气候变化背景下贵港市晚稻气候适宜度的变化特征

莫申萍 蒙小寒 梁虹 刘军

气候变化背景下贵港市晚稻气候适宜度的变化特征

莫申萍1蒙小寒1梁虹1刘军2

（1. 贵港市气象局 广西贵港 537100；2. 贵港市农业农村局 广西贵港 537100）

为气候变化背景下贵港市水稻生产提供科学参考，利用贵港市1960—2020年气象资料和2010—2020年晚稻观测资料，基于模糊数学计算晚稻生育期内温度、降水、光照和气候适宜度，采用线性趋势分析方法和M-K突变方法分析各适宜度的变化趋势和突变特征，并统计1960—2020年各年代丰歉年比例。结果表明：贵港市晚稻温度适宜度线性趋势不确定，突变时间为2000年，降水、光照和气候适宜度以下降趋势为主，突变时间多在1990年附近；1960—1989年期间丰年占比多，1990—2020年平年占比多。气候变化背景下，晚稻生育期内气候适宜度下降、气象产量偏低是当前贵港市水稻生产现状，有关部门应积极开展水稻品种改善、种植布局优化等，以应对气候变化带来的不利影响。

气候适宜度；贵港；水稻；变化特征

气候变化已是全球不争的事实。气候变化对我国水稻生产产生了深远影响，主要表现为各稻区种植制度和熟性搭配的改变，水稻种植界限北移高扩，安全生产期提前或推迟、安全生长季延长，以及水稻生育期内气候适宜度的变化，最终导致水稻产量、品质发生改变[1-6]。

贵港市位于我国广西东南部、珠江流域干线西江中游，气候资源丰富，有利于各类农作物生长。2021年广西统计年鉴[7]显示，贵港市水稻种植面积2.1×105hm2，占该市总农作物种植面积的45%，单产达5 879 kg/hm2，因此保障水稻的正常生产对贵港市的粮食安全至关重要。大量研究表明，在以气温上升、降水和日照时数分布不均为显著特征的气候变化背景下，水稻生育期内气候适宜度已发生显著变化，如俞芬等[8]、赖纯佳等[9-10]、宋秋波等[11]对淮河流域水稻气候适宜度的研究发现，水稻生育期内光照、降水适宜度呈显著下降趋势；田俊[12]对江西双季稻气候适宜度变化进行分析发现，光照适宜度下降最为明显，且光照、降水气候适宜度将长期维持在较低水平；谭孟祥等[13]对江苏一季稻气候适宜度变化趋势进行研究得出，温度、光照、降水和气候适宜度都呈显著下降趋势。就目前研究来看，大部分学者认为，气候变化背景下水稻气候适宜度降低，当前气候条件对水稻生产的弊大于利，但不同地区可能存在差异。在当前气候变化背景下，广西年平均气温显著上升，且显著区域主要分布在高海拔、高纬度的桂北地区[14]，日照时数显著下降，但贵港地区日照时数变化不明显[15-16]，且广西降水仍以非均匀性多尺度的周期变化为主[17]，线性变化趋势仍不明确；由于区域气候变化的复杂性，气候变化对当前贵港市水稻生产可能存在差别性影响。因此，本研究以贵港市晚稻观测资料和逐日气象资料为数据源，基于模糊数学，采用线性趋势方法和Mann-Kendall非参数统计检验法（简称M-K方法）分析1960—2020年晚稻气候适宜度的变化特征，以期在气候变化背景下掌握水稻气候适宜度变化规律，为有关部门制定未来水稻生产计划提供科学参考。

1 数据与方法

1.1 数据

从贵港市气象局获取1960—2020年逐日气象资料和2010—2020年晚稻观测资料，气象资料主要包括日平均气温、降水量、日照时数等，晚稻观测资料主要包括发育期、产量。2010—2020年晚稻发育期的分布箱叶图如图1-a所示，以近11年的发育期平均值作为本研究的各发育期数据；产量情况如图1-b所示，参考文献[18]，对产量进行趋势产量和气象产量分离，并求出相对气象产量。

