未來氣候變化對四川省水稻生育期氣候資源及生產(chǎn)潛力的影響

龐艷梅，陳 超，馬振峰

(1 中國氣象局成都高原氣象研究所,四川 成都 610072；2 高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室,四川 成都 610225；3 四川省氣候中心,四川 成都 610072)

未來氣候變化對四川省水稻生育期氣候資源及生產(chǎn)潛力的影響

龐艷梅1，陳 超2,3，馬振峰3

(1 中國氣象局成都高原氣象研究所,四川 成都 610072；2 高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室,四川 成都 610225；3 四川省氣候中心,四川 成都 610072)

【目的】 開展氣候變化背景下四川省水稻生育期氣候資源及生產(chǎn)潛力時空變化趨勢的預(yù)測,為未來應(yīng)對氣候變化及水稻生產(chǎn)宏觀決策提供重要的理論依據(jù)。【方法】 研究選取區(qū)域氣候模式PRECIS輸出的未來A2和B2氣候情景(2071-2100年)及基準(zhǔn)氣候條件(1961-1990年)氣象要素資料，利用聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦的方法和侯光良的方法，分析了四川水稻生育期內(nèi)主要氣候資源(≥10 ℃積溫、日照時數(shù)、降水量、參考作物蒸散量和缺水率)和水稻生產(chǎn)潛力(光合、光溫和氣候生產(chǎn)潛力)的時空變化特征?！窘Y(jié)果】 與基準(zhǔn)年氣候條件相比，在A2和B2 2種氣候情景下，2071-2100年四川省水稻生育期內(nèi)≥10 ℃積溫、日照時數(shù)、參考作物蒸散量和水稻缺水率均呈增加趨勢，而降水量在大部地區(qū)呈減少趨勢，未來四川水稻受干旱災(zāi)害的風(fēng)險可能加大；水稻光合、光溫和氣候生產(chǎn)潛力呈增加趨勢?！窘Y(jié)論】 未來四川氣候資源變化對水稻的增產(chǎn)有利。

氣候變化；四川??；水稻；生育期；生產(chǎn)潛力

1906-2005年,全球平均升溫(0.74±0.18) ℃，1956-2005年全球平均升溫0.65 ℃，近50年的變暖速率是近100年的約2倍，變暖幅度從20世紀(jì)90年代以來明顯加速[1]。未來100年，全球氣溫可能升高1.1～6.4 ℃[1]。全球氣候變暖背景下，過去100年中國年均氣溫上升0.5～0.8 ℃，略高于全球水平[2]；降水量在西部地區(qū)每10年增加10%～15%，而在北方大部地區(qū)以減少為主[3]。根據(jù)氣候模式預(yù)估，2050年中國年均氣溫可能升高2.3～3.3 ℃，降水量增加5%～7%[3]。氣候變化將使農(nóng)作物種植制度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局發(fā)生改變，造成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和投資成本增加[4-5]，對糧食安全生產(chǎn)具有重要影響[6]。在氣候變暖的影響研究中，前人基于氣象站的歷史觀測數(shù)據(jù)，對中國主要稻作區(qū)水稻生長季的氣候資源[7]和生產(chǎn)潛力[8-11]的時空分布特征進行了詳細的研究。關(guān)于四川地區(qū)氣候資源和生產(chǎn)潛力的研究也取得了一些成果[12-18]：1961-2009年四川省年平均氣溫、≥10 ℃積溫和≥0 ℃積溫呈增加趨勢，全省大部地區(qū)日照時數(shù)和參考作物蒸散量減少，降水量在攀枝花和川西高原升高，而在盆地大部地區(qū)減少[12]；1961-2007年，四川作物溫度生長期內(nèi)≥10 ℃和≥15 ℃積溫及日照時數(shù)均呈增加趨勢，而降水資源和參考作物蒸散量總體呈減少趨勢[13]。四川盆地降水量和日照時數(shù)的減少使該地區(qū)生產(chǎn)潛力降低，而氣溫的總體升高使生產(chǎn)潛力提高；各生產(chǎn)潛力在1970s都達到高值時期，2006年光溫生產(chǎn)潛力達到另一個高值；1995年后各類生產(chǎn)潛力平均值均較1970s有所減少，盆地平均氣溫每升高1 ℃，光溫生產(chǎn)潛力增加6%，降水量每減少10%氣候生產(chǎn)潛力減少1.6%[18]。但是，針對未來四川水稻生育期氣候資源變化及由此導(dǎo)致的水稻生產(chǎn)潛力變化的研究還鮮見報道。

鑒于此，本研究利用區(qū)域氣候模式PRECIS(Providing regional climates for impacts studies，分辨率50 km×50 km)輸出的未來A2和B2氣候情景(2071-2100年)以及基準(zhǔn)氣候條件(1961-1990年)下逐日氣象要素資料，針對四川省2071-2100年水稻生育期光、溫、水等氣候資源和水稻的光合、光溫、氣候生產(chǎn)潛力的時空變化特征進行預(yù)測，以期為未來應(yīng)對氣候變化、合理開發(fā)并利用氣候資源、調(diào)整種植布局，探討四川水稻增產(chǎn)潛力及增產(chǎn)途徑等提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與區(qū)域氣候模式PRECIS簡介

