基于DSSAT和GIS的中國水稻產量時空變化模擬研究

杜朝正

摘 要：以DSSAT模型相關理論為基礎，結合DSSAT模型和GIS技術，模擬了中國不同歷史時期（1980-2007年）水稻產量，研究水稻產量時空分布特征以及產量變化區分布規律。結果表明：中國水稻氣候產量總體呈現增加趨勢，在空間上分布不均，南方高于北方，東部高于西部；水稻產量的變化逐漸形成了4個不同增減態勢區以及3個不同穩定性區域的整體格局，從而得出未來一定時期中國水稻產量穩定增產的穩定潛力區。

關鍵詞：DSSAT；GIS；水稻氣候產量；時空變化；模擬研究

中圖分類號 S315 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）10-139-03

Abstract：On the basis of DSSAT model related theory，in combination with DSSAT model and GIS technology，simulate the different periods（1980-2007）of rice yield in China，and analyze the rice yield in spatial and temporal characteristics and distribution yield change region. The results show that，Chinese rice climate production tend to increase with the time turnover； distribution is not balanced of rice yield in the space，the south more than north，the east than the west； Change areas of rice yield gradually formed the pattern of "four changes" and "three stable"，and the stable potential area describes Chinese rice yield stable condition for a certain period.

Key words：Decision Support System for Agrotechnology Transfer； Geographic Information System； Climate rice yield； Spatial and temporal change； Situation

1 引言

中國稻區遼闊，可劃分10個稻作區[1]。統計資料只顯示區域內水稻的總產量，不能統計每個站點的產量值。為此，筆者將DSSAT模型與GIS技術結合，在計算機上“種植”水稻，并計算出每個模擬點的1980-2007年的逐年水稻產量，在此基礎上分析水稻氣候產量分布特征。

2 水稻產量時空格局研究

對10個稻區的水稻產量按不同時期進行統計匯總，結果如表1，利用GIS對數據進行空間疊加分析，得到相對于上一時期水稻產量變化的區域以及不同時期各稻區的百分比。

由表1可知，同20世紀80年代相比，20世紀90年代凈增產1 920.21萬t，各稻區均有不同程度增產；同20世紀90年代相比，2000-2007年凈減產5.19%，除個別稻區外，大部分稻區均有不同程度減產。長江流域南部稻區是20世紀90年代增產量最大、2000-2007年減產量最大的區域；長江流域南部稻區是中國水稻產量最大的區域，該稻區水稻產量的穩定性關系到全國水稻總產量的穩定。

由表1還可以看出，1980-2007年，長江流域北部和南部稻區、華北稻區、華南稻區等稻區內的水稻產量在水稻總產量的構成中均大于6.5%，包括長江流域在內的中國南方是重要的水稻種植區域，在全國總產量構成中比重總和超過75%，因此，需改變原有的水稻種植政策，對該區域進行重點扶持。而西北干旱、半干旱稻區、青藏高原不宜稻區等3個稻區在全國總產量構成中比重均不超過1%，海拔高度、氣溫等自然因素決定了該區域不適合大面積種植水稻。

3 水稻產量變化區時空特征

水稻產量在同一區域內隨時間的變化而變化，即不同的增減態勢區，增減態勢區是定性描述水稻產量在不同時期的變化區域；水稻產量在同一時期不同區域內的起伏波動狀況不同，即不同變化幅度區域，不同變化幅度區域直觀顯示水稻產量的穩定性水平。

3.1 不同增減態勢分析 增減態勢是同一區域相對于上一時期的水稻產量變化態勢。借鑒相關專家的研究成果[2-5]，將全國范圍內的稻作區劃分為先減再增、先增再減、持續增產、持續減產等4個增減態勢區。通過ArcGIS進行圖層疊合分析，得出20世紀90年的減產區和增產區、2000時期的減產區和增產區，以及得出4個增減態勢區分布圖（圖1）。