图1 贵港市2010—2020年晚稻发育期和产量概况

1.2 方法

1.2.1 晚稻气候适宜度计算方法[19-20]水稻气候适宜度由温度适宜度、降水适宜度和光照适宜度组成，计算公式如下：

式中，为气候适宜度，为温度适宜度，为降水适宜度，为光照适宜度，由beta函数构成，计算公式如下：

式中，为温度适宜度，值域[0，1]；T、T和T分别为某一生育阶段下限温度、最适温度和上限温度；为该生育阶段逐日平均温度；参数由下限温度、最适温度和上限温度决定。

是实际降水量和所需降水量比值的分段函数，计算公式如下：

式中，为降水适宜度，值域[0，1]；为生育期内的总降水量；R为生育期内需水总量。

是底数为e的指数函数，计算公式如下：

式中，为光照适宜度，值域为(0，1]；为生育期内平均日照时数；s为该生育阶段最适日照时数，当实际日照时数超过该值后，光照适宜度为1，表明光照条件已经满足作物生长的需要，否则光照适宜度随日照时数的增加呈指数增加。公式（2）（3）和（4）中各参数取值参考文献[21]，如表1所示。

表1 晚稻气候适宜度模型参数

1.2.2 趋势分析和突变分析 采用线性趋势方法和世界气象组织推荐的M-K法对温度适宜度、降水适宜度、光照适宜度和气候适宜度趋势变化和突变情况进行分析。

2 结果与分析

2.1 气候适宜度模型验证

利用2010—2020年晚稻全生育期气候适宜度与相对气象产量进行相关分析，结果如图2所示。得出的回归方程=67.918–47.019通过了0.05显著性水平检验，说明气候适宜度与相对气象产量关系显著，建立的回归模型较好。根据相对气象产量大于5%为丰年、在–5%～5%为平年、小于–5%为歉年的划分指标[20]，利用回归方程得出丰年与平年、平年与歉年的气候适宜度阈值分别为0.76、0.62，即气候适宜度（）大于0.76为丰年，处于0.62至0.76之间为平年，小于0.62为歉年。

图2 气候适宜度与相对气象产量的相关性分析

2.2 温度适宜度趋势变化和突变情况

贵港市晚稻各生育期及全生育期温度适宜度的趋势变化和突变情况见表2。从表2可看出，返青期和分蘖期温度适宜度变化趋势显著，返青期温度适宜度呈显著下降趋势，分蘖期温度适宜度呈显著上升趋势；返青期和抽穗开花期的温度适宜度存在突变点，突变时间均为2000年，突变后返青期温度适宜度较突变前减少0.05，突变后抽穗开花期温度适宜度较突变前增加0.03。

表2 贵港市晚稻生育期内温度适宜度变化趋势及突变情况

注：**为通过0.01显著水平检验，*为通过0.05显著水平检验，“×”表示未出现突变特征，下同。

2.3 降水适宜度趋势变化和突变情况

贵港市晚稻各生育期及全生育期降水适宜度的趋势变化和突变情况如表3所示。从表3可以看出，乳熟期降水适宜度呈显著下降趋势，苗期、乳熟期和全生育期的降水适宜度存在突变点，突变时间分别为1989、1989和1990年，突变后苗期、乳熟期和全生育期降水适宜度较突变前均减少，减少量分别为0.08、0.25和0.08。

2.4 光照适宜度趋势变化和突变情况

贵港市晚稻各生育期及全生育期光照适宜度的趋势变化和突变情况如表4所示。从表4可以看出，分蘖期光照适宜度呈显著下降趋势；苗期、拔节孕穗期和全生育期的光照适宜度存在突变点，突变时间分别为2015、1989和2017年，突变后三者光照适宜度较突变前均减少，苗期、拔节孕穗期和全生育期减少量分别为0.10、0.09和0.12。

表3 贵港市晚稻生育期内降水适宜度变化趋势及突变情况

表4 贵港市晚稻生育期内光照适宜度变化趋势及突变情况

2.5 气候适宜度趋势变化和突变情况

贵港市晚稻各生育期及全生育期气候适宜度的趋势变化和突变情况如表5所示。从表5可以看出，乳熟期和全生育期气候适宜度变化趋势显著，都呈显著下降趋势；苗期、分蘖期、拔节孕穗期、乳熟期和全生育期的气候适宜度存在突变点，突变时间分别为1992、2012、1987、1990和1990年，突变后五者气候适宜度较突变前都减少，减少量分别为0.06、0.10、0.06、0.06和0.04。

表5 贵港市晚稻生育期内气候适宜度变化趋势及突变情况

2.6 1960—2020年丰、平、歉年数年代变化

根据2.1建立的回归方程，分别对贵港市1960—2020年晚稻气象条件进行评价，并以年代为时间尺度对丰、平、歉年份数进行统计，结果如图3所示。从图3可以看出，1960s、1970s和1980s丰年数量大于或等于平年数量，不存在歉年；1990s、2000s和2010s平年数量最多，丰年次之，歉年最少。总体而言，丰年数量从1990s开始明显下降，平年和歉年比例上升。

