溫度變化對湖南水稻產(chǎn)量的影響

匡　勇，鄭華斌，黃璜

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溫度變化對湖南水稻產(chǎn)量的影響

匡勇1,3，鄭華斌2,3，黃璜2*

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學科學技術處，長沙 410128；2 湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，長沙 410128；3 農(nóng)業(yè)部多熟制作物栽培與耕作重點實驗室，長沙 410128)

用湖南省氣象局提供的1999～2008年氣象數(shù)據(jù)分析了湖南溫度的變化趨勢及湖南1999～2008年的水稻產(chǎn)量和溫度變化間的關系。結果表明：1999～2008年湖南省溫度上升明顯，雙季稻生長季節(jié)的平均溫度上升了1.3℃，早稻季的平均溫度上升了1.6℃；湘南早稻季產(chǎn)量與平均溫度呈顯著負相關，湘北雙季稻的平均產(chǎn)量與平均溫度呈顯著正相關，有利于早、晚稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量的提高。

水稻；產(chǎn)量；溫度；湖南

21世紀中國變暖趨勢明顯，特別是人口密集地區(qū)[1]。相關研究[2,3]表明，區(qū)域天氣和氣候仍然是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要且無法控制的制約因子，是作物產(chǎn)量提升的主要制約因素。另外，人口的增長、耕地資源的減少、水資源的缺乏、環(huán)境污染和頻繁的自然災害，對提高糧食總產(chǎn)量和確保國家糧食安全增添了諸多困難。水稻是中國糧食產(chǎn)量的主要作物之一，研究氣候變化對水稻產(chǎn)量的影響，對確保國家糧食安全，乃至世界的糧食安全有著非常重要的意義。前人已通過模型間接估計了全球氣候變暖對作物產(chǎn)量的影響[4~6]，彭少兵等[7]發(fā)現(xiàn)，在熱帶地區(qū)水稻生長季節(jié)日最低溫度每升高1℃，水稻單產(chǎn)減少10%，證明溫度變化將對水稻產(chǎn)量造成顯著的影響。湖南省氣候屬于典型的亞熱帶大陸濕潤性季風氣候，冬季陰冷潮濕，夏季高溫多雨，1月平均氣溫5.5℃，7月平均氣溫28.3℃，年降雨量1 250 mm～1 600 mm，大于10℃的有效積溫4 600～5 100℃，超過80%的太陽輻射和超過75%的降雨量集中在3～10月。

筆者從湖南農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒中收集了1999～2008年雙季水稻單產(chǎn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計了1999～2008年湖南省3個不同種植區(qū)域水稻生長季節(jié)的平均溫度，分析了平均溫度對歷年雙季水稻單產(chǎn)的影響，旨在為湖南水稻生產(chǎn)實踐提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　試驗區(qū)域選擇

選擇湖南省17個市、州、縣為研究目標。參照青先國等[8]的研究方法，將研究目標劃分為湘南、湘中、湘北(表1)。

表1試驗區(qū)域

1.2　數(shù)據(jù)來源

1.2.1氣象和水稻產(chǎn)量數(shù)據(jù)

1999～2008年各試驗區(qū)域的氣象數(shù)據(jù)由湖南省氣象局提供，水稻產(chǎn)量數(shù)據(jù)來自湖南省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒。

1.2.2水稻物候期數(shù)據(jù)

物候期是影響水稻生長發(fā)育的重要時期。通過對1999～2008年17個縣、市、區(qū)水稻生長情況的歷史資料統(tǒng)計，提取了3個種植區(qū)域水稻生產(chǎn)的大致物候期資料數(shù)據(jù)(表2)，為各個時期溫度變化提供計算的依據(jù)。本研究中營養(yǎng)生長期主要指前期以營養(yǎng)生長為主的階段，生殖生長期主要指后期以生殖生長為主的階段。

表2水稻不同物候期的起始日期

1.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel2003進行數(shù)據(jù)處理；采用Student’stest進行顯著性檢驗；采用Statistix 8進行相關性分析。

