气候变化背景下广西水稻发育期变化特征分析.docx

    气候变化背景下广西水稻发育期变化特征分析    黄桂珍 李莉 匡昭敏摘要 为研究气候变化对广西水稻生长发育的影响，本文利用广西16个农业气象观测站1981—2010年水稻生育期观测资料和1981—2010年的气象资料，运用线性倾向估计法、GIS空间分析等方法开展研究，分析了广西水稻生育期的年代际变化规律及对气候变化的响应结果表明，近30年来，广西水稻产区年平均气温及各季节的平均气温普遍呈上升趋势，而秋冬季节增温更为明显；广西年降水量与夏季、冬季降水量均呈增多趋势，而春、秋季节降水量呈减少趋势；早稻播种、移栽日期普遍提前，齐穗、成熟日期普遍推迟；晚稻播种日期普遍推迟，移栽、齐穗、成熟日期普遍提前关键词 水稻；生育期；气象条件；变化特征S511 A 1007-5739（2018）11-0005-09中国“第三次气候变化国家评估报告”表明，1909—2011年，中国陆地区域平均增温0.9～1.5 ℃；近15年处于近100年来气温最高的阶段；报告认为，未来中国区域气温将继续上升，到21世纪末可能增温1.3～5.0 ℃据统计，广西年平均气温50年（1961—2010年）来升高了0.75 ℃，变暖趋势十分明显；21世纪后气温开始急剧上升，远超过多年平均值，是历年来温度最高的时期，与此同时，降水时空分布不均，导致广西干旱灾害发生十分频繁，对水资源、人民生活和工业生产都有较大的影响[1-3]。

农业生产直接暴露在气候条件下，气候的任何波动和变化都会对农业生产造成严重的影响[4-6]然而，气候变暖有其消极的一面，也有积极的一面，研究农作物生育期变化特征及其对气候变化的响应[7-9]，进而探讨如何最大限度地利用气候变暖增加的热量资源抵御其不利影响，对广西农业的发展意义深远水稻是广西的主要粮食作物，广西的水稻产量历年居粮食作物的首位因此，研究气候变化对水稻播种及生长发育产生的影响，对水稻产业未来的布局规划和品种改良将起到积极作用[10-12]本文通过应用统计学方法，基于地理信息系统（GIS）的空间分析功能，研究分析了最近3个年代广西水稻发育期的年代变化特征，揭示气候变化背景下广西水稻生育期的演变规律，为广西农业结构调整和应对气候变化提供科学的参考依据[13-16]1 资料与方法1.1 资料来源本研究所使用的气象资料、农情资料等来源于广西壮族自治区气象信息中心，地理信息数据来源于广西壮族自治区气象减灾研究所气象要素观测资料为广西89个气象观测站1981—2010年的逐日气温资料和降水量资料农业气象观测资料选取1981—2010年连续性、代表性较好的的16个农业气象观测站历年的水稻播种期、移栽期、齐穗期、成熟期进行研究。

地理信息资料包括广西行政区划图、高程数据等，使用广西1∶50 000比例尺的县界、100 m×100 m分辨率的高程等基础地理信息数据，市县级行政区域的水稻种植面积（图1）1.2 统计分析方法首先使用Microsoft Excel计算工具、绘图工具及数据透视表统计功能统计出广西各年代各季节的平均氣温、平均降水量和水稻各个生育期的平均日期，再依次计算相邻2个年代的差值，并采用ArcGIS 10.2软件中的反距离权重法绘制年代差值空间分布图，揭示出不同年代的气温、降水和水稻生育期的变化特征2 气温及降水量变化特征分析2.1 气温变化趋势及其空间分布特征2.1.1 气温变化趋势1981—2010年广西各个季节的气温均呈上升趋势（图2），30年间，广西春、夏、秋、冬四季平均气温分别上升了1.1、0.1、0.9、1.8 ℃其中冬季升温趋势最为明显，升温速率达0.06 ℃/年，春、秋季节升温速率次于冬季，夏季升温不明显2.1.2 各季节气温变化的空间分布特征春季平均气温变化有较为明显的南北差异（图3）1990年代较上一年代普遍升温，桂南、桂东升温明显，升温幅度多在0.3～0.4 ℃之间，部分地区升温幅度达0.5～0.6 ℃，最大值出现在合浦县，升温0.7 ℃；桂北偏西一带较桂南、桂东一带升温幅度偏小，升温幅度0.1～0.2 ℃。