PRECIS是由英國Hadley氣候預(yù)測與研究中心開發(fā)的區(qū)域氣候模式，2003年由中國科學(xué)家引入我國，用以構(gòu)建中國區(qū)域高分辨率的SRES(Special report on emissions scenarios)未來氣候情景，并已被應(yīng)用于中國區(qū)域氣候變化的影響評估工作中[19-21]。

IPCC(Intergovernmental panel on climate change)排放情景特別報告中提出，人口、經(jīng)濟、技術(shù)、能源、農(nóng)業(yè)和未來社會經(jīng)濟發(fā)展的主要方向是影響溫室氣體排放的主要驅(qū)動因素，其將未來世界發(fā)展框架劃分為A1、A2、B1和B2共4種情景[22]。本研究使用50 km×50 km網(wǎng)格的日平均氣溫、降水、風(fēng)速、輻射、相對濕度等氣象要素，以1961-1990年的逐日氣象要素值作為基準(zhǔn)時段(Baseline)，由SRES排放方案(A2和B2)驅(qū)動獲得的2071-2100年的逐日氣象要素值表示未來的氣候狀況。這主要是由于PRECIS輸出的1961-1990年的氣象要素值不變，而1991-2100年A2和B2情景下的氣象要素值不同，為了比較2071-2100年A2和B2 2個不同情景下農(nóng)業(yè)氣候資源相對同一個基準(zhǔn)年的變化情況，因此選用1961-1990年為基準(zhǔn)年。情景數(shù)據(jù)由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所許吟隆課題組提供。

1.2 水稻生育期的推算

本研究的水稻全生育期指水稻大田期，即從移栽至成熟。根據(jù)四川水稻種植區(qū)形成的歷史和現(xiàn)狀，按照水稻自然生態(tài)要求，將四川水稻種植區(qū)劃分為7個區(qū)域，通過統(tǒng)計農(nóng)業(yè)氣象觀測站1981-2010年的農(nóng)業(yè)氣象觀測資料并結(jié)合大田生產(chǎn)調(diào)查, 確定了四川各個區(qū)域單季稻的移栽期和成熟期(表1)。水稻生育期資料來源于四川省氣象局信息中心，農(nóng)業(yè)氣象觀測站點的分布見圖1。

1.3 參考作物蒸散量

本研究采用FAO在1998年推薦的Penman-Monteith方法[23]計算參考作物蒸散量。

(1)

式中：ET0為參考作物蒸散量(mm/d)，Δ為飽和水汽壓與溫度關(guān)系曲線的斜率(kPa/℃)，Rn為作物表面凈輻射量(MJ/m2)，G為土壤熱通量(MJ/m2)，γ為濕度計常數(shù)(kPa/℃)，T為空氣平均溫度(℃)，U2為地面以上2 m處的風(fēng)速(m/s)，ea為空氣實際水汽壓(kPa)，es為空氣飽和水汽壓(kPa)，Rn、G、Δ、U2可以通過氣象臺站觀測資料計算獲得。

1.4 水稻需水量

采用FAO推薦的公式確定水稻生育期需水量[23]:

ETc=Kc×ET0。

(2)

式中：ETc為作物需水量(mm/d)，Kc為作物系數(shù)，ET0為參考作物蒸散量(mm/d)。

本文綜合FAO推薦的Kc值和中國主要農(nóng)作物需水量等值線圖協(xié)作組研究成果，同時根據(jù)四川歷史資料和田間試驗結(jié)果，確定了研究區(qū)水稻生育期各月的作物系數(shù)見表2。

1.5 有效降水量

有效降水量指總降水量減去蒸發(fā)量、徑流量和深層滲漏量，這部分降水量可保留在根區(qū)并能供植物利用，代表了總降水量中的有效部分。本文選取了FAO參考作物蒸散量與降水量的比率法計算有效降水量[24]，并結(jié)合本研究需要、可行性、數(shù)據(jù)獲取的難易及計算的精度需要對其進行了修正。

根據(jù)土壤和潛在蒸散特性，選取10 d分為1組，由于作物生育期的限制，對于余數(shù)大于5 d但不足10 d的分為1組，而小于5 d的不再進行劃分。

(3)

(4)

式中：N為生育期，a為余數(shù)，n為分組數(shù)。

由于是計算作物生育期內(nèi)的有效降水，需要考慮作物特性，所以選用作物需水量替代參考作物蒸散量來進行計算，修正后的算法為：

(5)

(6)

式中：Pe為作物生育期內(nèi)有效降水量(mm)，R為一個時段的累積降水量(mm)，ETc為一個時段的累積作物需水量(mm)，n為分組數(shù)。

1.6 水稻生育期缺水率

為表征作物生育期內(nèi)的水分虧缺狀況，定義缺水量與作物需水量的比值為缺水率，缺水率的正(負(fù))表示作物生育期內(nèi)的水分虧缺(盈余)，大小表示虧缺或盈余的程度[25]：

(7)

