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摘要：【目的】研究貴州省岩溶区清水江流域水稻种植气候适宜度时空变化，为稻植区合理规划布局及可持续发展提供参考依据。【方法】运用清水江流域2000～2014年16个气象观测站的逐日日照、降水量和温度数据及水稻平均物候观测资料，构建水稻诸气候因子及综合气候适宜度模型，并运用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0对水稻全育期及各生育阶段的气候适宜度和稻植区分别进行测算、解译和空间分析。【结果】清水江流域稻植气候温度适宜度、降水适宜度和综合适宜度较高，且温度适宜度>降水适宜度；除拔节孕穗期和灌浆成熟期外，日照适宜度均较低。水稻幼苗期，降水适宜度>温度适宜度>日照适宜度；分蘖期和拔节抽穗期，温度适宜度>降水适宜度>日照适宜度；抽穗开花期和灌浆成熟期，温度适宜度>日照适宜度>降水适宜度。稻植适宜区分布于高程小于800 m、坡度小于25°的局部区域。【结论】清水江流域气候条件能够满足水稻全育期及各生育阶段的需求，但日照时间较短，对水稻生长发育有胁迫作用，其最适宜稻植区集中分布于东南及西北部的坝区、阳坡和半阳坡区。
关键词： 气候适宜度；水稻；时空变化；清水江流域
中图分类号： S162.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）01-0100-09
Abstract：【Objective】The present study researched temporal and spatial variation of rice planting climate suitability in Qingshuijiang River basin， Guizhou province， a karst area， in a bid to provided some references for rational planning and distribution of rice planting area and the sustainable development in Qingshui River basin. 【Method】Based on daily sunshine duration， precipitation， temperature， and rice phenological and meteorological data observed at 16 meteorological stations in Qingshui River basin from 2000 to 2014， models of climatic factors and comprehensive climate suitability were established. The variation of climate suitability in the whole growth stage and each growth stage was evaluated. Interpretation and spatial analysis of rice planting region were conducted by ENVI 4.8 and ArcGIS 10.0 software. 【Result】Rice planting climate temperature suitability， precipitation suitability and comprehensive suitability were high in Qingshuijiang River basin， and temperature suitability>precipitation suitability. Except for jointing-booting stage and grouting stage， sunshine suitability at other stages was low. At rice seedling stage， precipitation suitability>temperature suitability>sunshine suitability； at tillering stage and jointing-booting stage， temperature suitability>precipitation suitability>sunshine suitability； at earring and flowering stage， and grouting stage， temperature suitability>sunshine suitability>precipitation suitability. The areas suitable for rice planting were distributed at where elevation was less than 800 m and slope was less than 25°. 【Conclusion】The climate in Qingshuijiang River basin can match the need of whole rice growth stage and each growth stage. But sunshine duration is short， which can be destructive factor for growth rice. The optimal rice planting areas are mainly distributed in dam area， sunny slopes， and semi-sunny slopes in southeast and northwest of Qingshuijiang River basin. Key words： climate suitability； rice； temporal and spatial evolution； Qingshui River basin
0 引言
