摘 要:水稻是我國(guó)的重要糧食作物,在農(nóng)業(yè)市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。日益增長(zhǎng)的人口數(shù)量和糧食需求量與總產(chǎn)量之間的矛盾,使得糧食危機(jī)愈發(fā)嚴(yán)重。在過(guò)去的幾十年里,我國(guó)糧食總產(chǎn)量有了大幅度提升,饑餓人口顯著降低,但世界上仍有很大部分人口不能獲得必需的糧食,這些都為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)帶來(lái)了巨大壓力。與此同時(shí),農(nóng)耕面積的減少,水資源短缺、氣候條件多變等現(xiàn)象也給糧食增產(chǎn)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。對(duì)此,通過(guò)研究氣象條件與水稻種植區(qū)劃之間的關(guān)系,揭示潛在分布與氣候的適應(yīng)性具有重要意義,能夠?yàn)閮?yōu)化水稻種植布局,改進(jìn)栽培與管理制度,科學(xué)應(yīng)對(duì)惡劣氣候變化提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)氣象;水稻;種植條件
中圖分類(lèi)號(hào):S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A DOI:10.19754/j.nyyjs.20191030064
引言
農(nóng)業(yè)氣象條件主要是指水稻種植所需要的氣候資源,能夠?yàn)槠涮峁┍匾奈镔|(zhì)和能量等條件,例如光照、溫濕度、降水、空氣等氣象因子的數(shù)量或強(qiáng)度及其組合。具有年日周期的循環(huán)性、時(shí)空變化的不穩(wěn)定性、反復(fù)性以及多變性。不僅制約了某個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)類(lèi)型,對(duì)于生產(chǎn)能力也有較大的影響。
1 農(nóng)業(yè)氣象條件與水稻種植區(qū)劃研究現(xiàn)狀
我國(guó)是人口大國(guó),也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)。自20世紀(jì)70年代以來(lái),國(guó)內(nèi)糧食總產(chǎn)量便不斷上漲,實(shí)現(xiàn)了主要糧食供給從長(zhǎng)期短缺→大體總量平衡→豐年有余的歷史性轉(zhuǎn)變,僅由少數(shù)的農(nóng)耕面積便養(yǎng)活了世界30%的人口,深受其他國(guó)家的重視。然而,全球糧食總增長(zhǎng)面積與人口需求極不對(duì)應(yīng),特別是非洲地區(qū),受氣候條件的影響,糧食資源非常貧乏。糧食作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家實(shí)力提升、人民和諧生存的基礎(chǔ),不僅關(guān)系著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的獨(dú)立性和安全性,更關(guān)系到小康社會(huì)的實(shí)現(xiàn),隨著我國(guó)人口數(shù)量的不斷增長(zhǎng),社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的日益提升,營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)不斷改善,人均糧食消費(fèi)水平將進(jìn)一步提升,解決糧食問(wèn)題仍然是頭等大事。
農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃是把不同地區(qū)與農(nóng)業(yè)相關(guān)的氣候資源條件作為依據(jù),結(jié)合作物栽培與成長(zhǎng)所需的農(nóng)業(yè)氣象,分析有利于當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物生長(zhǎng)的氣候資源,并劃分適宜區(qū),能夠較為合理地安排水稻種植、改進(jìn)耕作制度,提高氣象資源利用率,為促進(jìn)作物增產(chǎn)提供條件?,F(xiàn)階段,農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)正朝著高質(zhì)高產(chǎn)、高效低耗的轉(zhuǎn)變改革,雖然成功轉(zhuǎn)化了一些科研成果,在一定程度上提高了生產(chǎn)效益,但大多數(shù)地區(qū)由于缺乏專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)和技術(shù)指導(dǎo),減產(chǎn)情況仍然無(wú)法得到有效改善,經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。為了解決這一現(xiàn)狀,科學(xué)家對(duì)作物的生長(zhǎng)特性和氣象因子作出了適宜性研究。如美國(guó)農(nóng)業(yè)部在20世紀(jì)實(shí)行的調(diào)查計(jì)劃,通過(guò)設(shè)定非監(jiān)督的分類(lèi)程序,再借助遙感技術(shù)檢測(cè)有關(guān)作物生長(zhǎng)的地理環(huán)境、氣候資源分布狀況等,為農(nóng)業(yè)科研提供幫助,這個(gè)項(xiàng)目便是農(nóng)業(yè)資源的航天遙感器。
