劉 丹，李迎春

(江西省氣象科學(xué)研究所，江西 南昌 330096)

【研究意義】IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，未來(lái)全球氣候變暖仍將持續(xù)，21世紀(jì)末全球平均地表溫度在1986-2005年的基礎(chǔ)上將升高0.3～4.8 ℃[1]。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)成本和投資成本的增加，對(duì)糧食安全生產(chǎn)具有重要的影響[2]。【前人研究進(jìn)展】隨著全球氣候變化問(wèn)題的日益突出，對(duì)農(nóng)業(yè)氣候生產(chǎn)潛力的研究也受到了社會(huì)各界的普通關(guān)注[3]。侯西勇[4]基于1951-2000年全國(guó)范圍氣象柵格數(shù)據(jù)，利用GIS空間分析技術(shù)和小波分析方法探討了全國(guó)以及9大土地潛力區(qū)氣候生產(chǎn)潛力的空間格局特征與多時(shí)間尺度特征。 鐘新科等[5]在1981-2010年的日氣象數(shù)據(jù)、玉米生育期數(shù)據(jù)和土壤數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，采用GIS技術(shù)和AEZ模型結(jié)合的方法，模擬了30年中國(guó)平均玉米生產(chǎn)潛力和中國(guó)玉米生產(chǎn)潛力變化趨勢(shì)。袁彬等[6]基于東北三省101個(gè)氣象站1971-2000年逐日氣象資料和國(guó)家氣候中心RegCM3模式模擬的東北地區(qū)1951-2100年0.25°×0.25°格點(diǎn)氣象資料，結(jié)合東北玉米生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氣候條件的需求，分析了氣候變化下東北三省農(nóng)業(yè)氣候資源的變化趨勢(shì)以及氣候變化對(duì)東北三省春玉米品種熟型布局、玉米氣候生產(chǎn)潛力、農(nóng)業(yè)氣候資源利用率的影響。湯開(kāi)磊[7]利用經(jīng)過(guò)調(diào)試和驗(yàn)證的ORYZA2000模型模擬了我國(guó)主要稻作區(qū)內(nèi)239個(gè)標(biāo)準(zhǔn)氣象站點(diǎn)1961-2007年的水稻光溫生產(chǎn)潛力，分析了我國(guó)水稻光溫生產(chǎn)潛力的變化特征，并進(jìn)一步利用ORYZA2000模型模擬分析光溫變化條件下水稻光溫生產(chǎn)潛力的變化特征，明確了溫度和太陽(yáng)輻射變化對(duì)我國(guó)水稻光溫生產(chǎn)潛力的可能影響。李國(guó)強(qiáng)等[8]應(yīng)用DSSAT模型估算了河南省15個(gè)生態(tài)點(diǎn)1961-2012年的冬小麥光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力，并分析了生產(chǎn)潛力的分布規(guī)律。張玉芳等[9]基于四川省45個(gè)氣象站點(diǎn)50年的氣象數(shù)據(jù)和20年的水稻生育期資料，采用侯光良法分析了四川省7個(gè)水稻種植區(qū)的水稻光合生產(chǎn)潛力、光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力的時(shí)空分布特征，并結(jié)合現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力數(shù)據(jù)分析了氣候變化背景下四川省水稻的增產(chǎn)潛力。前人的研究結(jié)果表明氣候變化對(duì)不同地區(qū)作物生產(chǎn)潛力的影響不同，即使在同一地區(qū)氣候變化對(duì)不同作物的生產(chǎn)潛力影響差異也很大[10]。

