全 文 ：气候变化背景下中国农业气候资源变化峪. 江西省双
季稻各生育期热量条件变化特征*
叶摇 清1,2 摇 杨晓光1**摇 李摇 勇1,3 摇 代姝玮1 摇 肖金香2
( 1 中国农业大学资源与环境学院, 北京 100193; 2 江西农业大学园林与艺术学院, 南昌 330045; 3 贵州省气象局科技减灾
处, 贵阳 550002)
摘摇 要摇 基于江西省地面气象资料和农业气象试验站数据,分析了江西省双季稻生育期的变
化趋势,并利用生长度日(GDD)、低温度日(CDD)和高温度日(HDD)对 1981—2007 年江西
省水稻各生育期热量资源的变化趋势进行分析.结果表明:气候变暖背景下,江西省水稻生长
季平均气温、平均最低气温和平均最高气温均呈升高趋势,引起双季稻生长季缩短,其中,营
养生长期日数减少最明显,而生殖生长期延长;生长度日和高温度日均增加,低温度日减少.
研究期间,江西省双季稻有效热量资源增加,低温风险减少,但高温风险增多;江西省水稻有
效热量资源的空间变化特征表现为东北部的增幅大于西南部,南部的低温风险大于北部,中
部的高温风险最大.
关键词摇 气候变化摇 生长度日摇 低温度日摇 高温度日摇 双季稻摇 时空特征
文章编号摇 1001-9332(2011)08-2021-10摇 中图分类号摇 S162. 3摇 文献标识码摇 A
Changes of China agricultural climate resources under the background of climate change.
峪. Change characteristics of heat resources during the growth period of double cropping
rice in Jiangxi Province. YE Qing1,2, YANG Xiao鄄guang1, LI Yong1,3, DAI Shu鄄wei1, XIAO Jin鄄
xiang2 ( 1College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing
100193, China; 2College of Landscape Architecture and Art, Jiangxi Agricultural University, Nan鄄
chang 330045, China; 3Division of Technology and Disaster Reduction, Guizhou Meteorological
Bureau, Guiyang 550002, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(8): 2021-2030.
Abstract: Based on the observation data from the meteorological stations and agricultural experi鄄
mental stations in Jiangxi Province, this paper studied the change trend of the growth period of
double cropping rice in the province, and, by using the indices growing degree鄄days (GDD), cool
degree鄄days (CDD), and heat degree鄄days (HDD), the change trends of the heat resources at
each growth stage of the double cropping rice in 1981-2007 were analyzed. Under the background
of climate warming, the mean air temperature, mean minimum air temperature, mean maximum air
temperature during the growth period of the double cropping rice all had an increasing trend, lead鄄
ing to the shortening of double cropping rice growth season, with the most obvious decrease of vege鄄
tative growth phase and the prolonged reproductive growth phase. In the vegetative growth phase,
the GDD and HDD increased, while the CDD decreased. In 1981 -2007, the effective heat re鄄
sources of double cropping rice in Jiangxi Province increased, low temperature risk reduced, while
high temperature risk increased. The increment of the effective heat resources for double cropping
rice was higher in northeast Jiangxi than in southwest Jiangxi, low temperature risk was higher in
south Jiangxi than that in north Jiangxi, and high temperature risk was the highest in middle Jian鄄
gxi.
Key words: climate change; growing degree鄄days; cool degree鄄days; heat degree鄄days; double
cropping rice; spatiotemporal characteristics.
*国家重点基础研究发展计划项目(2010CB951502)和公益性行业(气象)科研专项(201106020)资助.
**通讯作者. E鄄mail: yangxg@ cau. edu. cn
2011鄄01鄄04 收稿,2011鄄05鄄12 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 8 月摇 第 22 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2011,22(8): 2021-2030
摇 摇 20 世纪以来,全球气候变化对粮食生产的影响
引起国内外的广泛关注[1-3],特别是气候变暖对世
界第二大粮食作物———水稻的影响成为学术界研究
热点. IPCC第 4 次评估报告指出,1905—2005 年全
球平均气温升高了 0郾 74 益(0郾 56 益 ~ 0郾 92 益) [4] .
影响作物生长发育的日温和夜温都有相应的升高,
1979—2003 年,全球年均日温和夜温分别升高
0郾 35 益和 1郾 13 益 [5] . 热量变化将引起水稻生育期
的变化,水稻生长季内气温每升高 1 益,全生育期日
数将平均缩短 7 ~ 8 d[6],其中,长江三角洲地区平
均气温每升高 1 益,全生育期将缩短 14 ~ 15 d[7];热
量变化也将对水稻产量产生影响. Peng 等[5]研究结
果表明,水稻产量与温度的关系密切,热带地区平均
气温每升高 1 益,水稻产量将下降 15% ;最低气温
每升高 1 益,水稻产量将下降 10% . Welch等[8]研究
认为,日均气温的升高能增加水稻产量,平均夜温的
升高却可能降低水稻产量,未来更高的夜温所引起
的产量损失将超过高日温所带来的收益,且过高的
日温将限制水稻产量形成. 水稻不同生育阶段对热
量条件的要求不一样,如双季早稻播种时要求日均
气温>10 益,双季晚稻安全齐穗期要求日均气温
>22 益,当日均气温逸30 益、日最高气温逸35 益会
引起早稻灌浆不良、籽粒品质下降[9] .