2000年代较上一年代显著升温，全区91个站点中有29个站点升温0.7～0.8 ℃，占全区站点的32%，升温0.5～0.6 ℃的有38个站点，占42%；从空间分布图上可以看出，桂北升温幅度要比桂南大夏季平均气温变化有一定的空间差异，但区域变化特征不明显由图4可知，1990年代较上一年代气温有所下降，下降幅度亦比较近似，大部分站点的降温幅度均在0.1～0.3 ℃之间2000年代较上一年代气温上升，但上升幅度不明显，全区升温0.5 ℃以上的仅有7%，升温0.3～0.4 ℃仅有32%由图5可知，1990年代除桂西北和桂东北部分地区小幅降温外，其余大部地区均有不同程度升温，大部分地区升温幅度在0.1～0.3 ℃之间2000年代全区大部均有明显升温，桂北升温幅度大于桂南；升温幅度最高值为0.9℃，出现在凌云县、平南县、贺州市、平果县、田阳县，升温幅度在0.6～0.8 ℃之间的站点占25%，升温0.3～0.5 ℃的占60%由图6可知，1990年代全区急剧升温，桂东北升温幅度最大，桂西北升温幅度最小；灵川县、阳朔县、富川县升温幅度最大，为1.1 ℃，全区有49个站点气温上升0.8～1.0 ℃，占54%，气温上升0.5～0.7 ℃的有30个站点，占33%。

2000年代除桂林市降温外，其余地区均有所升温，其中桂西北和中东部地区升温最为明显，升温幅度在0.6～0.7 ℃之间，升温幅度在0.4～0.5 ℃之间的有36个站点，占40%，升温幅度在0.2～0.3 ℃之间的有24个站点，占26%2.1.3 水稻主产区1980—2000年代各季节平均气温变化特征为进一步研究水稻主要产区的气温变化规律及其对水稻各个发育期的影响，选取桂北的桂林站、河池站、沙塘站（柳州市北郊）和桂南的南宁站、玉林站、钦州站等6个水稻主要产区气象观测站1981—2010年的气温资料进行统计分析由图7可知，剔除因迁站影响的南宁站，其余5站四季气温总体均呈升温趋势，升温幅度及南北温差存在明显的季节性差异冬季气温南北差异最大，最南端高于最北端5～6 ℃；春季南北温度差异次之，最南端高于最北端4 ℃左右；秋季南北温差小于春季，最南端高于最北端3 ℃左右；夏季南北差异最小，最南端仅比最北端高1 ℃左右2.2 降水量变化特征分析2.2.1 广西各季节降水量变化特征春季降水量年代变化有明显的南北对称性变化，1990年代桂西和桂南大部降水量减少23～113 mm不等，2000年代桂北大部降水减少23～68 mm。

1990年代和2000年代全区降水量总体上是普遍减少的（图8）夏季降水量1990年代全区大部地区增多114 mm以上；2000年代总体较上一年代降水量减少，其中巴马县以北和永福县以北降水量明显减少，减少幅度大多在114～205 mm之间（图9）1990年代秋季降水量以减少为主要特征，其中1990年代为全区范围性的减少，接近1/2的版图减少幅度超过69 mm，平果县、天等县、崇左市、大新县、龙州县、宁明县、上思县、扶绥县、防城港市减少幅度达114～205 mm2000年代桂西北地区为减少趋势，减少幅度在23～68 mm之间；其他地区变化幅度不大，增减幅度在±22 mm之间（图10）2000年代冬季降水量变化不大，增减幅度多在±22 mm之间1990年代除桂东南地区降水量偏少23～68 mm外，其余地区降水量无明显增减，变化幅度多在±22 mm之间（图11）2.2.2 广西水稻主产区各季节降水量变化特征选取桂林、沙塘（柳州市北郊）、河池、南宁、玉林、钦州等6个水稻主要产区气象观测站1981—2010年的降水资料进行统计分析，发现水稻主要产区降水量年代变化存在较大的季节性差异（图12）春、冬2季降水最为充沛的产区是地处桂东北的桂林，各个年代季降水量均远远多于其他产区；夏、秋2季降水最为充沛的是桂南沿海的钦州地区，各个年代季降水量均远远多于其他产区。

