湖北省水稻種植布局精細化氣候區劃

摘要：利用湖北省76個氣象站1981-2010年氣候資料和1∶100萬DEM數字高程模型，采用回歸克里金插值法分別對穩定通過10 ℃活動積溫、水稻生長期長度、安全生育期天數等區劃指標進行了細網格推算，綜合考慮區劃指標等級評分對湖北省水稻種植布局進行了精細區劃。區劃結果顯示湖北省除局部高山地區外，大部分地區熱量條件可滿足一季中稻種植，三峽河谷、鄂西南東部低山丘陵區、江漢平原及鄂東沿江平原可種植一季早熟秈稻和一季早中熟晚秈稻，與當前實際種植范圍相比，雙季稻的種植北界尚有北移的空間，考慮早秈+晚粳以及單季稻改雙季稻的種植模式，雙季稻的種植范圍仍具有較大的擴展潛力。區劃結果對湖北省水稻種植規劃及布局調整具有重要指導意義。

關鍵詞：水稻；精細化氣候區劃；湖北省；種植布局

中圖分類號：S511；S162.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）16-4150-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.019

湖北省地處中緯度亞熱帶季風氣候區，氣候溫和，光照充足，雨量充沛，境內江河縱橫，水庫眾多，水稻生產條件得天獨厚，在全國占有重要的地位。但境內地形環境復雜，氣候差異明顯，農作物適宜種植區域有限。湖北省屬華中單、雙季稻作帶，新中國成立以來，水稻田面積一直穩定在160萬hm2以上，年際波動較小，但單、雙季稻的種植比例起伏大，20世紀50年代雙季稻種植面積僅為單季稻的1/10，20世紀50年代末雙季稻種植面積迅速擴大，至20世紀70年代末發展為單季稻的1.5倍，隨后又逐漸回落，目前雙季稻的種植面積約為單季稻的1/3，但這一比例正在逐年縮小[1]。在耕地面積有限的情況下，合理安排單雙季稻種植比例，提高復種指數，有利于提高單位面積產量，從而獲得較高的糧食總產量。新中國成立以來，湖北省水稻種植面積屢經起伏，但主要是受農業政策及勞動力因素的影響，而對氣候適宜性的考慮較少，如20世紀70年代雙季稻曾一度擴展到120萬hm2，但并沒有獲得預期的增產效益，氣候條件是主要限制因子之一。

當前，隨著人口增長和人民生活質量的提高，對糧食總產量和品質的需求日趨增長，水稻種植結構調整（壓縮單季稻，恢復發展雙季稻）以及品質改善（秈稻改粳稻）再次成為改革和發展的熱點，受到了廣泛關注。與此同時，當前農業氣候資源和農業生產技術較以往也有了顯著改變，為此，開展水稻種植布局優化和品種合理搭配的區劃研究具有重要的現實意義[2-6]。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象資料由湖北省氣象信息與技術保障中心提供，包括1981-2010年湖北省76個氣象站逐日平均氣溫觀測資料及站點信息；基礎地理信息數據來自國家基礎地理信息中心，比例尺為1∶100萬。分縣水稻種植面積、單產數據來自于歷年湖北省農村統計年鑒，時間范圍為1981-2013年。

1.2 區劃方法

生產實踐和研究表明，熱量條件是制約湖北省水稻品種布局和稻作制度的關鍵因子，結合前人對水稻氣候區劃指標的研究成果[7-11]，選擇穩定通過10 ℃活動積溫、水稻生長期長度（穩定通過10～15 ℃日數）、安全生育期天數（秈稻穩定通過10～22 ℃日數，粳稻穩定通過10～20 ℃日數）等3個影響水稻種植布局的關鍵氣候因子作為水稻種植布局氣候區劃指標，通過對區劃指標因子進行分級打分（表1），然后對各項區劃分級指標分數值進行累加，根據總分數的大小，并結合考慮必須同時滿足的各項區劃等級指標，綜合確定如下氣候適宜性等級：不適宜種植區（綜合得分<3）、早熟中稻適宜區（3≤綜合得分<6）、中熟中稻適宜區（6≤綜合得分<9）、遲熟中稻適宜區（9≤綜合得分<12）、再生稻適宜區（12≤綜合得分<15）、早熟早秈+早熟晚秈（粳）稻適宜區（15≤綜合得分<18）、早熟早秈+中熟晚秈（粳）稻適宜區（18≤綜合得分<21）、早熟早秈+遲熟晚秈（粳）稻適宜區（綜合得分≥21）。

利用湖北省76個氣象觀測站1981-2010年逐日平均氣溫觀測資料，計算各站點80%保證率下穩定通過10 ℃日數、10 ℃活動積溫，穩定通過10～15、10～20、10～22 ℃日數等區劃指標因子，結合湖北省1∶100萬DEM高程數據推算到1 km×1 km精細網格。依據上述區劃指標分級及打分標準，計算細網格的氣候適宜性等級，通過疊加縣級行政邊界、裁剪、添加圖例、比例尺等，制作出水稻種植布局精細化氣候區劃專題圖。

1.3 區劃指標細網格推算

湖北省境內地形起伏大，氣候的空間差異和垂直梯度差異顯著。利用1∶100萬DEM高程數據提取1 km×1 km格點的經度、緯度、海拔高度、坡度和坡向等地理要素，對76個氣象站點的區劃指標與對應的站點地理因子進行主成分回歸，并與回歸直線截距相加產生細網格的區劃指標，同時對回歸多項式的殘差運用普通克立金法進行空間插值，將殘差的插值結果與細網格的區劃指標值相加得到最終的精細化區劃指標。插值過程通過R語言實現。