式中：K為作物生育期內(nèi)的缺水率(%)，ETc為作物生育期內(nèi)需水量(mm)，Pe為作物生育期內(nèi)有效降水量(mm)。

1.7 生產(chǎn)潛力

光合生產(chǎn)潛力指在熱量、水分、土壤等自然環(huán)境條件適宜，以及最優(yōu)的管理條件下，選用最優(yōu)品種，在可能的生長期內(nèi)，作物本身通過外界環(huán)境將所投射到該地的光能轉(zhuǎn)換為生物能的潛力，是作物能達到的最高理論產(chǎn)量；光溫生產(chǎn)潛力指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件充分保證，在充足的水分供應(yīng)和CO2條件下，由當(dāng)?shù)氐墓?、溫條件決定的作物能達到的最高產(chǎn)量；氣候生產(chǎn)潛力指在光溫生產(chǎn)潛力的基礎(chǔ)上，加入水分對作物產(chǎn)量的影響[26]。

本研究采用侯光良[27]的方法計算光合生產(chǎn)潛力，計算步驟如下：

YQ=k×μ×ε×φ×(1-α)×(1-β)×(1-ρ)×(1-γ)×(1-ω)×(1-η)-1×(1-ξ)-1×s×q-1×F(L)×∑Qi。

(8)

式中：YQ為光合生產(chǎn)潛力(kg/hm2)；k為單位換算系數(shù)；μ為作物光合固定CO2能力的比例，取1.0；ε為光合輻射占總輻射的比例，取0.49；φ為光合作用量子效率，取0.224；α為植物群體反射率，取0.06；β為植物繁茂群體透射率，取0.06；ρ為非光合器官截獲輻射比例，取0.10；γ為超過光飽和點的光的比例，取0.03；ω為呼吸消耗占光合產(chǎn)物的比例，取0.30；η為成熟谷物含水率，取0.14；ξ為植物無機灰分含量比例，取0.08；s為作物經(jīng)濟系數(shù)，水稻取 0.50；q為單位干物質(zhì)所占熱量，取17.5 MJ/kg；F(L)為葉面積時間變化動態(tài)訂正函數(shù)值，本文取 0.55；Qi為太陽總輻射(MJ/m2)，可利用各站點日照百分率資料計算。

Qi=(mp+c)×QA。

(9)

式中：QA為天文輻射量(MJ/m2)；p為日照百分率(%)；m和c為經(jīng)驗常數(shù)，四川地區(qū)分別為0.475和0.205[28]。

光溫生產(chǎn)潛力為：

YT=YQ×f(t)。

(10)

式中：YT為光溫生產(chǎn)潛力(kg/hm2)；YQ為光合生產(chǎn)潛力(kg/hm2)；f(t)為溫度訂正函數(shù)，計算公式如下。

(11)

式中：t為某階段的平均溫度(℃)，tmin為作物生長下限溫度(℃)，ts為作物生長最適溫度(℃)，tmax為作物生長上限溫度(℃)。本文中水稻的三基點溫度分別取下限溫度10 ℃，最適溫度30 ℃，上限溫度42 ℃。

氣候生產(chǎn)潛力為：

YW=YT×f(w)。

(12)

式中：YW為氣候生產(chǎn)潛力(kg/hm2)；YT為光溫生產(chǎn)潛力(kg/hm2)；f(w)為水分訂正函數(shù)，公式如下：

(13)

式中：Pe為作物生育期內(nèi)有效降水量(mm)，ETc為作物生育期內(nèi)需水量(mm)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生育期氣候資源的變化特征

農(nóng)業(yè)氣候資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)能源和基本環(huán)境條件，直接影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，氣候資源變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、種植制度、作物品種、栽培管理措施和農(nóng)作物產(chǎn)量有重要影響[29]。探討四川主要稻作區(qū)未來水稻生育期內(nèi)光、溫和水等氣候資源的時空分布特征，可為進一步分析四川主要稻區(qū)的水稻增產(chǎn)潛力提供技術(shù)支撐。

2.1.1 水稻生育期熱量資源的變化 由圖2可以看出，基準(zhǔn)年四川省盆地南部水稻生育期內(nèi)≥10 ℃積溫最高，其次是川北地區(qū)，涼山和攀枝花地區(qū)≥10 ℃積溫最低(圖2a)。與基準(zhǔn)年(1961-1990年)氣候條件相比，未來A2氣候情景下，2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)≥10 ℃積溫呈增加趨勢，其中雅安地區(qū)增加最多，增量達到620～725 ℃·d(圖2b)；B2情景下，≥10 ℃積溫也呈增加趨勢，空間分布與A2情景類似，在雅安地區(qū)的增幅最大(圖2c)。

2.1.2 水稻生育期光照資源的變化 由圖3可以看出，基準(zhǔn)年四川省水稻生育期內(nèi)川東北的日照時數(shù)最高，呈現(xiàn)由東北向西南遞減的分布趨勢(圖3a)。與基準(zhǔn)年氣候條件相比，未來A2氣候情景下，2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)的日照時數(shù)呈增加趨勢，其中雅安地區(qū)增加最多，增量達到170～214 h(圖3b)；B2情景下，日照時數(shù)也呈增加趨勢，空間分布與A2情景類似，在雅安的增量最大(圖3c)。

2.1.3 水稻生育期降水量的變化 由圖4可以看出，基準(zhǔn)年四川省水稻生育期內(nèi)涼山、攀枝花和雅安地區(qū)降水量較高，呈現(xiàn)由西南向東北遞減的分布趨勢(圖4a)。與基準(zhǔn)年氣候條件相比，未來A2氣候情景下，2071-2100年四川盆地大部地區(qū)水稻生育期內(nèi)的降水量呈減少趨勢，而在涼山、攀枝花、盆地南部和川北的部分地區(qū)降水量呈增加趨勢(圖4b)；B2情景下，水稻生育期內(nèi)的降水量在大部地區(qū)呈減少趨勢，僅在涼山、攀枝花、瀘州和綿陽北部的個別地區(qū)呈增加趨勢(圖4c)。

