達(dá)州小麥氣候風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃

何希望 張利平 鄭文全 覃紹彬 伍文玲

摘要：在小麥氣候適宜度基礎(chǔ)上，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)度模型，對(duì)達(dá)州小麥的氣候風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明，近幾十年來(lái)，達(dá)州氣溫和降水以及小麥氣候風(fēng)險(xiǎn)度變化不大，趨勢(shì)較為平穩(wěn);日照風(fēng)險(xiǎn)度偏高，變幅較大且有增加趨勢(shì);小麥全生育期的日照風(fēng)險(xiǎn)度最高，但對(duì)產(chǎn)量影響不顯著，降水風(fēng)險(xiǎn)度次之，但對(duì)產(chǎn)量影響明顯，氣溫風(fēng)險(xiǎn)度維持在較低水平且有下降趨勢(shì)。因此，在生產(chǎn)中可通過(guò)合理安排種植制度和種植區(qū)域，選擇耐濕且對(duì)日照不敏感的品種、采取合適的農(nóng)技措施，調(diào)控水分、改善田間通光條件，從而規(guī)避小麥種植氣候風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：氣候風(fēng)險(xiǎn)度;區(qū)劃;小麥;達(dá)州

中圖分類號(hào)：S16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.19754/j.nyyjs.20200815044

收稿日期：2020-07-02

作者簡(jiǎn)介：何希望（1987-），男，本科，助理工程師。研究方向：農(nóng)業(yè)氣象和公共氣象服務(wù)。

引言

針對(duì)氣候因子對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響國(guó)內(nèi)外已經(jīng)做過(guò)大量研究工作，這些研究[3-5]主要側(cè)重于作物產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)分析、作物生理生態(tài)模擬及作物響應(yīng)全球氣候變化的試驗(yàn)研究等方面。根據(jù)作物生理氣候需求曲線和研究區(qū)域的氣候特點(diǎn)，確定小麥各生育期參數(shù)值，應(yīng)用生態(tài)適宜性理論，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)度模型，研究歷年平均氣候條件下作物生長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)度和氣候變化對(duì)小麥農(nóng)業(yè)生態(tài)的影響，并對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)度區(qū)劃，以期為本地區(qū)農(nóng)業(yè)的種植制度調(diào)控提供重要的參考。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川省東北部，屬中北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，主要?dú)夂蛱卣魇撬募痉置鳌⒂隉嵬荆降貧夂蛱卣髅黠@。2015年度達(dá)州小麥播種面積6.53萬(wàn)hm2，總產(chǎn)19.90萬(wàn)t，平均單產(chǎn)0.203t·hm-2，各地播種面占比見(jiàn)圖1。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

小麥生育期資料來(lái)自宣漢國(guó)家農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站1990—2016年的觀測(cè)數(shù)據(jù)（訂正）;各站點(diǎn)1961—2016年55a逐日溫度、降水量和日照時(shí)數(shù)等資料來(lái)源于四川省氣象局?jǐn)?shù)據(jù)中心，小麥播種面積和產(chǎn)量資料來(lái)源于達(dá)州市統(tǒng)計(jì)局。1∶5萬(wàn)GIS資料來(lái)源于四川省氣候中心。

1.3研究方法

1.3.1氣候風(fēng)險(xiǎn)度指標(biāo)的建立

本研究基于氣候適宜度模型構(gòu)建氣候風(fēng)險(xiǎn)度指標(biāo)。綜合考慮溫度、降水量、日照時(shí)數(shù)、氣候條件適宜度水平的高低及達(dá)州小麥生長(zhǎng)發(fā)育的實(shí)際情況，建立小麥氣候風(fēng)險(xiǎn)度指標(biāo)，其計(jì)算分別見(jiàn)公式（1）～（4）：

式中，Rt、Rr、Rs、R分別表示同一時(shí)期內(nèi)溫度風(fēng)險(xiǎn)度、降水風(fēng)險(xiǎn)度、日照風(fēng)險(xiǎn)度和氣候風(fēng)險(xiǎn)度;At、Ar、As、A分別表示同一時(shí)期內(nèi)溫度適宜度、降水適宜度、日照適宜度和氣候適宜度的標(biāo)準(zhǔn)差;St、Sr、Ss、S分別表示某一時(shí)期內(nèi)的平均溫度適宜度、降水適宜度、日照適宜度和氣候適宜度。