【研究意义】随着全球气候的变化，生态环境重度脆弱区和极度脆弱区地域范围不断扩大，对农业活动产生了较大的负面影响，导致作物适宜种植区域、耕作制度、生产能力等均发生一定程度变化。探讨粮食作物生长对气候变化的响应，使作物更好地适应气候变化带来的挑战已成为国内外研究的热点问题。分析区域农作物种植气候适宜度时空变化规律，对于充分利用农业气候资源、保护农田生态环境具有重要意义。【前人研究进展】目前，有关农作物气候适宜性问题研究主要集中于气候变化与作物产量的相关性（Rowhani et al.，2011；张文博等，2015）、气候变化对农作物适宜性的影响（俞芬等，2008；蒲金涌等，2011；黄伟娇等，2013；刘云萌等，2015）、气候适宜性区划（何鹏等，2013；郭兆夏等，2015；张佩等，2015）、气候适宜度模型构建及应用（侯英雨等，2013；孙秀邦等，2015；孙园园等，2015）等方面。俞芬等（2008）对淮河流域40个县（市）区的水稻日照适宜度、降水适宜度及气候适宜度进行了定量分析，结果表明，各区的水稻气候适宜度均呈逐渐下降趋势。Rowhani等（2011）对季节性气候与作物产量间的关系进行研究，结果表明温度和降水的季节变化会影响谷物产量，并以坦桑尼亚为例进行实证分析。郭兆夏等（2015）运用GIS技术及模糊综合评判法对陕西省核桃精细化气候适宜性进行区划研究，并进行分区评述，为陕西省核桃基地合理规划和可持续发展提供了科学依据。孙园园等（2015）对四川优质稻生产气候适宜性进行研究，认为将日照百分率、天文辐射、水汽压等指标作为优质稻气候生态区划的指标体系，其评价结果更加客观。已有成果为稻麦等作物种植高效利用气候资源、精准规划生产布局及研究者优化评价模型提供了科学依据。【本研究切入点】前人研究侧重于温度等单一因子影响的分析，未对水稻种植的气候与非气候因子（土壤、肥力、种子、生物农药、地形等）的协同作用进行探讨，未能真实表征小气候渐变对水稻生长适宜度时空分异的影响，致使结论存在一定差异。综合评价气候因子及非气候因子对水稻生长的影响及适宜程度，是科学研究和实际作业的需求，但目前关于贵州省岩溶区清水江流域水稻种植气候适宜度的相关研究报道较少。【拟解决的关键问题】运用贵州省岩溶区清水江流域2000～2014年16个气象观测站的逐日日照、降水量和温度数据及水稻平均物候观测资料，构建水稻诸气候因子及综合气候适宜度模型，对水稻全生育期及各生育阶段的气候适宜度进行测算，并在探讨非气候因子对稻植影响的基础上，利用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0对稻植区的气候适宜性按地理位置进行解译和空间分析，以期为稻植区合理规划布局及可持续发展提供参考依据。
1 材料与方法
1. 1 研究区概况
清水江流域是贵州省重点生态功能区，辖16个县级行政区，面积约1.71×106 ha，地处高原向丘陵过渡的斜坡地带，地势西高东低，地貌以低山、丘陵和山间盆地为主。该流域受西南季风影响，属亚热带山地季风气候，雨热同期，立体特征显著，最冷月平均气温6～8 ℃，最热月平均气温25～28 ℃。境内岩溶发育，地表破碎、垂直切割较深，地层结构复杂。随着社会经济的快速发展，水源退化、水土流失、土地污染等非气候因素严重胁迫水稻生长环境。山地多、宜农耕地数量不足，由于长期的过度开发利用，对水稻种植的气候适宜性产生了严重影响。
1. 2 数据与模型
1. 2. 1 数据来源 调研数据：赴黔东南州气象局、黔南州气象局及贵州水稻研究所查阅档案资料，咨询工作人员，并进行实地调查，在遵循均匀分布原则的基础上，获取研究区2000～2014年16个气象站气温、降水、日照等逐日气象要素及水稻生育各阶段平均物候观测资料；文献数据：查阅专著（杨昌达，2010）和论文（符娜等，2014）獲取水稻生长发育参数；影像数据：研究区2013年Landsat TM遥感影像（分辨率30 m）。数据处理和图件制作分别运用SPSS 17.0、ENVI 4.8和ArcGIS 10.0。
1. 2. 2 水稻气候适宜度模型 各气候因子对作物生长影响的适宜度取值为S∈[0，1]，当S=0时，表明作物生长气候条件极差，作物不能生长；S=1时，表明作物生长气候条件优良，作物长势良好；一般认为适宜度在0.40以下胁迫作物生长，反之则促进作物生长（孙秀邦等，2015）。借鉴已有成果（黄璜，1996；赖纯佳等，2011；姚小英等，2011；孙秀邦等，2015），确定研究区水稻气候适宜度评价组模型，包括气温适宜度、日照适宜度、降水适宜度和综合气候适宜度模型。
1. 2. 2. 1 气温适宜度 参照孙秀邦等（2015）的方法构建水稻温度适宜度函数方程组式（1）和式（2）。式中，S（Ti）表示水稻生育阶段第i期温度适宜度；Ti表示某生育期逐日均温；T1、T2、T0分别表示某生育期所需的下限、上限和最佳温度值（表1）。温度值根据研究区历年统计年鉴和文献（黄璜，1996；杨昌达，2010）整理。
S（Ti）=（1）
B= （2）
1. 2. 2. 2 光照适宜度 以清水江流域日照百分比的70%为临界值，当S0>70%时，光照数值达到水稻生长的最佳需求。参照孙秀邦等（2015）的方法构建水稻日照适宜度函数方程式（3）式中，S（Si）表示生育期日照对作物影响的适宜程度；S为某生育期日照时间，S0为日照时数，且S0>70%；b为常数。指标详值如表1所示。
S（Si）=e-
2 S 1 S≥S0 （3）
1. 2. 2. 3 降水适宜度 参照赖纯佳等（2011）的方法构建水稻降水适宜度函数方程式（4）。式中，S（Ri）为降水适宜度，R为旬期降水量，R0为生理需水量；当R>R0，且土壤接纳达理想状态时，可令S（R）≈1，R0详值如表1所示。
S（Ri）=1 R≥R0
R 1. 2. 2. 4 综合气候适宜度 水稻全育期或某生育阶段适宜度函数方程式为式（5）（姚小英等，2011）。式中，S（C）为光照、温度或降水适宜度，m为生育期的总天数或旬数。
S（C）=S（Ci） （5）
为了能客观反映当地温度、降水量和日照状况对水稻种植适宜性的影响，运用算术平均法构建稻植综合气候适宜度动态模型，函数方程式表述为式（6）。式中，Cr为综合气候适宜度，i为生育分期，n为具体的生育期数。
Cr= （6）
2 结果与分析
对清水江流域2000～2014年的降水量、日照时数、气温逐日观测值进行统计分析，得到气温、降水量、年日照时数的年际变化曲线如图1。经计算，多年降水量、日照时数和气温均值分别为1203.37 mm、1158.33 h和16.22 ℃。
将多年降水量、日照时数、气温逐日观测值和水稻生育各阶段逐日均温等数据及相关参数（表1）代入方程式（1）～（6），运用SPSS 17.0计算，得到2000～2014年清水江流域稻植气候的S（Ti）、S（Si）、S（Ri）、S（Ci）和Cr数值（图2～图7）。在此基础上，利用ENVI 4.8、ArcGIS 10.0对水稻种植的气候适宜性按地理位置进行解译及空间分析，完成稻植区气候适宜性分区。具体划分依据如下：利用最大熵模型，在充分考虑影响研究区水稻生长发育主导气候因子的基础上测算水稻作业分布的存在概率ρ。运用ArcGIS 10.0中的空间分析工具之栅格重分类功能对通过ENVI 4.8解译的稻植区地图文档进行气候适宜度分区。参考IPCC（2007）、段居琦和周广胜（2012）评估可能性的划分方法，确定气候适宜度分区标准，即ρ<0.05为不适宜区，0.05≤ρ<0.33为次适宜区，0.33≤ρ<0.66为适宜区，ρ≥0.66为最适宜区。
2. 1 水稻各生育阶段气候因子适宜度分析结果
2. 1. 1 水稻幼苗期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻幼苗期为3月下旬～4月中旬，该阶段适宜度均值排序为S（Ri）>S（Ti）>S（Si），其数值分别为0.55、0.49和0.37，Cr为0.49（图2）。就距平而言，S（Ti）正距平集中在2004～2006年，负距平集中在2000～2003年，反映出近年来温度年际变化较大。S（Ri）整体呈下降趋势，负距平集中在2002～2004年，正距平集中在2010～ 2014年，2005～2009年距平波动较大，反映出该段时间降水较少。S（Si）正距平集中在2002～2007年，负距平集中在2008～2011年，2000年出现最小值（0.28）。Cr 距平虽有波动，但均在0.40以上，2004～2008年的变化轨迹呈“倒梯形”对称分布，其中，负距平集中在2001～2003年，正距平集中在2010～2012年，极值相差0.18，对幼苗生长发育有一定影响。通过比较分析，发现本期的降水及温度适宜度均较高，且温度适宜度<降水适宜度，基本能够满足水稻幼苗生长需要，但S（Si）值较低，可判断光照是水稻幼苗期综合适宜度的主要胁迫因子。究其原因，主要是清水江流域山地多，丰富的水汽和山区复杂的非气候因子相互作用，致使云量大范围聚集。总之，清水江流域水稻幼苗期稻植综合气候适宜度年际振动幅度较大，波动明显加强，且呈下降趋势，对水稻幼苗生长发育不利。与降水适宜度多年的波动规律相似，本期综合气候适宜度表现出较规则的周期振动。基于水稻幼苗生长发育与非气候因素的相关性，地形、地貌、海拔、坡向、坡位等非气候因素使本期水稻生长发育在不同区域产生分异现象，作业区应突出温度、降水、日照等气候因子与地形、海拔、坡向、坡位、土壤、化肥等非气候因子的协同作用，实现互补效应，并通过采取合理使用有机肥料、改良土壤結构、提高灌溉水平等措施，改善因春旱造成的较差土壤墒情及肥力。
