全椒稻虾农田小气候及水温预报模型研究

张维 洪程 陈经纬 杨林四

摘要 本研究以安徽全椒赤镇龙虾经济合作社为例，根据2022年7—8月全椒赤镇龙虾经济合作社水温资料与全椒气象站本站的气温资料，利用相关分析筛选出与水温有关的气象要素，建立了水温预报模型，并分析模型误差。结果表明：虾稻共作稻田水温主要与气温有关，随气温的变化而变化，但水温年变化幅度远低于气温，气温高于水温；水温日变化幅度较小，水温日较差远小于气温日较差，最高、最低水温出现的时间均晚于气温。运用逐步回归建立最高水温、最低水温、平均水温预报模型，模型相关系数0.778～0.884，模型具有较高的精度，模拟效果较好。通过水温与气温相关性的分析，为稻虾基地可能出现的气象灾害性天气做出预报。

关键词 稻虾农田；气象因子；水温预测；逐步回归

中图分类号 S162.4 文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）14-0143-05

为做好安徽省滁州市“一县一品”农业特色气象服务，全椒县气象局开展了赤镇稻虾生产气象因子分析，并制定了周年服务方案。研究表明，全椒夏季易发生高温热害，而7—8月是高温热害（干旱）的关键时期。高温热害（干旱）的发生不仅受到农田小气候的影响，还与天气气候密切相关。通过查阅文献，现阶段对稻虾农田小气候的分析研究不多，未能形成体系。本文基于安徽省滁州市全椒县赤镇龙虾经济专业合作社小气候观测资料和同期全椒国家基本气象站常规观测资料，对全椒稻虾高温热害关键期农田小气候特征进行取样分析，并运用逐步回归方法建立7、8月水温预测模型。

1 资料来源与方法

水温资料来源于安徽全椒赤镇龙虾经济合作社物联网气象站，用于监测虾稻共作地虾沟水面以下60 cm处水温。水温资料时间长度为2022年7月1日至8月31日。常规气象资料取自全椒国家基本气象站（以下简称“全椒站”），两者相距20 km左右。通过逐步回归方法分别建立稻虾园7、8月最高水温、最低水温、平均水温预测模型[1]。小气候相关要素包括气温、日照、暴雨、二氧化碳浓度、相对湿度5个因子。

2 小气候特征

2.1 气温

研究表明，20～32 ℃小龙虾生长较好。气温高于32 ℃时，小龙虾的生长速度有下降趋势[2]；气温高于35 ℃时，小龙虾摄食减少，食欲减退，体质变弱，免疫力下降，容易发生病害。高温天气，较高气温导致小龙虾翻塘，蓝藻灾害产生，食欲不好导致剩余饵料沉淀至水底；水中各种病毒、细菌滋生增多，加重了小龙虾烂尾、烂壳病的发生概率。当高温日数超过7 d时，小龙虾可能会死亡。小龙虾生性好斗，天气炎热时，为了占领水草等隐身地，争斗打杀更甚，伤亡剧增。因此，对小龙虾夏季水温和气温的研究格外有意义[3]。

本研究分别选取稻虾园晴天（2022年8月14日）、阴天（2022年8月27日）气温和水温（21时到次日20时）进行分析，水温、气温日变化趋势如图1所示。由图1可以看出，不管是晴天还是阴天，水温与气温的日变化趋势趋于一致。气温日变化大于水温，水温升温和降温则在气温之后，其原因是水的比热容大于空气，所以水温的变化幅度小，变化有延迟。水温和气温在晴天的日变化幅度均比阴天明显。水温的小时最高值和最低值出现时间均晚于气温。阴天时水温和气温最高值出现在16—17时，晴天时水温最高值出现在17—18时（气温16—17时），阴天时水温最低值在06—07时（气温05—06时），晴天时水溫最低值在05—06时（气温04—05时）。

