浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量及生長期降水量空間變異性

陳海生, 楊玉泉

(浙江同濟科技職業學院, 浙江 杭州 311231)

浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量及生長期降水量空間變異性

陳海生, 楊玉泉*

(浙江同濟科技職業學院, 浙江 杭州 311231)

采用地統計學原理和GIS相結合的方法，研究了浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量及其各生長期降水量空間變異性。結果表明：浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量的C/(C0+C)為0.762;各生育期降水量的C/(C0+C)在0.78～0.98，都具有很強的空間相關性。浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量變動在6268.00～8664.00 kg/hm2。產量為7873～8664 kg/hm2的高值區分布在浙北的杭嘉湖平原一帶,占研究區總面積的6.95 %。產量在7466～7848 kg/hm2的次高值區分布在浙江北部、東部一帶，以及浙西的衢州地區，占研究區總面積的45.8 %；少于7466 kg/hm2的產量低值區位于浙江南部和浙江中部一帶，占研究區總面積的47.25 %。浙江省雜交晚秈稻豐優9339播種育苗期大部分地區的降水量為86.00～105.00 mm,占研究區總面積的47.25 %；分蘗期大部分地區的降水量在40.00～58.00 mm,占研究區總面積的64.52 %；拔節孕穗期大部分地區的降水量為54.00～74.00 mm,占研究區總面積的41.42 %；灌漿成熟期大部分地區的降水量為56.00～71.00 mm,占研究區總面積的56.42 %。偏相關分析表明在浙江省境內，拔節孕穗期的降水量對雜交晚秈稻豐優9339產量負影響達極顯著水平。因此這個時期栽培上要特別重視水稻田間水分的管理，努力延長水稻根系和葉片的功能期。

地統計；GIS；豐優9339；產量；降水量

水是水稻體內重要的組成物質，并參與光合、呼吸、蒸騰、吸收和運轉等生理代謝活動[1]。據研究[2-3]，水稻在返青期、減數分裂期、開花、灌漿等生育期對受旱及淹水最敏感，對產量影響最嚴重。浙江省水稻生育期間的降水量基本上能滿足其正常生長的需水量，但由于浙江省位于東部沿海地區，是典型的亞熱帶季風氣候。在整個水稻生育期間，降水量的時空分布極不均勻，很容易遭受暴雨洪澇和干旱等農業氣象災害影響，造成減產[4]。研究浙江省水稻產量及其生長期間降水量的空間分布和變異規律，對于水稻的合理布局，提高水稻的產量和品質具有重要意義。

地統計學是以具有空間分布特點的區域化變量理論為基礎，研究自然現象的空間變異與空間結構的一門學科。地統計學方法是以反映變量空間結構特征的結構函數(如半變異函數)為基礎，與經典的插值方法不同，地統計學考慮樣點的方向、位置和彼此間的距離，直接測定和分析空間依賴性，用于研究有一定隨機性和有一定結構性的各種變量的空間分布規律[5]。近年來，在環境科學領域，劉瑞民等[6]應用地統計學方法對太湖水質參數空間分布特性進行研究；孟健等[7]應用Kriging的空間分析方法來分析城市大氣中SO2濃度的空間分布。Moral F J等[8]采用地統計技術進行了西班牙中等城市Badajoz市的NO2、NO、CO2和CO的空氣污染風險評估。Schmalwieser A W等[9]則分析了1996-2000年中歐地區上空臭氧濃度的時間和空間變異性。Nelson N B等[10]則分析了馬尾藻海面和其上空CO2交換量的空間變異性，并建立了海面空氣溫度和CO2濃度相互關系的實證數學模型。在水文氣象學中，梁天剛等[11]對甘肅省河西走廊以東地區多年平均降水量進行了空間分布模擬研究；Dalezios N R等[12]分析了整個希臘范圍作物參考蒸騰量的空間變異性，孫強等[13]用地統計學方法對涇河流域降水空間變異規律進行了研究。朱蕾[14]和朱暉[15]分別用GIS方法對某一區域范圍內的降水量空間插值方法進行了比較。而應用地統計學和GIS方法對水稻產量及其生長期間各生育期的降水量空間變異性研究還不多見。

