氣象災(zāi)害對早稻生長發(fā)育及產(chǎn)量性狀的影響

顏 盛，向平安，陸魁東

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410128；2.洞庭湖區(qū)農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410128；3.湖南省氣象科學(xué)研究所，湖南 長沙 410118；4.中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院湖南分院，湖南 長沙 410125）

氣象災(zāi)害對早稻生長發(fā)育及產(chǎn)量性狀的影響

顏 盛1，4，向平安2，陸魁東3

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 湖南 長沙 410128；2.洞庭湖區(qū)農(nóng)村生態(tài)系統(tǒng)健康湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410128；3.湖南省氣象科學(xué)研究所，湖南 長沙 410118；4.中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院湖南分院，湖南 長沙 410125）

氣象災(zāi)害是影響早稻生產(chǎn)的主要因素之一。以長沙地區(qū)（2012～2014年）為例，結(jié)合田間試驗(yàn)和氣象站觀測數(shù)據(jù)探討氣象災(zāi)害對早稻生長發(fā)育及產(chǎn)量性狀的影響。結(jié)果表明：該時段發(fā)生的氣象災(zāi)害有春季返青拔節(jié)時的陰雨寡照天氣；夏季抽穗—成熟階段的高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)。受返青拔節(jié)期陰雨寡照影響，早稻植株密度和葉面積指數(shù)都降低。抽穗—成熟期的高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)減緩了作物灌漿速度，降低了千粒重，但這些氣象災(zāi)害對植株高度沒有顯著影響。長沙早稻種植應(yīng)特別注意營養(yǎng)階段的陰雨寡照和生殖階段的高溫?zé)岷Γ绕涫乔罢邔ψ罱K產(chǎn)量影響更明顯。

氣象因子；早稻；產(chǎn)量性狀；氣象災(zāi)害

全球氣候變化問題已成為威脅國家和地區(qū)糧食安全的主要問題，氣象災(zāi)害的頻繁發(fā)生也成為限制水稻生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸。隨著氣候變暖，CO2濃度升高雖有利于作物光合作用［1］，但隨之帶來的降水不均和高溫問題對水稻生產(chǎn)極為不利［2-3］。作物模型模擬研究表明水稻生長季溫度每升高1 ℃，水稻產(chǎn)量將減少4.6%［4］。因此，高溫會影響干物質(zhì)的積累［5］，抽穗期高溫降低了水稻的穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，同時糙米率、精米率、可溶性糖和蛋白質(zhì)含量也呈下降趨勢［6］，溫度越高，脅迫時間越長，花粉活力和花粉的萌發(fā)率越低［7］。灌漿乳熟期的高溫嚴(yán)重影響早稻高產(chǎn)［8］。高溫?zé)岷κ窃斐稍绲舅肓p少、空殼率增加的主要原因［9］。

因地域和氣候差異，不同地區(qū)的早稻種植受氣象災(zāi)害影響不盡相同。長沙地區(qū)受季風(fēng)氣候影響明顯，春季受倒春寒及陰雨天氣影響大，而夏季高溫天氣多，降雨分布不均，該地區(qū)雙季早稻種植受氣象災(zāi)害影響有其獨(dú)特性和代表性。章竹青等［10］認(rèn)為，長沙地區(qū)水稻生產(chǎn)中氣象災(zāi)害呈現(xiàn)高溫?zé)岷Α⒏珊?、寒露風(fēng)增強(qiáng)趨勢，5月低溫、倒春寒、干熱風(fēng)、大風(fēng)、冰雹、洪澇和陰雨寡照發(fā)生減弱。陳勇等［11］研究得出影響長沙雙季早稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因子依次是：5月低溫、生長期最高溫、降水量、灌漿乳熟期最高氣溫以及生長期日照時數(shù)等，且認(rèn)為氣候變化對長沙早稻增產(chǎn)總體上呈促進(jìn)效應(yīng)。陸魁東等［12］認(rèn)為“5月低溫”影響早稻生產(chǎn)，但影響程度因地區(qū)而異。然而近年來長沙早稻生長發(fā)育和產(chǎn)量性狀對氣象災(zāi)害的具體響應(yīng)卻不多見，研究通過田間試驗(yàn)和農(nóng)業(yè)氣象站物候觀測數(shù)據(jù)，分析氣象災(zāi)害對早稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，期望為該地區(qū)的早稻生產(chǎn)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地位于湖南長沙縣黃花鎮(zhèn)大路村（113°12′E，28°13′N），海拔50.2 m，屬于丘陵地貌，地面坡度較緩。年平均氣溫17.2 ℃，年活動積溫5 457 ℃，年均降水量1 361.6 mm。春季多連綿陰雨、低溫寡照天氣，盛夏酷熱少雨。試驗(yàn)地排水能力較好，水源充足，以自流灌溉為主，種植制度為早稻—晚稻—休閑輪作，土壤質(zhì)地以壤土為主。播種季節(jié)為春秋兩季，試驗(yàn)中所用化肥主要是尿素、鉀肥以及復(fù)合肥，有機(jī)肥以草木肥和人畜糞為主。