2.1.4 水稻生育期參考作物蒸散量的變化 由圖5可以看出，基準(zhǔn)年四川省水稻生育期內(nèi)盆地南部和川東北地區(qū)的參考作物蒸散量最高，呈現(xiàn)由東向西遞減的分布趨勢(圖5a)。與基準(zhǔn)年氣候條件相比，未來A2氣候情景下，2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)的參考作物蒸散量呈增加趨勢，其中雅安和川北地區(qū)增加最多，增量達到101～147 mm，涼山和攀枝花地區(qū)增幅較小(圖5b)；B2情景下，參考作物蒸散量也呈增加趨勢，空間分布與A2情景類似，在雅安和川北地區(qū)的增量達到101～124 mm(圖5c)。

2.1.5 水稻生育期缺水率的變化 由圖6可以看出，基準(zhǔn)年四川省水稻生育期內(nèi)川東北地區(qū)的水稻缺水率最高，達到30.1%～46.0%，呈現(xiàn)由東北向西南遞減的分布趨勢(圖6a)。與基準(zhǔn)年氣候條件相比，未來A2氣候情景下，2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)的缺水率總體呈增加趨勢，其中雅安地區(qū)增加最多，增量達到13.6%～18.0%(圖6b)；B2情景下，缺水率也呈增加趨勢，空間分布和A2情景類似，在雅安地區(qū)的增幅最大，達到13.1%～16.0%(圖6c)。因此，未來四川地區(qū)水稻受干旱災(zāi)害的風(fēng)險可能加大。

2.2 水稻生產(chǎn)潛力的變化特征

農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力是評價農(nóng)業(yè)氣候資源的判據(jù)之一，其大小取決于光、溫、水的數(shù)量及其相互配合協(xié)調(diào)的程度[30-32]。本研究在分析未來四川水稻生育期氣候資源變化的基礎(chǔ)上，研究了未來水稻生產(chǎn)潛力的時空變化特征對四川水稻生產(chǎn)力穩(wěn)定增長的影響。

2.2.1 光合生產(chǎn)潛力 由圖7可以看出，基準(zhǔn)年四川省川東北和樂山地區(qū)的水稻光合生產(chǎn)潛力最高，達到17 101～18 386 kg/hm2，而在盆地西部、瀘州和川西南山地的部分地區(qū)水稻光合生產(chǎn)潛力較低(圖7a)。與基準(zhǔn)年氣候條件相比，未來A2氣候情景下，2071-2100年四川水稻光合生產(chǎn)潛力呈增加趨勢，其中雅安和四川最北部地區(qū)增加最多，增量達到2 101～3 490 kg/hm2(圖7b)；B2情景下，水稻光合生產(chǎn)潛力也呈增加趨勢，分布與A2情景類似，在雅安和四川最北部地區(qū)的增量也達到2 201～3 322 kg/hm2(圖7c)。由此看來，未來太陽輻射的增加對四川水稻的增產(chǎn)有利。

2.2.2 光溫生產(chǎn)潛力 由圖8可以看出，基準(zhǔn)年四川省盆地大部的水稻光溫生產(chǎn)潛力較高，達到10 101～13 789 kg/hm2，而在涼山和攀枝花地區(qū)最低(圖8a)。與基準(zhǔn)年氣候條件相比，未來A2氣候情景下，2071-2100年四川水稻光溫生產(chǎn)潛力呈增加趨勢，其中雅安和川北的部分地區(qū)增加最多，增量達到5 101～7 383 kg/hm2(圖8b)；B2情景下，光溫生產(chǎn)潛力也呈增加趨勢，空間分布和A2情景類似，在雅安和川北部分地區(qū)的增量達到4 701～6 350 kg/hm2(圖8c)。由此看來，未來氣候變化情景下的光溫匹配對四川水稻的增產(chǎn)有利。

2.2.3 氣候生產(chǎn)潛力 由圖9可以看出，基準(zhǔn)年四川省盆地大部的水稻氣候生產(chǎn)潛力較高，達到7 301～9 514 kg/hm2，而涼山和攀枝花的氣候生產(chǎn)潛力較低(圖9a)。與基準(zhǔn)年氣候條件(1961-1990年)相比，未來A2氣候情景下，2071-2100年四川水稻氣候生產(chǎn)潛力以增加為主，川西南山地、雅安和川北的部分地區(qū)增加最多，增量在1 801～3 599 kg/hm2(圖9b)；B2情景下，水稻氣候生產(chǎn)潛力呈增加趨勢，空間分布與A2情景類似，在涼山、攀枝花、雅安和川北的部分地區(qū)增加最多，增量在1 801～2 946 kg/hm2(圖9c)。因此，未來氣候變化情景對四川水稻生產(chǎn)有利，產(chǎn)量存在提升空間。

3 討論與結(jié)論

本文利用區(qū)域氣候模式PRECIS輸出的未來A2和B2氣候情景以及基準(zhǔn)年氣候條件逐日資料，對未來2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)氣候資源和生產(chǎn)潛力的時空變化特征進行了分析，結(jié)論如下。

