆东平行岭谷区在移栽-分蘖期干旱发生频率最低，为49.3%。根据中旱发生频率，在盆中浅丘区水稻中度干旱较为严重，移栽-孕穗期中旱频率高达45.8%～66.5%，尤其在拔节-孕穗期中旱发生频率为各区各生育期内的最高值，达66.5%；盆东平行岭谷区中旱发生频率较低，整个生育期内不高于30%，其中移栽-分蘖期内仅为7.1%。盆东平行岭谷区发生重旱的频率总体低于其它4个区域。从重旱发生的时段分布来看，在5个子区内重旱主要发生在分蘖-拔节期和孕穗-抽穗期两个阶段，其中分蘖-拔节期除盆东外，其余时期干旱发生频率均在21.2%～30.5%。

表4　1980-2014年各区水稻生育期不同等级干旱发生频率统计结果（%）Table 4　Drought frequency of different grades during different rice growth periods in each region from 1980 to 2014(%)

2.2水稻不同生育期盆地内各站点干旱频率对比

分别计算四川省盆地区域102个站点水稻各生育期干旱指标和轻旱、中旱、重旱发生频率之和，各生育期干旱发生频率在全省盆地区域的空间分布概况如图2。

由图2a可见，移栽-分蘖期全省各地水稻干旱频率除盆东北及盆西南部分区域不足50%外，其余大部均在50%以上，平均70.8%，其中盆中及盆南部分区域高达90%以上。分蘖-拔节期干旱频率（图2b）也相对较高，全省平均达73.5%，干旱频率大都在50%～90%，其中干旱发生频率在70%～90%的区域分布较广，主要集中在盆中大部、盆北及盆南部分区域；拔节-孕穗期干旱发生频率分布(图2c)与分蘖-拔节期相似，全省平均达到75.8%，大部区域干旱发生频率集中在50%～90%，干旱发生频率在95%左右的区域包括盆中浅丘区的梓潼、盐亭、三台、威远、蓬溪及盆南丘陵区的井研、犍为等县；孕穗-抽穗期干旱发生频率(图2d)全省平均为61.9%，除盆西部分区域、盆中及盆东北局部在70%～84%，其余大部在50%～70%；抽穗-成熟期(图2e)和孕穗-抽穗期干旱发生频率都相对较低，除盆东北部分区域及盆中局部在70%～85%，盆周边缘山地部分区域在50%以下，其余大部在50%～70%。

图2　四川省盆地区域水稻各生育期内干旱频率分布Fig. 2　Frequency of droughts occurred at different rice growth periods in the Sichuan basin

3　结论与讨论

四川盆地区域水稻全生育期干旱发生频率在56.8%～75.8%；其中拔节-孕穗期干旱发生频率较高，抽穗-成熟较低。从不同区域水稻干旱分布情况来看，盆中干旱发生频率最高，其中移栽-孕穗期达92%～95%；盆南移栽-分蘖期干旱发生频率在80%以上，孕穗-抽穗期达56.4%；盆西干旱发生频率次之，除孕穗-成熟期干旱发生频率较低，其余生育期干旱发生频率在76%左右；盆周及盆东均属干旱发生频率较低区域，其中盆周在抽穗-成熟期干旱发生频率43.6%，盆东在移栽-分蘖期干旱发生频率最低为49.3%。