MokheleE.M.團(tuán)隊(duì)基于經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度對(duì)非洲等干旱地區(qū)的作物生長(zhǎng)環(huán)境進(jìn)行了適宜性區(qū)劃研究;SkopE團(tuán)隊(duì)則基于經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的共同作用分析了作物生長(zhǎng)特性,并作了有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃;RadR.B.團(tuán)隊(duì)改變了傳統(tǒng)的適宜性區(qū)劃模式,引入了GIS系統(tǒng),使得區(qū)劃結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確和精細(xì);BulagakovD.S.團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了GIS對(duì)農(nóng)耕土壤退化情況的檢測(cè)效果,并對(duì)未來(lái)特定地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的分部作出預(yù)測(cè)。我國(guó)科學(xué)家李金健等人構(gòu)建了一個(gè)指標(biāo)要素空間分布模型,然后利用GIS系統(tǒng)和決策樹(shù)等方法把我國(guó)作物的生長(zhǎng)適宜區(qū)劃分為3個(gè)等級(jí)。適宜區(qū)、較適宜區(qū)和不適宜區(qū);楊麗霞等人分析了某種作物在栽培、發(fā)育和生長(zhǎng)過(guò)程中所需的氣候資源,并利用GIS技術(shù)進(jìn)行區(qū)劃。
縱觀農(nóng)業(yè)科研領(lǐng)域,大多為作物種植區(qū)劃研究。當(dāng)前面臨的一大困境便是如何有效把氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)同作物的生長(zhǎng)數(shù)據(jù)聯(lián)系起來(lái),對(duì)此區(qū)劃科研成果鮮有報(bào)道。要深入探索適宜種植區(qū)對(duì)水稻生長(zhǎng)所需的氣象資源供給,結(jié)合氣象因子的特性進(jìn)行研究,為實(shí)現(xiàn)水稻增產(chǎn)和提質(zhì)提供必要的依據(jù)。
2 水稻的適宜種植條件
水稻栽培已經(jīng)有大約6500a的歷史,在國(guó)內(nèi)種植范圍較廣,從南到北均有規(guī)模化水稻種植區(qū)。在我國(guó)糧食作物生產(chǎn)中,水稻播種面積達(dá)到25%,產(chǎn)量則超過(guò)50%。水稻是一種喜溫的短日照作物,類(lèi)型眾多,在不同的氣候條件下呈現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)特性。水稻種植區(qū)劃則是合理布控水稻栽培格局的關(guān)鍵。長(zhǎng)期的水稻種植與農(nóng)業(yè)氣象研究表明,凡是能夠滿(mǎn)足日平均溫度超過(guò)10℃,并且天數(shù)穩(wěn)定在110d左右,或日平均溫度超過(guò)18℃,并且天數(shù)穩(wěn)定在30d左右的地區(qū)均有利于水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。
近年來(lái),我國(guó)水稻種植區(qū)劃的依據(jù)是先用溫度條件把農(nóng)耕地劃分為可種植區(qū)和不可種植區(qū),然后再根據(jù)可種植區(qū)的水資源分布、氣候干燥指數(shù)以及稻作熟制等適應(yīng)性指標(biāo),同時(shí)結(jié)合地理位置和自然環(huán)境把可種植區(qū)劃分為6個(gè)水稻1級(jí)氣候生態(tài)帶、22個(gè)2級(jí)區(qū)。6個(gè)水稻1級(jí)氣候生態(tài)帶為東北半濕潤(rùn)單季早粳稻帶,西北干旱、熟制單季早粳、中粳帶,華北半濕潤(rùn)、熟2熟單季中粳中秈帶,西南濕潤(rùn)2熟3熟單季雙季稻帶,華中濕潤(rùn)2熟3熟單季雙季稻帶,華南濕潤(rùn)3熟2熟雙季稻帶。大興安嶺、阿爾泰高原高山區(qū)則為不可種植區(qū),需要明確的是,受全球氣候變暖的影響,我國(guó)多地出現(xiàn)干旱少雨情況,淡水資源急劇缺乏,水稻生產(chǎn)不斷受阻,部分地區(qū)已不再適合傳統(tǒng)水稻品種的栽培,這就需要相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)一步研究分析。