豐優9339是中國水稻研究所用不育系粵豐A與自選恢復系中恢9339雜交配制的中秈型雜交晚稻新組合。該組合株型好、中抗稻瘟病、高產穩產、米質優良、生育期適中,適宜在浙江省作單季晚稻栽培。豐優9339在浙江省播種幼苗期是5月下旬至6月中旬，分蘗期6月下旬至7月中旬，拔節孕穗期7月下旬至8月中旬，齊穗灌漿期8月下旬至10月上旬。本文依據《浙江省2010整編氣象資料》，運用地統計學理論和Kriging插值方法，對雜交晚秈稻豐優9339產量及其各生育階段的降水量在浙江省境內的空間分布及變異規律進行分析，以期為浙江省水稻的水分優化管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

浙江省位于中國東南沿海，地處亞熱帶中部，介于北緯27°12′～31°31′和東經118°～123°，屬季風性濕潤氣候，四季分明，光照充足，雨量充沛，空氣濕潤, 雨熱季節變化同步，是我國自然條件最優越的地區之一。浙江年平均氣溫15～18 ℃, 極端最高氣溫33～43 ℃, 極端最低氣溫-2.2～-17.4 ℃；全省年平均雨量在980～2000 mm,年平均日照時數1710～2100 h。是我國水稻的主要產區。

1.2 數據來源

《2012浙江省統計年鑒》和《浙江省2012整編氣象資料》。

1.3 數據處理

各氣象數據的描述性統計采用SPSS11.0 經典統計學分析，地統計學中的半方差函數及其模型計算采用ArcGIS8.3和GS+ 7.0軟件[16-17]。半方差函數也稱為半變異函數，是用來描述各氣象要素指標性質的空間連續變異的一個連續函數，反映變量性質的不同距離觀測值之間的變化[5]。

地統計學步驟如下：①將帶有經緯度的雜交晚秈稻豐優9339產量和各生長階段降水量的值分別輸入GS+7.0軟件中；②用GS+7.0 進行半方差分析，選取最優模型，得到參數值，并進行分維數分析；③將GS+7.0中得到的參數帶入ARCGIS 8.3中用克立格法(Kriging)分別對各屬性指標的分布進行插值，得到插值圖。為了檢驗這些實驗數據是否符合地統計學插值條件，用Kolmogorov-Smironov(K-S)正態分布檢驗概率對它們進行檢驗。由于特異值的存在會造成連續表面的中斷，直接影響變量的分布特征，致使變異函數失去結構性，因而，本研究采用域法識別特異值，即按標準方差的倍數來識別特異值，一般特異值定為樣品均值m加減3倍均方差δ，即m±3δ，然后用正常值的最大值、最小值替代特異值[16]。

2 結果與分析

2.1 浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量分布和各生育期降水量的描述性統計

采用Spss11.0對各變量進行經典統計分析[18]，并通過t-檢驗判斷其分布類型，計算得到的統計特征值(表1)。

從表1可以看出，浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量和各生育階段降水量分布均服從正態分布，產量均值為7514.19 kg/hm2，變動在6268.00～8664.00kg/hm2。播種育苗期的降水量均值為99.08 mm，變動在67.00～142.00 mm。分蘗期的降水量均值為53.59 mm,變動在22.00～94.00 mm。拔節孕穗期的降水量均值為69.37 mm,變動在33.00～115.00 mm。灌漿成熟期的降水量均值為68.00 mm，變動在44.00～107.00 mm。

表1 浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量與各生育期降水量描述性統計

浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量的變異系數為7.22 %。雜交晚秈稻各生育階段降水量的變異系數以分蘗期降水量為最大，達29.22 %。播種育苗期降水量的變異系數為最小，為16.47 %。拔節孕穗期的降水量在浙江省各生育階段的變異系數分別是28.54 %和20.49 %。

2.2 半方差函數分析

從表2可以看出，浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量的理論模型為高斯模型，決定系數為0.532，播種育苗期和灌漿成熟期的降水量的理論模型都為高斯模型，決定系數分別是0.838和0.744.而分蘗期和拔節孕穗期降水量則都為指數模型，決定系數分別為0.476和0.673。

從表2可以看出，浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量的C/(C0+C)為0.762，>75 %，具有強空間相關性，變程為1683 000 m。雜交晚秈稻各生育期降水量的C/(C0+C)在0.78～0.98，都具有很強的空間相關性。其空間自相關范圍具有明顯差異。各生育期降水量的變程在673 800～2 251 800 m，以拔節孕穗期降水量的變程最少，只有673 800 m，以播種育苗期降水量的變程最大，為2 251 800 m。分蘗期和灌漿成熟期降水量的變程則介于二者之間，分別為833 100和1 730 700 m。