對水稻產量不同增減態勢的區域，應制定適宜的水稻播種計劃，采取具有針對性措施，提高水稻單產和復種指數，使全國水稻產量保持總體穩定。（1）先減再增區域零散分布，需要對該區域加大水稻等涉農資金投入，加大建設灌溉水渠等工程，推廣高產品種，提高單產，使該區域內水稻產量保持增長；（2）先增再減區分布廣泛，且范圍較大，在長江流域南北稻區、華南稻區、東北稻區等主要稻區內均有分布，該區域具有大幅提高產量的潛力；（3）持續增產區主要分布于南方，在長江流域南北稻區、云貴高原稻區、華南北稻區等區域均有分布，需要進一步提高資源利用的效率，推廣高產、多季水稻，提高單產，使區域內的水稻產量持續增加；（4）持續減產區零散分布，且范圍較小，需要對該區域內的水田進行科學論證、長期規劃，挖掘水稻生產潛力，逐步扭轉持續減產趨勢。

3.2 不同變化幅度區空間分布 同一區域在不同時期的水稻產量起伏波動狀況不同，參考專家的研究思路[4，6]，依據產量穩定性以及產量起伏波動大小，將變化幅度區域劃分為穩定區、波動區以及激變區。穩定區是指稻區內產量常年較穩定、起伏波動小的區域。稻區內產量起伏波動均在±15%內作為穩定區域；稻區內產量波動均在±30%內作為波動區；出現產量的其他波動狀況作為激變區。在WorkStation環境中進行疊合分析得出結果如圖2。由圖2可知：波動區主要分布于長江流域北部稻區的中東、南部，長江流域南部稻區西北、中北、東南部以及和華南稻區的交界處，東北早熟稻區的中南、中北部，華北稻區西南部，云貴高原稻區東南部。穩定區主要分布于長江流域北部稻區的南、中和東部，長江流域南部稻區的東北、西北和南部，華北稻區的東南部，東北早熟稻區的中部以及華南稻區。激變區分布于長江流域南部稻區東北、東南、中部以及與華南稻區交界處，東北特早熟稻區的南、中、東部，云貴高原稻區的東北、西北、南部和中部，華北稻區西南部。

3.3 水稻產量穩定潛力區的空間分布 穩定潛力區描述的是未來一定時期水稻產量穩定增產的區域，指先增再減區與產量穩定區的重合區域，分析該區域空間分布規律可以為政府決策部門制定農業政策提供參考。利用ArcGIS進行疊合運算得出結果如圖3。由圖3可知：從全國范圍來看，穩定潛力區多分布于秦嶺淮河以南，分稻區來看，穩定潛力區分布于長江流域南部稻區西北部、南部，華南稻區南部，長江流域北部稻區東部、中東部。穩定潛力區顯示出水稻增產的重點潛力區域，該區域內水稻產量波動狀況直接影響到全國范圍內水稻產量的穩定狀況，是農業部門的重點資金扶持區域。

4 結語

從本次研究可知，全國范圍內水稻產量具有增加的趨勢，但時間、空間上分布不均，表現為東部高于西部，南方高于北方，分稻區來看，長江流域是水稻生產最重要的區域。水稻產量總體分布格局表現為“四變、三穩”，4個不同增減態勢區域定性顯示出水稻產量的增減狀況；3個不同穩定性區域進一步描述在不同時期水稻產量的起伏波動狀況。穩定潛力區可以為農業部門制定水稻政策提供參考。

參考文獻

[1]劉明光.中國自然地理圖集[M].北京：中國地圖出版社，1998：83-84.

[2]魯向暉，穆興民.DSSAT模型對豫西冬小麥保護性耕作效應模擬效果驗證[J].干旱地區農業研究，2010，28（03）：64-70.

[3]姚鳳梅.氣候變化對我國糧食產量的影響評價——以水稻為例[D].北京：中國科學院大氣物理研究所，2005.

[4]鐘甫寧，劉順飛.中國水稻生產布局變動分析[J].中國農村經濟，2007（09）：39-44.

[5]楊沈斌，申雙和，李秉柏，等.ASAR數據與水稻作物模型同化制作水稻產量分布圖[J].遙感學報，2009，13（2）：282-290.

（責編：張宏民）