高要区早稻产量预测模型的建立

高俊杰，袁业溶，梁应

（1.肇庆市气象局，广东肇庆 526060；2.肇庆市高要区气象局，广东肇庆 526100）

气候条件在很大程度上能够影响农业的丰歉，其中热量、水分和光照是最重要的气候要素［1-2］。随着农业生产技术的发展，农技对水稻生产的影响趋于稳定，而在全球气候变暖的大背景下，气候变化对粮食生产的影响越来越受到关注［3-6］，这方面的研究对保障粮食安全、保证农业经济发展具有重要的意义。

近年来有许多学者对水稻产量与气候要素进行研究，为更好应对气候变化给水稻生产带来的不利影响。董京铭等［7］通过主成分分析方法，认为抽穗及成熟期的热力条件对连云港水稻气象产量影响最大；尹春梅等［8］认为湖南省早稻气象产量与抽穗-成熟期＞10℃有效积温有着正相关关系；邱新法等［9］对大量水稻产量预报模型的预报因子进行聚类分析后，认为拔节到抽穗期的降雨量是影响广东省早稻产量的主要气象因素；沈陈华等［10］、朱晓莉等［11］在对江苏省水稻产量与气候的研究中均认为分蘖期的日照对江苏省水稻产量有显著的正向影响。由于不同地区的水稻种植品种、气候条件等存在差异，因此分析影响本地水稻产量的气象因素、建立适合本地的水稻产量预测模型尤为重要。

高要区位于广东省肇庆市南部，水稻种植面积超3.253万hm2［12］，本研究利用SPSS对高要区1982—2020年早稻产量和气象因素进行分析并建立早稻产量预测模型，以期为高要区合理利用气候资源、优化早稻种植布局及提高早稻生产质量提供参考。

1 数据与方法

早稻产量来源于1982—2020年高要区农业气象观测站；气象要素选取1982—2020年高要区国家基本气象观测站逐日的日平均气温、日照时数和降雨量。将早稻生育期划分为秧苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期和乳熟成熟期。利用1982—2012年早稻产量和气象要素建立气象产量模型，利用2013—2020年早稻产量作为产量预报模型的检验分析。活动积温是影响水稻生长的重要热量指标［13］，将水稻生育期内≥10℃日平均气温的累计值称为≥10℃活动积温［14-15］，标记为At10。

将实际产量分为趋势产量、气象产量和随机误差，即水稻产量方程为［16-18］

其中，Y为实际单产（kg/hm2）；Yt为趋势产量（kg/hm2）；Yw为气象产量（kg/hm2）；E为随机误差。因随机误差E具有不确定性，故其可忽略不计。因此式（1）可简化为

2 结果与分析

2.1 早稻气象产量

趋势产量主要取决于社会生产力及经济水平，对于趋势产量的模拟方法有直线法、多项式法、指数 法、滑动平均法等［16，19］。本研究将1982—2012年早稻实际单产5年滑动平均后，进行线性回归，建立趋势产量方程：

根据式（2）、式（3）可得到早稻气象产量（Yw），当气象产量为负时，表示当年气象条件对早稻生产不利，引起水稻减产；反之，则表示气象条件有利于水稻增产。如图1所示，1982—2012年高要区早稻气象产量整体呈下降趋势，但下降趋势不显著。早稻气象产量年际变化较大，近30年早稻平均气象产量为1.67 kg/hm2，最低为1989年的-16.65 kg/hm2。据高要区农业气象观测站记录，1989年早稻生育期内累计降雨量为1 291.8 mm，其中5月20至22日3 d累计降雨量达319.8 mm，日最大降雨量突破历史记录［20］，使正值孕穗期的早稻禾苗被淹，造成当年早稻严重减产。

图1 1982—2012年高要区早稻气象产量

2.2 早稻气象产量预测模型

利用早稻气象产量与气象因子进行相关性分析，结果表明，气象产量与孕穗期At10、孕穗期日照时数呈显著正相关关系；与抽穗期降雨量、拔节期At10、拔节期日照时数呈显著的负相关关系（表1）。这表明早稻孕穗期的热量及光照条件越好，越有利于早稻高产；而早稻拔节期的晴热天气及抽穗期降雨偏多的天气条件不利于增产。

表1 1982—2012年早稻气象产量与气象因子的相关性

选取以上5个与气象产量显著相关的气象因子与早稻气象产量进行逐步线性回归分析［21］，建立了气象产量预报方程（4），拟合方程的R2为0.467，通过显著性检验。

其中，x1、x2、x3分别为孕穗期日照时数（h）、拔节期日照时数（h）、抽穗期降雨量（mm）。

2.3 早稻产量预测模型

根据式（2）、（3）、（4）可得早稻产量预测模型：

其中，t、x1、x2、x3分别为年份、孕穗期日照时数（h）、拔节期日照时数（h）、抽穗期降雨量（mm）。

将2013—2020年气象因子x1、x2、x3代入式（5），得到早稻模拟产量，根据式（6）对模拟产量进行检验分析。

如图2所示，该模型平均模拟准确率为80.23%，准确率相对较高，除2013年准确率为64.90%外，其余年份的模拟准确率均在70%以上，其中2020年模拟准确率高达93.20%。

图2 2013—2020年高要区早稻实际产量、模拟产量和模型准确率

3 结论

1）1982—2012年高要区早稻实际单产呈增长趋势；早稻气象产量呈波动下降趋势，但下降趋势不明显。

2）早稻的气象产量与孕穗期At10、孕穗期日照时数呈显著正相关关系；与拔节期At10、拔节期日照时数、抽穗期降雨量呈显著负相关关系。由此推断，当早稻处于孕穗期时，充足的光照和热量有助于早稻光合作用进而加强营养物质的积累，因此对早稻增产有利；而在拔节期，白天强烈的太阳光照可能会导致地面气温过高，稻苗夜间的呼吸作用加强，对稻苗的生长不利［19］。同时抽穗期降雨偏多的天气条件也不利于增产，这与黄珍珠等［22］的研究结果一致，早稻抽穗期普遍处于“龙舟水”降水集中期，降雨偏多的天气会导致早稻出现“雨打禾花”的现象，不利于增产。

3）对1982—2012年高要区早稻气象产量与显著相关的气象因子进行逐步线性回归，得到早稻气象产量预测模型，并与趋势产量方程结合，建立早稻产量预测模型。经检验，该模型的模拟效果较好，平均模拟准确率高达80.23%。

本研究仅利用影响早稻气象产量显著相关的气象因子建立了预报模型，存在一定的局限性，模型预报效果仍有待在接下来的实际业务应用中进一步完善。