贵州省玉米与水稻各生长期的日照时数变化

陈思盈，郜红娟，马淑亮，徐 晶，龙超群，罗瑞尧，余雨洁

(1.贵州理工学院建筑与城市规划学院，贵州 贵阳 50003；2.贵州师范学院地理与资源学院，贵州 贵阳 550018)

日照时数表示太阳实际照射到地表的时数，是表示太阳辐射强弱及气候变化的重要要素[1-2]。而在全球气候增暖的背景下，日照时数发生了明显变化，日照时数长短变化在一定程度上影响着农业生产[3-4]，对日照时数变化研究对农业结构调整及农业生产合理布局具有重要意义，促进地区农业经济的可持续发展[5]。

近年来，国内外学者对日照时数变化的研究成果颇丰。目前，大多数学者基于气候背景下对日照时数变化的研究大多集中于我国西北、华南地区，如马辉[6]利用趋势分析法对西宁近57年的日照时数变化进行分析研究，发现在2000-2011年，西宁冬季、夏季、秋季日照时数呈现显著下降趋势，春季日照时数稳定；安彬等[7]利用空间插值法对陕西日照时数变化进行分析；武胜利等[8]利用小波分析法对新疆博斯腾湖流域近53年的日照时数变化进行研究，发现博斯腾湖流域年日照时数存在着28和17a的周期变化。此外，还有部分学者关注了植物生长期日照时数变化，如李乃会等[9]对山东沂南县烤烟生长期20年日照时数变化进行研究。然而，这些研究鲜有关注西南地区玉米与水稻各生长期的日照时数变化。

玉米与水稻作为我国主要粮食作物，贵州省是我国西南地区重要农业生产区，研究贵州省玉米与水稻各生长期日照时数变化对农业生产具有重要意义。鉴于此，本研究利用线性趋势分析法、空间插值法、小波分析法等方法对贵州省玉米与水稻近52a各生长期的日照时数变化趋势、空间分布特征及周期特征进行研究，以期为贵州省玉米与水稻生产提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

数据来源于贵州省气候中心提供的贵州省19个气象站逐日气象观测日照时数数据（图1）。

图1 贵州省19个气象站位置

1.2 生长期划分

根据相关研究文献及本地实际情况[10-11]，将玉米和水稻各生长期划分为（表1）：

表1 贵州省玉米和水稻生长期划分

1.2 研究方法

（1）趋势分析法：线性趋势分析法公式为：y=at+b，公式中t代表年份，a代表气候倾向率，10a代表要素气候变化率，用于贵州省玉米与水稻各生长期日照时数变化趋势的特征，正负值表示变化方向。

（2）空间插值法：利用ArcGIS环境下的反距离加权（IDW）插值法分析贵州省玉米与水稻各生长期日照时数空间变化空间分布。

（3）小波分析法：利用MATLAB软件中Morlet小波分析法分析贵州省玉米与水稻各生长期日照时数变化的周期特征，不仅能显示出日照时数气候变化的尺度，还能显示出变化的具体时段。

2 结果与分析

2.1 贵州省玉米与水稻各生长期日照时数年际变化

由图2a可知，根据趋势分析法对贵州省玉米各生长期日照时数年际变化进行研究，研究表明贵州省52a玉米总生长期的日照时数变化总体以2.9678h/a的速度呈减少趋势，下降幅度稍大，平均日照时数为821.8h，年日照时数最大值出现在1963年，为1095.3h，最小值出现在1979年，为664.9h，差值达到430.4h；从玉米各生长期来看，各生长期日照时数变化均呈下降趋势，其中拔节-抽雄期下降幅度最大，同时平均日照时数较高，播种-出苗期下降幅度较小，平均日照时数较低。

由图2b可知，根据趋势分析法对贵州省水稻各生长期日照时数年际变化进行研究，研究表明贵州省52a水稻总生长期的日照时数变化总体以3.1265h/a的速度呈减少趋势，下降幅度较大，平均日照时数为744.3h，年日照时数最大值出现在1963年，为981.7h，最小值出现在2010年，仅为607.7h，差值达到374h。从水稻各生长期来看，各生长期日照时数变化均呈下降趋势，其中移栽分蘖期下降幅度与抽穗成熟期接近，幅度较大，同时平均日照时数较高，秧苗期下降幅度较小，平均日照时数较低。