图3 1960—2020年丰、平、歉年份数年代变化情况

3 讨论与结论

本研究得出在气候变化背景下，水稻全生育期温度适宜度线性变化趋势不确定，但降水适宜度、光照适宜度和气候适宜度呈下降趋势，这与俞芬等[8]、赖纯佳等[9-10]、宋秋波等[11]、田俊[12]、谭孟祥等[13]关于水稻气候适宜度变化趋势的研究结果基本一致。贵港市年总热量资源显著增加，但光照和降水的变化趋势不明显，年际变化总体向较好方向发展，但年际内的季节性变化差异较大，特别是秋冬降水减少而春夏增加，以及夏冬不对称增温等[16]，给处于下半年的晚稻生产带来诸多风险，因此温度适宜度变化趋势仍不确定。水稻全生育期气候适宜度以1990年为突变点，比广西气温突变点早10年[14]，比广西日照突变点晚15年[15]，而与广西降水突变点相差不大[22]。因此，气候适宜度的突变时间点与气温和日照的突变时间点存在一定的提前或滞后效应。随着种植技术水平的提高和水稻品种的改良，近年来水稻产量已大幅度提高，但受不同年份气象条件和农业气象灾害影响，气象产量年际间波动性大。本研究得出1960s、1970s和1980s以丰年为主，1990s及后以平年为主，气象条件对近年来水稻产量影响较大，这与黄维等[23]研究一致。

基于前人研究基础，采用模糊数学定量描述晚稻生育期内温度、降水、光照和气候适宜度，在一定程度上为作物气象条件鉴定评价工作提供参考，但各指标和参数均仍采用前人研究成果，由于水稻不同品种的耐寒性及感光性不同，因此，今后研究中应根据水稻品种划分不同的温、光、水指标，以进一步优化水稻气候适宜度模型。此外，由于不同发育阶段水稻对光、温的敏感性不同，全生育阶段的适宜度应由各生育阶段适宜度和权重系数的乘积累加而得[24]，但在本研究中采用平均值法进行计算，忽略不同生育阶段对全生育期的贡献率；因此，在今后研究中应采用专家打分法或层次分析法等对水稻6个生育阶段的权重系数进行确认，使得全生育期气候适宜度更能体现整个晚稻的实际生长过程。

为积极应对气候变化对水稻生产的不利影响，气象部门应进一步提高农业气象中长期和短期的预报准确率，及时采取人工影响天气等防旱消雹措施，减轻气象灾害对水稻及整个农业生产的影响。农业科研部门应加强科研投入，主攻研发、选育抗倒伏、抗病力强的水稻品种，从水稻株形、叶面积大小等方面着手提高光能利用率，提高光温生产潜力，进一步提高水稻产量。

气候变化背景下,晚稻生育期内温度适宜度变化趋势不确定，光照、降水和气候适宜度下降，突变后较突变前适宜度显著降低，平、歉年比例逐步升高，气候适宜度总体偏低和气象产量不高且波动性大是贵港市水稻生产现状，有关部门应积极开展水稻品种改良、种植布局优化等研究，以应对气候变化带来的不利影响。

[1] 潘根兴, 高民, 胡国华, 等. 气候变化对中国农业生产的影响[J]. 农业环境科学学报, 2011, 30(9): 1 698-1 706.

[2] 廖雪萍, 黄梅丽, 雍阳阳, 等. 气候变化对广西农业影响的研究进展与展望[J]. 气象研究与应用, 2020, 41(4): 72-80.

[3] 黄维, 吴炫柯, 刘永裕, 等. 气候变化对广西双季稻种植布局的影响[J]. 中国农业气象, 2020, 41(9): 539-551.

[4] 黄桂珍, 李莉, 匡昭敏. 气候变化背景下广西水稻发育期变化特征分析[J]. 现代农业科技, 2018(11): 5-13.

[5] 尹朝静. 气候变化对中国水稻生产的影响研究[D]. 武汉:华中农业大学, 2017.

[6] 凌霄霞, 张作林, 翟景秋, 等. 气候变化对中国水稻生产的影响研究进展[J]. 作物学报, 2019, 45(3): 323-334.

[7] 广西壮族自治区统计局. 广西统计年鉴2021[M]. 北京: 中国统计出版社, 2021: 321-341.

[8] 俞芬, 千怀遂, 段海来. 淮河流域水稻的气候适宜度及其变化趋势分析[J]. 地理科学, 2008, 28(4): 537-542.

[9] 赖纯佳, 千怀遂, 段海来, 等. 淮河流域双季稻气候适宜度及其变化趋势[J]. 生态学杂志, 2009, 28(11): 2 339- 2 346.