1961-1990年，四川盆地南部≥10 ℃積溫最高，其次是川北地區(qū)，涼山和攀枝花地區(qū)≥10 ℃積溫最低。與基準(zhǔn)年相比，未來A2和B2氣候情景下，2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)的≥10 ℃積溫呈增加趨勢。對于原來熱量條件相對不足的涼山和攀枝花地區(qū)來說，積溫的增加對水稻的增產(chǎn)有利；而積溫的增加也有可能使原來熱量條件較好地區(qū)的水稻生育期縮短，但在實際生產(chǎn)中可通過調(diào)整品種熟性、播種期、移栽期或提高復(fù)種指數(shù)來合理利用熱量資源。因此，大多數(shù)情況下積溫的增加對水稻生長的影響是利大于弊。

1961-1990年，水稻生育期內(nèi)的日照時數(shù)呈現(xiàn)由東北向西南遞減的分布趨勢。和基準(zhǔn)年相比，2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)的日照時數(shù)呈增加趨勢，雅安地區(qū)增加最多。從理論上來看，日照時數(shù)的增加對水稻的光合生產(chǎn)是正效應(yīng)，有利于水稻高產(chǎn)。

1961-1990年，水稻生育期內(nèi)的降水量總體呈由西南向東北遞減的分布趨勢，而缺水率總體呈由西南向東北遞增的分布趨勢。和基準(zhǔn)年相比，2071-2100年四川盆地大部地區(qū)水稻生育期內(nèi)的降水量呈減少趨勢，僅在涼山、攀枝花和四川盆地的個別地區(qū)呈增加趨勢；而缺水率呈不同程度的增加趨勢，雅安地區(qū)增幅最大。水稻生育期內(nèi)降水量的增加有利于水稻增產(chǎn)，但降水量過多也會使水稻產(chǎn)量急劇下降[33]。因此，在涼山、攀枝花等地，水稻產(chǎn)量可能因降水量的增加而提高；而在盆地大部地區(qū)由于降水量的下降，水稻生產(chǎn)中應(yīng)加強灌溉，以避免降水不足對水稻生長帶來的不利影響。這里需要說明的是，本文沒有考慮地形對降水的再分配作用，如成都平原的水稻生產(chǎn)依賴都江堰工程，其他地區(qū)的水稻也大多分布在河谷低地，生產(chǎn)中依靠灌溉。

1961-1990年，四川盆地南部和川東北地區(qū)水稻生育期內(nèi)的參考作物蒸散量最高，呈現(xiàn)由東向西遞減的分布趨勢。和基準(zhǔn)年相比，2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)的參考作物蒸散量呈增加趨勢。有研究指出，影響四川盆地參考作物蒸散量變化的主要氣象要素可能是日照，而風(fēng)速是影響高原地區(qū)參考作物蒸散量變化的主要因子，同時，參考作物蒸散量還受到溫度、降水量和相對濕度等氣象要素的影響[34]。針對參考作物蒸散量變化的影響機理還有待進一步研究。

導(dǎo)致作物光合生產(chǎn)潛力在不同年代、不同地區(qū)有所差異的原因主要與生育期和生育期間的太陽總輻射有關(guān)。未來2071-2100年四川水稻生育期內(nèi)日照時數(shù)增加，光合生產(chǎn)潛力也隨之提高。光溫生產(chǎn)潛力由溫度和光照決定，在計算光合生產(chǎn)潛力的基礎(chǔ)上，隨著未來氣溫升高，四川水稻光溫生產(chǎn)潛力也將有所提高。氣候生產(chǎn)潛力由溫度、光照和降水決定，未來水稻氣候生產(chǎn)潛力呈增加趨勢，說明未來四川氣候資源變化對水稻的增產(chǎn)有利。文中還有幾點需要說明：首先，本研究得到的氣候生產(chǎn)潛力在某些地區(qū)接近實際生產(chǎn)水平，這是因為四川水稻一般種植在沿江河谷與盆地，降水不足部分可通過灌溉來彌補。第二，本研究在計算生產(chǎn)潛力時采用了目前的水稻生育期，沒有考慮未來生育期的可能變化；而隨著氣候變暖和品種的改良，未來川南有可能發(fā)展雙季稻，如將生育期延長考慮在內(nèi)，生產(chǎn)潛力可能會更高。第三，本研究在分析氣候變化對作物生產(chǎn)潛力的影響時沒有考慮二氧化碳濃度增高的施肥效應(yīng)，這與現(xiàn)實生產(chǎn)還有一定的差異。第四，本研究在計算光溫生產(chǎn)潛力時沒有考慮熱害等極端氣候條件對水稻生長和產(chǎn)量的影響，而近年來極端氣候事件呈增多趨勢，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)，應(yīng)加強極端氣候事件對水稻生產(chǎn)影響的研究。因此，本文的結(jié)果只是一種參考，生產(chǎn)中還需要具體分析。

