基于GIS的吉林省水稻分蘗期氣候適宜性評價

摘要：吉林省水稻單產在年際間波動較大，造成單產不穩的原因是多方面的，氣候波動是其主要原因之一。計算出吉林省２０個縣（市）水稻分蘗期溫度、降水、日照３個因素的適宜度，根據試驗結果將吉林省水稻適宜種植生態區劃分為最適宜區、適宜區、次適宜區、不適宜區，從而為開發和利用吉林省水稻種植區的氣候資源、水稻高產栽培提供科學依據。

關鍵詞：水稻；分蘗期；氣候適宜性；地理信息系統

中圖分類號：Ｓ１６２．５＋３ 文獻標識碼：Ａ 文章編號：0439－８114（２０11）24－5090-03

Evaluating the Climatic Suitability in Rice Tillering Stage in Jilin Province based on GIS

Ｌ Ｙａｎ－ｊｉｅ１，２，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｌｉ２，ＹＡＮＧ Ｄｅ－ｇｕａｎｇ２

（１． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｊｉｌｉｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ aｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｊｉlｉｎ １３２１０１，Ｊｉｌｉｎ，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ， Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｈａｒｂｉｎ １５００３０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｙｅａｒｌｙ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｒｉｃｅ ｉｎ Ｊｉｌｉｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｅｄ ａ ｌｏｔ； ａｎｄ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｒｅａｓｏｎｓ ｔｈａｔ ｃａｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ， ａｍｏｎｇ ｗｈｉｃｈ ｃｌｉｍａｔｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｗａｓ ａ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｏｒ． Ｔｈｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｒａｉｎ ａｎｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｒｉｃｅ ｔｉｌｌｅｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ ｉｎ ３０ ｃｏｕｎｔｉｅｓ（ｃｉｔｉｅｓ） ｉｎ Ｊｉｌｉｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ｗａｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｒｉｃｅ ｐｌａｎｔｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｗａｓ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎ ｔｏ ｍｏｓｔ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｎ， ｓｕｉｔａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｎ， ｌｅｓｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｎ ａｎｄ ｕｎｓｕｉｔａｂｌｅ ｒｅｇｉｏｎ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ， ｔｈｕｓ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ａ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｌｉｍａｔｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ ｒｉｃｅ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ Ｊｉｌｉｎ ｐｒｏｖｉｎｃｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｙｉｅｌｄ ｒｉｃｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｃｅ； ｔｉｌｌｅｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ； ｃｌｉｍａｔｉｃ ｓｕｉｔａｂｉｌｉｔｙ； ＧＩＳ

由于大氣中溫室氣體濃度的增加，導致過去１００年里全球平均氣溫明顯上升，ＩＰＣＣ研究報告表明，近百年全球平均溫度已經上升了（０．６±０．２）℃，在未來幾十年里，這種溫度的上升還將持續；氣候變暖變濕，各地蒸發量和降水量的時空分布隨之改變，引起了日照等各種氣候因子的變化［１-3］。

水稻是一種喜溫的短日照作物，其生育期可分為幼苗期、分蘗期、穗分化期和結實期，由于不同生育期所需的氣候條件差異很大，因而水稻產量與各生育期的氣候條件關系十分密切。其中水稻分蘗期是從秧苗移栽到幼穗分化前的時期，是決定水稻穗數的關鍵時期，也是為每穗粒數奠定基礎的時期［4-7］。因此，從合理利用土地和氣候資源的角度出發，充分研究水稻分蘗過程中氣候因素的變化規律及其與產量形成的關系，可為開發和利用水稻種植區的氣候資源和品種資源、水稻高產栽培及育種引種、挖掘水稻生產潛力提供科學依據。

吉林省地處我國東北地區中部，位于北緯４０°５２′－４６°１８′、東經１２１°３８′－１３１°１９′。面積１８．７４萬ｋｍ２，占我國國土總面積的２％左右。吉林省屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，有明顯的四季更替，雖然離海洋較近，但由于受長白山山脈呈東北西南走向高地勢阻攔，大陸性氣候十分明顯：春季干燥多風沙；夏季高溫多雨；秋季降溫快，霜來早；冬季漫長，嚴寒少雪。全省大部分地區年平均氣溫為３～５ ℃，全年日照時數為２ ２００～３ ０００ ｈ，年活動積溫為２ ７００～３ ６００ ℃，全省年降水量為５５０～９１０ ｍｍ，年無霜期１２０～１６０ ｄ，土壤肥沃，夏季日照時間長，雨熱同季，為農業生產提供了良好的條件。明確該研究區域的農業氣候特征，對于合理分配光、溫、水等氣候資源，確定農業開發利用的方向都具有重要意義［8］。

１ 材料與方法

１．１ 資料來源

利用吉林省２０個氣象觀測站點１９７１～２００６年氣象資料。包括逐日的最高氣溫、平均氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數資料。氣象數據由國家氣象局農業氣象中心提供。

