基于DSSAT和GIS的中国水稻产量时空变化模拟研究

杜朝正

摘 要：以DSSAT模型相关理论为基础，结合DSSAT模型和GIS技术，模拟了中国不同历史时期（1980-2007年）水稻产量，研究水稻产量时空分布特征以及产量变化区分布规律。结果表明：中国水稻气候产量总体呈现增加趋势，在空间上分布不均，南方高于北方，东部高于西部；水稻产量的变化逐渐形成了4个不同增减态势区以及3个不同稳定性区域的整体格局，从而得出未来一定时期中国水稻产量稳定增产的稳定潜力区。

关键词：DSSAT；GIS；水稻气候产量；时空变化；模拟研究

中图分类号 S315 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）10-139-03

Abstract：On the basis of DSSAT model related theory，in combination with DSSAT model and GIS technology，simulate the different periods（1980-2007）of rice yield in China，and analyze the rice yield in spatial and temporal characteristics and distribution yield change region. The results show that，Chinese rice climate production tend to increase with the time turnover； distribution is not balanced of rice yield in the space，the south more than north，the east than the west； Change areas of rice yield gradually formed the pattern of "four changes" and "three stable"，and the stable potential area describes Chinese rice yield stable condition for a certain period.

Key words：Decision Support System for Agrotechnology Transfer； Geographic Information System； Climate rice yield； Spatial and temporal change； Situation

1 引言

中国稻区辽阔，可划分10个稻作区[1]。统计资料只显示区域内水稻的总产量，不能统计每个站点的产量值。为此，笔者将DSSAT模型与GIS技术结合，在计算机上“种植”水稻，并计算出每个模拟点的1980-2007年的逐年水稻产量，在此基础上分析水稻气候产量分布特征。

2 水稻产量时空格局研究

对10个稻区的水稻产量按不同时期进行统计汇总，结果如表1，利用GIS对数据进行空间叠加分析，得到相对于上一时期水稻产量变化的区域以及不同时期各稻区的百分比。

由表1可知，同20世纪80年代相比，20世纪90年代净增产1 920.21万t，各稻区均有不同程度增产；同20世纪90年代相比，2000-2007年净减产5.19%，除个别稻区外，大部分稻区均有不同程度减产。长江流域南部稻区是20世纪90年代增产量最大、2000-2007年减产量最大的区域；长江流域南部稻区是中国水稻产量最大的区域，该稻区水稻产量的稳定性关系到全国水稻总产量的稳定。

由表1还可以看出，1980-2007年，长江流域北部和南部稻区、华北稻区、华南稻区等稻区内的水稻产量在水稻总产量的构成中均大于6.5%，包括长江流域在内的中国南方是重要的水稻种植区域，在全国总产量构成中比重总和超过75%，因此，需改变原有的水稻种植政策，对该区域进行重点扶持。而西北干旱、半干旱稻区、青藏高原不宜稻区等3个稻区在全国总产量构成中比重均不超过1%，海拔高度、气温等自然因素决定了该区域不适合大面积种植水稻。

3 水稻产量变化区时空特征

水稻产量在同一区域内随时间的变化而变化，即不同的增减态势区，增减态势区是定性描述水稻产量在不同时期的变化区域；水稻产量在同一时期不同区域内的起伏波动状况不同，即不同变化幅度区域，不同变化幅度区域直观显示水稻产量的稳定性水平。

3.1 不同增减态势分析 增减态势是同一区域相对于上一时期的水稻产量变化态势。借鉴相关专家的研究成果[2-5]，将全国范围内的稻作区划分为先减再增、先增再减、持续增产、持续减产等4个增减态势区。通过ArcGIS进行图层叠合分析，得出20世纪90年的减产区和增产区、2000时期的减产区和增产区，以及得出4个增减态势区分布图（图1）。