江西省属亚热带湿润季风气候区,气候温暖、光
照充足、雨量充沛、无霜期长,优越的农业气候资源
非常有利于农作物生长,是我国南方主要粮食生产
区[10] .水稻是江西省第一大粮食作物,分别占江西
省粮食作物播种面积和总产量的 85% 以上和
93% [11] . 1961—2007 年江西省年均气温上升
0郾 60 益,1984—2007 年上升了 0郾 74 益 [12] . 气候变
暖对江西省双季稻不同生育期的影响、各生育期热
量资源的分配变化趋势以及各生育期可能遭受的低
温和高温风险等是农业生产管理部门和科研人员普
遍关注的问题.
国内外学者普遍采用积温方法分析气候变化背
景下作物热量条件的变化. 由于气候变暖引起的夜
温升高比日温升高更快[8],将最高、最低气温及其
变化引入作物生长模型[13-14]来研究气候变化背景
下作物热量条件的研究较多,而气候变化对作物不
同生育期热量条件影响的报道则鲜见.度日(degree鄄
days,DD)理论普遍应用于害虫和杂草的管理[15-16]、
降温指标体系研究[17-18]等方面,DD 是作物生长热
量指标之一.本文引入并改进了 DD 系列模型来计
算江西省双季稻各生育期的生长度日 ( growing
degree鄄days, GDD)、 低温度日 ( cool degree鄄days,
CDD)、高温度日(heat degree鄄days,HDD),并分析了
其变化趋势,旨在探究气候变暖背景下江西省双季
稻热量资源有效性的变化.
1摇 数据来源与研究方法
1郾 1摇 数据来源
江西省 1961—2007 年 18 个地面气象台站(图
1)的逐日平均气温、最高气温、最低气温和日照时
数等气象数据以及江西省 1981—2006 年 14 个农业
气象试验站的水稻生育期资料来自中国气象局.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 水稻生育期的划分及界限温度的选择摇 综合
水稻栽培及不同生育期对温度要求的相关资
料[19-22],本文将水稻生育期划分为营养生长期
(vegetative phase,从播种到孕穗)、营养生长与生殖
生长并进期(vegetative and reproductive phase, 简称
并进期,从孕穗到开花)、生殖生长期( reproductive
phase,从开花到成熟)3 个阶段.
低温和高温不仅会危害水稻的营养生长,还会
引起水稻颖花不育、灌浆受阻,造成水稻空壳率和秕
谷率上升.营养生长期低于 10 益的温度会造成水稻
烂秧、死苗、返青延迟、僵苗[19-20];营养生长和生殖
生长并进期的温度低于 20 益会引起水稻孕穗开花
受阻、颖花不育[23];生殖生长期气温低于 15 益对灌
浆不利,导致籽粒不饱满、粒重降低,此期温度高于
35 益会阻碍水稻光合作用,导致株高、分蘖数和干
物质质量减少[19];营养生长和生殖生长并进期的温
度高于 35 益会造成水稻颖花严重不育,灌浆受阻以
图 1摇 研究区气象站点和农业气象试验站点的分布
Fig. 1摇 Distribution of the meteorological stations and agricultur鄄
al meteorology experimental stations in the study area.
2202 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
及结实率和千粒重下降[21,22-25] . 为此,本文确定水
稻营养生长期的下限温度为 10 益,上限温度为
35 益;营养生长与生殖生长并进期的下限温度为
20 益,上限温度为 35 益;生殖生长期的下限温度为
15 益,上限温度为 35 益 .
1郾 2郾 2 热量指标的确定摇 利用积温学说和有效积温
学说来评价作物生长期内热量条件的主要依据是水
稻生长发育速率随日均气温升高而加快. 目前国内
使用较多的热量指标是平均温度,实际上高于水稻
发育上限或低于水稻发育下限的那部分温度对水稻
生长发育不起促进作用[23] .为了更好地分析水稻不
同生育期高于发育上限、低于发育下限及处于两者
之间的热量条件,本文采用度日指标.度日是进行害
虫管理和衡量作物生长的基本热量单位. 本文所采
用的度日指标包括生长度日、低温度日和高温度日.