2. 1. 2 水稻分蘖期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻分蘖期在5月上旬～6月中旬，对图3分析发现，本期的S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分别为0.51、0.56、0.37和0.49。S（Si）呈现诸生育阶段最低水平，平均日照时数仅为3.83 h。水稻分蘖期Cr高低对稻穗数量有重要影响，该阶段受日照时间因素的胁迫，导致Cr偏低，成为清水江流域水稻产量的主要胁迫因素。整个分蘖期S（Ti）呈波动下降趋势；S（Ri）线性拟合趋势逐年降低；S（Si）在2009年后波动较大，没有明显线性拟合趋势，2013年出现最大值（0.53），2014年出现最小值（0.22）。Cr 演替趋势较平稳，2006年出现最大值（0.53），2012年出现最小值（0.41）。通过比较分析，发现S（C）与Cr 呈正相关，水稻分蘖期S（Ti）和S（Si）较幼苗期有所提高，尽管未达到理想状态，但水稻本期生长受干旱胁迫的风险有所降低。清水江流域水稻分蘖期温度与降水因子协同作用发挥较好，但光照依然是水稻生长发育的制约因素。受20世纪80年代以来全球普遍增温的影响，水稻温度适宜度有逐渐增高的趋势。本期降水适宜度波动与幼苗期相比有所减弱，但依然明显。近年来，清水江流域天气条件年际变化明显，极端天气发生频率高，对S（Si）有重要影响。S（Ri）振动幅度大、频率高，不利于水稻光合作用的正常进行。除此以外，本期还是滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害及稻瘟病、纹枯病、白叶枯病等生物灾害并发期，非气候因素对稻穗的数量、质量有重要影响。由于地质灾害、生物灾害、农药质量及土壤污染的制约，本期水稻生长的气候因素与非气候因素协同作用发挥欠佳。因此，作业区应加强地质灾害防范，及时喷洒生物农药，综合防治土壤污染，采取生物措施保护水稻生长环境。 2. 1. 3 水稻拔节孕穗期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻拔节孕穗期在6月下旬～8月下旬，对图4分析发现，本期的S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分别为0.57、0.85、0.58和0.68。S（Ti）、S（Si）和Cr均值均達全生育期最高阶段，是气候各因子协同效果最优的时段。S（Ti）波动较小，呈小幅增加趋势；S（Si）较S（Ti）和S（Ri）变化趋势明显，波动较大，2001年出现最大值（0.85），2006年出现最小值（0.39）；Cr 变化较平稳，有小幅增加趋势，负距平年份较多，主要集中在2006～2009年和2011～2014年。近10年来，Cr除2010年出现0.79极值外，其他年份均在0.65左右波动。通过比较分析，发现本期S（Si）和S（Ti）对Cr贡献较大，温度和日照适宜度较高，且日照适宜度小于温度适宜度，完全能够满足水稻生长的需要。但由于汛期特大暴雨影响，降水量偏大，致使坡度较大区域及低海拔坝区水稻生长发育面临涝灾风险胁迫。总之，在水稻孕穗期间水热同期，光热水协同作用发挥良好。受全球气候变暖影响，温度适宜度年际变化趋势平稳，对水稻穗粒的形成和籽粒增重均十分有利。综合气候适宜度周期性波动较明显，波谷之间适宜度的年际变化较稳定，反映出本期水稻生长发育的光热水组合搭配非常理想。同时，本期也受到非气候因素的胁迫，坡度较大区域及低海拔坝区因洪涝灾害诱发的山体滑坡、水土流失、地面塌陷等灾害阻碍了水稻生长期对光热资源及养分的充分吸收，影响其正常发育和穗粒形成。因此，本期应更好地发挥气候因素与非气候因素的协同作用，加强冰雹、雷雨飓风、汛期水患等气象灾害及地质灾害、生物病虫害等非气象灾害的监测、预警预报和防治工作，尤其是有重大威胁的隐患作业区。
2. 1. 4 水稻抽穗开花期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻抽穗开花期在9月上旬，对图5分析发现，本期S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分别为0.41、0.55、0.47和0.42。各气候因子适宜度波动较大，线性趋势不明显。S（Ti）值负距平主要集中在2003～2007年，正距平主要集中在2008～2012年；S（Ri）整体波动较大，2010年以来呈明显增长趋势，2014年出现最大值（0.96），2005年出现最小值（0.02），极差达0.94；2011年以来S（Si）呈较稳定的演进趋势，正距平分布集中；Cr值正距平集中在2009～2012年，上升趋势明显，2014年出现最大值（0.91），2005年出现最小值（0.28）。通过比较分析，发现清水江流域水稻抽穗开花期诸气候因子适宜度较拔节孕穗期均有明显降低，特别是降水适宜度为4个分期最低水平，且波动较大。究其原因，主要是汛期将要结束，清水江流域的西部、北部、西南部地区出现不同程度的旱情，气象孕灾因子对水稻生长发育的胁迫作用日益减弱。但本期光热水协同效果优于幼苗期，综合适宜度在0.40以上，水稻生长发育受坡度、坡向、地形、土壤、灾害等非气象因素胁迫不明显。总之，水稻抽穗开花期生长期短，降水、温度、光照等因素基本能够满足抽穗开花发育期的需要，为水稻获得高产奠定了基础。考虑到本期水稻需水量减少，与其他气候因子相比，降水已不是主要限制因子，但光照条件不足，光合作用较弱，致使综合气候适宜度低于拔节孕穗期。特别是近年来受全球气候变化影响，人类活动对大气成分和土地利用的改变，致使清水江流域降水和日照的变化对水稻生长发育产生的负效应有所提升，影响水稻增产。