試驗(yàn)所選早稻品種為陵兩優(yōu)268號，為湖南亞華種業(yè)科學(xué)院2008年通過國家審定的兩系雜交早稻中熟品種，具有高產(chǎn)、抗倒伏等特點(diǎn)。大田試驗(yàn)于2012～2014年進(jìn)行，面積0.1 hm2。育秧時間3月21日左右，大田用種量30～37.5 kg/hm2，播種前用藥劑浸種消毒、催芽2～3 d，培育多蘗壯秧；4月15日左右移栽，28～30株/m2，并于拋秧后10 d左右施肥。鉀肥和尿素各施112.5 kg/hm2，底肥為紅四方牌復(fù)合肥料（375 kg/hm2）。整個過程施一次，秧田施人畜糞（人糞、豬糞），用量約120 kg/hm2。

1.2指標(biāo)測算

觀測內(nèi)容包括各氣象因素、發(fā)育期、植株高度與密度、葉面積指數(shù)、灌漿速度、產(chǎn)量性狀等。觀測地段包含4個重復(fù)區(qū)，每區(qū)選有代表性的一個點(diǎn)（發(fā)育期連續(xù)定5穴、高度觀測定5穴、密度觀測定10穴，共20穴）作上標(biāo)記，按區(qū)順序編號，各區(qū)測點(diǎn)位置交錯排列，并保持一定距離，使之縱橫都不在同一行上，發(fā)育期、高度、植株密度均在此測點(diǎn)進(jìn)行。氣象數(shù)據(jù)來自長沙市馬坡嶺國家氣象觀測站（距試驗(yàn)田約12 km），包括日均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日照、降雨量、風(fēng)速和相對濕度。氣象災(zāi)害按表1標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計，所有指標(biāo)獲取和計算方法參考《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》［13］。

研究中所有數(shù)據(jù)都先利用Excel 2010整理，然后進(jìn)行相關(guān)作圖和分析，利用SPSS19進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1氣象災(zāi)害

根據(jù)2012～2014年每日氣象資料，發(fā)育期觀測和氣象災(zāi)害統(tǒng)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，長沙早稻產(chǎn)量主要受3種氣象災(zāi)害影響（表1），即陰雨寡照、高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)。對于2012年，高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)出現(xiàn)在乳熟-成熟階段（6月29日～7月7日），陰雨寡照影響孕穗和抽穗（6月1日～20日），同時在分蘗階段（5月5日～26日）還受到一次輕度洪澇影響。2013年則以高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)氣象災(zāi)害為主，發(fā)生在早稻抽穗-成熟階段（6月13日～7月8日）。2014年則只受陰雨寡照影響，分別出現(xiàn)在早稻返青（4月18日～28日）和拔節(jié)階段（5月24日～6月6日）。陰雨寡照氣象災(zāi)害將同時影響早稻營養(yǎng)和生殖生長，而高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)則主要將影響早稻生殖生長。

2.2植株高度

圖1給出了早稻試驗(yàn)2012～2014年不同發(fā)育期（移栽普期、拔節(jié)普期和乳熟普期）植株高度對比。2012年3個發(fā)育期植株平均高度分別為19、57和82 cm，2013年為18、57和81 cm，2014年為22、57和82 cm。比較發(fā)現(xiàn)，盡管不同年份間早稻生長期間出現(xiàn)不同的氣象災(zāi)害，但年際間該早稻品種植株高度差異并不明顯，表明植株高度對氣象災(zāi)害的抵抗性強(qiáng)。