由于引用的这 3 个概念与前人所阐述的概念有所区
别,所以本文对这 3 个概念进行如下界定,并用图形
进行说明(图 2).
生长度日(GDD)是分析作物生长的一个热量
指标,有专家将其定义为高于某生育阶段的生长下
限温度的温度累积[26] . 本文认为,GDD 应是介于作
物生长上限温度与下限温度之间的温度值的累
积[27],即上限温度与下限温度之间的净效积温,因
为低温[23,28]与高温[29-30]均对作物生长不利. GDD
算式如下:
摇 GDD =
乙Tu
Tl
F(T)dT Tl > Tmin,Tu < Tmax
乙Tmax
Tl
F(T)dT Tl > Tmin,Tu 逸 Tmax
乙Tu
Tmin
F(T)dT Tmax > Tu,Tmin > Tl
乙Tmax
Tmin
F(T)dT Tl 臆 Tmin,Tu 逸 Tmax
0 Tmax 臆 Tl 或 Tmin 逸 T
ì
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u
(1)
式中:GDD为生长度日(益·d),是介于作物生长上
限温度与下限温度之间的热量累积,也称为净效积
温;T为日均气温;Tl 为下限温度;Tu 为上限温度;
Tmax为最高气温;Tmin为最低气温. 本文引用 GDD 来
衡量水稻不同生育期的积温有效性,分析气候变暖
背景下双季稻各生育期净效积温的变化趋势.
低温度日(CDD)指低于作物生长下限温度的
累积.低温累积越多,对作物的危害越大[23] .本文利
用 CDD来计算水稻不同生育期低温度日,并分析水
稻各生育期受低温危害的程度和趋势.
CDD =
乙Tl
Tmin
F(T)dT Tl > Tmin
乙Tmax
Tmin
F(T)dT Tl 逸 Tmax
0 Tl 臆 T
ì
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í
ï
ï
ï
ï
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min
(2)
式中:CDD为低温度日(益·d).
高温度日(HDD)指高于作物生长上限温度的
累积.高温可引起水稻颖花不育[30],影响灌浆过程,
造成高温逼熟,从而引起水稻产量降低[31] . 本文利
用高温度日来衡量水稻各生育期的高温累积程度,
分析江西省水稻不同生育期受高温危害的可能程度
及其变化趋势.
HDD =
乙Tmax
Tu
F(T)dT Tmax > Tu
乙Tmax
Tmin
F(T)dT Tmin 逸 Tu
0 Tmax < T
ì
î
í
ï
ï
ï
ï
ïï
u
(3)
式中:HDD为高温度日(益·d).
本文利用单正弦波方法[33]计算江西省水稻不
同生育期的 GDD、HDD和 CDD(图 2).
摇 摇 参照 Zalom等[32]的度日计算方法,得出不同情
形下度日的计算公式:
玉(Tmax>Tu,Tl>lmin):
GDD = 1仔 [(琢 - Tl)(兹2 - 兹1) + 茁(cos兹1 -
cos兹2) + (Tu - Tl)(
仔
2 - 兹2)]
HDD = 1仔 (琢 - Tu)(
仔
2 - 兹2) + 茁cos兹[ ]2
CDD = 茁 - GDD - HDD (4)
域(Tu 逸 Tmax,Tl > Tmin):
GDD = 1仔 (琢 - Tl)(
仔
2 - 兹1) + 茁cos兹[ ]1
CDD = 茁 - GDD
HDD = 0 (5)
芋(Tmax > Tu,Tmin 逸 Tl):
GDD = 1仔 [(琢 - Tl)(兹2 +
仔
2 ) + (Tu - Tl)(
仔
2 -
兹2) - 茁cos兹2]
HDD = 1仔 (琢 - Tu)(
仔
2 - 兹2) + 茁cos兹[ ]2
GDD = 0 (6)
郁(Tmax 臆 Tu,Tl 臆 Tmin):
GDD = 琢 - Tl
HDD = 0
32028 期摇 摇 摇 摇 叶摇 清等: 气候变化背景下中国农业气候资源变化峪.江西省双季稻各生育期热量条件变化特征摇
图 2摇 不同情形下水稻度日示意图
Fig. 2摇 Schematic diagram of degree鄄days of rice under different situations.
玉: Tmax>Tu, Tl>Tmin;域: Tu逸Tmax, Tl>Tmin; 芋: Tmax>Tu, Tmin逸Tl; 郁: Tmax臆Tu, Tl臆Tmin; 吁: Tu臆Tmin; 遇: Tl>Tmax 郾 Tl: 上限温度 Up鄄
per limit temperature; Tu:下限温度 Lower limit temperature; Tmax: 日最高气温 Daily maximum air temperature; Tmin:日最低气温 Daily minimum air
temperature; GDD: 生长度日 Growing degree鄄days; CDD: 低温度日 Cool degree鄄days; HDD: 高温度日 Heat degree鄄days郾 .