[10] 赖纯佳, 千怀遂, 段海来, 等. 淮河流域小麦-水稻种植制度的气候适宜性[J]. 中国农业科学, 2011, 44(14): 2 868-2 875.

[11] 宋秋洪, 千怀遂, 俞芬, 等. 全球气候变化下淮河流域冬小麦气候适宜性评价[J]. 自然资源学报, 2009, 24(5): 890-897.

[12] 田俊. 江西省双季晚稻气候适宜度变化特征和趋势预测[J]. 安徽农业科学, 2011, 39(28): 17 485-17 488.

[13] 谭孟祥, 景元书, 曹海宁. 江苏省一季稻生长季气候适宜度及其变化趋势分析[J]. 江苏农业科学, 2016, 44(1): 349-353.

[14] 王莹, 苏永秀, 李政. 1961—2010年广西气温变化对全球变暖的响应[J]. 自然资源学报, 2013, 28(10): 1 707-1 717.

[15] 叶瑜, 苏永秀, 李政, 等. 近50年广西日照时数时空变化特征分析[J]. 中国农学通报, 2013, 29(14): 196-201.

[16] 蒙小寒, 黄维, 莫申萍, 等. 1961—2020年贵港市农业气候资源变化特征[J]. 热带农业科学, 2021, 41(11): 93-99.

[17] 谢鑫昌, 杨云川, 田忆, 等. 广西降水非均匀性多尺度特征与综合评价[J]. 地球科学进展, 2019, 34(11): 1 152-1 164.

[18] QX/T 81-2007, 小麦干旱灾害等级[S].北京: 气象出版社, 2007.

[19] 黄璜. 中国红黄壤地区作物生产的气候生态适应性研究[J]. 自然资源学报, 1996, 11(4): 340-346.

[20] 张建军, 马晓群, 许莹. 安徽省一季稻生长气候适宜性评价指标的建立与试用[J]. 气象, 2013, 39(1): 88-93.

[21] 黄淑娥, 田俊, 吴慧峻. 江西省双季水稻生长季气候适宜度评价分析[J]. 中国农业气象, 2012, 33(4): 527-533.

[22] 宋苗, 杨东. 近51年来广西不同等级降水的变化特征[J]. 中国农学通报, 2014, 30(35): 201-209.

[23] 黄维, 郑慧琳, 刘永裕, 等. 南充市一季稻高温热害的发生规律及其对产量的影响[J]. 中国农学通报, 2018, 34(30): 101-109.

[24] 黄维, 杨沈斌, 陈德, 等. 苏皖鄂地区一季稻气候适宜度模型的构建[J]. 江苏农业科学, 2017, 45(2): 232-238.

Variation Characteristics of Climate Suitability of Late Rice under the Background of Climate Change in Guigang

MO Shenping1MENG Xiaohan1LIANG Hong1LIU Jun2

(1. Guigang Meteorological Bureau, Guigang, Guangxi 537100, China; 2. Agricultural and Rural Bureau of Guigang,Guigang, Guangxi, 537100, China)

In order to provide scientific reference for rice production under the background of climate change in Guigang,based on the meteorological data from 1960 to 2020 and the late rice observation data from 2010 to 2020 of Guigang,the temperature, precipitation, light and climate suitability during the growth period of late rice were calculated by fuzzy mathematics. Linear trend analysis method and M-K mutation method were used to analyze the change trend and mutation characteristics of each suitability of late rice in Guigang. The proportion of rich and poor years from 1960 to 2020 was also counted. The results showed that the linear trend of temperature suitability of late rice in Guigang was uncertain. The mutation time of temperature suitability was 2000. Precipitation, light and climate suitability mainly showed a downward trend. The mutation time were mostly near 1990. Rich years from 1960 to 1989 was high proportion while normal years from 1990 to 2020 was high proportion. The current situation of rice production in Guigang is the decline of climate suitability and low meteorological yield during the growth period of late rice under climate change. Relevant departments should actively carry out measures such as rice variety improvement and planting layout optimization to deal with the adverse effects of climate change.

climate suitability; Guigang; rice; change characteristics

S511

A

10.12008/j.issn.1009-2196.2022.06.020

2022-01-27；

2022-03-10

2017年广西科技重点研发计划项目《基于“3S”技术的水稻高温热害预测监测和灾害区划技术研究与示范》（No.桂科AB17195037）；中国气象局预报员专项（No.CXFZ2021Z034）；贵气科（No.2022001）。

莫申萍（1980—），女，学士，农艺师，研究方向为农业气象应用，E-mail：mspping@163.com。

蒙小寒（1980—），男，学士，高级工程师，主要研究方向为农业气象，E-mail：42101971@qq.com。

（责任编辑 林海妹）