2　結果與分析

2.1　1999～2008年湖南各區(qū)域的水稻產(chǎn)量

從圖1可以看出，湘南和湘中的水稻產(chǎn)量未明顯增加，甚至有下降的趨勢；而湘北的早稻產(chǎn)量明顯增加，晚稻則變化不明顯。

注：從左到右分別為雙季稻年平均產(chǎn)量、早稻平均產(chǎn)量、晚稻平均產(chǎn)量。

2.2　湖南1999～2008年溫度變化趨勢

2008年湘南、湘中、湘北在整個水稻生長季節(jié)的平均溫度比1999年分別提升了1.3℃,1.6℃和1.3℃，湘南、湘中、湘北的早稻季的平均溫度分別提升了1.2℃,1.8℃和2.0℃，溫度隨時間變化趨勢均達到5%顯著性水平。湘南、湘北的晚稻季的平均溫度變化不明顯，只有湘中晚稻季的平均溫度增加了1.6℃，達顯著性水平。已觀察到的溫度變化反映了21世紀頭10年的明顯變暖趨勢。

2.3　平均溫度對水稻產(chǎn)量的影響

在水稻整個生育期間，平均溫度與湘南和湘中水稻產(chǎn)量呈負相關關系(圖2 A，B)，但相關性不顯著；湘北則表現(xiàn)為正相關關系，且達到5%的顯著性水平(圖2 C)。早稻季，湘南水稻產(chǎn)量隨溫度升高呈明顯的下降趨勢，達到5%的顯著性水平(圖2 D)；湘北則正好相反，呈上升趨勢，但未達到5%顯著性水平(圖2 F)；湘中的早稻產(chǎn)量隨溫度變化不明顯(圖2 E)。湘南的晚稻產(chǎn)量隨溫度變化不明顯(圖2 G)，而湘中、湘北則隨溫度變化分別表現(xiàn)為負相關和二次相關關系(圖2 H，I)。綜合分析得知，平均溫度每升高1℃，湘北的雙季稻年平均產(chǎn)量將增加4%左右，說明氣候變暖對湘北地區(qū)早稻季或晚稻季的產(chǎn)量是有益的；而湘南則正好相反，隨著平均溫度的升高，每升高1℃湘南的雙季稻年平均產(chǎn)量將增加4%左右。

注：從左到右分別為整個生長季節(jié)、早稻季和晚稻季；從上到下分別為湘南、湘中和湘北。

2.4　早稻產(chǎn)量與不同時期平均溫度的關系

湘南早稻產(chǎn)量與營養(yǎng)生長期的平均溫度呈顯著的負相關關系(圖3 A)，其他時期與湘南早稻產(chǎn)量呈負相關關系，但相關性不顯著(圖3 B，C)，說明溫度的升高主要影響早稻前期生長的干物質積累，從而導致早稻產(chǎn)量的下降。湘中早稻產(chǎn)量與營養(yǎng)生長期、生殖生長期的平均溫度變化相關性不顯著(圖3 D，E)，但與5月下旬的溫度變化呈二次相關關系(圖3 F)。湘北早稻產(chǎn)量與5月下旬平均溫度呈顯著正相關關系(圖3 I)，與其他時期呈正相關關系(圖3 G，H)。隨著溫度升高，湖南省5月低溫對水稻幼穗分化期的影響日益減弱，是湘北早稻取得高產(chǎn)的原因之一。

注：從左到右分別為營養(yǎng)生長期、生殖生長期和5月下旬；從上到下分別為湘南、湘中和湘北。

2.5　晚稻產(chǎn)量與不同時期平均溫度的關系

湘南晚稻產(chǎn)量與不同時期平均溫度的變化相關性不顯著(圖4 A,B,C)；湘中晚稻產(chǎn)量與生殖生長期平均溫度的變化呈負線性相關(圖4 E)，與其他時期呈弱的負相關關系，但相關性不顯著(圖4 D,F)；湘北晚稻產(chǎn)量隨分蘗期的平均溫度變化呈顯著正相關關系(<0.05，圖4 I)，與營養(yǎng)生長期呈正相關關系，與生殖生長期平均溫度的變化呈二次相關關系(圖4 H)。