水稻是江西最主要的糧食作物，研究其近55年的區(qū)域氣候生產(chǎn)潛力時(shí)空變化對(duì)于江西省的水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重要意義。辜曉青等[11]利用1971-2000年全省85個(gè)氣象站的逐日氣象數(shù)據(jù)，按光合、光溫和氣候三級(jí)生產(chǎn)潛力的劃分思路，構(gòu)建氣候生產(chǎn)潛力計(jì)算模式，以光合生產(chǎn)潛力、溫度適宜度、水分適宜度為基本評(píng)價(jià)因子，計(jì)算全省1971-2000年逐年的85個(gè)站點(diǎn)的光合、光溫和氣候三級(jí)生產(chǎn)潛力，定量化評(píng)估氣候條件變化對(duì)早稻生產(chǎn)的影響，并對(duì)其進(jìn)行了時(shí)空分布分析。雙季水稻是江西省的主要種植制度，氣候變化背景下雙季早稻的氣候生產(chǎn)潛力變化特征已有部分研究，但氣候變化背景下江西省晚稻氣候生產(chǎn)潛力時(shí)空變化還尚不清楚。逐步訂正法建立在生理生態(tài)學(xué)研究基礎(chǔ)上，從光合作用與其環(huán)境條件相互關(guān)系出發(fā)，物理意義清晰，因果關(guān)系明確，目前應(yīng)用比較廣泛[12]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究根據(jù)江西省85個(gè)氣象站點(diǎn)的氣象資料、晚稻產(chǎn)量資料以及90 m×90 m的DEM數(shù)據(jù)，采用逐步訂正、空間插值、線性趨勢(shì)分析等方法研究江西省晚稻的光合生產(chǎn)潛力、光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力的時(shí)空變化特征及其主要影響因子，【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】旨在了解江西省晚稻氣候生產(chǎn)潛力演變特征，為提高晚稻的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域氣候概況及氣候變化

江西地處長(zhǎng)江中下游南岸，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫18 ℃，雨量充沛，年均降水量在1341～1940 mm，但時(shí)空分布極其不均[13]， 尤其是在雙季晚稻生長(zhǎng)期間，氣候多變，降水量年際變化相當(dāng)懸殊，最多年份可達(dá)最少年份1倍以上[14]。在全球變暖的大背景下，江西省氣候發(fā)生了明顯的變化，各種極端天氣氣候事件呈多發(fā)趨勢(shì)，強(qiáng)度增強(qiáng)。近50年來(lái)，特別是從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始，江西年平均氣溫呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，且冬季最明顯。降水呈現(xiàn)階段性特征，且南北降水差異大。尤其是20世紀(jì)90年代以來(lái)，降水強(qiáng)度加大，暴雨和大暴雨頻次呈現(xiàn)明顯增大趨勢(shì)。日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，最為明顯的是在20世紀(jì)90年代后[15]。

1.2 數(shù)據(jù)資料

本文收集了江西省85個(gè)氣象站1961-2014年逐日降水量、平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、日照時(shí)數(shù)、日平均相對(duì)濕度資料，江西省農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站的晚稻生育期和產(chǎn)量數(shù)據(jù)，資料均來(lái)源于江西省氣象局。數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)來(lái)源于國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。

1.3 研究方法

本文利用逐步訂正法[16-18]來(lái)計(jì)算江西省雙季晚稻的氣候生產(chǎn)潛力。由于雙季晚稻每個(gè)生育期的三基點(diǎn)溫度存在差異(表1)，本研究根據(jù)江西省農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站的水稻生產(chǎn)實(shí)際情況將水稻分為出苗-返青、返青-分蘗、分蘗-拔節(jié)、拔節(jié)-孕穗、抽穗-開(kāi)花、開(kāi)花-成熟6個(gè)生育期，分時(shí)段計(jì)算光合生產(chǎn)潛力、光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力，再累加得到雙季晚稻的生產(chǎn)潛力。

表1 雙季晚稻不同發(fā)育期的時(shí)間段、下限溫度、最適溫度及下限溫度

1.3.1 氣候生產(chǎn)潛力 作物光合生產(chǎn)潛力是指在環(huán)境因子、作物因子以及農(nóng)業(yè)技術(shù)措施均處于最佳狀態(tài)時(shí)，由作物群體光合效率所決定的單位面積生物學(xué)產(chǎn)量，本文選擇侯光良[19]的方法計(jì)算光合生產(chǎn)潛力，其計(jì)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

(1)

