气候变化和城镇化双驱动下安徽水稻生产响应机制研究

摘要

论文以安徽省为研究区域，基于安徽省1959-2015年气象及城镇化数据，对安徽区域近57年气候演变、城镇化发展过程及水稻各级生产潜力进行计算和定量分析，理论结合实际数据探讨了气候变化和城镇化过程影响水稻生长的驱动力系统和驱动机制，筛选出影响区域水稻生长发育与生产的主控气象及城镇化因子，构建气候变化和城镇化双驱动下安徽水稻生产力演变的回归模型，并对未来水稻生产力变化趋势进行预测。一方面为安徽水稻可持续高效、高质生产，区域可持续发展提供科学决策依据，另一方面也为全球气候变化对人类生产生活的影响提供区域实证分析。主要研究结果如下: 1.1959-2015年期间，安徽地区全年和水稻生长季各温度指标均呈现增温趋势，均于1993年发生显著增温突变，其中全年和水稻生长季平均日最低温度增温速率最大，分别为0.26℃/10a和0.21℃/10a（均通过0.01水平显著性检验），表明夜间增温明显，温度空间分布南高北低，1993年突变之后皖北地区增温幅度更大，等温线平均北移100-200km。水稻生长季温度的空间变化具有整体一致性，水稻生长季平均温度、平均最低温度、平均最高温度主振荡周期分别为4-10a、25a、10a，未来周期域内将继续维持增温趋势。近57年来安徽地区全年和水稻生长季降水量呈波动变化，皖南地区降水丰沛，年降水量最高可达1850mm，湿季降水量最高可达1140mm。水稻生长季降水量的空间变化具有整体一致性，主振荡周期为13a。基于Angstrom模型估算出安徽全地区1959-2015年太阳总辐射值，估算误差保持在6％上下波动，57年来安徽全年和水稻生长季太阳总辐射呈显著下降趋势，分别为119.18MJ/m2/10a、91.79MJ/m2/10a，空间分布由北到南逐级递减，亳州一带为辐射富集区，水稻生长季最高可达到3360MJ/m2，太阳总辐射于1979年发生显著减少突变，安徽全区域水稻生长季太阳总辐射值平均减少200MJ/m2，1979年之后辐射变化趋于稳定。水稻生长季太阳总辐射空间变化具有整体一致性，主振荡周期为30a，未来周期域内将继续维持辐射减少的变化趋势。综合可以将安徽区划为以淮北平原和江淮丘陵为主的“冷干（变率较大）-多辐射”气候区和以皖西大别山、沿江平原和皖南山区为主的“暖湿（变率较大）-寡辐射”气候区。 2.安徽地区57年来水稻的光合、光温和气候生产潜力均呈显著下降趋势，2000s相比较1960s分别下降了4076.87kg/hm2、2947.84kg/hm2、22361.82kg/hm2;光合生产潜力在空间上由北向南逐渐减少，2000s较1960s北部减少显著，光温生产潜力由沿江平原向南北递增，2000s较1960s亳州地区减少明显，气候生产潜力由北向南递增，2000s较1960s淮北平原西南部减少明显。水稻实际生产中以安徽东北部地区单产最高，最高达到7900kg/hm2，最低为安徽西南部，单产在6000kg/hm2;水稻光合、光温、气候增产潜力均呈现由北向南递增，增产范围分别为14800-18800 kg/hm2、12000-16400 kg/hm2、11000-15800 kg/hm2，具有较高的增产潜力。 3.安徽城镇化发展进程可以分为逆城镇化、停滞发展、恢复发展、稳步发展、加速发展5个阶段，政策制度、城乡人口比例、经济及科技发展水平、产业结构转换是城镇化发展的主要驱动力;根据城镇化率、水稻播种面积及水稻生产潜力数据之间相关性分析结果，分为1959-1977年、1978-2003年两个时间段分别建立整个安徽气候变化和城镇化双驱动下水稻生产响应模型，同时在2004-2015年对安庆和黄山地区建立水稻生产力双驱动模型。根据安徽地区气候变暖、城镇发展及水稻生产的响应特征，建议适当调整水稻种植界线和模式、科学选种引种、兴建农田浇灌水利设施、合理施肥、科学规划土地资源、推进农业天气指数保险普及工作，建立农业物联网系统等方面来为安徽地区农业可持续发展做出努力。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1气候变化概述

1．1．1气温及未来变化

1．1．2降水及未来变化

1．1．3太阳总辐射及未来变化

1．2气候变化与农作物生产

1．2．1气候变化对农作物生产影响概述

1．2．2气候变化对水稻生产的影响

1．3城镇化进程

1．3．1城镇化进程概述

1．3．2城镇化对农业生产的影响

1．4研究目的和意义

第二章研究内容及数据方法

2．1研究区域概况

2．2研究思路及内容

2．2．1研究技术路线

2．2．2研究内容

2．3数据来源

2．3．1气象数据

2．3．2水稻及城镇化数据

2．4分析方法

2．4．1时间序列分析

2．4．2空间分析

2．4．3太阳总辐射的计算与推算

第三章安徽气候资源时空演变特征分析

3．1安徽地区热量资源时空演变特征

3．1．1年热量资源的时间演变特征

3．1．2年热量资源的空间演变特征

3．1．3水稻生长季热量资源的时间演变特征

3．1．4水稻生长季热量资源的空间演变特征

3．1．5水稻生长季温度的主模态分布及周期振荡特征

3．2安徽地区降水资源时空演变特征

3．2．1年降水资源的时间演变特征

3．2．2年降水资源的空间演变特征

3．2．3水稻生长季降水资源的时间演变特征

3．2．4水稻生长季降水资源的空间演变特征

3．2．5水稻生长季降水量的主模态分布及周期振荡特征

3．3安徽地区辐射资源时空演变特征

3．3．1．年太阳辐射资源的时间演变特征

3．3．2年太阳辐射资源的时间演变特征

3．3．3水稻生长季太阳辐射资源的时间演变特征

3．3．4水稻生长季太阳辐射资源的空间演变特征

3．3．5水稻生长季太阳总辐射的主模态分布及周期振荡特征

3．4基于Morlet小波与Hurst指数的未来周期域内气象要素变化趋势的预测

第四章水稻生产潜力的时空演变特征

4．1水稻生产潜力计算

4．1．1光合生产潜力

4．1．2光温生产潜力

4．1．3气候生产潜力

4．2安徽地区水稻生产潜力时空变化特征

4．2．1水稻生产潜力时间演变特征

4．2．2安徽地区水稻生产潜力空间分布

4．2．3安徽地区水稻实际产量及生育期变化分析

第五章安徽城镇化发展状况

5．1城镇化进程的演变特征

5．1．1城镇化水平的测度

5．1．2安徽城镇化发展水平主成分分析

5．1．3主成分分析过程及结果

第六章气候变化和城镇化双驱动下安徽水稻生产响应模型构建

6．1模型显著性检验

6．2生产潜力-气候驱动模型

6．3水稻种植面积演变模型

6．4气候变化和城镇化双驱动下水稻生产力回归模型

6．5安徽省水稻持续增产的栽培应对措施

6．5．1安徽省水稻生产现状

6．5．2安徽地区水稻可持续增产的栽培应对策略

第七章结论与讨论

7．1讨论

7．2结论

7．3创新点

7．4不足与展望

参考文献

作者简介

致谢