摇 摇 CDD = 0 (7)
吁(Tu 臆 Tmin):
GDD = 0
HDD = 琢 - Tu
CDD = 0 (8)
遇(Tl > Tmax):
GDD = 0
CDD = Tl - 琢
HDD = 0 (9)
式中:兹1 = arcsin[(Tl - 琢) / 茁]; 兹2 = arcsin[(Tu -
琢) / 茁]; 琢 = (Tmax + Tmin) / 2; 茁 = (Tmax - Tmin) / 2 .
1郾 2郾 3 气候倾向率 摇 用 X i 表示样本量为 n 的某一
气候变量,用 t 表示 X i 所对应的时间,建立 X i 与 t
之间的一元线性回归方程:
x^i =a+bti ( i=1,2,…,n) (10)
式中:a为回归常数;b为回归系数. a 和 b 可用最小
二乘法进行估计.以 b的 10 倍作为各气候要素的气
候倾向率[33] .本文利用气候倾向率分析 1961—2007
年江西省水稻生育期平均气温、最高气温、最低气
温、生长度日、低温度日和高温度日的变化趋势.
1郾 3摇 数据处理
基于 Microsoft Excel 和 DPS 数据处理系统,采
用相关分析方法对上述指标进行统计分析,并进行
显著性检验.采用 ArcGIS软件的反距离加权插值方
法(IDW)对气象数据进行插值,设定的 cell size 参
数均为 0郾 002,生成空间栅格数据,然后根据指标要
求,使用空间分析方法中的 Contour 工具提取相应
等值线,最后生成所需的等值线图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 江西省水稻生长季平均气温的变化趋势
从图 3 可以看出,1961—2007 年,江西省早稻
生长季平均气温、平均最高气温、平均最低气温的气
候倾向率分别在 0郾 05 ~ 0郾 32 益·(10 a) -1、0郾 02 ~
0郾 36 益·(10 a) -1、0郾 07 ~ 0郾 30 益·(10 a) -1,均呈
增加趋势且表现为由南向北递增的分布趋势,其中
平均最高气温的增幅最大.晚稻生长季平均气温、平
均最高气温和平均最低气温的变化趋势不明显,其
中,一半以上站点的晚稻生长季平均气温呈降低趋
势,大部分地区的平均最高气温呈降低趋势(仅 1
个站点为增加趋势),但平均最低气温则呈上升趋
势,且平均最低气温的增幅[0郾 10 益·(10 a) -1]大
于最高气温的降幅[0郾 08 益·(10 a) -1].
2郾 2摇 江西省水稻平均生育期及各生育期持续日数
的变化趋势
根据 1981—2006 年江西省 14 个农业气象试验
站点的水稻观测资料得到江西省双季稻各生育阶段
的平均起止日期(表 1)和生育期持续日数及产量结
构的变化趋势(表 2).
摇 摇 从表 2 可以看出,1981—2006 年,江西省早稻
和晚稻的全生育期日数总体均呈减少趋势,其中,晚
稻的减幅明显大于早稻;早稻和晚稻的营养生长期
日数总体均呈减少趋势,其中,早稻和晚稻分别有
表 1摇 江西省双季稻各生育阶段的平均起止日期
Table 1 摇 Average beginning and ending dates of different
growth and developmental stages for double cropping rice in
Jiangxi Province
阶段
Phase
早稻
Early rice
晚稻
Late rice
营养生长期
Vegetative growth phase
03鄄29—06鄄08 06鄄22—08鄄28
并进期 Vegetative and re鄄
productive growth phase
06鄄09—06鄄21 08鄄29—09鄄17
生殖生长期
Reproductive growth phase
06鄄22—08鄄28 09鄄18—10鄄17
4202 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
图 3摇 1961—2007 年江西省早稻(A)和晚稻(B)生长季平均气温(a)、平均最高气温(b)、平均最低气温(c)气候倾向率的空间
分布
Fig. 3摇 Spatial distribution of climatic trend rates of mean air temperature (a), mean maximum air temperature (b) and mean mini鄄
mum air temperature (c) during the growth period of early rice (A) and late rice (B) in Jiangxi Province.