四川地形复杂，山丘广布，地貌差异显著，盆地西部地势平坦，略有倾斜，自流灌溉条件好，干旱对该区域作物生长影响不大；盆地中部为一大片起伏不平的丘陵，相对高差不大，该区域作物生长主要靠自然降水，常既有夏旱又有伏旱，甚至还可能有夏、伏连旱发生，可考虑改水田为旱地，种植一些耐旱作物；盆地东部区域属盛夏伏旱高发区，7月下旬-8月上旬常出现有规律性的高温伏旱，水稻正处孕穗-抽穗成熟期，若该时期水田过早断水，就会影响其光合作用，易发生早衰青枯，使秕粒增加，粒重降低，蜡熟期后缺水影响结实，因此采用避旱栽培措施，发展迟熟的杂交中稻，易获得较高产量；盆周边缘山地区干旱形成的原因是多方面的，除大气环流和地形的影响外，人口众多，承载能力过大，人类活动不当等社会经济活动也往往是促使干旱加剧的影响因素；盆南区域为单、双季稻区，该区域地势低、气温高、热量充足、降雨多，光、热、水资源除能满足一季稻需求，低坝浅丘区还能保证双季稻生长的需要，属春夏雨旱交错区，该区域可适时早播，避开后期高温热害对水稻的逼熟，影响干物质积累，降低结实率。

本研究采用的水稻干旱指标是在参考评估四川盆地玉米生育期干旱状况中利用的水分盈亏指数[11]基础上增加了稻田径流量一项，该项主要考虑一方面径流系数的大小随降水量的变化，地下水补给的差异，流域面积的大小以及下垫面情况等因素而异。除了水域和裸地的径流最大外，其次是旱地和水田；另一方面四川盆地水稻生育期主要集中在3-9月，正是四川省的汛期，降水量较多，所以径流量也大[17]，研究结果比过去单一用水分盈亏指数分析的结果更接近实际。目前，四川省针对水稻分区域分生育期，同时考虑前期降水的滞后影响和稻田径流量进行水稻干旱详细评估的方法尚未见报道，该模型能较好地评估四川盆地水稻不同生育期干旱状况，为水稻干旱评估提供一定参考。

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Spatial Distribution of Rice Drought Frequency during Different Growth Periods in Sichuan Basin

LIU Yan-yan1, ZHANG Yu-fang2, WANG Ming-tian3, CHEN Chao4, PAN Xue-biao5, ZHOU Xue-hui6
（1.College of Atmospheric Sciences & Plateau Atmosphere and Environment Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu University of Information Technology, Chengdu 610225,China; 2.Agro-meteorological Center of Sichuan Province, Chengdu 610072; 3.Sichuan Meteorological Observatory, Chengdu 610072; 4.Sichuan Provincial Climate Center, Chengdu 610072; 5.College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100094; 6.Suining Meteorological Service, Suining 629000）

Abstract：Drought significantly influences rice growth and development and has caused great loss of rice production in the Sichuan basin. The basin was divided into five rice growing regions based on its landforms and cropping systems in this paper. Authors analyzed the spatial distribution characteristics of drought frequency for each growth period of rice in the basin in terms of drought assessment index, using historic daily weather data from 102 meteorological monitoring stations between 1980 and 2014 and the phonological data from 32 agro-meteorological observation stations. The results showed that drought frequency was over 90% during the transplanting and tillering stages in parts of the middle and southern basin. During the periods from tillering to jointing stage and from jointing to booting stage, the drought frequency varied between 50% and 90% over the majority area of the basin. The frequency occurred during the periods from booting to heading stage and from heading to mature stage was lower compared with that during the other stages. It was about 50% during the period from booting and heading stage over most of the basin, apart from parts of the western, central basin and northeastern basin where the frequency was around 70%-84%. And the frequency was about 50%-70% during the period from heading to mature over most of the basin.

Key words：Sichuan basin; Rice; Drought assessment index

doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2016.02.014

收稿日期：*2015-06-23**通讯作者。E-mail：panxb@cau.edu.cn

基金项目：成都信息工程大学引进人才启动科研项目（KYTZ201221）；四川省气象局重点课题项目(川气课题-2012-开发-06)；中国气象局西南区域重大科研业务项目（2014-8）；高原大气与环境四川省重点实验室开放课题资助课题（PAEKL-2014-C5）；中国气象局成都高原气象研究所高原气象开放基金课题（LPM2013002）

作者简介：刘琰琰（1982-），女，博士，讲师，研究方向为气候变化影响评估及农业防灾减灾。E-mail:liuyy@cuit.edu.cn