2.3 豐優9339產量與各生育期降水量的偏相關分析

從表3可以看出，在浙江省，各生育期降水量的多少對雜交晚秈稻豐優9339產量都有影響。但只有 拔節孕穗期的降水量對豐優9339產量影響最大，相關系數為0.335，并且在1%的水平上顯著。其他各生育時期降水量對豐優9339產量影響均沒有達到顯著水平。

2.4 Kriging插值分析

根據所得到的半方差函數模型，應用普通克里格法(Ordinary Kriging)進行最優內插，繪制了浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量和各生育階段降水量的空間分布圖[16-17]。

表2 浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量與各生育期降水量半方差函數

表3 浙江省單季稻產量與各生育期降水量的偏相關關系

浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量為7873～8664 kg/hm2的高值區分布在浙北的杭嘉湖平原一帶,占研究區總面積的6.95 %。產量在7466～7848 kg/hm2的次高值區分布在浙江北部、東部一帶，以及浙西的衢州地區，占研究區總面積的45.8 %。少于7466 kg/hm2的產量低值區位于浙江南部和浙江中部一帶，占研究區總面積的47.25 %(圖1)。

浙江省雜交晚秈稻豐優9339播種育苗期的降水量變動在67.00～143.00 mm。降水量在123.00～142.0 0 mm的高值區，占研究區總面積8.73 %，主要分布在浙西地區開化縣、常山縣和江山縣以及龍泉市。降水量在105.00～123.00 mm次高值區，主要分布在泰順縣、慶元縣、云和縣、松陽縣、遂昌縣、龍游縣、金華縣、蘭溪市、建德市、淳安縣、東陽縣、義烏市、浦江縣、桐廬縣、鄞縣、杭州，占研究區總面積的29.73 %。降水量在67.00～86.00 mm的低值區主要分布在浙江中部的天臺縣、臨海市、溫嶺市、玉環縣、瑞安市，占研究區總面積的12.11 %。降水量為86.00～105.00 mm的中值區主要分布在浙江的北部、中部、中南部，占總面積的49.48 %(圖2-a)。降水量基本上由西到東呈降低趨勢。

圖1 浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量空間分布Fig.1 Spatial distribution of yields of hybrid late indica rice Fengyou 9339 in Zhejiang province

浙江省雜交晚秈稻豐優9339分蘗期的降水量變動在22.00～94.00 mm。降水量為58.00～94.00 mm的高值區，分布在浙江省東部的大部分地區、中部和西北部部分地區。降水量在22.00～40.00 mm低值區，分布在磐安縣、嵊州市、新昌縣、舟山市的大部地區，占研究區總面積的31.86 %。而西部和中部的大部分地區這階段的降水量都在40.00～58.00 mm，占研究區總面積的64.52 %。呈東南部高西北部低的趨勢(圖2-b)。

浙江省雜交晚秈稻豐優9339拔節孕穗期的降水量變動在33.00～115.00 mm。降水量在74.00～1153.00 mm的高值區主要分布在浙江的東部的大部分地區以及西北部的小部分地區，占研究區總面積的35.94 %。降水量在33.00～54.00 mm低值區，分布在浙江省中西部地區，占研究區總面積的22.64 %。浙江的北部及中部的大部分地區的降水量在54.00～74.00 mm，占研究區總面積的41.42 %。呈從東向西逐漸降低的趨勢(圖2-c)。

浙江省雜交晚秈稻豐優9339灌漿成熟期降水量變動在44.00～107.00 mm。降水量在71.00～99.00 mm的高值區分布在浙江省的東部沿海一帶，占研究區總面積的23.53 %。降水量在44.00～56.00的低值區，分布在浙江省中西部和西南部的部分地區及北部的小部分地區，占研究區總面積的20.05 %。大部分地區的降水量為56.00～71.00 mm，占研究區總面積的56.42 %。其分布趨勢與拔節孕穗期間的趨勢基本一致(圖2-d)。

3 小 結

(1)浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量和各生育階段降水量分布均服從正態分布。浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量的變異系數為7.22 %。雜交晚秈稻各生育階段降水量的變異系數以分蘗期降水量為最大，達29.22 %。播種育苗期降水量的變異系數為最小，為16.47 %。

圖2 浙江省雜交晚秈稻豐優9339各生育期降水量空間分布Fig.2 Spatial distribution of precipitation during growth of hybrid late indica rice Fengyou 9339 in the fields in Zhejiang province

(2)浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量的理論模型為高斯模型，播種育苗期和灌漿成熟期的降水量的理論模型都為高斯模型，而分蘗期和拔節孕穗期降水量則都為指數模型。浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量的C/(C0+C)為0.762，具有強空間相關性，各生育期降水量的C/(C0+C)在0.78～0.98，也都具有很強的空間相關性。各生育期降水量的變程在673 800～2 251 800 m，以拔節孕穗期降水量的變程最少，只有673 800 m，以播種育苗期降水量的變程最大，為2 251 800 m。