1.3.2氣候適宜度模型的建立

根據(jù)黃璜等[6，7]的研究，結(jié)合達(dá)州實(shí)際情況，以旬為時(shí)間單位，建立溫度、降水和日照時(shí)數(shù)的適宜度模型，分別見(jiàn)公式（5）～（7）：

式中，St、Sr、Ss分別為小麥生育期間溫度、降水、日照時(shí)數(shù)的適宜度;T、R、Sun為溫度、降水量和日照時(shí)數(shù)的觀測(cè)值;Tmin、Tmax、T0分別為小麥在該時(shí)段內(nèi)的下限平均溫度、上限平均溫度和最適宜平均溫度。

R0為小麥旬需水量。一般而言，達(dá)州小麥濕害偏重，特別是播種-出苗期和成熟期，存在“兩頭濕、中間干”的氣候特點(diǎn)十分明顯。因此，認(rèn)為此2個(gè)時(shí)期的旬降水少于適宜旬平均降水量時(shí)，降水處于適宜狀態(tài)，取值1。

Sun0為可照時(shí)數(shù)（單位為日）的50%，b為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)（b=0.538Sun+0.013）。受山地自然遮擋和冬半年云霧天氣較多等因素影響，達(dá)州日照條件較差，年日照百分率只有30%左右，且冬半年不足20%。按原日照模型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，指數(shù)結(jié)果出現(xiàn)極化，因此，將50%的日照百分率作為臨界點(diǎn)，認(rèn)為當(dāng)日照百分率達(dá)到50%以上時(shí)，達(dá)州小麥對(duì)光照條件的反應(yīng)達(dá)到適宜狀態(tài)，取值1。

各生育期權(quán)重采用專家打分法與層次分析法綜合確定，各旬及全生育期氣候適宜度的采用幾何平均法進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)公式（8）：

式中，S為某發(fā)育期光溫水綜合適宜度。

1.3.3傾向率

傾向率表示氣候因子的變化趨勢(shì)，以下式計(jì)算：

式中，Xi是某一氣候因子;ti是時(shí)間;n是樣本數(shù)量;a是常數(shù);b是一元回歸系數(shù)。

1.3.4風(fēng)險(xiǎn)度與產(chǎn)量的相關(guān)性檢驗(yàn)

將小麥產(chǎn)量分解為趨勢(shì)產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量，誤差一般忽略不計(jì)，然后計(jì)算相對(duì)氣象產(chǎn)量，用最小二乘法計(jì)算相對(duì)氣象產(chǎn)量和風(fēng)險(xiǎn)度的相關(guān)系數(shù)，進(jìn)行兩者間的相關(guān)性檢驗(yàn)。

式中，y、yt、yq、ys、ε分別表示小麥的實(shí)際產(chǎn)量、趨勢(shì)產(chǎn)量、氣象產(chǎn)量、相對(duì)產(chǎn)量和誤差，趨勢(shì)產(chǎn)量用5a滑動(dòng)平均法計(jì)算。

1.3.5區(qū)劃方法

氣候要素與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度、緯度、海拔等地理因子的關(guān)系模型可表示為：

式中，Y為生態(tài)氣候要素，φ、λ和h分別代表緯度、經(jīng)度和海拔高度等地理因子，函數(shù)f（φ，λ，h）為區(qū)劃指標(biāo)的方程表達(dá)式，ε為殘差，即：

利用達(dá)州、巴中和廣元3市15個(gè)氣象站的氣候觀測(cè)資料（因變量）與對(duì)應(yīng)的經(jīng)度、緯度和海拔高度等地理信息數(shù)據(jù)（自變量），計(jì)算各站的氣候風(fēng)險(xiǎn)度并建立空間線性模型（參數(shù)見(jiàn)表1），運(yùn)用Arcgis10進(jìn)行空間分析，殘差ε采用反距離插值法進(jìn)行空間內(nèi)插。

1.3.6統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)與圖形處理與分析。

2結(jié)果與分析

本研究用5a滑動(dòng)平均法進(jìn)行趨勢(shì)分析。由圖2可知，近50a來(lái)達(dá)州各地小麥氣候風(fēng)險(xiǎn)度變化較大，受各地小氣候變化差異影響，北部明顯高于南部，但變化趨勢(shì)基本一致。本文以種植面積最大的渠縣為例，對(duì)達(dá)州小麥氣候風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行描述。