2. 1. 5 水稻灌浆成熟期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻灌浆成熟期为9月中旬至下旬，对图6分析发现，本期S（Ri）、S（Ti）和S（Si）的均值分别为0.42、0.88和0.49，其排序为S（Ti）>S（Si）>S（Ri），Cr为0.58。S（Ti）均值呈现诸生育阶段最高水平，正距平出现频率很高，主要集中在2003～2006年和2008～2011年，2009年出现最大值（0.954），2012年出现最小值（0.69）。究其原因，主要是研究区每年7～10月为高温期，日平均温度达25 ℃，局部地区超过30 ℃。S（Ri）值波动较大，正负距平未呈现明显集中趋势，2014年出现最大值（0.83），2006年出现最小值（0.015）。S（Si）呈现波动演进的下降趋势，除2002、2010、2012和2014年数值较低外，其他年份均在0.50以上。Cr总体呈增加趋势，正距平集中在2011、2012和2014年，整体演进态势良好，2014年出现最大值（0.78），2006年出现最小值（0.44）。总之，水稻灌浆成熟期的光照、温度和水分适宜度具有一定分布规律，温度适宜度>日照适宜度，且温度适宜度达到全育期最高水平，受降水胁迫作用较小，完全能够满足水稻灌浆成熟期生长要求，为高产提供了良好条件。本期生育阶段时间较短，水稻生长对气候因子的适宜性较好，综合气候适宜度较高，各气候因子适宜度、综合气候适宜度与水稻产量的相关性显著。非气候农业灾害显著减少，肥、土、光、药、气、温等因子匹配，特别是温度适宜度很高，将延长生长期，二氧化碳的肥料效应增强光合作用，对水稻成熟非常有利；同时，整个流域以多云间晴天气为主，气候因素与非气候因素协同作用良好，方便收割作业。
2. 2 水稻全育期气候因子适宜度的时空分异
2. 2. 1 水稻全育期适宜度变化分析 清水江流域水稻全育期的温度、降水、日照及综合适宜度均在0.40以上（图7），以S（Ti）最高（0.62），其次为S（Ri）（0.48），S（Si）最小（0.45）。15年间S（Ti）呈波动上升趋势，2009年后达到了更理想的状态。S（Ri）波动较大，线性趋势不明显，2014年出现峰值（0.68）。S（Si）在0.45左右波动，无明显变化趋势。S（Ri）与S（Si）呈负相关，其原因与研究区多阴雨天气密切相关。Cr状态平稳，极差仅为0.10，2014年因S（Ti）和S（Ri）增加，Cr提高了14.74%。从水稻Cr 值分布状态分析，清水江流域水稻种植气候适宜度总体较高，均大于0.55，绝大多数年份在0.55～ 0.62，反映出日照、温度和降水因子配合良好，利于水稻作业。 总体来看，清水江流域温度适宜、降水充沛，能够满足水稻生长需求，水稻全育期综合适宜度较高。随着全球气候的变暖，温度对水稻生长发育有一定的积极作用，而流域日照时数明显不足，对今后水稻生长及作业有较大影响。因此，在水稻全育期，作业区和生产单位应积极发挥非氣象因素的互补效应，如全面使用有机肥料，增加土壤肥力及土壤环境容量；坚持土地轮作，修复土壤团粒结构，增强土壤净化能力；培育优质稻种，适应流域山区生长环境，提升水稻品质；综合防治病虫害及环境污染，发展清洁生产。根据气候情景预测，假定在温度因素变化不明显的情景下，未来水稻的综合气候适宜度有所上升，降水适宜度呈上升趋势，光照适宜度呈下降趋势。稻植区随海拔高度逐渐抬升，适宜种植面积将会微缩。
地形、地貌、海拔、坡向、坡位、土壤、地质和生物灾害、化肥、农药、种子及土地利用方式等非气候因素对水稻种植全育期气候适宜度有一定影响。在岩溶发育充分，以中低山剥蚀、溶蚀地貌和剥蚀溶蚀河谷地貌为主的清水江流域，非气候因素的制约作用明显，但有较多的非气候因素难以做到绝对精准定量，因此，在作业过程中应尽可能运用和改造这些因素并发挥积极效应，使其与气候因素有机配合，以提升全流域稻植气候适宜度。
2. 2. 2 水稻全育期适宜度空间分异 充分协调和利用各种气候资源及自然条件是提升水稻作业潜力的重要途径。本研究运用清水江流域各气象站点15年平均温度、日照和降水适宜度及Landsat TM影像，利用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0建立基于高程和经纬度的小网格插值模型，提取稻田的高程、水系分布图（图8），并将水稻种植的空间适宜性按地理位置进行解译与叠加分析，根据存在概率ρ的取值标准进行气候适宜性分区，找出适合稻植适宜度较高的区域。
清水江流域水稻小网格推算模型：
T=2.911-0.028X1+0.036X2+0.00002386X3
R=-6.741+0.0105X1+0.196X2+0.0014X3
S=2.535-0.0264X1+0.037X2+0.0001X3
式中，T、R、S分别为温度、降水、日照适宜度，X1、X2、X3分别为经度、纬度、高程。
同时，考虑到流域地形、地貌及邻近性等非气象因素的特点，稻植作业适宜于坝子与坡势较缓的阳坡山地，将坡度大于25°、海拔高于800 m的山地认定为不适宜区（图8）。最后，在参考相关文献（IPCC，2007；段居琦和周广胜，2012）评估可能性的划分方法及气候适宜度分区标准的基础上，结合实际情况将稻植区划分为四大类（图9）。
最适宜区主要分布在锦屏县东部、天柱县东南、黄平县西南、福泉市东部、丹寨县西南的局部阳坡和半阳坡区域，呈小块状，其区内光、热、水组合条件良好，受地形、海拔因素影响小，有利于水稻作业；适宜区主要分布于黎平县北、榕江县东南、三穗县中区部区域及麻江县、都匀市、凯里市的部分阳坡和半阳坡区域，呈不规则条状布局，主要受降水影响，雨热同期，适宜水稻作业；次适宜区的各县市呈星状分布，所占面积不大，降水及温度条件较好，但光照是最主要的胁迫因素，其次是海拔和坡度，对水稻作业不利；不适宜区的面积很广，主要分布于中西部及西南部地区，海拔大于800 m，坡度大于25°，不适合水稻作业。
3 讨论
目前，有关稻植气候适宜度方面的研究报道较少，已有文献通过运用模糊数学方法、空间差值方法或回归模型对江淮地区与四川盆地水稻生产的气候条件适宜性进行定量评价（俞芬等，2008；孙圆圆等，2015）。孙秀邦等（2015）通过提取宣城地区温度、降水、日照和地理信息数据构建数学模型对宣城地区温度、降水、日照和气候适宜度进行研究，结果表明，研究区温度、日照适宜度较高，降水适宜度较低，降水是影响双季早稻种植的主要不利因子，温度的不利影响主要表现在双季早稻生产前期。与孙秀邦等（2015）的研究相比，本研究将水稻生育期分成5个生育阶段，从日照、降水和温度的综合作用分析稻植气候适宜度的时空变化，凸显了各生育阶段具体气候要素及非气候因子对水稻生长发育的胁迫作用，更准确地表征了水稻生长发育的适宜性时空分异。
本研究通过构建水稻诸气候因子及综合气候适宜度模型，并运用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0对水稻全育期及各生育阶段的气候适宜度和稻植区遥感影像分别进行测算、解译及空间分析，结果表明，清水江流域稻植气候S（Ti）、S（Ri）和Cr较高，且S（Ti）>S（Ri）；除拔节孕穗期和灌浆成熟期外，S（Si）均较低；在稻植幼苗期，S（Ri）>S（Ti）>S（Si）；分蘖期和拔节抽穗期，S（Ti）>S（Ri）>S（Si）；抽穗开花期和灌浆成熟期，S（Ti）>S（Si）>S（Ri）。稻田分布于高程小于800 m、坡度小于25°的局部阳坡区域。此研究结果与俞芬等（2008）和孙秀邦等（2015）对江淮地区水稻种植气候适宜度的评价结果存在差异，即清水江流域稻植气候适宜度总体较高。究其原因：一是江淮地区地处南北方气候过渡带，随着全球及区域气候的变化，过渡带的南北移动使该区气候变化异常敏感；二是江淮地区随着经济的快速发展，人口膨胀，人类活动加剧，致使小气候渐变，对水稻作业产生了较大影响。俞芬等（2008）、孙秀邦等（2015）和孙园园等（2015）研究结果与本研究也有相似之处，均表明气候因子的不稳定分异趋势对水稻生产的胁迫作用日益明显。
