左松 蔡朕

[摘要]通過對重慶市彭水縣農(nóng)業(yè)氣候資源和水田主要種植作物水稻為研究對象的調查與分析，采用逐步回歸法和50m×50m的小網(wǎng)格插值，建立了以經(jīng)度、緯度、海拔和坡度等地理因子為影響因素的氣候資源模型，結合水稻生育期的氣候資源特征，選取了有效積溫、降雨量和日照時數(shù)作為水稻種植區(qū)劃指標，通過土地資源信息與氣候資源區(qū)劃進行疊加空間分析，得到滿足氣候資源因素和土壤因素的可種植水稻區(qū)。研究結果可為彭水縣合理規(guī)劃和布局旱改水工程提供參考。

[關鍵詞]旱改水;氣候資源;小網(wǎng)格模型

[中圖分類號]S572[文獻標識碼]A

隨著對資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展研究機制研究的深入，人們普遍認識到水田資源是集生產(chǎn)、環(huán)境、生態(tài)于一身的復合資源，保護與恢復水田生態(tài)系統(tǒng)功能是實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要條件，然而為保證經(jīng)濟快速平穩(wěn)的發(fā)展，在未來一定時期內(nèi)，建設占用水田的面積在不斷擴大，為貫徹落實《中共中央 國務院關于加強耕地占補平衡的意見》的精神，改進耕地占補平衡管理，建立以數(shù)量為基礎、產(chǎn)能為核心的占補平衡新機制，通過“算大賬”的方式，落實占一補一、占優(yōu)補優(yōu)、占水田補水田，促進耕地數(shù)量、質量和生態(tài)三位一體保護。在保經(jīng)濟和保耕地的雙重任務下，通過將旱地改造成水田的方式是實現(xiàn)耕地占補平衡的有效途徑，因此摸清重慶市各區(qū)縣旱改水潛力對于布局國土整治項目具有重要意義。目前，分析旱改水潛力的方式有兩種，一是以農(nóng)用地測算潛力為基礎，將坡度在15°以下的旱地、水田圖斑做近鄰分析，結合實地調研，確定“旱改水”最終潛力。二是按照《重慶市旱改水技術要求》（試行）中規(guī)定，將土壤質地為壤土或粘土，有效土層厚度應達到50cm以上（或通過客土可達到）、有充足水源和排水渠，結合實地調查最終確定潛力。兩種方式各有利弊，但同時忽視了水田所承載的種植作物對外界環(huán)境的依賴性，本研究從水田的主要種植作物水稻為對象，將影響水稻生育期的農(nóng)業(yè)氣候為限制條件，通過“逐步回歸”小網(wǎng)格推算模型和土壤等限制性因素，分析重慶地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候的主要特征對旱改水空間分布影響關系，為合理布局國土整治項目旱改水工程提供數(shù)據(jù)支持和科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與處理方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)資料包括重慶34個常規(guī)氣象站點1977～2010年地面觀測資料，以及氣象站點經(jīng)緯度和高程數(shù)據(jù)。重慶市的DEM數(shù)據(jù)來自于重慶市測繪局1：10000地形圖（柵格尺寸為50m×50m），重慶市2017年耕地質量年度更新數(shù)據(jù)庫，重慶市2017年度土地變更調查數(shù)據(jù)庫，重慶市農(nóng)作物生產(chǎn)數(shù)據(jù)來自重慶市各區(qū)縣農(nóng)業(yè)資料調查與區(qū)劃（1983～1996）與重慶市統(tǒng)計年鑒（2015～2017）。

1.2 研究區(qū)概況

彭水縣位于重慶市東南部，處烏江下游。地處北緯28°57′～29°51′、東經(jīng)107°48′～108°36′之間，東西寬78KM，南北長96.40KM。彭水縣屬武陵山系，境內(nèi)西北高，東南低。多年平均氣溫17.5℃，多年平均降雨量1224.0mm，2015年土地總面積為389533.62hm2，耕地總面積為108490.36hm2，其中旱地面積93791.18hm2，占全縣耕地總面積的86.45%，水田、水澆地14699.14hm2。

1.3 研究方法

1.3.1 外界限制性因素選取。水田是指在降雨和熱量較為豐富、灌溉水源較為充足的地區(qū)，利用筑有田埂可經(jīng)常蓄水的耕地，以種植水生作物為主的農(nóng)田，一般以水稻種植為主，所以墾造水田區(qū)域種植作物以水稻生長特性作為研究對象進行選取限制性因素，水稻是喜溫短日照作物，水稻產(chǎn)量除了與自身品種和農(nóng)藝措施有關外，氣候對水稻的布局、生長發(fā)育和產(chǎn)量也有重要影響。通過大量研究表明，積溫和降雨是水稻生長重要生態(tài)氣候條件、日照是影響水稻質量重要氣候條件，按照主導因子原則、因子簡化原則和因子共性原則，將以上三個因子作為水稻的關鍵氣候因子進行相關分析;墾造水田區(qū)域土壤應具有較高的保水、保肥的能力，這就要求選擇區(qū)域內(nèi)土壤質地在經(jīng)濟合理、技術可行的情況下實施防滲工程。