式中，YQ為光合產(chǎn)量潛力(kg·hm-2);k為單位換算系數(shù)，取10 000；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是光合作用量子效率，取0.224；α是作物群體反射率，取0.68；β為作物群體對(duì)太陽(yáng)輻射漏射率，取0.06;ρ為作物非光合器官對(duì)太陽(yáng)輻射的無(wú)效吸收，取0.1；γ為光飽和限制率，取0.01；ω為作物呼吸損耗率，取0.3；η為成熟谷物含水率，取0.15；ξ位作物灰分含量，取0.08；s為作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)，取0.5；q為單位干物質(zhì)含熱量(MJ/kg)，取17.2；f(L)為作物葉面積動(dòng)態(tài)變化訂正值，取0.5；Qi為各生育期太陽(yáng)總輻射(MJ/m2)，文章所有參數(shù)來(lái)自于[16]和[20]。

作物光溫生產(chǎn)潛力是在一定的光、溫條件下，其他環(huán)境因素和作物群體因素處于最適宜狀態(tài)，作物利用當(dāng)?shù)氐墓?、溫資源的潛在生產(chǎn)力，計(jì)算公式為[18]：

YT=YQ×f(t)

(2)

式中：YT為光溫生產(chǎn)潛力(kg·hm-2);YQ為光合產(chǎn)量潛力(kg·hm-2);f(t)為溫度訂正函數(shù)，其計(jì)算公式如下[21]：

f(t)=[(t-tmin)(tmax-t)B]/[(ts-tmin)(tmax-ts)B]

B=(tmax-ts)/(ts-tmin)

(3)

式中：t為某生育階段的平均溫度( ℃)，tmin為作物生長(zhǎng)下限溫度( ℃)，ts為作物生長(zhǎng)最適溫度( ℃)，tmax為作物生長(zhǎng)上限溫度( ℃)。

作物氣候生產(chǎn)潛力是指在土壤肥力、耕作技術(shù)適宜時(shí)，在當(dāng)?shù)毓狻?、水氣候條件下單位面積可能達(dá)到的最高產(chǎn)量，其計(jì)算公式為[22]：

YW=YT×f(w)

(4)

式中：YW為氣候產(chǎn)量潛力(kg·hm-2)；YT為光溫產(chǎn)量潛力(kg·hm-2);f(w)為水分訂正函數(shù)，公式如下：

(5)

式中，Eoi=αi×Ei，Eoi為潛在蒸發(fā)量，Ri為i時(shí)段降水量，Ei采用世界糧農(nóng)組織推薦的經(jīng)典參考作物蒸散Penman-Monteith估算模型進(jìn)行計(jì)算，αi為作物系數(shù)。

1.3.2 氣候傾向率及顯著性檢驗(yàn) 本研究采用氣候傾向率[23-24]對(duì)氣候生產(chǎn)潛力變化進(jìn)行分析，計(jì)算公式如下：

Y=at+b

(6)

通過(guò)最小二乘法來(lái)確定系數(shù)a,b的值，其中將10a定義為氣候傾向率[kg·hm-2·(10a)-1],當(dāng)a>0時(shí)表示隨時(shí)間t的增加，生產(chǎn)潛力呈上升趨勢(shì)；當(dāng)a<0時(shí)表示隨時(shí)間t的增加，生產(chǎn)潛力呈下降的趨勢(shì)。a的大小表示上升或下降的傾向程度。

采用t檢驗(yàn)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，通過(guò)α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，為變化趨勢(shì)顯著；通過(guò)α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，為變化趨勢(shì)極顯著。

1.3.3 雙季晚稻增產(chǎn)潛力 雙季晚稻增產(chǎn)潛力表明現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力與氣候生產(chǎn)力之間的差距，一般以實(shí)際產(chǎn)量作為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，以氣候生產(chǎn)潛力作為計(jì)算上限。

增產(chǎn)潛力=(氣候生產(chǎn)潛力-現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力)/氣候生產(chǎn)力×100 %

(7)

