劉洪英，鮮鐵軍，李 睿，劉 科

(南充市氣象局，四川南充 637000)

南充市位于四川省東北部丘陵地區(qū)，水稻常年種植面積14.7萬hm2，稻谷產(chǎn)量119萬t，均位居全省前列[1]。大量研究表明，作物產(chǎn)量與氣象條件關(guān)系密切，每個(gè)生育時(shí)期都要求有相應(yīng)的氣象條件配合，才能正常完成各個(gè)生育過程并達(dá)到一定的生長(zhǎng)率水平。當(dāng)氣象條件不能滿足時(shí)，就會(huì)阻礙生育進(jìn)程，引起減產(chǎn)[2-5]?；跉庀笠蜃咏⒆魑锂a(chǎn)量統(tǒng)計(jì)模型，及時(shí)預(yù)報(bào)產(chǎn)量可以有效預(yù)防氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[6-7]。本研究統(tǒng)計(jì)了南充市1989—2018年5—8月旬平均氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)，分析了各氣象因子與水稻產(chǎn)量的相關(guān)性，建立了基于氣象因子的水稻產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型，并進(jìn)行了回代和預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。該研究對(duì)于充分合理利用氣象資源、防御氣象災(zāi)害和預(yù)報(bào)糧食產(chǎn)量具有重要意義。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)主要包括1989—2018年5—8月旬平均氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)。產(chǎn)量數(shù)據(jù)包括1989—2018年觀測(cè)統(tǒng)計(jì)水稻單產(chǎn)，所有數(shù)據(jù)均來自南充市高坪國(guó)家基本氣象站。

1.2 研究方法

將1989—2018年水稻實(shí)際單產(chǎn)數(shù)據(jù)按照時(shí)間順序排列，采用最小二乘法估算趨勢(shì)產(chǎn)量，利用實(shí)際產(chǎn)量減去趨勢(shì)產(chǎn)量，分離出氣象產(chǎn)量[8-9]。分析氣象產(chǎn)量和氣象因子的相關(guān)性，篩選與水稻氣象產(chǎn)量顯著相關(guān)的關(guān)鍵因子。基于氣象因子采用多元線性回歸方法，建立水稻氣象產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻氣象產(chǎn)量

首先使用最小二乘法，估算1989—2018年南充市水稻的趨勢(shì)產(chǎn)量(圖1)。趨勢(shì)產(chǎn)量表現(xiàn)出顯著的正趨勢(shì)，也就是趨勢(shì)產(chǎn)量逐年顯著上升。如果以年份為自變量，估算的趨勢(shì)產(chǎn)量滿足以下關(guān)系

Y1=35.828X-64 313。

(1)

其中，X為年份，Y1為由最小二乘法估算的趨勢(shì)產(chǎn)量。

從實(shí)際產(chǎn)量分離出了趨勢(shì)產(chǎn)量，得到氣象產(chǎn)量(圖1)。結(jié)果表明，氣象產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量的變化趨勢(shì)基本一致，呈先降低后逐年升高的趨勢(shì)。其中，2000年至2004年期間，水稻產(chǎn)量呈顯著下降趨勢(shì)，相較于2000年以前減產(chǎn)10%以上，這是由于這期間降水較多，無高溫天氣等促使稻飛虱大量繁殖。之后隨著大量新品種、新技術(shù)的推廣，南充水稻產(chǎn)量開始呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，但受氣象因素影響，實(shí)際產(chǎn)量在總體上漲的同時(shí)在某些年份會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)性增減產(chǎn)。

圖1 1989—2018年南充水稻產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化

2.2 水稻生育期

對(duì)南充水稻生育期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表1)，結(jié)果表明，一般南充水稻播種時(shí)間為3月底，5月上旬移栽，8月下旬成熟。從人工栽插播種期至抽穗期需要82 d，從抽穗期至成熟期需要51 d，全生育期為153 d。

