贵州省中东部水稻有效积温对气候变化的响应

马淑亮 任月倩

(贵州理工学院 建筑与城市规划学院 贵州 贵阳 50003)

据IPCC第5次评估报告中指出，近百余年全球平均温度已升高了0.85℃[1]，全球增暖已成为不争的事实。而全球变暖将导致全国及各个地区农作物的有效积温发生显著变化，进而对农业生物生存环境、农作物产量和品质都具有深刻影响[2]。水稻作为我国最主要的粮食作物，其在我国种植面积最大，产量最高[3-4]。因此，气候变化对水稻种植的影响研究受到学者的广泛关注。

目前，学者关于气候变化对水稻种植的影响研究主要集中在水稻种植的气候适宜性、高低温热害对水稻产量的影响、水稻种植气候区划等方面。如王芬等[5]研究了成都市两系杂交水稻种植气候适宜区划。包云轩等[6]和操海珍等[7]]分析了水稻热害发生规律对水稻产量的影响及其预防措施。申锦程[8]利用GIS技术研究了信阳市平桥区水稻种植气候区划。仅有部分学者研究了有效积温对水稻生长过程及其制种的影响，如冯明等[9]分析了湖北省水稻生育期积温的变化。欧阳由男等[10]分析了光周期和有效积温对水稻分蘖期的影响。颜自荣[11]研究了有效积温在杂交水稻制种中的应用。贵州省作为中国西南腹地重要粮食产区，其中东部是水稻种植的核心地区。然而，当前研究鲜有关注贵州省水稻有效积温对气候变化的响应。鉴于此，本研究利用1961-2016年贵州省中东部62个站点逐日平均气温资料，运用趋势分析、空间插值、小波分析等方法探讨贵州省中东部水稻有效积温对气候变化的响应，以期为该区域水稻种植结构优化布局及区域粮食安全战略制定提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究数据来源于贵州省气候中心提供的1961-2016年贵州省中东部62个气象站点逐日气温观测资料。参考《水稻高产创建技术规范模式图》和相关文献[12]，将贵州省中东部水稻全生育期划分为秧苗期(4月上旬至5月上旬)、移栽分蘖期(5月中旬至7月上旬)、拔节孕穗期(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 有效积温水稻全生长期或某一生育阶段的有效温度的总和，其公式为：

式中：K为各生育阶段有效积温， 为第 日的平均气温， 为该发育阶段的起点温度。依据相关文献[13-14]，水稻全生育期的下限温度为10℃，上限温度为30℃。

1.2.2 趋势分析法采用线性回归方程分析贵州省中东部水稻有效积温的变化趋势。

式中：y为水稻有效积温，t为年份，a为回归系数，b为常数，当a为正（负）值时表示水稻各生育阶段有效积温呈增加（减少）趋势。

1.2.3 空间插值法采用ArcGIS软件的IDW空间插值法分析贵州省中东部水稻有效积温变化倾向率的空间格局。

1.2.4 小波分析法采用MATLAB软件中的Morlet小波分析法得出贵州省中东部水稻有效积温变化的周期特征。

2 结果与分析

2.1 1961-2016年贵州省中东部水稻有效积温变化趋势

56年间，贵州省中东部水稻有效积温年际变化趋势（图1）可知，水稻总生长期有效积温呈缓慢上升趋势。从生育期不同阶段（秧苗期、移栽分蘖期、拔节孕穗期、抽穗成熟期）看，秧苗期和拔节孕穗期呈上升趋势，移栽分蘖期和抽穗成熟期呈下降趋势，其中秧苗期（移栽分蘖期）上升（下降）幅度高于拔节孕穗期（抽穗成熟期）。

从不同年代贵州省中东部水稻有效积温变化(表1)可知，总生长期有效积温从20世纪60年代到80年代呈下降趋势，80年代以后呈上升趋势。从生育期不同阶段看，秧苗期有效积温从20世纪60年代到70年代呈上升趋势，70年代到80年代呈下降趋势，80年代以后呈上升趋势；移栽分蘖期有效积温呈下降上升的波动趋势；拔节孕穗期有效积温从20世纪60年代到70年代呈下降趋势，70年代以后呈上升趋势；抽穗成熟期有效积温从20世纪60年代到70年代呈下降趋势，70年代到90年代呈上升趋势，90年代以后呈下降趋势。