此外，本研究使用的是未來氣候情景數(shù)據(jù)，這是造成研究結(jié)果存在不確定性的原因之一。不完善的氣候模式和不確定的未來溫室氣體排放情景是氣候變化情景不確定性的主要來源[35]。但是，氣候資源和作物生產(chǎn)潛力的變化是綜合因素影響的結(jié)果，要從根本上準(zhǔn)確客觀地回答這一科學(xué)問題，還需深刻認(rèn)識并把握其變化過程、機制。因此，本研究僅提供了一個框架式的結(jié)果，結(jié)論有一定的局限性，但作為一個預(yù)測性的試驗研究，此類研究仍然給出了四川地區(qū)未來水稻生育期的氣候資源和生產(chǎn)潛力的變化范圍和大致趨勢，這對今后指導(dǎo)四川水稻生產(chǎn)具有一定的現(xiàn)實意義，隨著資料的不斷完善，研究結(jié)論也將不斷深入。

[1] IPCC.Climatic change 2007:The physical science basis [C]//Solomon S,Qin D,Manning M,et al.Contribution of working group Ⅰ to the fourth assessment report of the intergovernmental panel on climatic change.Cambridge and New York:Cambridge University Press,2007.

[2] 丁一匯,任國玉,石廣玉,等.氣候變化國家評估報告(Ⅰ):中國氣候變化的歷史和未來趨勢 [J].氣候變化研究進展,2006,2(1):3-8.

Ding Y H,Ren G Y,Shi G Y,et al.China’s national assessment report of climate change (Ⅰ):Climate change in China and its future trend [J].Advances in Climate Change Research,2006,2(1):3-8.(in Chinese)

[3] 秦大河,丁一匯,蘇紀(jì)蘭,等.中國氣候與環(huán)境演變評估:Ⅰ.中國氣候與環(huán)境變化及未來趨勢 [J].氣候變化研究進展,2005,1(1):1-5.

Qin D H,Ding Y H,Su J L,et al.Assessment of climate and environment changes in China:Ⅰ.Climate and environment changes in China and their projections [J].Advances in Climate Change Research,2005,1(1):1-5.(in Chinese)

[4] 趙俊芳,郭建平,張艷紅,等.氣候變化對農(nóng)業(yè)影響研究綜述 [J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2010,31(2):200-205.

Zhao J F,Guo J P,Zhang Y H,et al.Advances in research of impacts of climate change on agriculture [J].Chinese Journal of Agrometeorology,2010,31(2):200-205.(in Chinese)

[5] 周曙東,周文魁,朱紅根,等.氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響及應(yīng)對措施 [J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010,10(1):34-39.

Zhou S D,Zhou W K,Zhu H G,et al.Impact of climate change on agriculture and its countermeasures [J].Journal of Nanjing Agricultural University,2010,10(1):34-39.(in Chinese)

[6] 姚鳳梅,秦鵬程,張佳華,等.基于模型模擬氣候變化對農(nóng)業(yè)影響評估的不確定性及處理方法 [J].科學(xué)通報,2011,56(8):547-555.

Yao F M,Qin P C,Zhang J H,et al.Uncertainties in assessing the effect of climate change on agriculture using model simulation and uncertainty processing methods [J].Chinese Science Bulletin,2011,56(8):547-555.(in Chinese)

[7] 姜曉劍,湯 亮,劉小軍,等.中國主要稻作區(qū)水稻生產(chǎn)氣候資源的時空特征 [J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,27(7):238-245.

Jiang X J,Tang L,Liu X J,et al.Spatial and temporal characteristics of rice production climatic resources in main growing regions of China [J].Transactions of the CSAE,2011,27(7):238-245.(in Chinese)

[8] 李全勝,葉旭君,楊忠恩.氣候條件及其變化對長江三角洲水稻溫度適宜性和生產(chǎn)潛力的影響 [J].浙江大學(xué)學(xué)報,2000,26(1):39-45.

Li Q S,Ye X J,Yang Z E.Impacts of climatic condition and its change on the temperature suitability and potential productivity of rice in the Yangtze River delta of China [J].Journal of Zhejiang University,2000,26(1):39-45.(in Chinese)

[9] 丁美花,楊星衛(wèi),李湘閣,等.基于GIS技術(shù)的上海精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)水稻生產(chǎn)潛力估算模型 [J].土壤通報,2006,37(1):56-60．

Ding M H,Yang X W,Li X G,et al.Estimation model of rice productivity potential for precision agriculture based on GIS [J].Chinese Journal of Soil Science,2006,37(1):56-60．(in Chinese)

[10] 孫俊英,黃進良,王立輝,等.基于GIS的湖北省中稻生產(chǎn)潛力研究 [J].華中師范大學(xué)學(xué)報,2009,43(3):500-504.

Sun J Y,Huang J L,Wang L H,et al.Study on potential productivity of medium rice in Hubei province based on GIS [J].Journal of Huazhong Normal University,2009,43(3):500-504.(in Chinese)

[11] 趙 清.三江平原建三江地區(qū)農(nóng)業(yè)需水量及水稻生產(chǎn)潛力研究 [J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2009(9):185-188.

Zhao Q.Study of agricultural water demand and rice potential productivity in Jiansanjiang region of Sanjiang plain [J].Modern Agricultural Sciences and Technology,2009(9):185-188.(in Chinese)

[12] 陳 超,龐艷梅,潘學(xué)標(biāo),等.氣候變化背景下四川省氣候資源變化趨勢分析 [J].資源科學(xué),2011,33(7):1310-1316.