表 2摇 1981—2006 年江西省水稻生育期日数、茎杆质量和产量的变化
Table 2摇 Variation of days of growth period, stem mass and yield for rice during 1981 and 2006 in Jiangxi Province
站点
Station
早 稻 Early rice
全生育期
日数
DWGP
营养生长
期日数
DVGP
并进期
日数
DVRGP
生殖生长
期日数
DRGP
茎杆质量
SM
籽粒质量
GM
晚 稻 Late rice
全生育期
日数
DWGP
营养生长
期日数
DVGP
并进期
日数
DVRGP
生殖生长
期日数
DRGP
茎杆质量
SM
籽粒质量
GM
樟树 Zhangshu 1郾 18* 1郾 36 0郾 32** -0郾 50 -13郾 85 9郾 86** -0郾 10 -4郾 35 1郾 89 2郾 36** -6郾 56** 4郾 27**
余干 Yugan 1郾 69 0郾 15 -0郾 89 2郾 44* -11郾 06 5郾 30 3郾 63 2郾 43 -0郾 06 1郾 26 -5郾 71 3郾 10
宜丰 Yifeng -2郾 56 -3郾 57** 0郾 49 0郾 52 -16郾 73** 10郾 25** -4郾 48 -2郾 56 -0郾 93 -0郾 99 -13郾 80** 9郾 06**
泰和 Taihe -1郾 93 -4郾 11** -0郾 38 2郾 57** -2郾 01 7郾 89** -9郾 68** -8郾 83** 0郾 44 -1郾 29 -2郾 38 0郾 29
婺源 Wuyuan 1郾 38 -3郾 58** 1郾 69** 3郾 27** -16郾 37** 7郾 76* -4郾 83* -6郾 56** -0郾 23 1郾 96 -10郾 04 4郾 03
瑞昌 Ruichang 1郾 97 0郾 68 -0郾 30 1郾 59 -24郾 38** -0郾 36 -0郾 40 0郾 05 -1郾 08 0郾 63 -11郾 56 8郾 97
南丰 Nanfeng -2郾 18 -1郾 42 -0郾 50 -0郾 26 -17郾 12** 2郾 83 -2郾 08 -1郾 48 -0郾 99** 0郾 39 -15郾 61** 0郾 94
南康 Nankang -4郾 47** -5郾 81** 0郾 46 0郾 87 -4郾 86** 11郾 14 -11郾 65** -9郾 36** -0郾 99* -1郾 30 -4郾 13 7郾 84**
宁都 Ningdu -0郾 09 -1郾 44 0郾 32 1郾 03 -9郾 65** 2郾 65 -6郾 16** -5郾 03** -0郾 11 -1郾 02 -2郾 39 6郾 39**
莲花 Lianhua 1郾 95 1郾 89 -0郾 33 0郾 39 -17郾 52** 0郾 69 -5郾 03* -3郾 04** 0郾 68 -2郾 68 -17郾 05** 5郾 48
龙南 Longnan 1郾 66 -0郾 34 -0郾 11 2郾 11** -15郾 65** -0郾 53 -2郾 19 -5郾 04** 0郾 50 2郾 36** -11郾 19** 4郾 44
南昌 Nanchang -1郾 46 -1郾 16 -0郾 08 -0郾 22 -19郾 55 -1郾 34 -4郾 31 -3郾 39 -1郾 08* 0郾 15 -27郾 81** 3郾 75
湖口 Hukou -1郾 87 -2郾 43* -0郾 48 1郾 04* -22郾 81** 8郾 22* -4郾 93* -4郾 88** -0郾 32 0郾 27 -14郾 68* -0郾 54
广丰 Guangfeng -2郾 30 -1郾 64 -0郾 56 -0郾 10 -13郾 34** 0郾 26 -11郾 68** -8郾 93** -0郾 73 -2郾 02 -10郾 11** 2郾 32
平均 Mean -0郾 50 -1郾 53 -0郾 03 1郾 05 -14郾 64 4郾 62 -4郾 56 -4郾 36 -0郾 22 0郾 01 -10郾 93 4郾 31
DWGP:Days of whole growth period [d·(10 a) -1]; DVGP:Days of vegetative growth phase [d·(10 a) -1)]; DVRGP:Days of vegetative and reproductive growth phase
[d·(10 ) -1]; DRGP:Days of reproductive growth phase [d·(10 a) -1]; SM:Stem mass (g·m-2·a-1); GM:Grain mass (g·m-2·a-1). * P<0郾 05; ** P<
0郾 01. 下同 The same below.