3 氣象條件與水稻種植區(qū)劃之間的關(guān)系
通過(guò)對(duì)各水稻適宜種植區(qū)的氣象資料和地理環(huán)境資源等進(jìn)行分析,收集多個(gè)氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)記錄,記錄包含年、月、日3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的日照強(qiáng)度、平均氣溫、最高和最低氣溫、降水等信息。地理環(huán)境資源則包括區(qū)劃的界線(xiàn)、站點(diǎn)海拔等信息。
3.1 光照資源
太陽(yáng)是地球上所有生物生長(zhǎng)、發(fā)育和其他各項(xiàng)生命活動(dòng)的重要能源,植物可以通過(guò)光合作用制造有機(jī)物,供自身需求。水稻作為喜光作物,對(duì)光照的需求量極高,一般在生育期的光照要達(dá)到1500h,有利于積累干物質(zhì)。綜合我國(guó)的光照資源分布狀況,平均日照時(shí)數(shù)為232.5h,一年中日照強(qiáng)度最高集中在8月,平均可達(dá)到306.4h;2月日照強(qiáng)度最低,平均為213.2h。年平均日照百分率為62.4%,8月日照百分率達(dá)到最高,為65.7%,6月最低,僅為35.8%。
3.2 熱量資源
溫度對(duì)于水稻品種的確定具有決定性作用,主要影響水稻發(fā)育期,與產(chǎn)量和品質(zhì)有著密切關(guān)聯(lián)。在水稻分蘗前期,最適宜溫度為15~35℃,在此區(qū)間溫度越高,水稻有效分蘗數(shù)也越多,總產(chǎn)量將提高。分蘗期之后,最適宜溫度則要控制在25~30℃,低于或高于此溫度,都將形成較多無(wú)效分蘗,降低產(chǎn)量。我國(guó)多處溫帶季風(fēng)氣候區(qū),日平均溫度高于0℃的活動(dòng)積溫達(dá)到7530℃,冬季氣候在冷流的作用下寒冷干燥,夏季炎熱降雨量豐富。冬夏季風(fēng)交替的春秋2個(gè)季節(jié)的氣溫比較適宜,多為晴雨多變。冬季氣溫普遍較低,南熱北冷,溫差較大,最大可超過(guò)50℃。主要是因?yàn)槎咎?yáng)直射南半球,北半球獲得的太陽(yáng)熱量少;冬季盛行冬季風(fēng),夏季大多數(shù)地區(qū)(青藏高原除外)普遍為高溫,南北溫差不大。主要是因?yàn)橄募咎?yáng)直射北半球,熱量較多,白晝時(shí)間長(zhǎng),減緩了南北接受太陽(yáng)光熱的差異。
3.3 降水資源
據(jù)觀測(cè),水稻在生育期的最適需水量為600~900mm,不同階段的水量都會(huì)影響到水稻的生產(chǎn)總量和品種。我國(guó)年降水量的空間分布為由東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。由于我國(guó)東南部臨海,西北深入至大陸內(nèi)部,使得水分循環(huán)自東南沿海向西北內(nèi)陸遞減。降水的季節(jié)性變化使得各地降水量分布不均,大多數(shù)地區(qū)降水集中在5—10月份,一般占據(jù)全年的85%。南方雨季開(kāi)始早結(jié)束晚,北方雨季開(kāi)始晚結(jié)束早。因此水稻種植的主要時(shí)期為5—10月,此間地區(qū)降水量平均為780mm,能夠?yàn)樗镜纳L(zhǎng)提供必要條件。
研究表明:在適宜溫度范圍內(nèi),水稻的發(fā)芽率同溫度呈現(xiàn)正比關(guān)系,溫度越高則其生長(zhǎng)勢(shì)能越好。水稻種子的發(fā)芽最適宜溫度為16~35℃,秧苗生長(zhǎng)的適宜溫度為20~32℃,種子發(fā)芽期遇到低溫則會(huì)延緩出芽,甚至造成爛秧現(xiàn)象,降低了水稻的成活率。我國(guó)6月上旬的平均氣溫為23~23.5℃,南部地區(qū)同北部、中部地區(qū)相比溫度要高,平均溫度為23~23.9℃,與水稻發(fā)芽期和生長(zhǎng)期的最適溫度相符合。南部地區(qū)相較于中北部地區(qū)而言更能促進(jìn)種子的發(fā)芽,北部地區(qū)的插秧時(shí)間更晚,也能保證水稻對(duì)溫度的要求。夏末秋初的低溫冷害類(lèi)似陰雨天氣,總體上呈現(xiàn)出南低北高的態(tài)勢(shì)。此時(shí)期是水稻灌漿成熟的重要階段,一旦發(fā)生低溫冷害,將導(dǎo)致大面積的水稻減產(chǎn)。
4 結(jié)論
總體而言,我國(guó)南部地區(qū)特殊的氣候條件和地理環(huán)境更有利于水稻的生長(zhǎng)發(fā)育,但也容易受旱澇、高溫?zé)岷Α⒌蜏乩浜Φ葰庀鬄?zāi)害的不良影響,并且沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)也會(huì)給水稻帶來(lái)較大損害。對(duì)此,水稻種植者要根據(jù)水稻區(qū)劃的氣象特征合理規(guī)避氣象災(zāi)害,降低負(fù)面作用,使水稻安全度過(guò)發(fā)育期。
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作者簡(jiǎn)介:
周丹(1985-),女,助工。研究方向:大氣科學(xué)。