2 結(jié)果與分析

2.1 雙季晚稻的氣候生產(chǎn)潛力

表2 江西省雙季晚稻生產(chǎn)潛力

1961-2014年，江西省85個(gè)站點(diǎn)雙季晚稻光合(YQ)、光溫(YT)、氣候生產(chǎn)潛力(YW)、平均值由大到小的排序?yàn)閅Q>YT>YW(表2)。對(duì)雙季晚稻光合生產(chǎn)潛力進(jìn)行溫度訂正后得到光溫生產(chǎn)潛力，溫度引起的雙季晚稻的生產(chǎn)潛力下降幅度為4.7 %～13.9 %，平均下降幅度為7.4 %；光溫生產(chǎn)潛力進(jìn)行水分訂正后得到氣候生產(chǎn)潛力，水分引起的雙季晚稻生產(chǎn)力下降幅度為8.8 %～36.9 %，平均下降幅度為24.5 %，比較兩者的下降幅度，表明對(duì)于江西省晚稻影響較大的氣象因子是降水，其次是溫度，這與黃淑娥[25]得到的結(jié)論一致。

2.2 雙季晚稻氣候生產(chǎn)力的空間分布特征

從圖1(a)可知，晚稻光合生產(chǎn)潛力呈現(xiàn)出東部高、西部低的特點(diǎn)。晚稻光合生產(chǎn)潛力在23 000～27 000 kg·hm-2之間，其中在26 200～27 000 kg·hm-2區(qū)間的區(qū)域分布在贛東南的石城、寧都、興國(guó)、會(huì)昌、瑞金等區(qū)域和南豐、贛州、樂(lè)平、進(jìn)賢、豐城這些站點(diǎn)周圍。光合生產(chǎn)潛力在25 400～26 200 kg·hm-2區(qū)間的區(qū)域在贛北都昌、永修、新建、高安、樟樹(shù)、東鄉(xiāng)、貴溪、廣豐、景德鎮(zhèn)等區(qū)域和贛中的南城、樂(lè)安、永豐、萬(wàn)安、南康、龍南、于都、廣豐、黎川形成的一片區(qū)域。晚稻光合生產(chǎn)潛力的低值區(qū)位于贛西北地區(qū)，小于24 600 kg·hm-2的區(qū)域位于萍鄉(xiāng)、宜春、萬(wàn)載、宜豐、修水、武寧一線以西的區(qū)域、贛北瑞昌、九江形成的一片區(qū)域和資溪、宜黃、崇義、全南這些站點(diǎn)周圍，其中銅鼓、崇義站周圍的光合生產(chǎn)潛力更小，低于23 800 kg·hm-2。

雙季晚稻的光溫生產(chǎn)潛力呈現(xiàn)東南部高、西北部低的特點(diǎn)[圖1(b)]。南豐、萬(wàn)安、上猶、大余、龍南、尋烏一線以東區(qū)域，晚稻光溫生產(chǎn)潛力在24 000 kg·hm-2以上，其中石城、寧都、興國(guó)、會(huì)昌一線以東的區(qū)域光溫生產(chǎn)潛力最高，在25 000 kg·hm-2以上。晚稻光溫生產(chǎn)潛力低于23 000 kg·hm-2的區(qū)域分布在萍鄉(xiāng)、宜春、上高、宜豐、靖安、德安、星子一線以北的區(qū)域和婺源、安義、余江、資溪、宜黃、崇義這些站點(diǎn)周圍，其中修水、銅鼓站等區(qū)域和武寧、瑞昌、九江、宜黃、資溪這些站點(diǎn)周圍小范圍內(nèi)的光溫生產(chǎn)潛力的值更低，在20 000～22 000 kg·hm-2。對(duì)比光合生產(chǎn)潛力和光溫生產(chǎn)潛力的空間分布，江西省東南部地區(qū)，光照資源比較充足，而且受溫度影響較小，所以光合生產(chǎn)潛力和光溫生產(chǎn)潛力都處于一個(gè)較高值。江西省東北部地區(qū)的光照資源也比較充足，但是受溫度影響較大，所以光合生產(chǎn)潛力較大，而光溫生產(chǎn)潛力則一般。江西省西北部地區(qū)的光照資源相對(duì)其他地區(qū)來(lái)說(shuō)，比較缺乏，而且受溫度影響也最大，所以光合生產(chǎn)潛力和光溫生產(chǎn)潛力都處于一個(gè)較低的水平。由此可知，江西省東南部地區(qū)受溫度影響小，而北部地區(qū)受溫度影響大。