29%和 57%的站点的减少趋势达极显著水平(P<
0郾 01);早稻和晚稻的并进期日数均呈略微减少趋
势;72%站点的早稻生殖生长期日数呈增加趋势,其
中,余干、泰和、婺源、龙南和湖口站的增加趋势达到
52028 期摇 摇 摇 摇 叶摇 清等: 气候变化背景下中国农业气候资源变化峪.江西省双季稻各生育期热量条件变化特征摇
显著水平(P<0郾 05),晚稻生殖生长期日数变化趋势
的地区间差异明显,呈增加或减少趋势的站点各占
50% .水稻营养生长期日数除受品种特性影响之外,
还受此阶段水稻温光效应的影响[34],因此,江西省
双季稻营养生长日数的缩短与此阶段日均气温的升
高有很大关系.营养生长期是水稻生长季生物量积
累的主要阶段,水稻的茎杆质量从一定程度上反映
了营养生长期水稻生物量的积累情况.研究期间,江
西省早、晚稻的茎杆质量均呈显著减少趋势,说明营
养生长期的缩短导致水稻生物量的积累减少;随着
早稻和晚稻生殖生长期日数的增加,其产量呈增加
趋势,这在一定程度上说明生殖生长期日数的延长
有利于水稻产量的形成(表 3). 从不同生育期日数
与茎杆质量、籽粒质量的相关系数矩阵(表 3)可以
看出,早稻和晚稻营养生长期日数与籽粒产量、生殖
生长期日数呈显著负相关,营养生长期缩短、生殖生
长期延长,对后期灌浆有利,使产量增加.
2郾 3摇 江西省水稻不同生育期生长度日的变化趋势
生长度日(GDD)与作物生长速率、作物产量的
关系密切. GDD越大,作物生长发育所获得的有效热
量越多,对作物生长发育越有利.由于水稻不同生育
期对温度的要求不同,单一的上下限温度无法全面反
映水稻全生育期的生长度日,因此,本文利用 3 个生
育期生长度日的累计值作为全生育期生长度日.
1961—2007 年,江西省早稻全生育期的平均生
长度日呈增加趋势,其气候倾向率为 4郾 7 ~ 32郾 0
益·d·(10 a) -1,呈南低北高的空间分布特征;营
养生长期生长度日的变化趋势与全生育期相似,主
要
是因为营养生长期日数占全生育期日数的1 / 2以
表 3摇 江西省水稻不同生育期持续日数、茎杆质量和籽粒质
量的相关系数
Table 3 摇 Correlation coefficients of sustained days, stem
mass and grain mass during each growth phase of rice in
Jiangxi Province
DV DVR DR DA WS WG
DV 1摇 0郾 12* 0郾 06 0郾 85** 0郾 15** -0郾 21**
DVR -0郾 04 1 -0郾 15** 0郾 23** 0郾 08 -0郾 15**
DR -0郾 38** -0郾 08 1 0郾 52** 0郾 13* 0郾 12*
DA 0郾 81** 0郾 20** 0郾 17** 1 0郾 21** -0郾 14*
WS -0郾 02 0郾 03 -0郾 11* -0郾 08 1 0郾 21**
WG -0郾 15** 0郾 05 0郾 20** -0郾 02 0郾 11* 1摇 摇
DV:营养生长期日数 Days of vegetative growth phase; DVR:并进期日
数 Days of vegetative and reproductive growth phase; DR:生殖生长期日
数 Days of reproductive growth phase; DA:全生育期日数 Days of whole
growth phase; WS: 茎杆质量 Stem mass; WG:籽粒质量 Grain mass.
左下部分为早稻生长季内数据,右上部分为晚稻生长季内数据 The
lower left鄄down part were the data during the growth phase of early rice,
and the upper right鄄part were the data during the growth phase of late
rice.
图 4摇 1961—2007 年江西省早稻(A)和晚稻(B)全生育期(a)、营养生长期(b)、并进期(c)和生殖生长期(d)生长度日(GDD)
气候倾向率的空间分布
Fig. 4摇 Spatial distribution of the climatic trend rates of GDD at whole growth phase (a), vegetative growth phase (b), vegetative and
reproductive growth phase (c) and reproductive growth phase (d) of early rice (A) and late rice (B) in Jiangxi Province during 1961
and 2007.
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上,其生长度日对早稻生长的贡献大于其他两个生
长期;早稻并进期和生殖生长期的生长度日也呈增
加趋势,且均表现为中部高、南部和北部低的区域分
布特征(图 4A).
研究期间,江西省晚稻全生育期的生长度日呈
西南部减少、东北部增加的变化趋势;营养生长期生
长度日在赣西部分地区呈减少趋势,其气候倾向率
为-4郾 88 ~ 0 益·d·(10 a) -1,在赣东和赣南部分
地区则呈增加趋势,其气候倾向率为 0 ~ 7郾 68
益·d·(10 a) -1;并进期生长度日总体呈减少趋
势,气候倾向率在-5郾 28 ~ -0郾 74 益·d·(10 a) -1;
大部分地区生殖生长期的生长度日呈增加趋势
[0 ~ 9郾 48 益·d·(10 a) -1],仅寻乌、定南、安远和
会昌等县呈减少趋势 [ - 1郾 55 ~ 0 益 · d· (10
a) -1],其气候倾向率总体表现为由南向北逐步递增
(图 4B).
