馮慧慧 蔣紅霞 丁圓月 徐靜靜 朱迅 高飛 陳滔 王成超

摘要[目的]構(gòu)建簡單適用的糧食作物氣象適宜度計(jì)算模型。[方法]利用2001—2016年山東省郯城縣逐日氣象資料和主要糧食作物（水稻、小麥、玉米）發(fā)育期及單產(chǎn)資料，采用近年研究中主流氣象適宜度模型和該研究自稱的主推模型2種模式，分別計(jì)算了2001—2016年郯城境內(nèi)3種主要糧食作物的氣象條件適宜度，并對比分析了2種模式下氣象條件適宜度與氣象產(chǎn)量的相關(guān)性。[結(jié)果]主流模型較主推模型計(jì)算出的氣象適宜度普遍偏低；水稻生長發(fā)育氣象適宜度計(jì)算中，主推模型表現(xiàn)較好；小麥生長發(fā)育氣象適宜度計(jì)算中，2種模式均表現(xiàn)欠佳；玉米生長發(fā)育氣象適宜度計(jì)算中，主流模型表現(xiàn)較好。[結(jié)論]該研究可為相關(guān)研究提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞主流模型；主推模型；主要糧食作物；氣象條件適宜度；對比分析；郯城

中圖分類號S162文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2018）05-0162-04

Abstract[Objective] The research aimed to build a simple applicable grain crop meteorological suitability calculation model. [Method]Based on the daily meteorological data and the developmental periods and yield data of major grain crops （rice， wheat and corn） in Tancheng County of Shandong Province from 2001 to 2016，using the two models of the mainstream meteorological suitability model in recent years and the model recommended by this study， the suitability of meteorological conditions for three major grain crops in Tancheng prefecture during 2001-2016 was respectively calculated，and the correlation between meteorological conditions suitability and meteorological yield under two modes was analyzed and compared.[Result]The meteorological suitability in the main model was generally smaller compared with the model recommended by this study； In the calculation of rice growth and development meteorological suitability， the model recommended by this study was better；In the calculation model of wheat growth and development meteorological suitability，both models performed poorly； In the calculation model of corn growth and development meteorological suitability， the main model was better.[Conclusion]This study can provide reference for relevant research.

Key wordsThe main models；The model recommended by this study；Main grain crops；Meteorological suitability；Comparison and analysis；Tancheng

糧食是國家的戰(zhàn)略物資，是人民生活的必需品，糧食生產(chǎn)的重要性毋庸置疑。糧食生產(chǎn)過程中產(chǎn)量和品質(zhì)在很大程度上受氣象條件的影響和制約。因而，研究簡單適用的糧食作物氣象適宜度計(jì)算模型以定量計(jì)算出糧食作物的氣象適宜程度很有實(shí)際意義。目前，農(nóng)作物氣象適宜度評價(jià)已逐步從定性化走向定量化[1-3]。很多學(xué)者開展了農(nóng)作物氣象適宜度模型研究（其中含有溫度、降水、日照適宜度模型）[1，4-9]。這些主流模型的優(yōu)點(diǎn)是體現(xiàn)了作物的生理生態(tài)特征，缺點(diǎn)是模型中參數(shù)數(shù)據(jù)缺乏，因而，模型很難在業(yè)務(wù)上推廣應(yīng)用[10]。由于當(dāng)?shù)厝狈ο鄳?yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)，有些研究中采用這些模型時(shí)不得不從文獻(xiàn)中引用相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)。就具體的研究區(qū)域而言，若從文獻(xiàn)引入相關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)，則參數(shù)數(shù)據(jù)針對性不強(qiáng)，氣象適宜度計(jì)算結(jié)果與當(dāng)?shù)貙?shí)際有可能偏差較大。理論上而言，一地的主要糧食作物是與當(dāng)?shù)氐亩嗄昶骄鶜夂驐l件相適應(yīng)的。基于這一點(diǎn)，對主流模型中的降水、日照適宜度模型進(jìn)行了改進(jìn)，試圖構(gòu)建簡單適用的糧食作物氣象適宜度計(jì)算模型，即主推模型。主推模型的優(yōu)點(diǎn)是降水、日照模型參數(shù)容易獲得，因而模型易于推廣應(yīng)用。筆者以山東省郯城縣為試驗(yàn)縣，采用主流模型和主推模型分別計(jì)算了其境內(nèi)主要糧食作物（水稻、小麥、玉米）2001—2016年的氣象適宜度，對比分析了2種計(jì)算模式下氣象適宜度與氣象產(chǎn)量的相關(guān)性，以期為相關(guān)研究提供借鑒參考，也可為政府部門、糧食作物生產(chǎn)者了解郯城糧食作物氣象適宜度提供定量化的依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料來源