圖1 江西省1961-2014年雙季晚稻平均光合(a)、光溫(b)和氣候生產(chǎn)力的空間分布Fig.1 Spatial distribution of photosynthetic productivity(a), light-temperature(b) and climatic productivity(c) of late rice in Jiangxi province from 1961-2014

圖2 1961-2014年江西省雙季晚稻平均光合(a)、光溫(b)和氣候(c)生產(chǎn)潛力的時(shí)間變化趨勢(shì)Fig.2 Temporal trend of photosynthetic productivity(a), light-temperature(b) and climatic productivity(c) of late rice in Jiangxi province from 1961 to 2014

圖3 1961-2014年江西省雙季晚稻平均光合(a)、光溫(b)和氣候(c)生產(chǎn)潛力的MK檢驗(yàn)Fig.3 Manner-Kendall test of photosynthetic productivity(a), light-temperature(b) and climatic productivity(c) of late rice in Jiangxi province from 1961 to 2014

從圖1(c)中可知晚稻氣候生產(chǎn)潛力呈現(xiàn)北部低、南部高的特點(diǎn)。贛南的龍南、定南、尋烏、會(huì)昌、瑞金等區(qū)域的氣候生產(chǎn)潛力值最大，在20 600 kg·hm-2以上，而低于16 400 kg·hm-2的區(qū)域分布在贛北的九江、都昌、永修、進(jìn)賢、臨川、余干、鄱陽(yáng)等區(qū)域以及贛中的新干、峽江、吉水、吉安、泰和等區(qū)域和高安、橫峰、上饒縣、金溪、南城這些站點(diǎn)周圍。江西省大部分地區(qū)的氣候生產(chǎn)潛力在16 400～19 200 kg·hm-2之間。對(duì)比光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力空間分布，南部地區(qū)受水分影響小，而且光溫生產(chǎn)潛力也處于較高的值，所以南部地區(qū)的氣候生產(chǎn)潛力值較高。江西省北部和中部地區(qū)受水分的影響較大，氣候生產(chǎn)潛力相對(duì)于光溫生產(chǎn)潛力降幅很大，光溫生產(chǎn)潛力較低。西北部地區(qū)受水分影響較小，雖然光溫生產(chǎn)潛力值低于北部區(qū)域，但氣候生產(chǎn)潛力高于北部。