2.2 日照

全椒日照资源较为丰富，分析2003—2022年总日照时数，大致范围1 500～2 100 h，日照平均值为1 858 h左右（图2），年日照百分率为42%左右。从图3可以看出，日照时数根据季节性变化，春季（3—5月）日照时数明显增加，且在一年四季中日照时数最高；夏季（6—8月），6月日照时数减少，这是因为6月进入梅雨期，降水量增多，日照时数减少；7月上旬出梅后期受副高控制，晴热高温，日照时数递增；秋季易出现连续阴雨和大雾天气，日照时数减少；冬季易有低云天气，雾霾天气频发，日照时数减少。全椒属丘陵区，光照充足，四季差别大，3—10月的月平均日照时数均超过140 h[4]，9月略低一点，这期间光照充裕，时间节点正是稻虾生长与繁殖旺季，有利于稻虾的生长发育[5]。

2.3 降水

近20年来，全椒地区年平均降水量1 053 mm。由图4可看出，全椒月均降水量分布不均，夏季降水偏多，其中7月降水量最大（230 mm），冬季降水偏少，其中12月降水量最少（20 mm）。5—9月为全椒的主汛期，降水较为集中，占全年的65%左右[3]；6—7月处于梅雨期，8月易受到台风影响，因此6—8月降水量高于其他月份。全椒本站每年的暴雨日数不多，平均在3.8 d左右。20年里每年都出现暴雨天气，其中最多的一年出现7场暴雨；有40%左右的年份出现大暴雨，年平均日数不足1 d，最多的一年出现3场大暴雨[5]；特大暴雨在2003—2022年中有2年出现过2次，有3年出现过1次。全椒稻虾养殖在5—9月出现暴雨灾害的可能性较大。研究表明，虾一般喜欢逆水而上，特别在暴雨环境中，会出现逃窜至塘边的现象，对稻虾养殖产生不利的影响。特别在暴雨天气集中时，稻虾会随着水流逃走，需要排涝来缓解灾情。当降水频繁且降水强度较大时，易造成稻田渍涝害发生，水稻病虫害发展，稻田与虾沟串水，导致残留肥料和农药进入虾沟，引发小龙虾死亡[6]。

2.4 二氧化碳浓度

稻虾田二氧化碳浓度日变化如图5所示。总体上看，稻虾田二氧化碳浓度的日变幅不大。晴天二氧化碳浓度整体变化幅度大于阴天，呈波浪变化，阴天几乎无变化。研究表明，高浓度的二氧化碳会引起稻虾产生缺氧反应，出现浮头、抽筋甚至死亡的现象[7]，因此二氧化碳浓度的监测格外重要，通过对二氧化碳浓度的监测调节水中二氧化碳的浓度。

2.5 相对湿度

分别挑选晴天（2022年8月14日）、阴天（2022年8月27日）稻虾园相对湿度和全椒站进行对比，变化趋势如图6所示。从图6可以看出，稻虾园晴天的相对湿度日变化幅度较大，阴天相对湿度日变化幅度小，阴天的相对湿度变化幅度较晴天平缓；晴天最高相对湿度出现在5—6时，阴天最高相对湿度出现时间比晴天稍推迟；晴天最低相对湿度均出现在15时，阴天最低相对湿度均出现在18时，滞后于晴天。与全椒站对比，相对湿度日变化走势两者总体一致。无论晴天、阴天，稻虾田相对湿度高于全椒站，这是因为稻虾田水体蒸发导致湿度增加[8]。

3 水温变化规律

3.1 7—8月水温变化

研究表明，水温的变化与气温有较大的联系，虽然水温与气温传播介质的比热容不同，但水温与气温存在线性相关性[5]。全椒县2022年7—8月最高水温、最低水温、平均水温变化趋势基本一致（图7）。水温最高值为40.2 ℃，水温≥35 ℃的日数为21 d，特别是7—8月全椒梅雨期过后受到副高控制，持续高温天气易引发干旱灾害天气的发生，而这个时间正是龙虾捕捞的季节，因此对7—8月水温进行预报很有必要[6]。

