基于GIS和地统计的浙江省单季稻产量和生长期降水量空间变异性研究

毛建生，王亚芹，林高印

(浙江同济科技职业学院，浙江 杭州　311231)



基于GIS和地统计的浙江省单季稻产量和生长期降水量空间变异性研究

毛建生，王亚芹，林高印

(浙江同济科技职业学院，浙江 杭州311231)

摘要：采用地统计学原理和GIS相结合的方法，研究了浙江省单季稻产量及其各生长期降水量空间变异性.结果表明，浙江省单季稻产量的块基比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之间，都具有很强的空间相关性.其中拔节孕穗期的降水量对单季稻产量影响达极显著水平，应重视该生育期田间水分的管理，力争延长水稻根系和叶片的功能期.

关键词：浙江；地统计；单季稻；产量；降水量

0引言

浙江省水稻种植历史悠久.早在7 000多年前就已经开始种植水稻.水稻一直以来是浙江省主要粮食作物.20世纪90年代以前浙江省一直是以种植双季稻为主.而目前，随着早稻面积大幅度下降，单季稻迅猛发展，一跃成为浙江省粮食生产的主体作物，占水稻总面积的66%左右.

浙江省处于我国的东南沿海，为亚热带季风气候，水稻生长期间降水量的时空分布极不均匀[1].研究浙江省水稻产量及其生长期间降水量的空间变异性，对水稻的优质高产栽培具有重要的指导作用.在水文气象学中，关于降水量空间分布的的研究较多，诸如：甘肃省河西走廊以东地区降水量的空间分布研究[2]；希腊作物参考蒸腾量的空间变异性研究[3]；泾河流域降水量的空间变异性研究[4]；基于GIS技术的区域范围内降水量空间插值不同方法精度比较[5-6].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未见报道.本文应用地统计学和GIS，对单季稻产量及其各生育期的降水量在浙江省境内的空间性进行分析，以期为浙江省单季稻的节水灌溉管理提供依据.

1材料与方法

1.1区域概况

浙江省位于中国东南沿海，地处亚热带中部，处于北纬27°12′—31°31′和东经118°—123°之间，全省年平均雨量在980～2 000 mm.属季风性湿润气候，光照充足，雨量充沛，空气湿润，雨热季节变化同步.

浙江省单季稻的播种幼苗期是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.

1.2数据来源

数据来源于《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

地统计学方法：利用半方差函数的相关参数对浙江省单季稻产量数据及其各生育期降水量数据进行空间结构分析.

软件平台：

(1)SPSS ll.0：描述性统计分析；

(2)GS+7.0：半方差函数分析[7]；

(3)ArcGIS 8.3：Kriging插值[8].

2结果与分析

2.1浙江省单季稻产量和生长期降水量的统计特征分析

描述性统计[9]结果(见表1).

表1　浙江省单季稻产量与各生育期降水量描述性统计

从表1可以看出，浙江省单季稻产量和各生育阶段降水量分布均服从正态分布.浙江省单季稻播种育苗期49.48%地区的降水量为258～315 mm；分蘖期64.52%地区的降水量在120～174 mm之间，拔节孕穗期41.42%地区的降水量为162～222 mm之间，灌浆成熟期56.42%地区的降水量为168～223 mm.从变异系数来看，单季稻分蘖期降水量的变异系数为22%，是各生长期中最高的.播种育苗期降水量的变异系数为16.47%，是各生长期中最低的.

2.2空间结构分析

浙江省单季稻产量与各生育期降水量的半方差函数(见表2).浙江省单季稻产量的理论模型为高斯模型，播种育苗期、分蘖期、拔节孕穗期、灌浆成熟期的降水量的理论模型分别是高斯模型、指数模型、指数模型、高斯模型.

表2　浙江省单季稻产量与各生育期降水量半方差函数

从表2可以看出，浙江省单季稻产量的C0/(C0+C)为0.238,少于25%，具有强空间相关性，变程为1 691 000 m.单季稻各生长期降水量的C0/(C0+C)均在0.25以下，都具有很强的空间相关性.各生育期降水量的变程，以拔节孕穗期降水量的变程最小，为672 700 m，以播种育苗期降水量的变程最大，只有2 252 100 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834 300 m和1 731 100 m.