生长度日是影响作物产量的主要因素.生长度
日越大,作物产量越高. 1961—2007 年,江西省早稻
生长季生长度日呈增加趋势,说明早稻生长季内有
效热量资源在增加,其中,江西省北部有效热量资源
的增加趋势较南部更明显;晚稻生长季生长度日的
变化趋势存在区域差异,赣西南地区生长度日的减
少将导致其有效热量资源减少,赣东北地区生长度
日的增加将使其有效热量资源增加. 有效热量资源
的增减将影响双季稻的生长发育,进而对其产量产
生相应影响.
2郾 4摇 江西省水稻不同生育期低温度日的变化趋势
低于作物某一生育期生长温度下限的温度对作
物生长不利,其累积值越大,作物就越易受低温影
响[23] .通过分析江西省 1961—2007 年的气温资料
发现,早稻低温度日累积值主要出现在营养生长期
和并进期,晚稻主要出现于并进期和生殖生长期.
从图 5 可以看出,1961—2007 年,江西省早稻
营养生长期低温度日平均值的低值区主要位于赣南
和赣中部分地区,在 24 ~ 55 益·d;高值区主要位于
赣西北和赣西部分地区,达 90 ~ 246 益·d;低温度
日总体呈自南向北、自东向西逐步增加的分布特征,
表明北部比南部、西部比东部更易受低温影响.研究
期间,早稻并进期低温度日呈减少趋势,赣北、赣中
减幅较大[-10郾 0 ~ -6郾 0 益·d·(10 a) -1],而赣南
和赣东北、西北部分地区的减幅稍缓[ -6郾 0 ~ -1郾 5
益·d·(10 a) -1];早稻并进期低温度日平均值呈
南低北高的分布格局,除赣东北和赣南少部分地区
呈增加趋势[0 ~ 3郾 3 益·d·(10 a) -1]外,大部分
地区呈减少趋势.
摇 摇 从图 6 可以看出,1961—2007 年,研究区晚稻
并进期的低温度日呈由南向北逐渐增加的空间分布
特征;研究区域内 27郾 5毅 N以南及赣西南地区,晚稻
并进期的低温度日自东向西呈逐步增加趋势
[0 ~ 9郾 0 益·d·(10 a) -1],而赣东北地区大部的
低温度日呈减少趋势. 晚稻生殖生长期低温度日的
空间分布特征与并进期相似,即由南向北增加;生殖
生长期低温度日气候倾向率的正值区主要位于赣东
北的大部地区[0 ~ 3郾 9 益·d·(10 a) -1],其他地
区主要为负值区.
早稻营养生长期和并进期是江西省 “倒春
寒[35]冶和“小满寒[36]冶可能出现的时段,其低温度日
也主要出现在这两个时期;晚稻低温度日主要出现
在并进期和成熟期,此期正是江西省“寒露风[37]冶可
能出现的时期.研究时段内低温度日总体呈下降趋
势,说明江西省双季稻可能面临的低温冷害风险有
所降低;早稻和晚稻并进期低于 20 益有害积温值的
降低将有利于水稻孕穗和抽穗,可提高成穗率;晚稻
生殖生长期低于 15 益有害积温的减少,有利于水稻
图 5摇 1961—2007 年江西省早稻营养生长期低温度日(a)及其气候倾向率(b)、并进期低温度日(c)及其气候倾向率(d)的空
间分布
Fig. 5摇 Spatial distribution of CDD (a) and its climatic trend rate (b) at vegetative growth phase, CDD (c) and its climatic trend
rate (d) at vegetative and reproductive growth phase of early rice during 1961 and 2007 in Jiangxi Province.
72028 期摇 摇 摇 摇 叶摇 清等: 气候变化背景下中国农业气候资源变化峪.江西省双季稻各生育期热量条件变化特征摇
图 6摇 1961—2007 年江西省晚稻并进期低温度日(a)及其气候倾向率(b)、生殖生长期低温度日(c)及其气候倾向率(d)的空
间分布
Fig. 6摇 Spatial distribution of CDD (a) and its climatic trend rate (b) at vegetative and reproductive growth phase, CDD (c) and its
climatic trend rate (d) at reproductive growth phase of late rice during 1961 and 2007 in Jiangxi Province.
图 7摇 1961—2007 年江西省早稻生殖生长期高温度日(a)及其气候倾向率(b)和晚稻营养生长期高温度日(c)及其气候倾向
率(d)的空间分布
Fig. 7摇 Spatial distribution of HDD (a) and its climatic trend rate (b) during reproductive growth phase of early rice, HDD (c) and
its climate tendency rate (d) during vegetative growth phase of late rice during 1961 and 2007 in Jiangxi Province.
灌浆、结实,可降低秕谷率. 江西省平均最低气温的
升高使水稻生长季低温度日降低,可减少低温危害,
最终有利于水稻的产量形成.