Chen C,Pang Y M,Pan X B,et al.Characteristics of climate resources under global climate change in Sichuan province [J].Resources Science,2011,33(7):1310-1316.(in Chinese)

[13] 代姝瑋,楊曉光,趙 孟,等.氣候變化背景下中國農(nóng)業(yè)氣候資源變化:Ⅱ.西南地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源時空變化特征 [J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2011,22(2):442-452.

Dai S W,Yang X G,Zhao M,et al.Changes of China agricultural climate resources under the background of climate change:Ⅱ.Spatiotemporal change characteristics of agricultural climate resources in Southwest China [J].Chinese Journal of Applied Ecology,2011,22(2):442-452.(in Chinese)

[14] 許武成，周 旭，徐鄧耀.近50年川中丘陵區(qū)氣候變化及與ENSO關(guān)系研究 [J].高原山地氣象研究,2008,28(1):52-56.

Xu W C,Zhou X,Xu D Y.The relationship between climate changes in the hill region of middle Sichuan during last 50 years and ENSO [J].Plateau and Mountain Meteorology Research,2008,28(1):52-56.(in Chinese)

[15] 趙文虎，孫衛(wèi)國，程炳巖.近50年川渝地區(qū)的氣溫變化及其原因分析 [J].高原山地氣象研究,2008,28(3):59-67.

Zhao W H,Sun W G,Cheng B Y.Analysis of the temperature variations and it’s reason in Sichuan and Chongqing [J].Plateau and Mountain Meteorology Research,2008,28(3):59-67.(in Chinese)

[16] 徐 曉，肖天貴，麻素紅.西南地區(qū)氣候季節(jié)劃分及特征分析 [J].高原山地氣象研究,2010,30(1):35-40.

Xu X,Xiao T G,Ma S H.The features analysis on divisions of season in Southwest China [J].Plateau and Mountain Meteorology Research,2010,30(1):35-40.(in Chinese)

[17] 趙 靜，陳 超，周 斌.1960-2010年四川最高、最低氣溫的非對稱性變化特征 [J].高原山地氣象研究,2012,32(3):42-45.

Zhao J,Chen C,Zhou B.A symmetrical change of maximum temperature and minimum temperature in Sichuan from 1960 to 2010 [J].Plateau and Mountain Meteorology Research,2012,32(3):42-45.(in Chinese)

[18] 王素艷,郭海燕,鄧 彪,等.氣候變化對四川盆地作物生產(chǎn)潛力的影響評估 [J].高原山地氣象研究,2009,29(2):49-53.

Wang S Y,Guo H Y,Deng B,et al.Impact of climatic variation on crop potential productivity in Sichuan basin [J].Plateau and Mountain Meteorology Research,2009,29(2):49-53.(in Chinese)

[19] 許吟隆,Richard J．利用ECMWF再分析數(shù)據(jù)驗證PRECIS對中國區(qū)域氣候的模擬能力 [J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2004,25(1):5-9.

Xu Y L,Richard J.Validating PRECIS with ECMWF reanalysis data over China [J].Chinese Journal of Agrometeorology,2004,25(1):5-9.(in Chinese)

[20] 許吟隆,黃曉瑩,張 勇,等.中國21世紀(jì)氣候變化情景的統(tǒng)計分析 [J].氣候變化研究進展,2005,1(2):80-83.

Xu Y L,Huang X Y,Zhang Y,et al.Statistical analyses of climate change scenarios over China in the 21st century [J].Advances in Climate Change Research,2005,1(2):80-83.(in Chinese)

[21] 許吟隆.中國21世紀(jì)氣候變化的情景模擬分析 [J].南京氣象學(xué)院學(xué)報,2005,28(3):323-329.

Xu Y L.Analyses on scenario simulations of the 21st century climate change in China [J].Journal of Nanjing Institute of Meteorology,2005,28(3):323-329.(in Chinese)

[22] 氣候變化國家評估報告編寫委員會. 中國氣候變化國家評估報告 [M].北京:科學(xué)出版社,2007.

Taskforce on China’s National Assessment Report on Climate Change．China’s national assessment report on climate change [M].Beijing:Science Press,2007.(in Chinese)

[23] Allen R G,Pereira L S,Raes D,et al.Crop evapotranspiration guidelines for computing crop water requirements-FAO irrigation and drainage paper 56 [M].Rome:Food and Agriculture Organization of the United Nations,1998:37-58.

[24] 達斯塔內(nèi) N G.灌溉農(nóng)業(yè)中的有效雨量 [M].羅馬:聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織,1974:1-31.

Dasta N G．Effective rainfall irrigation in agriculture [M].Rome:FAO,1974:1-31.(in Chinese)

[25] 李世奎.中國農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險評價與對策 [M].北京:氣象出版社,1999:122-128.

Li S K.China’s agricultural disaster risk assessment and countermeasures [M].Beijing:China Meteorological Press,1999:122-128.(in Chinese)

[26] 韓湘玲.農(nóng)業(yè)氣候?qū)W [M].太原:山西科學(xué)技術(shù)出版社,1999:139-155.

Han X L.Agroclimatology [M].Taiyuan:Shanxi Meteorological Press,1999:139-155.(in Chinese)

[27] 侯光良.關(guān)于我國作物氣候生產(chǎn)力估算問題的討論:中國農(nóng)業(yè)氣候資源和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃集 [M].北京:氣象出版社,1986:30-35.