1.3.2 小網(wǎng)格推算模型。根據(jù)重慶市彭水縣地區(qū)的氣候特點與地形特征，根據(jù)實測站點的積溫、降雨量等資料，建立對相應的氣候要素多元統(tǒng)計模型，在GIS平臺下對每個DEM單元格計算模型預測值，同時利用ArcGIS中的IDW方法，將氣候資源殘差內(nèi)插到網(wǎng)格內(nèi)，得到柵格化的殘差，最后將此圖與小網(wǎng)格推算模型所繪制的氣候資源圖進行疊加獲得整個區(qū)域積溫、降雨量的空間分布圖。用函數(shù)公式表示為：

Y=f（α、β、h、λ）+ε

式中Y表示氣候要素資源值，α、β、h、λ、ε分別表示緯度、經(jīng)度、海拔高度、地形（坡度）因子和殘差?；谥貞c34個氣象站氣候資源數(shù)據(jù)，進行線性回歸模型模擬得到氣候資源要素的回歸模型（見表1）。

2 結果與分析

2.1 基于小網(wǎng)格推算模型旱改水氣候區(qū)劃分析

重慶市早稻種植面積為660hm2，中稻種植面積73.15萬hm2，晚稻種植面積860hm2，重慶地區(qū)水田作物主要以中稻為主，重慶地區(qū)一季中稻所需積溫為3210℃，中稻一般在4月底至5月初播種，9月收獲，整個生長期在120～150天，生育期需水量為668mm，所需日照時數(shù)為1000～1300小時，在小網(wǎng)格推算模型區(qū)劃圖的基礎上，以水稻生育期所需有效積溫、降雨量和日照時數(shù)作物限制條件進行空間分析，得到水田氣候區(qū)劃結果，見圖4。

從重慶地區(qū)有效積溫、降雨量和日照時數(shù)模擬結果結果空間分布和水稻生育期所需有效積溫限制條件來看，彭水縣中部摩圍山至鳳凰山一帶，北部龍射鎮(zhèn)、太原鄉(xiāng)、三義鄉(xiāng)，西南部龍池鄉(xiāng)、大埡鄉(xiāng)，東南部鞍子鄉(xiāng)能滿足氣候限制要素要求的區(qū)域較小，主要原因為以上區(qū)域地貌類型以喀斯特中山為主，山體形態(tài)屬于于溶丘山地地形、海拔較高，氣溫低、日照少而降雨多，因而以上區(qū)域氣候限制性較大，不適宜布局旱改水工程。而長灘鎮(zhèn)、保家鎮(zhèn)、郁山鎮(zhèn)、走馬鎮(zhèn)、鹿角鎮(zhèn)和諸佛鄉(xiāng)等區(qū)域地貌類型以褶皺抬升中山為主，屬于巖溶洼地地形，因其海拔相對較低、地形相對平坦，旱改水氣候因素潛力較大。

2.2 基于土地利用信息的旱改水區(qū)域分析

水稻可廣泛生長于各種土壤之上，并且具有較高的保水、保肥的能力和一定的滲透性。新增水田區(qū)域的土壤應選擇具有改造成保水、保肥的能力的土壤質地，根據(jù)重慶市2017年耕地質量年度更新數(shù)據(jù)庫資料，提取數(shù)據(jù)庫中的土壤質地數(shù)據(jù)中壤質和粘質土壤的區(qū)域作為新增水田選擇備選區(qū)。將上述網(wǎng)格化后的3個氣候資源推算模型和土壤質地數(shù)據(jù)，利用GIS軟件進行空間疊加得到滿足水稻種植的區(qū)域，見圖5。

從圖中可以彭水縣北部連湖鎮(zhèn)、普子鎮(zhèn)，西部鹿鳴鄉(xiāng)、高谷鎮(zhèn)，中部的新田鄉(xiāng)、漢葭鎮(zhèn)、保家鎮(zhèn)，東部走馬鎮(zhèn)、諸佛鄉(xiāng)，南部的鹿角鎮(zhèn)旱改水潛力較大。主要原因為以上區(qū)域土壤以黃壤土、黃棕壤土為主，具備改造成保水層的條件，所以旱改水潛力較大。彭水縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)旱改水潛力見圖6。

3 結論

針對重慶地區(qū)尚無可行規(guī)范標準指導布局旱改水工程，此研究以水田主要作物水稻為參考標準，從氣候、土壤等自然條件能滿足水稻生長期需要為標準，利用小網(wǎng)格法將經(jīng)緯度、海拔、坡度等地理因素引入到氣候資源空間模型中，再通過篩選重慶地區(qū)水稻生育期所需的自然要素閾值，得到水稻生育期有效積溫、降雨量、日照時數(shù)等農(nóng)業(yè)氣候資源的精細空間分布圖，將其與土地利用信息條件進行疊加分析后，得到以下結論：

（1）模擬結果可靠性較強。經(jīng)與彭水縣2017年耕地質量年度更新數(shù)據(jù)庫水田數(shù)據(jù)空間分析，其模擬結果與目前水田布局的擬合度為80.20%，反向驗證模擬結果的可靠性。

（2）模擬結果細致精確。每個網(wǎng)格大小為50m×50m，能夠有效反映彭水地區(qū)地形條件復雜，氣候資源立體多樣特點下旱改水區(qū)域的分布特征。

（3）模擬結果可視性強?？陀^反映了旱改水區(qū)域，對指導旱改水工程布局、選址具有十分重要的意義。

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