所用的數(shù)據(jù)包括2001—2016年郯城縣逐日氣象資料（氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)）和主要糧食作物（小麥、水稻、玉米）各發(fā)育期日期及單產(chǎn)資料。氣象資料來源于郯城縣氣象局；作物各發(fā)育期日期來源于郯城縣農(nóng)業(yè)局；單產(chǎn)資料來源于郯城縣統(tǒng)計(jì)局。

1.2模型和參數(shù)

1.2.1主流作物氣象（氣溫、降水、日照）適宜度計(jì)算模型。

1.2.1.1氣溫適宜度模型[1，4-6，8-10]。用S（T）代表氣溫適宜度，T代表某發(fā)育期內(nèi)日平均氣溫，氣溫適宜度計(jì)算公式如下：

S（T）=（T-T1）（T2-T）B（T0-T1）（T2-T0）B（1）

B=T2-T0T0-T1（2）

式中，T1、T2、T0分別為作物某發(fā)育期的三基點(diǎn)溫度，即生長發(fā)育所需的最低溫度、最高溫度、最適溫度。當(dāng)T=T0時(shí)，S（T）=1；當(dāng)T>T2或T

1.2.1.2小麥、水稻降水適宜度模型[4-5，8]。用S（R）代表降水適宜度，R代表某發(fā)育期天然降水量，R0代表該發(fā)育期作物生理需水量，降水適宜度計(jì)算公式如下：

S（R）=R/R0R

R0/RR≥R0（3）

當(dāng)R略大于R0，且完全可被土壤貯存接納時(shí)，可認(rèn)為S（R）≈1。

1.2.1.3玉米降水適宜度模型[9，11]。夏玉米生育期內(nèi)，降水量/需水量<70%時(shí)為輕旱，降水量/需水量>150%時(shí)為輕澇，降水適宜度計(jì)算公式為：

S（R）=R/R0R<0.7R0

10.7R0≤R<1.5R0

R0/RR≥1.5R0（4）

式中，S（R）為降水適宜度，R為某發(fā)育期天然降水量，R0為夏玉米該發(fā)育期生理需水量。

1.2.1.4日照適宜度模型[1，4-8]。

以日照百分率70%為臨界點(diǎn)，≥70%時(shí)為日照條件達(dá)到適宜狀態(tài)，日照適宜度計(jì)算公式如下：

S（s）=e-[（s-s0）/b]2s

1s≥s0（5）

式中，S（s）為日照適宜度，s為某發(fā)育期日照時(shí)數(shù)，s0為假設(shè)該發(fā)育期日照百分率為70%時(shí)的日照時(shí)數(shù)，b為常數(shù)。

1.2.2主推作物氣象（氣溫、降水、日照）適宜度計(jì)算模型。

1.2.2.1氣溫適宜度模型。其計(jì)算公式同“1.2.1.1”。

1.2.2.2降水適宜度模型。用S（R）代表降水適宜度，R代表某發(fā)育期天然降水量，R0代表該發(fā)育期歷年平均降水量，降水適宜度計(jì)算公式如下：

S（R）=R/R0R

R0/RR≥R0（6）

1.2.2.3日照適宜度模型。

當(dāng)發(fā)育期內(nèi)實(shí)際日照時(shí)數(shù)達(dá)到或超過歷年平均日照時(shí)數(shù)時(shí)，認(rèn)為日照條件達(dá)到適宜狀態(tài)，日照適宜度計(jì)算公式如下：

S（s）=s/s0s

1s≥s0（7）

式中，S（s）為日照適宜度，s為某發(fā)育期日照時(shí)數(shù)，s0為該發(fā)育期內(nèi)歷年平均日照時(shí)數(shù)。

1.2.3氣象適宜度模型[1，4-6，9-10]。

氣象適宜度綜合反映氣溫、降水、日照3種氣象要素對作物的適宜程度，其計(jì)算公式為：

Fij=3Sij（T）×Sij（R）×Sij（s）、Fj=ni=1biFij （8）

式中，F(xiàn)ij為某作物第j年第i個(gè)發(fā)育期的氣象適宜度；Sij（T）、Sij（R）、Sij（s）分別為該作物第j年第i個(gè)發(fā)育期的氣溫、降水、日照適宜度；Fj為該作物第j年全生育期氣象適宜度；bi為該作物不同發(fā)育階段的影響系數(shù)，根據(jù)發(fā)育階段的劃分，該研究中水稻、小麥、玉米各發(fā)育階段分別取0.20、0.20、025。