图2 1961-2013年贵州省玉米（a）、水稻（b）各生长期日照时数年际变化

2.2 贵州省玉米与水稻各生长期日照时数年代际变化

由图3a可知，根据趋势分析法对贵州省玉米各生长期日照时数年代际变化进行研究，研究表明播种-出苗期平均日照时数呈缓慢下降趋势，20世纪60、80年代日照时数较高，20世纪70、90年代日照时数呈下降，21世纪00年代-10年代变化较为平稳；拔节-抽雄期平均日照时数呈阶段性减少趋势，20世纪60-80年代变化较为平稳，20世纪90年代急剧下降，后趋于平稳，21世纪10年代小幅增长；灌浆-成熟期平均日照时数呈不规则波动状态，20世纪60年代日照时数较高，20世纪70年代-21世纪10年代呈不明显波动。

由图3b可知，根据趋势分析法对贵州省水稻各生长期日照时数年代际变化进行研究，研究表明秧苗期平均日照时数呈波动减少趋势，20世纪60年代日照时数较高，70年代急剧下降，后趋于平稳，20世纪90年代-21世纪10年代呈先增加后减少趋势；移栽分蘖期平均日照时数呈阶段性变化，20世纪60年代-80年代变化较平稳，20世纪90年代-21世纪00年代呈显著减少趋势，10年代呈显著增加趋势；拔节孕穗期平均日照时数呈减少趋势，20世纪60-90年代呈阶梯减少趋势，90年代下降幅度较大，21世纪00-10年代呈阶梯增加趋势；抽穗成熟期平均日照时数呈减少趋势，20世纪60-70年代呈减少趋势，80年代呈增加趋势，20世纪90年代-21世纪00年代呈阶梯减少趋势，10年代呈显著增加趋势。

图3 1961-2013年贵州省玉米（a）、水稻（b）各生长期日照时数年代际变化

2.3 贵州省玉米与水稻各生长期日照时数空间变化特征

由图4可知，根据空间插值法对贵州省玉米生长期日照时数进行插值分析，研究表明各地区玉米播种-出苗期日照时数呈下降趋势，其中兴仁市、盘县少部分地区下降趋势最为显著，望谟县、罗甸县、独山县、安顺市、毕节市下降趋势较显著（图4a）；各地区玉米拔节-抽雄期日照时数呈下降趋势，其中盘县、兴仁市，望谟县、安顺市、黔西县少部分地区下降趋势较显著（图4b）；各地区玉米灌浆-成熟期日照时数呈下降趋势，其中习水县、桐梓县、遵义市、湄潭县、思南县、铜仁市下降趋势较显著（图4c）；各地区玉米总生长期日照时数呈下降趋势，其中贵阳市、黔西县、毕节市、独山县、罗甸县、威宁县下降趋势较显著（图4d）。

图4 1961-2013年贵州省玉米生长期日照时数变化空间分布

由图5可知，根据空间插值法对贵州省水稻生长期日照时数进行插值分析，研究表明各地区水稻秧苗期日照时数呈下降趋势，其中威宁县、罗甸县、兴仁市少部分地区下降趋势最为显著，盘县、望谟县、独山县、安顺市少部分地区、毕节市下降趋势较显著（图5a）；各地区水稻移栽分蘖期日照时数呈下降趋势，其中桐梓县、习水县、遵义市、毕节市、黔西县、湄潭县少部分地区、贵阳市下降趋势较显著（图5b）；各地区水稻拔节孕穗期日照时数呈下降趋势，其中榕江县、凯里市、三穗县、黔西县下降趋势较显著（图5c）；各地区水稻抽穗成熟期日照时数呈下降趋势，其中威宁县、毕节市、黔西县少部分地区下降趋势较显著（图5d）；各地区水稻总生长期日照时数呈下降趋势，其中威宁县、毕节市、黔西县、贵阳市、安顺市、独山县、罗甸县下降趋势较显著（图5e）。