2 區劃結果與分析

2.1 區劃結果

由于湖北省目前仍以秈稻種植為主，以秈稻氣候適宜區劃指標為依據制作湖北省水稻種植布局區劃，結果見圖1。由圖1可知，除鄂西局部高山地區外，湖北省大部分地區熱量條件均可滿足水稻種植。其中，鄂西中低山區熱量條件僅能滿足種植早中熟一季中稻品種，鄂北崗地、鄂中丘陵北部及鄂東北低山丘陵區可種植遲熟一季中稻或再生稻，三峽河谷、鄂西南東部低山丘陵區、江漢平原及鄂東沿江平原可種植雙季稻，但大部雙季稻適宜區熱量條件僅適合種植兩季早熟秈稻品種，僅三峽河谷及鄂東沿江平原的洪湖、嘉魚、赤壁、咸寧、鄂州、大冶、黃石、陽新、浠水、黃梅等部分地區可種植中熟品種，由于湖北省早稻生育后期易遭遇高溫逼熟，同時晚稻生育后期易遭受寒露風危害，因此，早中熟雙季稻產區的品種搭配應以早熟早稻和早中熟晚稻搭配為宜。

2.2 布局調整潛力分析

利用1981-2013年湖北省分縣水稻種植面積統計資料，繪制湖北省水稻實際種植布局，結果見圖2。由圖2可知，一季中稻的實際種植范圍遍及湖北省所有縣市，其中種植面積較大的縣市主要集中在江漢平原、鄂中丘陵及鄂北崗地，雙季稻種植區域主要集中在江漢平原中東部及鄂東沿江平原，基本接近雙季稻的潛在適宜區域（圖1），其中鄂西南東部的宜都、枝江、當陽及鄂中丘陵的荊門、鐘祥局部仍有發展潛力。由于湖北省目前主要以秈稻品種種植為主，雙季晚稻后期寒露風風險是制約雙季稻發展的主要因素之一，而粳稻品種耐低溫能力較秈稻強，若改種晚粳稻品種有利于提高氣候資源的利用程度，雙季稻的適宜種植范圍也將進一步擴大。以穩定通過10～20 ℃日數作為粳稻的安全生育期天數指標，對早秈+晚粳的種植布局重新進行區劃，結果見圖3。與圖1相比，雙季稻的種植北界明顯北移，鄂北的老河口、襄陽、隨州、廣水、大悟、紅安等縣市均適宜早熟早秈+早熟晚粳的種植。

2.3 限制因子分析

除熱量條件外，水資源、土壤、氣象災害風險、勞動力及政策等也是影響水稻種植布局的主要因素。利用1981-2013年湖北省分縣水稻單產統計資料繪制湖北省水稻實際單產空間格局，結果見圖4，由圖4可知，湖北省一季中稻的高產區位于鄂中丘陵、鄂北崗地及江漢平原地區，鄂西山區及鄂東南低山丘陵區平均單產相對較低，鄂東沿江平原地區居中，雙季稻的高產區域主要位于江漢平原，低產區域位于鄂東北及鄂東南低山丘陵地區。從氣候條件上，鄂西山區熱量資源不足是水稻生產潛力偏低的主要原因；鄂中丘陵和鄂北崗地降水量相對匱乏，但水稻生產潛力較高，主要得益于較好的水利灌溉設施，及相對豐富的光能資源，同時相對于中南部地區氣溫偏低，有利于延長作物生長發育時間，抽穗揚花期遭遇高溫熱害的風險也較低，從而獲得較高的經濟產量；而鄂東平原地區熱量資源和降水量較為豐富，但氣候生產潛力不高，主要原因是該區域處于大別山和幕阜山的迎風坡，水稻生長季洪澇災害較為突出[12，13]。相對于單季稻，雙季稻生產對水源的要求較高，中北部降水資源偏少是制約雙季稻種植的主要限制因子，此外，晚稻寒露風風險較高也是北部地區水稻產量波動大、平均產量相對偏低的原因之一。

3 討論

在全球氣候變暖背景下，湖北省水稻生長季熱量資源及生育期長度已經發生了明顯變化[14，15]，利用近30年最新氣候資料，結合數字高程模型，對湖北省水稻種植布局進行精細化氣候區劃，與當前實際種植布局相比，雙季稻的種植范圍以及秈稻改種粳稻后的種植面積仍有較大的擴大潛力，區劃結果為有效增加糧食作物面積、挖掘耕地和氣候資源利用潛力、促進糧食增產提供了科學依據。

目前，湖北省水稻種植以一季稻為主，與鄰近省份相比，雙季稻的種植比例偏低，研究和實踐表明，一季稻對熱量資源利用程度不高，同時，其抽穗揚花期通常在7月下旬至8月中旬，正值盛夏高溫時段，高溫熱害的風險較高，因此，改種雙季稻是水稻生產合理發展的客觀需求。隨著工廠化育秧及直播、拋秧等輕型栽培技術的發展，有效降低了勞動力需求和生產成本，制約雙季稻發展的社會因素正在逐步消除，但雙季稻對水源要求高，在擴大雙季稻種植的同時要加強農田水利建設，對連年出現降水持續偏少的區域，要適時調整水旱作物的種植比例。

水稻不同栽培方式對氣候資源的利用程度具有一定差異[16，17]，目前區劃指標大多針對傳統的水育秧或旱育秧移栽栽培水稻，生產實踐表明，直播技術較傳統移栽方式可明顯縮短水稻生育期，而工廠化育秧較傳統育秧方式播種期有所提前，且秧齡縮短，為充分利用氣候資源，還需要進一步系統地對不同栽培方式下水稻對氣候資源的需求情況進行指標鑒定。

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