本研究在定量测算及分析比较的基础上通过解译及空间分析，可以更直观地反映各稻植适宜区地理位置的变化特征，并节约较多的人力及时间成本，研究成果对清水江流域水稻作业更好地利用农业气候资源、保护稻田生态环境及优化生产布局有重要的指导作用。然而，在本研究过程中由于客观条件限制，调研及资料收集过程中涉及坡位、土壤、地质、生物灾害、化肥、农药、种子及土地利用方式等非气候因素资料有限，探讨非气候因素对水稻种植适宜度及稻植作业的影响欠深入，导致适宜度定量及稻植适宜分区表征还不够精细化。因此，后续工作须加强坡位、土壤、地质、生物灾害、化肥、农药、种子及土地利用方式等因子对水稻种植适宜度影响的研究，进一步提升贵州岩溶区稻植气候适宜度的综合表达精度。 4 结论
清水江流域的气候条件能够较好地满足水稻全育期及各生育阶段的需求，水稻种植风险小，但日照时间较短，对水稻生长发育有胁迫作用；清水江流域最适宜稻植区集中分布在东南及西北部的坝区、阳坡和半阳坡区。
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（責任编辑 麻小燕）
关键词： 气候适宜度；水稻；时空变化；清水江流域
中图分类号： S162.1 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）01-0100-09
Abstract：【Objective】The present study researched temporal and spatial variation of rice planting climate suitability in Qingshuijiang River basin， Guizhou province， a karst area， in a bid to provided some references for rational planning and distribution of rice planting area and the sustainable development in Qingshui River basin. 【Method】Based on daily sunshine duration， precipitation， temperature， and rice phenological and meteorological data observed at 16 meteorological stations in Qingshui River basin from 2000 to 2014， models of climatic factors and comprehensive climate suitability were established. The variation of climate suitability in the whole growth stage and each growth stage was evaluated. Interpretation and spatial analysis of rice planting region were conducted by ENVI 4.8 and ArcGIS 10.0 software. 【Result】Rice planting climate temperature suitability， precipitation suitability and comprehensive suitability were high in Qingshuijiang River basin， and temperature suitability>precipitation suitability. Except for jointing-booting stage and grouting stage， sunshine suitability at other stages was low. At rice seedling stage， precipitation suitability>temperature suitability>sunshine suitability； at tillering stage and jointing-booting stage， temperature suitability>precipitation suitability>sunshine suitability； at earring and flowering stage， and grouting stage， temperature suitability>sunshine suitability>precipitation suitability. The areas suitable for rice planting were distributed at where elevation was less than 800 m and slope was less than 25°. 【Conclusion】The climate in Qingshuijiang River basin can match the need of whole rice growth stage and each growth stage. But sunshine duration is short， which can be destructive factor for growth rice. The optimal rice planting areas are mainly distributed in dam area， sunny slopes， and semi-sunny slopes in southeast and northwest of Qingshuijiang River basin. Key words： climate suitability； rice； temporal and spatial evolution； Qingshui River basin
0 引言
【研究意义】随着全球气候的变化，生态环境重度脆弱区和极度脆弱区地域范围不断扩大，对农业活动产生了较大的负面影响，导致作物适宜种植区域、耕作制度、生产能力等均发生一定程度变化。探讨粮食作物生长对气候变化的响应，使作物更好地适应气候变化带来的挑战已成为国内外研究的热点问题。分析区域农作物种植气候适宜度时空变化规律，对于充分利用农业气候资源、保护农田生态环境具有重要意义。【前人研究进展】目前，有关农作物气候适宜性问题研究主要集中于气候变化与作物产量的相关性（Rowhani et al.，2011；张文博等，2015）、气候变化对农作物适宜性的影响（俞芬等，2008；蒲金涌等，2011；黄伟娇等，2013；刘云萌等，2015）、气候适宜性区划（何鹏等，2013；郭兆夏等，2015；张佩等，2015）、气候适宜度模型构建及应用（侯英雨等，2013；孙秀邦等，2015；孙园园等，2015）等方面。俞芬等（2008）对淮河流域40个县（市）区的水稻日照适宜度、降水适宜度及气候适宜度进行了定量分析，结果表明，各区的水稻气候适宜度均呈逐渐下降趋势。Rowhani等（2011）对季节性气候与作物产量间的关系进行研究，结果表明温度和降水的季节变化会影响谷物产量，并以坦桑尼亚为例进行实证分析。郭兆夏等（2015）运用GIS技术及模糊综合评判法对陕西省核桃精细化气候适宜性进行区划研究，并进行分区评述，为陕西省核桃基地合理规划和可持续发展提供了科学依据。