2郾 5摇 江西省水稻不同生育期高温度日的变化趋势
从图 7 可以看出,1961—2007 年,江西省早稻
高温度日(0 ~ 12郾 0 益·d)主要出现在生殖生长期;
高温度日平均值的空间分布特征为由中部向南北两
侧逐步减少;早稻生殖生长期高温度日总体呈增加
趋势[0 ~ 1郾 82 益·d·(10 a) -1],仅修水、宜春等
局部地区减少.晚稻高温度日(0 ~ 44郾 00 益·d)主
要出现在营养生长期,总体高于早稻,但空间分布特
征与早稻类似;赣西北及赣南部分地区的晚稻高温度
日呈减少趋势,气候倾向率在-1郾 62 ~ 0 益·d·(10
a) -1,其余地区呈增加趋势.
摇 摇 高于作物生长发育上限的温度对作物的生长发
育没有积极作用,会抑制作物的生长发育[38] . 江西
省双季稻生长季内高于 35 益的温度累积值主要出
现于早稻的生殖生长期和晚稻的营养生长期,也是
江西省“高温热害冶 [36]的主要出现时段.江西省双季
稻高温度日总体呈增加趋势,使水稻生产可能面临
的高温风险更高,中部地区是高温风险的高值区.
3摇 讨摇 摇 论
积温学说在作物热量条件分析方面的应用非常
广泛,很多学者对不同区域中不同作物逸10 益、
逸20 益积温的年际变化及空间分布特征进行了分
析,但并未充分说明气候变暖引起热量资源有效性
的变化.活动积温既包括对作物生长发育有效的日
温累积,也包括对作物生育有抑制作用的高温日温
累积,这些高温日温累积对作物的生长发育无
效[39] .同时,低于作物生长下限温度的低温累积也
对作物的生长发育无效[19] . 因此,在评价作物生长
热量资源有效性时应剔除这些无效积温. 本文利用
度日模型对高于水稻不同生育期上限温度和低于下
限温度的日温累积值进行分离,通过对江西省
1961—2007 年双季稻不同生育期生长度日变化趋
势进行分析,说明了江西省水稻生长季热量资源有
效性的变化;根据不同站点生长度日多年平均值的
空间分布特征分析,说明了气候变暖背景下江西省
水稻种植区域热量变化特征;并通过对不同生育期
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高温度日、低温度日的变化趋势分析,说明了气候变
暖背景下江西省双季稻种植期受低温和高温影响的
时空分布特征.但本文仅基于温度指标分析了热量
资源的有效性,未来应结合光照和水分探讨热量资
源的有效性.
通过对江西省双季稻生长季的生育期日数、平
均气温、平均最高气温、平均最低气温、生长度日、低
温度日和高温度日的时空变化特征进行分析,得到
如下结论:
在气候变暖背景下,江西省水稻生长季平均气
温、平均最低气温和平均最高气温均升高;早稻和晚
稻生育期缩短,其中,营养生长期日数减少,但生殖
生长期日数增加.结合水稻茎秆质量、籽粒质量的变
化趋势及与不同生育期日数的相关性分析发现,早
稻和晚稻营养生长期日数与籽粒质量、生殖生长期
日数存在显著的负相关关系,随着营养生长期的缩
短,生殖生长期延长、产量增加.
早稻生长季内平均气温呈增加趋势,其气候倾
向率的纬向分布特征较明显,纬度越高,平均气温气
候倾向率越大;平均最高气温的增加趋势大于平均
最低气温;早稻生长季各生育期生长度日均呈增加
趋势;低温度日累积值主要出现在营养生长期和并
进期(与江西省早稻的“倒春寒冶、“小满寒冶可能出
现的时段基本一致),且均呈减少趋势;高温度日主
要出现于生殖生长期,其气候倾向率在 - 0郾 13 ~
1郾 82 益·d·(10 a) -1 .
江西省晚稻全生育期平均气温呈南减北增的空
间变化特征,平均最高气温总体呈减少趋势,平均最
低气温呈增加趋势;晚稻全生育期和营养生长期的
生长度日均呈西南减少、东北增加的趋势;晚稻并进
期的生长度日呈总体减少趋势;晚稻生殖生长期的
生长度日在江西省南部和北部均呈增加趋势,但南
部增加的趋势弱于北部;晚稻低温度日主要出现在
并进期和生殖生长期(与江西省“寒露风冶可能出现
的时段吻合),总体呈减少趋势;晚稻高温度日的增
幅大于早稻,主要出现在营养生长期.
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作者简介摇 叶摇 清,男,1977 年生,博士研究生.主要从事气
候变化与农业减灾研究, 发表论文 10 余篇. E鄄mail:
qingye2005@ yahoo. com. cn
责任编辑摇 杨摇 弘
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