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我国南方水稻主产区占水稻播种面积的94%,总产量的88%,对我国的粮食安全有举足轻重的作用。从总量上看,水稻主产区的水资源量非常充足,但由于时空分布不均匀,区内局部干旱和季节性干旱频发,严重威胁水稻的生产。水资源的紧缺,已经成为水稻安全生产的瓶颈,再加上气候变化或气候异常的影响,水资源的供需矛盾将更为突出。
针对当前困扰水稻生产的局部干旱和季节性干旱问题,再考虑未来气候变化带来的影响和不确定性,本文将以揭示气候变化情景下水稻主产区局部干旱和季节性干旱时空分布规律和适应策略为目标,采用分布式水文模型、空间分析、逻辑推理模型等方法,对水稻主产区干旱的时空分布规律、水资源气候变化情景模拟、气候变化对水稻生长用水的影响、水稻用水适应气候变化策略进行系统性研究,并根据未来水稻可用水量,设计“事前”的水稻用水适应气候变化的策略范例。主要工作和结论如下:
1、以1981至2000年水稻主产区气象站点的观测数据作为气象强迫数据,运用分布式VIC水文模型,模拟1981~2000年水稻主产区的水资源情况。经过参数率定,模型的效率系数范围在0.29~0.92,均值为0.68。表明模型能较好的概化研究区域的参数,比较准确的描述了水稻主产区的水文过程。说明VIC模型进行水稻主产区水资源模拟是适用的。
2、对比1981~2000年基于气象站点观测数据和B2情景数据模拟的水资源结果,二者的空间平均误差在13.2%左右,时间序列误差在9.3%左右,说明采用B2情景数据模拟能很好的表征水稻主产区的水资源情况,具有对实际情况的代表性,说明B2情景数据适用于水稻主产区未来气候变化对水资源影响的模拟研究。
3、通过对1981~2000年水稻可用水量供需分析,揭示了历史时期水稻主产区水稻生产过程中的局部干旱和季节性干旱的时空分布规律为:在空间上,早稻在淮河干流、汉江流域、太湖流域、长江中下游干流区间、钱塘江流域、元江-红河流域、里下河地区沿海诸河流域和粤桂琼沿海诸河流域区等8个流域会出现局部干旱;中稻在沂沭泗流域、长江上游干流区间、淮河干流、雅砻江流域、汉江流域、太湖流域、嘉陵江流域、长江中下游干流区间、元江-红河流域、里下河地区沿海诸河等10个流域会出现局部干旱;晚稻在长江上游干流区间、淮河干流、汉江流域、太湖流域、长江中下游干流区间、钱塘江流域、瓯江流域、闽江流域、鄱阳湖水系、洞庭湖水系、韩江流域、闽东、粤东及台湾沿海诸河、北江流域、东江流域、珠江三角洲河网区、里下河地区沿海诸河流域等16个流域会出现局部干旱。在时间上,早稻在黄熟期会出现季节性干旱;中稻在返青期、拔孕期、抽开期和乳熟期会出现季节性干旱;晚稻在抽开期、乳熟期和黄熟期会出现季节性干旱。
4、由于气候变化的影响,2001~2030年水资源量与1981~2000年基准期相比,水稻主产区的28个二级流域,水资源的变化量幅度在-48.5~269mm之间,相对变化率在-2%~29.6%之间。其中,沿海的钱塘江流域、瓯江流域、闽江流域、韩江流域、闽东、粤东及台湾沿海诸河流域、东江流域水资源量增多明显;粤桂琼沿海诸河流域、元江-红河流域、黄河上游干流区间、嘉陵江流域和淮河干流水资源量减少,但减少的绝对量不大:
5、通过计算2001~2030年水稻主产区可用水量的供需平衡关系,揭示局部干旱和季节性干旱的时空分布规律。在空间上,早稻在淮河干流、汉江流域、太湖流域、长江中下游干流区间、钱塘江流域、瓯江流域、韩江流域、闽东、粤东及台湾沿海诸河、元江-红河流域、里下河地区沿海诸河流域和粤桂琼沿海诸河流域等11个流域会出现局部干旱。中稻在沂沭泗流域、长江上游干流区间、淮河干流、雅砻江流域、汉江流域、太湖流域、长江中下游干流区间元江.红河流域、里下河地区沿海诸河等9个流域会出现局部干旱。晚稻在长江上游干流区间、淮河干流、汉江流域、太湖流域、钱塘江流域、乌江流域、瓯江流域、闽江流域、鄱阳湖水系、洞庭湖水系、韩江流域、闽东、粤东及台湾沿海诸河、北江流域、东江流域、西江流域、珠江三角洲河网区、里下河地区沿海诸河流域等17个流域内会出现局部干旱。在时间上,早稻在乳熟期和黄熟期会出现季节性干旱;中稻在拔孕期和抽开期会出现季节性干旱;晚稻在除拔孕期以外的其他生长期会出现季节性干旱。
与1981~2000年相比,早稻、中稻和晚稻发生局部性干旱的流域数分别为增加2个,减少1个,增加1个:早稻的季节性干旱增加了乳熟期,中稻的季节性干旱减少了返青期和乳熟期,晚稻的季节性干旱增加了返青期。基本上,气候变化导致水稻主产区的局部干旱和季节性干旱的发生流域和时段都增加。
6.基于已经获得的未来气候变化对水稻可用水量的模拟结果,按双季稻>一旱一晚>一早一旱>中稻>旱作作物的调整次序,实施“事前”设计的适应行动,将双季稻和一旱一晚的种植面积扩大两倍,中稻种植面积将扩大20%;一早一旱的种植面积将减少42%,旱作作物种植面积将减少13%,可以保证水稻的可用水量。说明采用调整水稻的种植格局是实现水稻主产区主动适应气候变化条件的最优策略之一。