孙园园等（2015）对四川优质稻生产气候适宜性进行研究，认为将日照百分率、天文辐射、水汽压等指标作为优质稻气候生态区划的指标体系，其评价结果更加客观。已有成果为稻麦等作物种植高效利用气候资源、精准规划生产布局及研究者优化评价模型提供了科学依据。【本研究切入点】前人研究侧重于温度等单一因子影响的分析，未对水稻种植的气候与非气候因子（土壤、肥力、种子、生物农药、地形等）的协同作用进行探讨，未能真实表征小气候渐变对水稻生长适宜度时空分异的影响，致使结论存在一定差异。综合评价气候因子及非气候因子对水稻生长的影响及适宜程度，是科学研究和实际作业的需求，但目前关于贵州省岩溶区清水江流域水稻种植气候适宜度的相关研究报道较少。【拟解决的关键问题】运用贵州省岩溶区清水江流域2000～2014年16个气象观测站的逐日日照、降水量和温度数据及水稻平均物候观测资料，构建水稻诸气候因子及综合气候适宜度模型，对水稻全生育期及各生育阶段的气候适宜度进行测算，并在探讨非气候因子对稻植影响的基础上，利用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0对稻植区的气候适宜性按地理位置进行解译和空间分析，以期为稻植区合理规划布局及可持续发展提供参考依据。
1 材料与方法
1. 1 研究区概况
清水江流域是贵州省重点生态功能区，辖16个县级行政区，面积约1.71×106 ha，地处高原向丘陵过渡的斜坡地带，地势西高东低，地貌以低山、丘陵和山间盆地为主。该流域受西南季风影响，属亚热带山地季风气候，雨热同期，立体特征显著，最冷月平均气温6～8 ℃，最热月平均气温25～28 ℃。境内岩溶发育，地表破碎、垂直切割较深，地层结构复杂。随着社会经济的快速发展，水源退化、水土流失、土地污染等非气候因素严重胁迫水稻生长环境。山地多、宜农耕地数量不足，由于长期的过度开发利用，对水稻种植的气候适宜性产生了严重影响。
1. 2 数据与模型
1. 2. 1 数据来源 调研数据：赴黔东南州气象局、黔南州气象局及贵州水稻研究所查阅档案资料，咨询工作人员，并进行实地调查，在遵循均匀分布原则的基础上，获取研究区2000～2014年16个气象站气温、降水、日照等逐日气象要素及水稻生育各阶段平均物候观测资料；文献数据：查阅专著（杨昌达，2010）和论文（符娜等，2014）獲取水稻生长发育参数；影像数据：研究区2013年Landsat TM遥感影像（分辨率30 m）。数据处理和图件制作分别运用SPSS 17.0、ENVI 4.8和ArcGIS 10.0。
1. 2. 2 水稻气候适宜度模型 各气候因子对作物生长影响的适宜度取值为S∈[0，1]，当S=0时，表明作物生长气候条件极差，作物不能生长；S=1时，表明作物生长气候条件优良，作物长势良好；一般认为适宜度在0.40以下胁迫作物生长，反之则促进作物生长（孙秀邦等，2015）。借鉴已有成果（黄璜，1996；赖纯佳等，2011；姚小英等，2011；孙秀邦等，2015），确定研究区水稻气候适宜度评价组模型，包括气温适宜度、日照适宜度、降水适宜度和综合气候适宜度模型。
1. 2. 2. 1 气温适宜度 参照孙秀邦等（2015）的方法构建水稻温度适宜度函数方程组式（1）和式（2）。式中，S（Ti）表示水稻生育阶段第i期温度适宜度；Ti表示某生育期逐日均温；T1、T2、T0分别表示某生育期所需的下限、上限和最佳温度值（表1）。温度值根据研究区历年统计年鉴和文献（黄璜，1996；杨昌达，2010）整理。
S（Ti）=（1）
B= （2）
1. 2. 2. 2 光照适宜度 以清水江流域日照百分比的70%为临界值，当S0>70%时，光照数值达到水稻生长的最佳需求。参照孙秀邦等（2015）的方法构建水稻日照适宜度函数方程式（3）式中，S（Si）表示生育期日照对作物影响的适宜程度；S为某生育期日照时间，S0为日照时数，且S0>70%；b为常数。指标详值如表1所示。
S（Si）=e-
2 S
S（Ri）=1 R≥R0
R
S（C）=S（Ci） （5）
为了能客观反映当地温度、降水量和日照状况对水稻种植适宜性的影响，运用算术平均法构建稻植综合气候适宜度动态模型，函数方程式表述为式（6）。式中，Cr为综合气候适宜度，i为生育分期，n为具体的生育期数。
Cr= （6）
2 结果与分析
对清水江流域2000～2014年的降水量、日照时数、气温逐日观测值进行统计分析，得到气温、降水量、年日照时数的年际变化曲线如图1。经计算，多年降水量、日照时数和气温均值分别为1203.37 mm、1158.33 h和16.22 ℃。
将多年降水量、日照时数、气温逐日观测值和水稻生育各阶段逐日均温等数据及相关参数（表1）代入方程式（1）～（6），运用SPSS 17.0计算，得到2000～2014年清水江流域稻植气候的S（Ti）、S（Si）、S（Ri）、S（Ci）和Cr数值（图2～图7）。在此基础上，利用ENVI 4.8、ArcGIS 10.0对水稻种植的气候适宜性按地理位置进行解译及空间分析，完成稻植区气候适宜性分区。具体划分依据如下：利用最大熵模型，在充分考虑影响研究区水稻生长发育主导气候因子的基础上测算水稻作业分布的存在概率ρ。运用ArcGIS 10.0中的空间分析工具之栅格重分类功能对通过ENVI 4.8解译的稻植区地图文档进行气候适宜度分区。参考IPCC（2007）、段居琦和周广胜（2012）评估可能性的划分方法，确定气候适宜度分区标准，即ρ<0.05为不适宜区，0.05≤ρ<0.33为次适宜区，0.33≤ρ<0.66为适宜区，ρ≥0.66为最适宜区。
2. 1 水稻各生育阶段气候因子适宜度分析结果
2. 1. 1 水稻幼苗期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻幼苗期为3月下旬～4月中旬，该阶段适宜度均值排序为S（Ri）>S（Ti）>S（Si），其数值分别为0.55、0.49和0.37，Cr为0.49（图2）。就距平而言，S（Ti）正距平集中在2004～2006年，负距平集中在2000～2003年，反映出近年来温度年际变化较大。S（Ri）整体呈下降趋势，负距平集中在2002～2004年，正距平集中在2010～ 2014年，2005～2009年距平波动较大，反映出该段时间降水较少。S（Si）正距平集中在2002～2007年，负距平集中在2008～2011年，2000年出现最小值（0.28）。Cr 距平虽有波动，但均在0.40以上，2004～2008年的变化轨迹呈“倒梯形”对称分布，其中，负距平集中在2001～2003年，正距平集中在2010～2012年，极值相差0.18，对幼苗生长发育有一定影响。通过比较分析，发现本期的降水及温度适宜度均较高，且温度适宜度<降水适宜度，基本能够满足水稻幼苗生长需要，但S（Si）值较低，可判断光照是水稻幼苗期综合适宜度的主要胁迫因子。究其原因，主要是清水江流域山地多，丰富的水汽和山区复杂的非气候因子相互作用，致使云量大范围聚集。总之，清水江流域水稻幼苗期稻植综合气候适宜度年际振动幅度较大，波动明显加强，且呈下降趋势，对水稻幼苗生长发育不利。与降水适宜度多年的波动规律相似，本期综合气候适宜度表现出较规则的周期振动。基于水稻幼苗生长发育与非气候因素的相关性，地形、地貌、海拔、坡向、坡位等非气候因素使本期水稻生长发育在不同区域产生分异现象，作业区应突出温度、降水、日照等气候因子与地形、海拔、坡向、坡位、土壤、化肥等非气候因子的协同作用，实现互补效应，并通过采取合理使用有机肥料、改良土壤結构、提高灌溉水平等措施，改善因春旱造成的较差土壤墒情及肥力。