2.3 雙季晚稻氣候生產(chǎn)潛力的時(shí)間變化特征及其影響因子

由圖2(a)可以看出，1961-2014年，江西省雙季晚稻的光合生產(chǎn)潛力呈極顯著下降趨勢(shì)，下降速率為534 kg·hm-2(10a)-1，最大值出現(xiàn)在1966年，為28 060 kg·hm-2，最小值出現(xiàn)在1997年，為21 230 kg·hm-2，相差6830 kg·hm-2。通過(guò)MK檢驗(yàn)圖[圖3(a)]可知，光合生產(chǎn)潛力在1991年發(fā)生突變，所以將雙季晚稻光合生產(chǎn)潛力的變化分為2個(gè)階段：1961-1991年，雙季晚稻光合生產(chǎn)潛力以647 kg·hm-2(10a)-1的速率下降，表現(xiàn)為極顯著下降趨勢(shì)；1991-2014年，雙季晚稻光合生產(chǎn)潛力以337 kg·hm-2(10a)-1的速率上升，但上升趨勢(shì)不顯著。與之對(duì)應(yīng)，1961-2014年的雙季晚稻生長(zhǎng)季的太陽(yáng)輻射總量也呈下降的趨勢(shì)，其下降幅度為43MJ·m-2(10a)-1,其變化可分為兩個(gè)階段：1961-1991年，雙季晚稻生長(zhǎng)季太陽(yáng)輻射總量呈極顯著下降趨勢(shì)，下降幅度為53 MJ·m-2(10a)-1，1991-2014年，雙季晚稻生長(zhǎng)季太陽(yáng)輻射呈上升趨勢(shì)，上升速率為27 MJ·m-2(10a)-1，但上升趨勢(shì)不顯著。從空間分布圖上[圖4(a)]來(lái)看，研究時(shí)段內(nèi)江西省96 %的站點(diǎn)的雙季晚稻光合生產(chǎn)潛力呈下降趨勢(shì)，60 % 的站點(diǎn)的下降速率大于500 kg·hm-2(10a)-1，其中的72 %的站點(diǎn)通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，21 %通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)；全省36 %的站點(diǎn)下降速率在-500～0 kg·hm-2(10a)-1區(qū)間，其中的12.9 %通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)，19.3 %通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，12.9 %通過(guò)0.1的顯著性檢驗(yàn)，54.8 %未通過(guò)0.1的顯著性檢驗(yàn)。全省只有鷹潭、德安、上饒縣3個(gè)站點(diǎn)的光合生產(chǎn)潛力呈上升趨勢(shì)，但是都沒(méi)有通過(guò)0.1的顯著性檢驗(yàn)，其中上饒縣的上升速率最大，為135.81 kg·hm-2(10a)-1。 可見(jiàn)，江西省雙季晚稻生長(zhǎng)季內(nèi)光合輻射量的減少不利于晚稻產(chǎn)量的形成。

圖4 江西省85個(gè)站點(diǎn)水稻光合(a)、光溫(b)和氣候(c)生產(chǎn)力氣候傾向率空間分布Fig.4 Spatial distribution of climatic tendency of late rice photosynthetic productivity(a), light-temperature(b) and climatic productivity(c) for 85 station in Jiangxi province

1961-2014年的江西省雙季晚稻的光溫生產(chǎn)潛力呈極顯著下降趨勢(shì)[圖2(b)]，下降速率為465 kg·hm-2(10a)-1，小于光合生產(chǎn)潛力的下降速率，光溫生產(chǎn)潛力最大值出現(xiàn)在1964年，為25884.8 kg·hm-2(10a)-1，最小值出現(xiàn)在1997年，為19 620kg·hm-2(10a)-1。通過(guò)MK檢驗(yàn)圖[圖3(b)]可知，光溫生產(chǎn)潛力在1988年發(fā)生突變，1961-1988年，雙季晚稻光溫生產(chǎn)潛力以666 kg·hm-2(10a)-1的速率下降，表現(xiàn)為顯著下降趨勢(shì)；1988-2012年，雙季晚稻光溫生產(chǎn)潛力以5 kg·hm-2(10a)-1速率下降，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。對(duì)應(yīng)的雙季晚稻的生長(zhǎng)季的平均溫度表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，增加速度為0.05 ℃(10a)-1，但未達(dá)到顯著性水平。這說(shuō)明溫度對(duì)晚稻生產(chǎn)具有正效應(yīng)，但不顯著。從空間分布圖[圖4(b)]上來(lái)看，研究時(shí)段內(nèi)江西省96 %的站點(diǎn)的雙季晚稻光溫生產(chǎn)潛力呈下降趨勢(shì)，52 %的站點(diǎn)下降速率大于500 kg·hm-2(10a)-1，其中的77 %的站點(diǎn)通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)，16 %的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)；全省45 %的站點(diǎn)的下降速率在-500～0 kg·hm-2(10a)-1區(qū)間，其中的18 %的站點(diǎn)通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)，24 %的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，16 %的站點(diǎn)通過(guò)0.1的顯著性檢驗(yàn)，42 %未通過(guò)0.1的顯著性檢驗(yàn)。全省只有石城、德安、上饒縣3個(gè)站點(diǎn)的光溫生產(chǎn)潛力呈上升趨勢(shì)，但是都沒(méi)有通過(guò)0.1的顯著性檢驗(yàn)，其中上饒縣的上升速率最大，為162.35 kg·hm-2(10a)-1。可見(jiàn)，雙季晚稻光溫生產(chǎn)潛力的下降是有太陽(yáng)輻射減少引起的，而溫度對(duì)其有正效應(yīng)，但不顯著。