表1　長沙早稻生長期主要?dú)庀鬄?zāi)害

圖1　2012～2014年不同發(fā)育期早稻植株高度

2.3植株密度

圖2為2012～2014年度早稻植株密度隨發(fā)育期變化。從返青期到分蘗期，植株密度迅速增長，2012年和2013年植株密度在拔節(jié)期后處于平緩增長階段，而2014年則在抽穗階段突然出現(xiàn)了一次急劇下降變化，而后再又上升。在返青期，2013年植株密度最高（117.83穗/m2），2014年最低（64.67穗/m2），植株密度在乳熟期都達(dá)到最大值?？傮w上，2012年和2013年不同發(fā)育期的植株密度較為接近，都明顯高于2014年。

圖2　2012～2014年不同發(fā)育期早稻植株密度

2.4葉面積指數(shù)

植株葉面積指數(shù)反映植物群體生長狀況，與作物最終產(chǎn)量密切相關(guān)。從返青期到乳熟期，葉面積指數(shù)先逐步提高，在孕穗期達(dá)到最大值，之后呈下降變化，乳熟期葉面積指數(shù)與分蘗期相近（圖3）。不同年間葉面積指數(shù)差異較明顯，2012年各發(fā)育期葉面積指數(shù)都最高，2014年最低。2014年最高葉面積指數(shù)才4.6，比2012年低近40%，比2013年低約30%。

圖3　2012～2014年不同發(fā)育期早稻葉面積指數(shù)

2.5灌漿速度

灌漿速度為一段時間內(nèi)作物千粒重的變化量。測定從抽穗期到植株成熟期，圖5分別比較了不同年份兩次灌漿速度。不同年份間灌漿速度差異較大，抽穗—乳熟階段，2014年灌漿速度最快［0.90 g/（千?！）］，2013年最慢［0.47 g/（千粒·d）］；而在乳熟—成熟階段，2014年依然最高［1.12 g（/千?！）］，而2012年最低［0.32 g/（千?！）］。

圖4　2012～2014年早稻灌漿速度比較

2.6產(chǎn)量性狀

表2為2012～2014年度受不同氣象災(zāi)害后產(chǎn)量性狀表現(xiàn)，2012年早稻空殼率和秕谷率都最高，同時穗結(jié)實(shí)粒數(shù)最低（平均53.8粒），進(jìn)而使得千粒重最小。2013年穗結(jié)實(shí)粒數(shù)最大，且空殼和秕谷率都最低，實(shí)際產(chǎn)量最高。2014年千粒重最大，實(shí)際產(chǎn)量和莖稈重都最小。2012年最高的莖稈重，表明該年份中營養(yǎng)生長充分，莖葉徒長。從表中可知，早稻不同發(fā)育期遭受的不同氣象災(zāi)害度對后期產(chǎn)量和千粒重影響不同。千粒重和實(shí)際產(chǎn)量之間沒有明顯相關(guān)性，最終產(chǎn)量是氣象災(zāi)害在不同發(fā)育期對早稻生長發(fā)育影響下的綜合表現(xiàn)，由穗結(jié)實(shí)粒數(shù)，空殼率，秕谷率和千粒重等產(chǎn)量性狀以及生育性狀共同決定。

表2　2012～2014年早稻產(chǎn)量性狀

3 結(jié)論與討論

3.1氣象災(zāi)害對早稻發(fā)育影響

2012～2014年長沙早稻種植過程中主要出現(xiàn)了3種氣象災(zāi)害，即陰雨寡照、高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)，這3種氣象災(zāi)害在不同年份中由于出現(xiàn)的時期、次數(shù)和強(qiáng)度等的不同，對各年份早稻生長發(fā)育產(chǎn)生了不同的影響。2012年出現(xiàn)的氣象災(zāi)害主要有：孕穗—抽穗期的陰雨寡照（梅雨期）和乳熟—成熟階段的高溫?zé)岷σ约案蔁犸L(fēng)，并伴有一次分蘗期的洪澇災(zāi)害影響；2013年出現(xiàn)的氣象災(zāi)害包括：抽穗—成熟階段的高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)；2014年出現(xiàn)的氣象災(zāi)害是：返青和拔節(jié)階段的陰雨寡照。陰雨寡照氣象災(zāi)害同時出現(xiàn)在早稻營養(yǎng)和生殖生長階段，而高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)則主要影響早稻生殖生長。