注：從左到右分別為營養(yǎng)生長期、生殖生長期和分蘗期；從上到下分別為湘南、湘中和湘北。

3　小結與討論

早稻品種的生長發(fā)育特性是弱感光性和強感溫性，生育期的長短主要由溫度的高低決定。晚稻品種的生長發(fā)育特性是弱感溫性和強感光性，其生育期的長短主要由日照長短決定。因此，早、晚稻對氣候變化的敏感性是不一致的。早稻對溫度的變化較為敏感，而晚稻對光周期的變化較為敏感，而自然界的光周期變化則較小。筆者發(fā)現(xiàn)，1999～2008年水稻生長季節(jié)的溫度變化明顯，特別是早稻生長季節(jié)，延長了早稻生育期，一定程度上增加了早稻產(chǎn)量。

早稻的開花和結實都處于湖南溫度最高的6月和7月。前人研究[9,10]認為，開花期高溫能導致花粉敗育，是水稻生殖生長重要的負面效應，最終影響到產(chǎn)量的形成。高溫下，花粉數(shù)量的減少和花粉接收器的減少是影響小花繁殖力強弱的主要因素[11]。低的小花繁殖力最終導致低的結實率和低的每穗粒數(shù)，減低收獲指數(shù)[11]。筆者發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)生長期的平均溫度是主要影響水稻產(chǎn)量變異的因素，該變化與產(chǎn)量變化有著顯著關系，與湘南的早稻產(chǎn)量變化是一致的。湘北溫度與早稻產(chǎn)量呈弱的正相關，湘北變暖趨勢有利于水稻各個階段的生長發(fā)育。因此，筆者分析認為，一定范圍的變暖致使的溫度上升對作物產(chǎn)量有利。

晚稻的開花和結實都處于湖南短日照期的9月和10月。水稻最大光合作用速率出現(xiàn)30～35℃，其干物質生長和相對生長率最有利的溫度是24~30℃[12]，說明變暖趨勢對晚稻的營養(yǎng)生長期的影響相對較弱，對分蘗期甚至還是有利的。

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責任編輯：楊盛強

Effects of Temperature on Rice Yield

KUANGYong1,3, ZHENG Hua-bin2,3, HUANG Huang2*

(1 Department of Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China;3 Key Laboratory of Multi-Cropping Cultivation and Farming System, Ministry of Agriculture, Changsha, Hunan 410128, China)

: Annual crops will be affected by the increases in globally mean surface air temperatures of 1.4-5.8℃ towards the end of the 21st century. China seems to have become more temperate, and the most crowded areas show a clear warming trend. Therefore, it is very important that rice production of China contributes not only to food safety of China but also to that of the world. We analyzed weather data at Meteorological Bureau in Hunan Province from 1999 to 2008 to examine temperature trends and the relationship between rice grain yields by using data conduct from Hunan rural statistics yearbook from 1999 to 2008. Here we elucidated that the time trend of temperature increase was significant form 1999 to 2008, mean temperature in entire rice growing-season and early rice growing-season have increased by 1.3℃ and 1.6℃ respectively, during the past 10-years in Hunan province, and a close negative linkage between early rice grain yield and mean temperature in low latitudes. But, there was a strong positive relationship between double-crop rice grain yield and mean temperature in high latitude, and it was favor of early/late rice growth and development as well as grain yield.

Rice; Grain yield; Temperature; Hunan province

S511.01

A

1001-5280(2011)06-0538-06

10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.02

2011-07-20

匡勇(1971—)，男，湖南祁東人，副研究員，主要從事作物栽培與育種的研究，Email：ncky@hnst.gov.cn。

，Email：hh863@126.com。

國家農(nóng)業(yè)部行業(yè)科技計劃項目(200803028)；湖南省科技重大專項(2008FJ1006)。