１．２ 研究方法

以吉林省２０個氣象站點種植的水稻中熟品種為例，對吉林省水稻分蘗期的平均氣溫、平均日照時數、累計降水量分別進行統計。

１．３ 模型選擇

根據前人的研究結果［9-15］，引入氣候適宜度模型進行吉林省水稻氣候適宜度的計算。

１）溫度適宜度可用下式計算。

ＳＴ ＝ ■

Ｂ ＝ ■

式中，T是某生育期的平均氣溫，T１、T２、T０分別是水稻在該時段內生長發育的最低溫度、最高溫度和最適溫度。

２）降水適宜度計算公式。

ＳＲ＝Ｒ／Ｒ０ Ｒ＜Ｒ０

Ｒ０／Ｒ Ｒ≥Ｒ０

式中，Ｒ表示某生育期天然降水量（ｍｍ）；Ｒ０表示作物生理需水量（ｍｍ）；當Ｒ略大于Ｒ０，且完全可被土壤貯存接納時，可認為ＳＲ≈１。

３）日照適宜度函數。以日照時數達可照時數的７０％（日照百分率）為臨界點，認為日照百分率達到７０％以上，水稻對光照條件的反應即達到適宜狀態。

Ｓｓ＝ｅ■ Ｓ＜Ｓ０

１ Ｓ≥Ｓ０

式中，Ｓ表示實際日照時數（ｈ），Ｓ０表示日照百分率為７０％的日照時數，ｂ為常數。

１．４ 水稻適宜度模型中各個生育指標的確定

２ 結果與分析

２．１ 吉林省水稻氣候適宜度計算結果

根據農業氣候適宜性研究隸屬函數理論［16］，將計算出的吉林省水稻氣候適宜度結果分為４個等級：適宜度大于０．８０0為最適宜區；０．７６0～０．８０0為適宜區；０．７１0～０．７５0為次適宜區；小于０．７０0為不適宜區。試驗遵循均勻分布的原則，在吉林省內選擇了２０個氣象站點１９７１～２００６年逐日的降水量、平均氣溫和日照時數及１９４９～２００６年吉林省對應２０個縣（市）逐年水稻單產，計算水稻的氣候產量，用ＳＰＳＳ軟件將氣候適宜度與氣候產量作相關分析，在０．０５水平上通過了顯著性檢驗。表明試驗設計的水稻氣候適宜度模型能客觀反映出吉林省水稻分蘗期氣候適宜性水平及其動態變化，可以用之進行水稻分蘗期氣候適宜性評價。

２．２ 吉林省水稻分蘗期氣候適宜性評價

利用ＧＩＳ的制圖功能［17］，結合吉林省水稻分蘗期氣候適宜度數據，繪出吉林省水稻分蘗期氣候適宜性區劃圖，從而將吉林省水稻生產劃分為以下４個區域。

最適宜區：吉林省的雙遼、四平、長嶺、梅河、白城。這一地區氣候溫暖，雨熱同季，光照充足。年≥１０ ℃活動積溫３ ０３５ ℃，霜前８０％保證率活動積溫２ ８８５ ℃。年降水量５６７～５７７ ｍｍ。５～９月日照時數

１ ２２６～１ ２２９ ｈ，日照百分率５６．６％～５６．８％。無霜期１４３～１４５ ｄ，安全成熟期９月２３～２５日。

適宜區：吉林省的通榆、前郭、蛟河、長春。這一區域年≥１０ ℃活動積溫２ ７６５ ℃，霜前８０％保證率活動積溫２ ６１５ ℃。年降水量７００ ｍｍ左右，５～９月日照時數１ １５９ ｈ左右，日照百分率４７．８％。無霜期１３１～１４０ ｄ，安全成熟期９月１５～２２日。

次適宜區：吉林省的延吉、扶余、乾安、敦化、集安、樺甸、通化。

不適宜區：臨江、靖宇、撫松、長白。

３ 討論

３．１ 水稻生產中存在的問題

１）水土流失嚴重，耕地質量下降。原來厚８０～１３０ ｃｍ的黑土層現在己經降到了２０～３０ ｃｍ，土壤有機質含量明顯降低，土地生產力隨之下降。水田多年連作，地力消耗嚴重，待開發的荒地或低洼地一般較脊薄，鹽堿嚴重，土壤沙性大，保水保肥能力差。

２）水資源短缺，生產用水緊張。東北三省降水主要集中在７～８月，常出現干旱，特別是春旱。近幾年東北三省一些地區水稻生產用水短缺現象一直存在。

３）低溫冷害頻繁發生，稻瘟病危害日趨嚴重，年度間單產水平波動劇烈。２００６年吉林省水稻因稻瘟病減產１０％～２０％，嚴重的減產達５０％～８０％。

３．２ 提高水稻產量的主要農業措施

１）水稻分蘗除了受氣溫、日照、降水等氣候因素的影響外，還要受到播種量、不同育苗方法、插秧期、深度及密度、土壤肥力等多種因素的影響，凌鳳樓等［5］研究表明，分蘗是品種本身的固有特性，品種間分蘗差異比較大，因此水稻生產上應選用分蘗力強的品種，提高單株水稻的有效分蘗數，靠群體優勢取得高產。

２）不同肥力對分蘗的影響調查表明，不同肥力間分蘗差異是很明顯的，肥力高，分蘗多，分蘗成穗率高，每穴有效穗數多，且以重施基肥對分蘗有利。因此可通過改良土壤，增加有機質，增強稻田抗旱保水的能力。

３）根據氣象臺的天氣預報，關注天氣變化，采取抵御低溫的措施，并選用耐冷性強的優質高產品種。

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