2.3 影響水稻產(chǎn)量的氣象因子

由于南充水稻一般在5月上旬開始移栽，選取5月上旬—8月下旬的旬平均氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)，以旬為單位分析氣象產(chǎn)量和每旬的氣象因子的相關(guān)性[10-11]，篩選影響氣象產(chǎn)量的旬氣象因子。結(jié)果表明(表2)，5月下旬降水量、6月中旬平均氣溫、7月下旬日照時(shí)數(shù)，8月中旬降水量、日照時(shí)數(shù)與水稻氣象產(chǎn)量相關(guān)性較高且通過顯著性檢驗(yàn)。由此可見，水稻返青期主要受降水量的影響，降水多，雨熱條件有利于水稻返青分蘗。水稻拔節(jié)及孕穗期主要平均氣溫影響，水稻開花期主要受日照時(shí)數(shù)和降水量影響。

表1 南充水稻生育期關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

表2 氣象產(chǎn)量與氣象因子的相關(guān)性

2.4 年水稻產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)模型

選取影響水稻產(chǎn)量的氣象因子，即6月中旬平均溫度(X1)、5月下旬平均降水量(X2)、8月中旬平均降水量(X3)、7月下旬日照時(shí)數(shù)(X4)、8月中旬日照時(shí)數(shù)(X5)作為自變量，水稻氣象產(chǎn)量(Y2)作為因變量，采用線性回歸分析方法，建立氣象產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)模型

Y2=-1 545.93+53.98X1-5.61X2-1.01X3+2.71X4+5.11X5。

(2)

將氣象產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)模型(公式(2))與估算的趨勢(shì)產(chǎn)量(公式(1))疊加，即可得到水稻實(shí)際產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型

Y=-65 858.934+35.828X+53.98X1-5.61X2-1.01X3+2.71X4+5.11X5。

(3)

其中Y為模型估算的水稻總產(chǎn)量，X為選定年份，Xi(i=1，2，…，5)為影響水稻產(chǎn)量的5個(gè)氣象因子。

將模式模擬的產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量對(duì)比進(jìn)行回代檢驗(yàn)，得到平均準(zhǔn)確度為95.4%。同理將2019年度的相關(guān)數(shù)據(jù)代入模型，通過計(jì)算得出2019年水稻預(yù)報(bào)產(chǎn)量，與實(shí)際產(chǎn)量對(duì)比預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度為91.2%。由此可見，構(gòu)建的水稻產(chǎn)量預(yù)報(bào)模型具有較高的準(zhǔn)確度，在氣象為農(nóng)服務(wù)中具有一定實(shí)用價(jià)值。

3 結(jié)論與討論

(1)通過對(duì)南充水稻氣象產(chǎn)量與生育期氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，篩選確定5月下旬降水量、6月中旬平均溫度、7月中旬日照時(shí)數(shù)、8月中旬日照時(shí)數(shù)和8月中旬降水量5個(gè)影響水稻產(chǎn)量的氣象因子，真實(shí)反映了水稻在生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)光、溫、水的需求。5月是水稻移栽期，雨熱條件多有利于水稻正常生長(zhǎng)。6—7月是水稻分蘗和拔節(jié)孕穗前期，充足的日照及水分有利于提高穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率。7月中旬—8月中旬正值水稻抽穗和揚(yáng)花—灌漿期，是水稻產(chǎn)量形成的關(guān)鍵階段，長(zhǎng)日照使花粉活力增強(qiáng)，有利于授粉結(jié)實(shí)增加穗粒數(shù)，從而提高稻谷產(chǎn)量。

(2)基于影響水稻產(chǎn)量的5個(gè)氣象因子，建立水稻產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型，產(chǎn)量模擬準(zhǔn)確度高，回代檢驗(yàn)準(zhǔn)確度平均達(dá)95.4%，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度為91.2%，基本上可以滿足業(yè)務(wù)服務(wù)的需要。水稻具體產(chǎn)量還與不同品種特性、栽培措施等其他因素密切相關(guān)，預(yù)測(cè)模型實(shí)際運(yùn)用時(shí)還應(yīng)該結(jié)合其他預(yù)報(bào)方法，對(duì)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。