1961-2014年雙季晚稻的氣候生產(chǎn)潛力呈上升趨勢(shì)[圖2(c)]，上升速率為189.7 kg·hm-2(10a)-1，但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。MK檢驗(yàn)圖[圖3(c)]顯示UF和UB不存在交點(diǎn)，表明晚稻的氣候生產(chǎn)潛力在近54年中不存在突變的情況。對(duì)應(yīng)的是，雙季晚稻生長(zhǎng)季降水量呈上升的趨勢(shì)，上升速率為5.5 mm(10a)-1,但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。降水量的增加對(duì)晚稻生長(zhǎng)存在正效應(yīng)。從空間分布圖[圖4(c)]上來(lái)看，研究時(shí)段內(nèi)江西省67 %的站點(diǎn)的雙季晚稻的氣候生產(chǎn)潛力呈上升的趨勢(shì)，其中86 %的站點(diǎn)未通過(guò)0.1的顯著性檢驗(yàn)，7 %的站點(diǎn)通過(guò)0.1顯著性檢驗(yàn)，7 %的站點(diǎn)通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。全省33 %的站點(diǎn)的雙季晚稻的氣候生產(chǎn)潛力呈下降的趨勢(shì)，全省11 %的站點(diǎn)氣候生產(chǎn)潛力的下降速率大于500 kg·hm-2(10a)-1，其中的44 %的站點(diǎn)通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)，66 %未通過(guò)0.1的顯著性檢驗(yàn)；全省22 %的雙季晚稻的氣候生產(chǎn)潛力的下降速率在-500～0 kg·hm-2(10a)-1區(qū)間，全部未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

綜上所述，輻射量的減少對(duì)江西省晚稻生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響，但是氣溫和降水量的增加起到了一定程度上的彌補(bǔ)，而降水量增加對(duì)晚稻的正效應(yīng)大于氣溫的正效應(yīng)。

2.4 雙季晚稻增產(chǎn)潛力的特征

圖5 1961-2014年江西省雙季晚稻增產(chǎn)潛力時(shí)間變化Fig.5 Changes of late rice potential for increasing production in Jiangxi province from 1961 to 2014

圖5以江西省所有站點(diǎn)的氣候生產(chǎn)潛力平均值作為上限，以從統(tǒng)計(jì)年鑒上得到的江西省雙季晚稻產(chǎn)量數(shù)據(jù)作為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力，利用公式(7)得到每年的潛在增長(zhǎng)空間，1961-2014年期間，江西省雙季晚稻單產(chǎn)的增產(chǎn)潛力表現(xiàn)為波動(dòng)下降趨勢(shì)。增產(chǎn)潛力最大的年份在1962年，其現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力僅占?xì)夂蛏a(chǎn)力的14.4 %，仍有85.6 %的增產(chǎn)空間；2007年的增產(chǎn)潛力最小，有59.8 %的增產(chǎn)潛力?？梢?jiàn)，雖然江西省雙季晚稻的單產(chǎn)水平在不斷的提高，但是與氣候生產(chǎn)力仍有較大差距，江西省雙季晚稻的增產(chǎn)空間仍較巨大。