Hou G L.Discussion on the problems of estimating crop climate productivity in China:China agricultural climate resources and agro-climatic zoning set [M].Beijing:China Meteorological Press,1986:30-35.(in Chinese)

[28] 鄧先瑞.氣候資源概論 [M].武漢:華中師范大學(xué)出版社,1995:104-107.

Deng X R.Climate resources in general [M].Wuhan:Huazhong Normal University Press,1995:104-107.(in Chinese)

[29] 于滬寧,李偉光.農(nóng)業(yè)氣候資源分析與利用 [M].北京:氣象出版社,1985:35.

Yu H N,Li W G.Analysis and utilization of agro-climatic resources [M].Beijing:China Meteorological Press,1985:35.(in Chinese)

[30] 侯西勇.1951-2000年中國氣候生產(chǎn)潛力時空動態(tài)特征 [J].干旱區(qū)地理,2008,31(5):723-730.

Hou X Y.Temporal and spatial dynamics of climatic potential productivity in China from 1951 to 2000 [J].Arid Land Geography,2008,31(5):723-730.(in Chinese)

[31] Chavas D R,Lzaurralde R C,Thomson A M,et al.Long-term climate change impacts on agricultural productivity in eastern China [J].Agricultural and Forest Meteorology,2009,149:1118-1128.

[32] 徐春達,高曉飛.作物生產(chǎn)潛力模型在中國的應(yīng)用 [J].干旱地區(qū)資源與環(huán)境,2003,17(6):108-112.

Xu C D,Gao X F.Crop productivity potential model applied in China [J].Journal of Arid Land Resources and Environment,2003,17(6):108-112.(in Chinese)

[33] Yin X Y,Kropff M J,Goudriaan J.The effects of temperature on leaf appearance in rice [J].Annals of Botany,1996,77(3):215-221.

[34] 陳 超,龐艷梅,潘學(xué)標(biāo),等.四川地區(qū)參考作物蒸散量的變化特征及氣候影響因素分析 [J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2011,32(1):35-40.

Chen C,Pang Y M,Pan X B,et al.Analysis on change of reference crop evapotranspiration and climatic influence factors in Sichuan [J].Chinese Journal of Agrometeorology,2011,32(1):35-40.(in Chinese)

[35] 趙俊芳,延曉冬,賈根鎖.未來氣候情景下中國東北森林生態(tài)系統(tǒng)碳收支變化 [J].生態(tài)學(xué)雜志,2009,28(5):781-787.

Zhao J F,Yan X D,Jia G S.Changes in carbon budget of Northeast China forest ecosystems under future climatic scenario [J].Chinese Journal of Ecology,2009,28(5):781-787.(in Chinese)

Impacts of future climate change on climatic resources and production potential during growth period of rice in Sichuan Province

PANG Yan-mei1,CHEN Chao2,3,MA Zhen-feng3

(1InstituteofPlateauMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,Chengdu,Sichuan610072,China; 2OpenResearchFundProgramofPlateauAtmosphereandEnvironmentKeyLaboratoryofSichuanProvince,Chengdu,Sichuan610225,China;3SichuanProvincialClimateCentre,Chengdu,Sichuan610072,China)

【Objective】 This study predicted the temporal and spatial change of climatic resources and production potential during growth period of rice under the background of global climate change in Sichuan Province to provide theoretical support for addressing climate change and making policy for rice production.【Method】 Based on the daily data of A2 and B2 climate scenarios (2071-2100) and baseline climate condition (1961-1990) from the regional climate model PRECIS,the spatial and temporal change characteristics of climate resources (thermal time ≥10 ℃,total sunshine hours,total precipitation,reference crop evapotranspiration and water deficient ratio) and production potential (photosynthetic potential productivity,photo-temperature potential productivity and climatic potential productivity) during rice growing period in Sichuan were analyzed using the methods recommended by FAO and HOU Guang-liang.【Result】 The thermal time ≥10 ℃,total sunshine hours and reference crop evapotranspiration during growth period of rice increased from 2071 to 2100 under A2 and B2 climate scenarios compared with the baseline climate conditions from 1961 to 1990.The precipitation decreased in most regions of Sichuan.The water deficient ratio of rice showed increasing tendency in the future,indicating that the rice drought disaster risk might increase in Sichuan.The photosynthetic potential productivity,climatic potential productivity and photo-temperature potential productivity of rice also increased in future.【Conclusion】 Future changes in climatic resources would benefit rice yield in Sichuan Province.

climate change;Sichuan Province;rice;growth period;potential productive

2013-09-16

中國氣象局氣候變化專項(CCSF201422)；中國氣象局西南區(qū)域重大科研業(yè)務(wù)項目(2014-8)；四川省氣象局科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)項目(2014-青年-08)；高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室開放課題資助項目(PAEKL-2014-C5)；中國氣象局成都高原氣象研究所高原氣象開放基金項目(LPM2013002)

龐艷梅(1983-)，女，北京人，碩士，主要從事氣候變化影響評價研究。E-mail:pangyanm@126.com

陳 超(1982-)，男，湖南長沙人，博士，主要從事生物氣候模型與信息系統(tǒng)、氣候變化影響評價研究。 E-mail:chenchao16306@sina.com

時間:2014-12-12 09:30

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.01.001

S162.3

A

1671-9387(2015)01-0058-11

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20141212.0930.001.html