2. 1. 2 水稻分蘖期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻分蘖期在5月上旬～6月中旬，对图3分析发现，本期的S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分别为0.51、0.56、0.37和0.49。S（Si）呈现诸生育阶段最低水平，平均日照时数仅为3.83 h。水稻分蘖期Cr高低对稻穗数量有重要影响，该阶段受日照时间因素的胁迫，导致Cr偏低，成为清水江流域水稻产量的主要胁迫因素。整个分蘖期S（Ti）呈波动下降趋势；S（Ri）线性拟合趋势逐年降低；S（Si）在2009年后波动较大，没有明显线性拟合趋势，2013年出现最大值（0.53），2014年出现最小值（0.22）。Cr 演替趋势较平稳，2006年出现最大值（0.53），2012年出现最小值（0.41）。通过比较分析，发现S（C）与Cr 呈正相关，水稻分蘖期S（Ti）和S（Si）较幼苗期有所提高，尽管未达到理想状态，但水稻本期生长受干旱胁迫的风险有所降低。清水江流域水稻分蘖期温度与降水因子协同作用发挥较好，但光照依然是水稻生长发育的制约因素。受20世纪80年代以来全球普遍增温的影响，水稻温度适宜度有逐渐增高的趋势。本期降水适宜度波动与幼苗期相比有所减弱，但依然明显。近年来，清水江流域天气条件年际变化明显，极端天气发生频率高，对S（Si）有重要影响。S（Ri）振动幅度大、频率高，不利于水稻光合作用的正常进行。除此以外，本期还是滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害及稻瘟病、纹枯病、白叶枯病等生物灾害并发期，非气候因素对稻穗的数量、质量有重要影响。由于地质灾害、生物灾害、农药质量及土壤污染的制约，本期水稻生长的气候因素与非气候因素协同作用发挥欠佳。因此，作业区应加强地质灾害防范，及时喷洒生物农药，综合防治土壤污染，采取生物措施保护水稻生长环境。 2. 1. 3 水稻拔节孕穗期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻拔节孕穗期在6月下旬～8月下旬，对图4分析发现，本期的S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分别为0.57、0.85、0.58和0.68。S（Ti）、S（Si）和Cr均值均達全生育期最高阶段，是气候各因子协同效果最优的时段。S（Ti）波动较小，呈小幅增加趋势；S（Si）较S（Ti）和S（Ri）变化趋势明显，波动较大，2001年出现最大值（0.85），2006年出现最小值（0.39）；Cr 变化较平稳，有小幅增加趋势，负距平年份较多，主要集中在2006～2009年和2011～2014年。近10年来，Cr除2010年出现0.79极值外，其他年份均在0.65左右波动。通过比较分析，发现本期S（Si）和S（Ti）对Cr贡献较大，温度和日照适宜度较高，且日照适宜度小于温度适宜度，完全能够满足水稻生长的需要。但由于汛期特大暴雨影响，降水量偏大，致使坡度较大区域及低海拔坝区水稻生长发育面临涝灾风险胁迫。总之，在水稻孕穗期间水热同期，光热水协同作用发挥良好。受全球气候变暖影响，温度适宜度年际变化趋势平稳，对水稻穗粒的形成和籽粒增重均十分有利。综合气候适宜度周期性波动较明显，波谷之间适宜度的年际变化较稳定，反映出本期水稻生长发育的光热水组合搭配非常理想。同时，本期也受到非气候因素的胁迫，坡度较大区域及低海拔坝区因洪涝灾害诱发的山体滑坡、水土流失、地面塌陷等灾害阻碍了水稻生长期对光热资源及养分的充分吸收，影响其正常发育和穗粒形成。因此，本期应更好地发挥气候因素与非气候因素的协同作用，加强冰雹、雷雨飓风、汛期水患等气象灾害及地质灾害、生物病虫害等非气象灾害的监测、预警预报和防治工作，尤其是有重大威胁的隐患作业区。
2. 1. 4 水稻抽穗开花期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻抽穗开花期在9月上旬，对图5分析发现，本期S（Ri）、S（Ti）、S（Si）和Cr均值分别为0.41、0.55、0.47和0.42。各气候因子适宜度波动较大，线性趋势不明显。S（Ti）值负距平主要集中在2003～2007年，正距平主要集中在2008～2012年；S（Ri）整体波动较大，2010年以来呈明显增长趋势，2014年出现最大值（0.96），2005年出现最小值（0.02），极差达0.94；2011年以来S（Si）呈较稳定的演进趋势，正距平分布集中；Cr值正距平集中在2009～2012年，上升趋势明显，2014年出现最大值（0.91），2005年出现最小值（0.28）。通过比较分析，发现清水江流域水稻抽穗开花期诸气候因子适宜度较拔节孕穗期均有明显降低，特别是降水适宜度为4个分期最低水平，且波动较大。究其原因，主要是汛期将要结束，清水江流域的西部、北部、西南部地区出现不同程度的旱情，气象孕灾因子对水稻生长发育的胁迫作用日益减弱。但本期光热水协同效果优于幼苗期，综合适宜度在0.40以上，水稻生长发育受坡度、坡向、地形、土壤、灾害等非气象因素胁迫不明显。总之，水稻抽穗开花期生长期短，降水、温度、光照等因素基本能够满足抽穗开花发育期的需要，为水稻获得高产奠定了基础。考虑到本期水稻需水量减少，与其他气候因子相比，降水已不是主要限制因子，但光照条件不足，光合作用较弱，致使综合气候适宜度低于拔节孕穗期。特别是近年来受全球气候变化影响，人类活动对大气成分和土地利用的改变，致使清水江流域降水和日照的变化对水稻生长发育产生的负效应有所提升，影响水稻增产。
2. 1. 5 水稻灌浆成熟期气候因子适宜度变化分析 清水江流域水稻灌浆成熟期为9月中旬至下旬，对图6分析发现，本期S（Ri）、S（Ti）和S（Si）的均值分别为0.42、0.88和0.49，其排序为S（Ti）>S（Si）>S（Ri），Cr为0.58。S（Ti）均值呈现诸生育阶段最高水平，正距平出现频率很高，主要集中在2003～2006年和2008～2011年，2009年出现最大值（0.954），2012年出现最小值（0.69）。究其原因，主要是研究区每年7～10月为高温期，日平均温度达25 ℃，局部地区超过30 ℃。S（Ri）值波动较大，正负距平未呈现明显集中趋势，2014年出现最大值（0.83），2006年出现最小值（0.015）。S（Si）呈现波动演进的下降趋势，除2002、2010、2012和2014年数值较低外，其他年份均在0.50以上。Cr总体呈增加趋势，正距平集中在2011、2012和2014年，整体演进态势良好，2014年出现最大值（0.78），2006年出现最小值（0.44）。总之，水稻灌浆成熟期的光照、温度和水分适宜度具有一定分布规律，温度适宜度>日照适宜度，且温度适宜度达到全育期最高水平，受降水胁迫作用较小，完全能够满足水稻灌浆成熟期生长要求，为高产提供了良好条件。本期生育阶段时间较短，水稻生长对气候因子的适宜性较好，综合气候适宜度较高，各气候因子适宜度、综合气候适宜度与水稻产量的相关性显著。非气候农业灾害显著减少，肥、土、光、药、气、温等因子匹配，特别是温度适宜度很高，将延长生长期，二氧化碳的肥料效应增强光合作用，对水稻成熟非常有利；同时，整个流域以多云间晴天气为主，气候因素与非气候因素协同作用良好，方便收割作业。