(3)浙江省雜交晚秈稻豐優9339產量變動在6268.00～8664.00 kg/hm2。產量為7873.00～8664.00 kg/hm2的高值區分布在浙北的杭嘉湖平原一帶,占研究區總面積的6.95 %。產量在7466.00～7848.00 kg/hm2的次高值區分布在浙江北部、東部一帶，以及浙西的衢州地區，占研究區總面積的45.8 %。少于7466.00 kg/hm2的產量低值區位于浙江南部和浙江中部一帶，占研究區總面積的47.25 %。

(4)浙江省雜交晚秈稻豐優9339播種育苗期大部分地區的降水量為86.00～105.00 mm，占研究區總面積的47.25 %。分蘗期大部分地區的降水量在40.00～58.00 mm，占研究區總面積的64.52 %。拔節孕穗期大部分地區的降水量為56.00～71.00 mm,占研究區總面積的56.42 %。灌漿成熟期大部分地區的降水量為56.00～71.00 mm,占研究區總面積的56.42 %。

(5)本研究結果表明，在浙江省境內，拔節孕穗期的降水量對雜交晚秈稻豐優9339產量影響達極顯著水平。拔節孕穗期是指幼穗分化開始到長出穗為止，這個時期水稻的生育特點是長莖長穗，花粉母細胞減數分裂，對水分特別敏感，是奪取高產的關鍵時期，降水量過多或過少都會顯著影響單季稻的產量。在浙江省東部和中部沿海一帶，8月中旬后經常會出現臺風暴雨天氣，雜交晚秈稻豐優9339拔節孕穗期常面臨著雨水過多而受澇漬的為害。這個時期栽培上要特別重視水稻田間水分的管理，努力延長水稻根系和葉片的功能期。

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(責任編輯 陳 虹)

Spatial Variability of Yields of Hybrid Late Indica Rice Fengyou 9339 and Precipitation during Rice Growth in Fields in Zhejiang Province Based on GIS

CHEN Hai-sheng, YANG Yu-quan*

(Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology, Zhejiang Hangzhou 311231, China)

Geostatistics method and geographic information system(GlS) techniques were applied to study the yield of hybrid late indica rice Fengyou 9339 and the spatial variability of precipitation during rice growth in the fields in Zhejiang province. The results showed that theC/(C0+C) of yield of hybrid late indica rice Fengyou 9339 was 0.762, and theC/(C0+C) of precipitation during rice growth in the fields was 0.78-0.98, indicating a strong spatial correlation in the study regions. Yield of Fengyou 9339in Zhejiang province was in the range of 6268-8664 kg/hm2, and its highest yield was in range of 7873-8664 kg/hm2and occurred mainly in the northern parts of Zhejiang province, accounting for 6.95 % of the whole province; Yield of 7466-7848 kg/hm2occurred mainly in the western, eastern and northern parts of Zhejiang province, accounting for 45.80 % of the whole province; Yield less than 7466 kg/hm2was mainly distributed in the southern and middle parts of Zhejiang province, accounting for 47.25 % of the whole areas. Precipitation during rice sowing and seedling stage was in range of 86.00-105.00 mm, occupying 47.25 % of the whole regions; Precipitation during rice tillering stage range of 40.00-58.00 mm, occupying 64.52 % of the whole regions; Precipitation during rice jointing-booting stage was in range of 54.00-74.00 mm, occupying 41.42 % of the whole regions; Precipitation during grain filling period was in range of 56. 00-71.00 mm, occupying 56.42 % of the whole region. Partial correlation analysis indicated that there was significant negative correlation between yields of rice Fengyou 9339 and precipitation during jointing-booting stage in Zhejiang province, so the great attention should be paid to water management in the paddy fields during jointing-booting stage,prolonging the root and leaf functional period.

Geostatistics; Hybrid late indica rice Fengyou 9339; Yield; Precipitation; GIS

1001-4829(2016)10-2263-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.10.002

2015-11-12

浙江省科技廳公益性技術應用研究計劃項目(2013C 32020)

陳海生(1965-)，男，浙江臨海人，博士后，副教授，主要從事地理信息系統研究，E-mail：haishch@126.com，*為通訊作者：楊玉泉(1980-)，男，黑龍江人，碩士，講師，從事生態學研究，E-mail：2014yyq@sina.com。

S511.41

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