春季，1990年代以来，全区水稻主要产区降水量总体呈减少趋势；2000年代，除桂南的钦州、玉林站降水量较上一年代增多外，各站降水量均较上一年代明显减少年代季降水量最多的桂林站（桂东北）比最少的南宁站（桂南）多279～494 mm不等夏季，1990年代各产区降水量较上一年代有大幅度增多；2000年代，除钦州站降水量稍微增多外，其他各站降水量均明显减少年代季降水量最多的钦州站（桂南）较最少的沙塘站（桂北）多528～717 mm秋季，1990年代以来，各站降水量总体呈明显减少趋势，其中钦州、桂林、河池减少趋势最为显著年代季降水量最多的钦州站较最少的沙塘站多112～245 mm冬季，1990年代后除桂林站外，各站降水量均较1980年代有所减少，其中桂南的钦州、玉林站减少幅度最大；2000年代除沙塘、河池外，其余站点均呈减少趋势年代季降水量最多的桂林站较最少的南宁站少68～115 mm3 广西水稻生育期的时空演变特征3.1 早稻生育期时空演变特征3.1.1 早稻生育期年代际空间演变特征本文选取广西1981—2010年16个数据连续性、代表性较好的农业气象观测站资料，计算广西水稻播种、移栽、齐穗、成熟等4个主要生育期的平均日期的年代差值，并采用反距离加权法（IDW）进行空间插值、水稻产区矢量图进行抠图，得出水稻产区的平均日期年代差值图。

图中，负值越大表示该生育期的平均生育日期较上一年代提前日数越多；反之，正值越大表示较上一年代推迟日数越多由图13可知，广西南宁、灵山、柳州等地1990年代早稻播种平均日期较上一年代推迟2～7 d，其他地区则普遍提前3～6 d2000年代桂东和桂西大部分地区及播种平均日期普遍较上一年代提前2～10 d，其他大部地区则大多推迟2～7 d由图14可知，1990年代大部分产区移栽日期提前3～6 d，桂南大部推迟2～5 d2000年代移栽日期全区普遍提前5～8 d由图15可知，1990年代桂中、桂南大部产区齐穗日期普遍推迟2～3 d，桂东北和桂南部分地区提前3～6 d2000年代齐穗日期普遍提前3～4 d，桂南部分地区推迟2～5 d由图16可知，1990年代成熟日期普遍较上一年代推迟2～3 d，桂平较上一年代推迟8 d2000年代成熟日期大部提前5～6 d，桂南部分地区推迟2～5 d3.1.2 早稻生育期年代际时间演变特征对南宁、雁山、沙塘、玉林、河池、钦州等6个水稻产区近30年的平均生育日期进行统计分析由图17可知，雁山、玉林、钦州出苗日期较上一年代推迟1～6 d，南宁、沙塘、河池则提前4～14 d。

各产区移栽日期较上一年代提前1～16 d，其中河池提前16 d，为全区提前量最大的产区齐穗期、成熟期除钦州推迟6 d，玉林几个年代变化不大（增减幅度1～2 d），其他幾个产区提前2～8 d3.1.3 早稻各生育期所需天数变化特征由各年代平均生育日期统计得出，2000年代早稻秧苗期明显缩短，这与春季升温有较大关系，大田生长期则普遍延长，利于高产（表1）3.2 晚稻生育期时空演变特征3.2.1 晚稻生育期年代际空间演变特征由图18可知，1990年代全区晚稻播种日期普遍推迟10 d以上；2000年代桂东南和桂东北普遍推迟6～9 d，其他地区普遍推迟4～5 d由图19可知，1990年代移栽期桂东比、桂东南普遍提前1～4 d，桂中普遍推迟2～5 d；2000年代桂南普遍推迟，其中灵山、浦北一带推迟6～9 d；其他地区普遍提前2～4 d由图20可知，1990年代大部提前2～4 d，桂平、玉林一带推迟2～3 d2000年代桂北的河池、宜州、环江一带和桂中的苍梧、梧州一带提前3～4 d，桂南的横县、灵山一带推迟6～9 d。