3.2 7—8月水温和气温月变化

全椒县2022年7月1日至2022年8月31日水温、气温变化如图8所示，从图8可以看出，水温与气温日变化趋于一致，稻虾水沟水温随气温的变化而变化，但水温变化幅度比气温小，且略滞后于气温，这是因为水的比热容大。最高水温、最低水温、平均水温均低于气温，其中最高水温与最高气温的差异最明显。水温最高为40.2 ℃，水温≥35 ℃的日数为21 d；平均水温变化略滞后于平均气温[1]。

4 水温预报模型与验证

4.1 相关分析

虾稻共作地虾沟水温与气温有很好的一致性[9]，月、日变化规律较一致，但有一定的差异，水温变化与气温对比有延迟，需要多挑选气象因子进行分析。

研究表明，水温不仅与当日的气温有关[10]，将全椒县2022年7—8月逐日最高水温、最低水温、平均水温与最高气温、平均气温、最低气温、前1日的最高水温、前1日的平均水温、前1日的最低水温、前1日的最高气温、前1日的平均气温、前1日的最低气温进行相关分析，挑选出与水温相关性较强的气象要素。结果表明，最低水温与前1日平均气温、前1日最低气温、前1日最低水温相关性较大，最高水温与前1日平均气温、前1日最高水温、当天最高气温、当天平均气温相关性较大；平均水温与前1日平均气温、当前平均水温相关性较大。因此，可以选取相关的气象要素作为预报因子，预测平均水温、最高水温、最低水温[1]。

4.2 水温预报模型

采用逐步线性回归法，建立日平均水温、日最高水温、日最低水温预报模型（S为水温，T为气温），Tmax、Tavg、Tmin分别为最高气温、平均气温、最低气温，S1max、S1avg、S1min分别为前1日最高水温、前1日平均水温、前1日最低水温，T1max、T1avg、T1min分别为前1日最高气温、前1日平均气温、前1日最低气温，Smax、Savg、Smin分别为、平均水温、最低水温，公式如下：

最高水温公式：Smax=0.446S1max+0.427Tmax-0.717Tavg + 1.007T1avg-1.317 9

最低水温公式：Smin=0.217T1avg+0.512Tmin-0.027T1min+3.292

平均水温公式：Savg=0.662T1avg+0.221S1avg+0.451

逐步线性回归模型能较好地预测水温。水温实测值与预测值的线性方程关系见图9。实测最高水温与预测最高水温、实测最低水温与预测最低水温、实测平均水温与预报平均水温相关系数R2分别为0.778 2、0.884 7、0.820 9，水温预报模型精度较高。

5 结论与讨论

稻虾共作模式虾沟7—8月水温的变化主要隨气温的变化而变化，水温（60 mm）总体低于气温，水温变化幅度比气温小，且晚于气温。阴天水温和气温最高值出现在16—17时，晴天水温最高值出现在17—18时（气温16—17时），阴天水温最低值在6—7时（气温5—6时），晴天时水温最低值在5—6时（气温4—5时）。

水温与气温之间的相关性分析表明，最低水温与前1日平均气温、前1日最低气温、前1日最低水温相关性较大；最高水温与前1日平均气温、前1日最高水温、当天最高气温、当天平均气温相关性较大；平均水温与前1日平均气温、当前平均水温相关性较大。运用逐步回归分析法建立稻虾平均水温、最高水温、最低水温预报预测模型，模型预报值与实测值相关系数在0.778～0.884，具有较高的精度。

赤镇稻虾合作社建站1年多，时间较短，离全椒站有一定的距离，存在设备维护不及时等情况，导致部分时段水温数据缺失或者异常，且资料时间长度不长，数据样本有限，后期将进一步收集水温资料，建立更加精细的水温预测模型。

参考文献

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（责编：何 艳）