1.2.4模型中用到的參數(shù)。

主流和主推模型中郯城縣水稻、小麥、玉米各發(fā)育階段的三基點(diǎn)溫度及主流模型中R0和b的取值如表1～5。

2結(jié)果與分析

2.12種計(jì)算模式下2001—2016年郯城水稻的氣象適宜度及與氣象產(chǎn)量的相關(guān)性

2.1.1

主流模型。從表6可看出，主流模型較主推方法計(jì)算出的氣象適宜度普遍偏低；氣象適宜度與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)為-0.249；氣象適宜度與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)性不明顯，即便是剔除部分特殊年份后亦不明顯。

2.1.2主推模型。氣象適宜度與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.143；除去2006、2015年2個(gè)特殊年份后，剩余14個(gè)年份氣象適宜度與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.681，為在 0.01 水平上顯著相關(guān)。2個(gè)特殊年份的可能原因：①該研究計(jì)算的氣象適宜度僅考慮了氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)3個(gè)氣象要素，而影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的氣象要素不止這3種。比如風(fēng)，大風(fēng)會有礙受精結(jié)實(shí)，導(dǎo)致作物大面積倒伏，造成減產(chǎn)。2015年8月29日郯城出現(xiàn)大風(fēng)天氣，極大風(fēng)速165 m/s，而正是這一天郯城水稻普遍進(jìn)入抽穗開花期。大風(fēng)極大地影響了水稻正常的授粉。因此，雖然計(jì)算出的2015年氣象適宜度較高，氣象產(chǎn)量卻最低。②2006年氣象適宜度最低（主要由降水適宜度較低導(dǎo)致），而氣象產(chǎn)量卻較高。這可能與水稻不定時(shí)灌溉（導(dǎo)致降水適宜度低的年份實(shí)際水分條件并不差）有關(guān)，2006年水稻幼苗期、分蘗期、孕穗期、抽穗開花期、灌漿成熟期的降水適宜度分別為0.849 5、0.137 5、0.207 0、0.369 2、0.156 7，除幼苗期外，其余發(fā)育階段均較低。

2.22種計(jì)算模式下2001—2016年郯城小麥的氣象適宜度及與氣象產(chǎn)量的相關(guān)性

由表7可看出，主流模型較主推方法計(jì)算出的氣象適宜度普遍偏低；氣象適宜度與氣象產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)為-0.233。主推模型的氣象適宜度與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)為-0.144。2種計(jì)算模式得出的氣象適宜度與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)均為負(fù)值且相關(guān)性不明顯。可能原因：小麥不定時(shí)灌溉導(dǎo)致實(shí)際水分供應(yīng)量與模型計(jì)算中用到的降水量懸殊較大，因而計(jì)算出的降水適宜度與實(shí)際相比誤差較大。

2.32種計(jì)算模式下2001—2016年郯城玉米的氣象適宜度及與氣象產(chǎn)量的相關(guān)性

從表8可看出，主流模型較主推方法計(jì)算出的氣象適宜度普遍偏低；氣象適宜度與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.515，在0.05水平上顯著相關(guān)。主推模型的氣象適宜度與氣象產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)為0.136，相關(guān)性不明顯。

3結(jié)論與討論

利用作物氣象適宜度模型計(jì)算氣象適宜度很有實(shí)際意義，但計(jì)算出的氣象適宜度并不是完全精確的。就氣象適宜度模型自身而言：①主流模型和主推模型都僅考慮了氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)3個(gè)氣象要素，而影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量

形成的氣象要素不止這3種。比如風(fēng)，大風(fēng)會有礙受精結(jié)實(shí)，導(dǎo)致作物大面積倒伏造成減產(chǎn)；日照方面，僅考慮了日照

時(shí)數(shù)沒有考慮輻射強(qiáng)度的影響，很多氣象臺站也沒有這方面的觀測數(shù)據(jù)。②模型中用到的參數(shù)值與實(shí)際有偏差。③作物不定時(shí)灌溉導(dǎo)致實(shí)際水分供應(yīng)量與模型計(jì)算中用到的降水量懸殊較大，因而計(jì)算出的降水適宜度與實(shí)際相比誤差較大。就檢驗(yàn)指標(biāo)而言，統(tǒng)計(jì)單產(chǎn)值與實(shí)際可能有偏差，導(dǎo)致氣象產(chǎn)量出現(xiàn)誤差。

該研究采用主流模型和主推模型分別計(jì)算了郯城縣主要糧食作物（水稻、小麥、玉米）2001—2016年的氣象適宜度，并對比分析了2種計(jì)算模式下的氣象適宜度與氣象產(chǎn)量的相關(guān)性，結(jié)果表明，主流模型較主推模型計(jì)算出的氣象適宜度普遍偏低；水稻氣象適宜度計(jì)算中，主推模型表現(xiàn)較好；小麥氣象適宜度計(jì)算中，2種計(jì)算模式均表現(xiàn)欠佳；玉米氣象適宜度計(jì)算中，主流模型表現(xiàn)較好。

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