对水稻产量不同增减态势的区域，应制定适宜的水稻播种计划，采取具有针对性措施，提高水稻单产和复种指数，使全国水稻产量保持总体稳定。（1）先减再增区域零散分布，需要对该区域加大水稻等涉农资金投入，加大建设灌溉水渠等工程，推广高产品种，提高单产，使该区域内水稻产量保持增长；（2）先增再减区分布广泛，且范围较大，在长江流域南北稻区、华南稻区、东北稻区等主要稻区内均有分布，该区域具有大幅提高产量的潜力；（3）持续增产区主要分布于南方，在长江流域南北稻区、云贵高原稻区、华南北稻区等区域均有分布，需要进一步提高资源利用的效率，推广高产、多季水稻，提高单产，使区域内的水稻产量持续增加；（4）持续减产区零散分布，且范围较小，需要对该区域内的水田进行科学论证、长期规划，挖掘水稻生产潜力，逐步扭转持续减产趋势。

3.2 不同变化幅度区空间分布 同一区域在不同时期的水稻产量起伏波动状况不同，参考专家的研究思路[4，6]，依据产量稳定性以及产量起伏波动大小，将变化幅度区域划分为稳定区、波动区以及激变区。稳定区是指稻区内产量常年较稳定、起伏波动小的区域。稻区内产量起伏波动均在±15%内作为稳定区域；稻区内产量波动均在±30%内作为波动区；出现产量的其他波动状况作为激变区。在WorkStation环境中进行叠合分析得出结果如图2。由图2可知：波动区主要分布于长江流域北部稻区的中东、南部，长江流域南部稻区西北、中北、东南部以及和华南稻区的交界处，东北早熟稻区的中南、中北部，华北稻区西南部，云贵高原稻区东南部。稳定区主要分布于长江流域北部稻区的南、中和东部，长江流域南部稻区的东北、西北和南部，华北稻区的东南部，东北早熟稻区的中部以及华南稻区。激变区分布于长江流域南部稻区东北、东南、中部以及与华南稻区交界处，东北特早熟稻区的南、中、东部，云贵高原稻区的东北、西北、南部和中部，华北稻区西南部。

3.3 水稻产量稳定潜力区的空间分布 稳定潜力区描述的是未来一定时期水稻产量稳定增产的区域，指先增再减区与产量稳定区的重合区域，分析该区域空间分布规律可以为政府决策部门制定农业政策提供参考。利用ArcGIS进行叠合运算得出结果如图3。由图3可知：从全国范围来看，稳定潜力区多分布于秦岭淮河以南，分稻区来看，稳定潜力区分布于长江流域南部稻区西北部、南部，华南稻区南部，长江流域北部稻区东部、中东部。稳定潜力区显示出水稻增产的重点潜力区域，该区域内水稻产量波动状况直接影响到全国范围内水稻产量的稳定状况，是农业部门的重点资金扶持区域。

4 结语

从本次研究可知，全国范围内水稻产量具有增加的趋势，但时间、空间上分布不均，表现为东部高于西部，南方高于北方，分稻区来看，长江流域是水稻生产最重要的区域。水稻产量总体分布格局表现为“四变、三稳”，4个不同增减态势区域定性显示出水稻产量的增减状况；3个不同稳定性区域进一步描述在不同时期水稻产量的起伏波动状况。稳定潜力区可以为农业部门制定水稻政策提供参考。

参考文献

[1]刘明光.中国自然地理图集[M].北京：中国地图出版社，1998：83-84.

[2]鲁向晖，穆兴民.DSSAT模型对豫西冬小麦保护性耕作效应模拟效果验证[J].干旱地区农业研究，2010，28（03）：64-70.

[3]姚凤梅.气候变化对我国粮食产量的影响评价——以水稻为例[D].北京：中国科学院大气物理研究所，2005.

[4]钟甫宁，刘顺飞.中国水稻生产布局变动分析[J].中国农村经济，2007（09）：39-44.

[5]杨沈斌，申双和，李秉柏，等.ASAR数据与水稻作物模型同化制作水稻产量分布图[J].遥感学报，2009，13（2）：282-290.

（责编：张宏民）