以每個(gè)站點(diǎn)2003-2010年的雙季晚稻的平均單產(chǎn)代表實(shí)際產(chǎn)量，以每個(gè)站1961-2014年的氣候生產(chǎn)潛力作為上限，分析了江西省雙季晚稻增產(chǎn)潛力的空間分布，結(jié)果表明整個(gè)江西省的增產(chǎn)潛力呈現(xiàn)南部高，中北部低的特點(diǎn)。晚稻氣候增產(chǎn)潛力的范圍在58 %～74 %之間，值在71 %～74 %區(qū)間的范圍集中在南部的大余、龍南、全南、定南、安遠(yuǎn)、尋烏、會(huì)昌、瑞金等區(qū)域和東北角的婺源、德興兩個(gè)站點(diǎn)周圍的小片區(qū)域，而值在58 %～62 %區(qū)間的區(qū)域分布在中部的南昌、新建、高安、豐城、崇仁、宜黃、廣昌、黎川、南城、臨川、進(jìn)賢等地(圖6)。

3 結(jié) 論

本文采用逐步訂正法計(jì)算得到江西省雙季晚稻的光合生產(chǎn)潛力、光溫生產(chǎn)潛力和氣候生產(chǎn)潛力，再利用空間插值、線性趨勢(shì)分析、M-K檢驗(yàn)等方法分析生產(chǎn)潛力的時(shí)空變化特征及其主要影響因子。

光合、光溫、氣候生產(chǎn)力的空間分布表現(xiàn)的不完全一致。光合生產(chǎn)潛力呈東部高、西部低，光溫生產(chǎn)潛力呈東南部高、西北部低，氣候生產(chǎn)潛力呈北部低、南部高特征?？臻g變化都是有增有減，光合生產(chǎn)潛力和光溫生產(chǎn)潛力96 %的站點(diǎn)呈減少趨勢(shì)，氣候生產(chǎn)潛力67 %的站點(diǎn)呈上升趨勢(shì)。江西省東南部地區(qū)受溫度影響小，而北部地區(qū)受溫度影響大；江西省除了西北地區(qū)受水分影響小，其他地區(qū)都收水分影響大。

圖6 1961-2014年江西省雙季晚稻平均增產(chǎn)潛力空間分布Fig.6 Spatial distribution of late rice potential for increasing production in Jiangxi province

雙季晚稻的光合生產(chǎn)潛力和光溫生產(chǎn)潛力都呈極顯著下降趨勢(shì)，下降速率分別為534和465 kg·hm-2(10a)-1，氣候生產(chǎn)潛力呈上升趨勢(shì)，上升速率為189.7 kg·hm-2(10a)-1,但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。對(duì)江西省晚稻影響較大的氣象因子是降水，其次是溫度，但降水的影響在逐年減少江西省的增產(chǎn)潛力雖然呈現(xiàn)為波動(dòng)下降的趨勢(shì)，但增產(chǎn)潛力仍然巨大，其中高值區(qū)集中在江西省的南部地區(qū)，低值區(qū)集中在中北地區(qū)。

4 討 論

本研究計(jì)算江西省雙季晚稻各級(jí)生產(chǎn)潛力目的在于了解雙季晚稻在雨養(yǎng)條件下能夠達(dá)到的最高產(chǎn)量，明確氣候變化背景下各級(jí)生產(chǎn)潛力在空間和時(shí)間上的變化規(guī)律，分析雙季晚稻受溫度、降水的限制情況以及氣候資源利用效率。研究結(jié)論對(duì)于江西省雙季晚稻的種植布局、相應(yīng)的作物栽培措施和農(nóng)田管理技術(shù)具有一定的指導(dǎo)意義，但本研究中忽略了雙季晚稻在實(shí)際種植中受人工灌溉的影響，而且也沒(méi)有考慮地形對(duì)降水的再分配作用。逐級(jí)訂正模型雖然比較全面地考慮了輻射、溫度和水分影響，計(jì)算結(jié)果生物學(xué)和物理學(xué)意義明確，應(yīng)用也比較廣泛，但其計(jì)算中對(duì)作物的實(shí)際生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)變化和呼吸等生物過(guò)程考慮較少[26]，所以利用精確性較高的作物生長(zhǎng)物理模型，綜合考慮灌溉量的影響，進(jìn)一步更深入探討氣候變化對(duì)雙季晚稻的影響是本研究下一步的重點(diǎn)。

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