2. 2 水稻全育期气候因子适宜度的时空分异
2. 2. 1 水稻全育期适宜度变化分析 清水江流域水稻全育期的温度、降水、日照及综合适宜度均在0.40以上（图7），以S（Ti）最高（0.62），其次为S（Ri）（0.48），S（Si）最小（0.45）。15年间S（Ti）呈波动上升趋势，2009年后达到了更理想的状态。S（Ri）波动较大，线性趋势不明显，2014年出现峰值（0.68）。S（Si）在0.45左右波动，无明显变化趋势。S（Ri）与S（Si）呈负相关，其原因与研究区多阴雨天气密切相关。Cr状态平稳，极差仅为0.10，2014年因S（Ti）和S（Ri）增加，Cr提高了14.74%。从水稻Cr 值分布状态分析，清水江流域水稻种植气候适宜度总体较高，均大于0.55，绝大多数年份在0.55～ 0.62，反映出日照、温度和降水因子配合良好，利于水稻作业。 总体来看，清水江流域温度适宜、降水充沛，能够满足水稻生长需求，水稻全育期综合适宜度较高。随着全球气候的变暖，温度对水稻生长发育有一定的积极作用，而流域日照时数明显不足，对今后水稻生长及作业有较大影响。因此，在水稻全育期，作业区和生产单位应积极发挥非氣象因素的互补效应，如全面使用有机肥料，增加土壤肥力及土壤环境容量；坚持土地轮作，修复土壤团粒结构，增强土壤净化能力；培育优质稻种，适应流域山区生长环境，提升水稻品质；综合防治病虫害及环境污染，发展清洁生产。根据气候情景预测，假定在温度因素变化不明显的情景下，未来水稻的综合气候适宜度有所上升，降水适宜度呈上升趋势，光照适宜度呈下降趋势。稻植区随海拔高度逐渐抬升，适宜种植面积将会微缩。
地形、地貌、海拔、坡向、坡位、土壤、地质和生物灾害、化肥、农药、种子及土地利用方式等非气候因素对水稻种植全育期气候适宜度有一定影响。在岩溶发育充分，以中低山剥蚀、溶蚀地貌和剥蚀溶蚀河谷地貌为主的清水江流域，非气候因素的制约作用明显，但有较多的非气候因素难以做到绝对精准定量，因此，在作业过程中应尽可能运用和改造这些因素并发挥积极效应，使其与气候因素有机配合，以提升全流域稻植气候适宜度。
2. 2. 2 水稻全育期适宜度空间分异 充分协调和利用各种气候资源及自然条件是提升水稻作业潜力的重要途径。本研究运用清水江流域各气象站点15年平均温度、日照和降水适宜度及Landsat TM影像，利用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0建立基于高程和经纬度的小网格插值模型，提取稻田的高程、水系分布图（图8），并将水稻种植的空间适宜性按地理位置进行解译与叠加分析，根据存在概率ρ的取值标准进行气候适宜性分区，找出适合稻植适宜度较高的区域。
清水江流域水稻小网格推算模型：
T=2.911-0.028X1+0.036X2+0.00002386X3
R=-6.741+0.0105X1+0.196X2+0.0014X3
S=2.535-0.0264X1+0.037X2+0.0001X3
式中，T、R、S分别为温度、降水、日照适宜度，X1、X2、X3分别为经度、纬度、高程。
同时，考虑到流域地形、地貌及邻近性等非气象因素的特点，稻植作业适宜于坝子与坡势较缓的阳坡山地，将坡度大于25°、海拔高于800 m的山地认定为不适宜区（图8）。最后，在参考相关文献（IPCC，2007；段居琦和周广胜，2012）评估可能性的划分方法及气候适宜度分区标准的基础上，结合实际情况将稻植区划分为四大类（图9）。
最适宜区主要分布在锦屏县东部、天柱县东南、黄平县西南、福泉市东部、丹寨县西南的局部阳坡和半阳坡区域，呈小块状，其区内光、热、水组合条件良好，受地形、海拔因素影响小，有利于水稻作业；适宜区主要分布于黎平县北、榕江县东南、三穗县中区部区域及麻江县、都匀市、凯里市的部分阳坡和半阳坡区域，呈不规则条状布局，主要受降水影响，雨热同期，适宜水稻作业；次适宜区的各县市呈星状分布，所占面积不大，降水及温度条件较好，但光照是最主要的胁迫因素，其次是海拔和坡度，对水稻作业不利；不适宜区的面积很广，主要分布于中西部及西南部地区，海拔大于800 m，坡度大于25°，不适合水稻作业。
3 讨论
目前，有关稻植气候适宜度方面的研究报道较少，已有文献通过运用模糊数学方法、空间差值方法或回归模型对江淮地区与四川盆地水稻生产的气候条件适宜性进行定量评价（俞芬等，2008；孙圆圆等，2015）。孙秀邦等（2015）通过提取宣城地区温度、降水、日照和地理信息数据构建数学模型对宣城地区温度、降水、日照和气候适宜度进行研究，结果表明，研究区温度、日照适宜度较高，降水适宜度较低，降水是影响双季早稻种植的主要不利因子，温度的不利影响主要表现在双季早稻生产前期。与孙秀邦等（2015）的研究相比，本研究将水稻生育期分成5个生育阶段，从日照、降水和温度的综合作用分析稻植气候适宜度的时空变化，凸显了各生育阶段具体气候要素及非气候因子对水稻生长发育的胁迫作用，更准确地表征了水稻生长发育的适宜性时空分异。
本研究通过构建水稻诸气候因子及综合气候适宜度模型，并运用ENVI 4.8和ArcGIS 10.0对水稻全育期及各生育阶段的气候适宜度和稻植区遥感影像分别进行测算、解译及空间分析，结果表明，清水江流域稻植气候S（Ti）、S（Ri）和Cr较高，且S（Ti）>S（Ri）；除拔节孕穗期和灌浆成熟期外，S（Si）均较低；在稻植幼苗期，S（Ri）>S（Ti）>S（Si）；分蘖期和拔节抽穗期，S（Ti）>S（Ri）>S（Si）；抽穗开花期和灌浆成熟期，S（Ti）>S（Si）>S（Ri）。稻田分布于高程小于800 m、坡度小于25°的局部阳坡区域。此研究结果与俞芬等（2008）和孙秀邦等（2015）对江淮地区水稻种植气候适宜度的评价结果存在差异，即清水江流域稻植气候适宜度总体较高。究其原因：一是江淮地区地处南北方气候过渡带，随着全球及区域气候的变化，过渡带的南北移动使该区气候变化异常敏感；二是江淮地区随着经济的快速发展，人口膨胀，人类活动加剧，致使小气候渐变，对水稻作业产生了较大影响。俞芬等（2008）、孙秀邦等（2015）和孙园园等（2015）研究结果与本研究也有相似之处，均表明气候因子的不稳定分异趋势对水稻生产的胁迫作用日益明显。
本研究在定量测算及分析比较的基础上通过解译及空间分析，可以更直观地反映各稻植适宜区地理位置的变化特征，并节约较多的人力及时间成本，研究成果对清水江流域水稻作业更好地利用农业气候资源、保护稻田生态环境及优化生产布局有重要的指导作用。然而，在本研究过程中由于客观条件限制，调研及资料收集过程中涉及坡位、土壤、地质、生物灾害、化肥、农药、种子及土地利用方式等非气候因素资料有限，探讨非气候因素对水稻种植适宜度及稻植作业的影响欠深入，导致适宜度定量及稻植适宜分区表征还不够精细化。因此，后续工作须加强坡位、土壤、地质、生物灾害、化肥、农药、种子及土地利用方式等因子对水稻种植适宜度影响的研究，进一步提升贵州岩溶区稻植气候适宜度的综合表达精度。 4 结论
清水江流域的气候条件能够较好地满足水稻全育期及各生育阶段的需求，水稻种植风险小，但日照时间较短，对水稻生长发育有胁迫作用；清水江流域最适宜稻植区集中分布在东南及西北部的坝区、阳坡和半阳坡区。
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（責任编辑 麻小燕）