2.3单季稻产量与各生育期降水量的偏相关分析

应用偏相关分析方法对单季稻产量与各生育时期降水量进行相关分析，产量与播种育苗期、分蘖期、拔节孕穗期、灌浆成熟期降雨量的偏相关系数分别为0.176、0.263、0.335、0.291，相应的显著性水平分别为0.011、0.008、0.000、0.016.可见，浙江省各生育期降水量的多少对单季稻产量都有影响，但只有拔节孕穗期降水量对单季稻产量影响最大，偏相关系数为0.335，并且达到1%显著性水平上显著.其他各生育时期降水量对单季稻产量影响均没有达到显著性水平.

2.4Kriging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，绘制了浙江省单季稻产量和各生育阶段降水量的空间分布图，分别(见图1、图2).

浙江省单季稻产量高值区(7 873～8 664 kg/hm2)分布在浙北的杭嘉湖平原一带，占研究区总面积的6.95%；产量次高值区(7 466～7 848 kg/hm2)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%；产量低值区(低于7 466 kg/hm2)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　浙江省单季稻产量空间分布图

3结论与讨论

(1)浙江省单季稻产量和各生育阶段降水量分布均服从正态分布.浙江省单季稻产量的变异系数为7.22%.单季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%；以播种育苗期降水量的变异系数为最小，为16.47%.

(2)浙江省单季稻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.浙江省单季稻产量的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之间，也都具有很强的空间相关性.

图2　浙江省单季稻各生育期降水量空间分布图

(3)浙江省单季稻产量在6 268～8 664 kg/hm2之间.高值区(7 873～8 664 kg/hm2)分布在浙北的杭嘉湖平原一带，占研究区总面积的6.95%.产量次高值区(7 466～7 848 kg/hm2)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%.产量低值区(低于7 466 kg/hm2)位于浙江南部和浙江中部一带，占研究区总面积的47.25%.

(4)浙江省单季稻播种育苗期49.48%地区的降水量为258～315 mm；分蘖期64.52%地区的降水量在120～174 mm之间，拔节孕穗期41.42%地区的降水量为162～222 mm之间，灌浆成熟期56.42%地区的降水量为168～223 mm.

(5)在浙江省境内，拔节孕穗期的降水量对单季稻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，单季稻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.

参考文献：

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[2]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.

[3]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.

[4]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.

[5]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.

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

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[10]王龙，王琳，李靖，等.基于GIS和地质统计学的水稻灌溉用水定额等值线图[J].云南农业大学学报，2005，20(6)：863-866.

Single Cropping Rice Output and Precipitation Spatial Variability During Growing Period Based on GIS and Geostatistics in Zhejiang

MAO Jian-sheng, WANG Ya-qin, LIN Gao-yin

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

Abstract:Geostatistics method and geographic information system (GIS) techniques were applied to study the single cropping rice output and the precipitation spatial variability during rice growing period in Zhejiang. The results showed the C/(C0+C) of single cropping rice output is 0.762 and the C/(C0+C)of precipitation during rice growth in the fields is 0.78～0.98, indicating a strong spatial correlation in the study regions. Precipitation during rice sowing and seedling stage ranges 258.00 to 315.00 mm, occupying 49.48% of the whole regions, precipitation during rice tillering stage ranges 120.00 to 174.00mm, occupying 64.52% of the whole regions, and precipitation during rice jointing-booting stage ranges 162.00 to 222.00mm, occupying 41.42% of the whole regions, while precipitation during grain filling period ranges 168.00 to 213.00mm, occupying 56.42% of the whole regions.

Key words:Zhejiang; geostatistics; single-cropping rice; output; precipitation

收稿日期：2016-01-07

作者简介：毛建生(1963-)，男，浙江江山人，硕士，副教授，从事水资源管理，水能信息化研究与教学.

中图分类号：S511.4+1

文献标志码：A

文章编号：1008-536X(2016)04-0048-05