图1 1961～2016年贵州省中东部水稻有效积温年际变化趋势

表1 不同年代贵州中东部水稻有效积温变化℃

2.2 1961～2016年贵州省中东部水稻有效积温变化的空间格局

56年间，贵州省中东部水稻有效积温变化空间格局(图2)可知，贵州省中东部大部分地区水稻总生长期有效积温均呈上升趋势，且铜仁市大部、贵阳市大部、安顺市大部、黔东南州大部、黔南州东南部上升趋势较为突出。从生育期不同阶段看，贵州中东部大部分地区(遵义市大部、铜仁市大部、贵阳市大部、黔东南州大部、安顺市大部、黔南州大部)秧苗期的有效积温呈上升趋势，仅有零星地区呈下降趋势；遵义市大部、贵阳市大部、安顺市大部、铜仁市北部和东南部、黔南州北部和西南部、黔东南州东部和北部移栽分蘖期的有效积温呈上升趋势，而黔东南州大部、黔南州大部、铜仁市南部、遵义市和安顺市的部分零星地区呈下降趋势；贵州中东部大部分地区(贵阳市全部、安顺市全部、黔东南州全部、铜仁市大部、遵义市大部、黔南州大部)拔节孕穗期的有效积温呈下降趋势，仅有遵义市东部、铜仁市和黔南州的零星地区呈上升趋势；安顺市全部、贵阳市大部、黔南州大部、黔东南州和遵义市西南部抽穗成熟期的有效积温呈上升趋势，而铜仁市全部、黔东南州和遵义市东北部及部分零星地区呈下降趋势。

图2 1961～2016年贵州省中东部水稻有效积温变化空间格局

2.3 1961～2016年贵州省中东部水稻有效积温变化周期特征

从1961-2016年贵州省中东部水稻有效积温变化周期特征(图3)可知，贵州中东部水稻总生长期有效积温存在1个时间尺度周期震荡为28a。从生育期不同阶段看，秧苗期有效积温存在2个时间尺度周期震荡，分别为10a、29a，其中29a是变化主周期；移栽分蘖期有效积温存在1个时间尺度周期震荡，为29a；拔节孕穗期有效积温存在1个时间尺度周期震荡，为28a；抽穗成熟期有效积温存在1个时间尺度周期震荡，为27a。

图3 1961～2016年贵州省中东部水稻有效积温变化周期特征

3 结论与讨论

本研究基于贵州省1961～2016年历史气象数据，分析了贵州省中东部水稻有效积温对气候变化的响应，研究发现总生长期有效积温呈缓慢上升趋势，这与隋景跃[15]对辽西地区谷子有效积温变化的分析结果、王芳等[16]对华北平原冬小麦有效积温变化的分析结果基本一致，这说明在气候变暖作用下，温度升高使不同作物的有效积温得以上升[17]。在气候变暖影响下有效积温的增加可以使水稻低温冷害减弱，进而降低生产风险。值得注意的是，贵州省东部水稻有效积温上升幅度较快，这势必会缩短水稻生育期，生物学和籽粒产量可能会下降[18]。另外，不同地区可以针对水稻有效积温变化规律提出不同应对策略，如秧苗期铜仁市和黔东南州的东部应注重防范高温热害；移栽分蘖期黔东南州北部、铜仁市西南部应注重防范低温冷害，遵义市应注重防范高温热害；拔节孕穗期和抽穗成熟期铜仁市应注重防范低温冷害。

贵州省中东部水稻总生长期有效积温呈缓慢上升趋势，且东部和西南部地区上升趋势较显著。水稻有效积温变化在不同年代不同阶段呈波动趋势特点。从生育期不同阶段看，除秧苗期贵州零星地区、移栽分蘖期贵州东南部地区、拔节孕穗期贵州大部地区、抽穗成熟期贵州东北部地区外，贵州其他地区水稻有效积温均呈上升趋势。秧苗期、移栽分蘖期、拔节孕穗期、抽穗成熟期及总生长期有效积温变化主周期分别为29a、29a、28a、27a和28a。