图5 1961-2013年贵州省水稻生长期日照时数变化空间分布

2.4 贵州省玉米与水稻各生长期日照时数变化周期特征

由图6可知，根据小波分析法，玉米播种-出苗期小波方差图有4个峰值，分别对应2a、13a、15a、22a的时间尺度，其中最大峰值对应22a的时间尺度，为播种-出苗期的第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应13a的时间尺度，为第二主周期（图6a）；拔节-抽雄期小波方差图有5个峰值，分别对应2a、5a、7a、12a、18a的时间尺度，其中最大峰值对应18a的时间尺度，为拔节-抽雄期的第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应12a的时间尺度，为第二主周期（图6b）；灌浆-成熟期小波方差图有5个峰值，分别对应2a、4a、10a、15a、29a的时间尺度，其中最大峰值对应29a的时间尺度，为灌浆-成熟期的第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应15a的时间尺度，为第二主周期（图6c）；玉米总生长期小波方差图有3个峰值，分别对应2a、4a、10a的时间尺度，其中最大峰值对应10a的时间尺度，为玉米总生长期的第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应4a的时间尺度，为第二主周期（图6d）。

图6 1961-2013年贵州省玉米生长期日照时数变化周期特征

由图7可知，根据小波分析法，水稻秧苗期小波方差图有3个峰值，分别对应2a、7a、15a的时间尺度，其中最大峰值对应15a的时间尺度，为秧苗期的第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应7a的时间尺度，为第二主周期（图7a）；移栽分蘖期小波方差图有4个峰值，分别对应2a、4a、10a、17a的时间尺度，其中最大峰值对应17a的时间尺度，为移栽分蘖期的第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应10a的时间尺度，为第二主周期（图7b）；拔节孕穗期小波方差图有4个峰值，分别对应2a、5a、8a、13a的时间尺度，其中最大峰值对应13a的时间尺度，为拔节孕穗期的第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应8a的时间尺度，为第二主周期（图7c）；抽穗成熟期小波方差图有4个峰值，分别对应2a、4a、10a、29a的时间尺度，其中最大峰值对应29a的时间尺度，为抽穗成熟期的第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应10a的时间尺度，为第二主周期（图7d）；水稻总生长期小波方差图有3个峰值，分别对应2a、4a、11a的时间尺度，其中最大峰值对应11a的时间尺度，为第一主周期，其周期震荡最强，第二峰值对应4a的时间尺度，为第二主周期（图7e）。

图7 1961-2013年贵州省水稻生长期日照时数变化周期特征

3 结论与讨论

本研究从变化趋势、空间分布及变化周期特征三大方面分析了1961-2013年贵州省玉米与水稻各生长期的日照时数变化。结果显示：贵州省1961-2013年玉米与水稻各生长期日照时数呈下降趋势，这与刘璐等[12]对黄土高原红枣种植区日照时数变化分析结果、李乃会等[9]对山东沂南县烤烟生育期20年日照时数变化分析结果基本一致，这说明由于降水量、人类活动等因素的共同影响下，日照时数持续缓慢减少，进而对玉米与水稻生长产生不利影响。

贵州省玉米与水稻各生长期日照时数年代际变化呈波动趋势。贵州省各地区玉米日照时数均呈下降趋势，从玉米各生长期来看，播种-出苗期、拔节-抽雄期西南部下降趋势显著，灌浆-成熟期部分北部下降趋势显著。贵州省各地区水稻日照时数均呈下降趋势，总生长期中西部下降趋势显著，西部地区下降趋势高于东部地区，从水稻各生长期来看，秧苗期西部下降趋势显著，移栽分蘖期零星北部下降趋势显著，拔节孕穗期零星东部下降趋势显著，抽穗成熟期西部少部分地区下降趋势显著。玉米播种-出苗期、拔节-抽雄期、灌浆-成熟期、总生长期分别有4、5、5、3个变化周期，第一主周期分别为22a、18a、29a、10a；水稻秧苗期、移栽分蘖期、拔节孕穗期、抽穗成熟期、总生长期分别有3、4、4、4、3个变化周期，第一主周期分别为15a、17a、13a、29a、11a。