試驗(yàn)選取的早稻生育指標(biāo)包括：植株高度，植株密度，葉面積指數(shù)和灌漿速度。氣象災(zāi)害對所選取的指標(biāo)產(chǎn)生不同程度的影響。試驗(yàn)中所出現(xiàn)的氣象災(zāi)害對各年份植株高度沒有產(chǎn)生顯著影響。各年份植株密度大小順序表現(xiàn)為：2013年＞2012年＞2014年；葉面積指數(shù)大小順序?yàn)椋?012年＞2013年＞2014年；灌漿速度大小順序?yàn)椋?014年＞2013年＞2012年。正常條件下，在作物生長階段，植株密度呈現(xiàn)先急劇增長而后趨于平穩(wěn)態(tài)勢，2012年雖在孕穗抽穗期出現(xiàn)陰雨寡照氣象災(zāi)害，但從圖2可知，其對植株密度沒有產(chǎn)生較大影響，然而2014年返青和拔節(jié)階段的陰雨寡照卻明顯的抑制了植株密度的增長，尤其是在拔節(jié)期后植株密度出現(xiàn)急劇下降，并最終導(dǎo)致后期維持較低的植株密度。2013年返青時植株密度最高，接著為2012年和2014年，由于2012年在返青分蘗期沒有受到不良?xì)庀鬄?zāi)害影響，2012年植株密度在分蘗后期迅速增長并與2013年持平，而2014年則一直處于較低增長趨勢，表明返青期的植株密度大小對后期作物植株密度影響不大，由此認(rèn)為2014年后期植株密度較低主要是由陰雨寡照氣象災(zāi)害影響導(dǎo)致。陰雨寡照使空氣和土壤長期潮濕，日照嚴(yán)重不足，進(jìn)而影響植物葉片光合作用，葉片生長緩慢，導(dǎo)致作物植株分蘗低，密度下降［14］。這也可以從圖3關(guān)于葉面積指數(shù)變化得到證明，2014年葉面積指數(shù)一直最低。然而從圖2中知，植株密度從拔節(jié)期后就變化不大，而葉面積指數(shù)卻一直增長到孕穗階段，然后再一直減低至乳熟階段。一定范圍內(nèi)，作物產(chǎn)量隨葉面積指數(shù)的增大而提高，但葉面積指數(shù)太高，也不利于葉片光合作用和有機(jī)物累積，徐晶晶［15］認(rèn)為長江中下游水稻高產(chǎn)田最大最適葉面積指數(shù)可達(dá)8左右，本研究在2012年孕穗期得到最大的葉面積指數(shù)才7.3。2012年葉面積指數(shù)比2013年高，可能的原因是2012年在分蘗期遭受一次輕度洪澇的影響，水分充足下，葉片光合能力增強(qiáng)，這與王秋菊［16］研究所得結(jié)果一致，認(rèn)為分蘗期水分輕度脅迫使得植株根葉莖穗干重均在一定程度上增加。

由圖5可知，氣象災(zāi)害對早稻生殖生長階段的影響明顯，2014年由于灌漿期沒有受到任何氣象災(zāi)害影響，灌漿速度在兩次測定中都表現(xiàn)最大。抽穗至乳熟期，2013年遭受高溫和干熱風(fēng)影響，在該階段灌漿速度最低，而2012年在該時期未受氣候?yàn)?zāi)害影響，但在孕穗到抽穗期受陰雨寡照氣象災(zāi)害影響，2012年灌漿速度低于2014年卻高于2013年；然而乳熟至成熟階段，2013年灌漿速度又高于2012年，表明2012年抽穗之前遭受的陰雨天氣對后期影響更大，而2013年兩階段的灌漿速度變化都不明顯，以上分析表明，灌漿階段的陰雨和高溫以及干熱風(fēng)都將影響早稻灌漿速度，使得粒重下降。孕穗抽穗期，如果遇到陰雨，將使幼穗發(fā)育不良和生殖細(xì)胞形成以及花粉發(fā)育，且楊花期光照不足將導(dǎo)致穎花大量退化，穎花數(shù)減少，降低了每穗總粒數(shù)，同時陰雨天氣使得花粉粒吸水破裂，受精率降低，進(jìn)而導(dǎo)致空殼增多［14］。高溫加速葉片衰老，使得光合能力下降，進(jìn)而導(dǎo)致籽粒產(chǎn)量降低［17］。

3.2氣象災(zāi)害對產(chǎn)量性狀的影響

氣象災(zāi)害對早稻生長發(fā)育的影響最終表現(xiàn)在產(chǎn)量性狀上。2012年莖稈重最大，2013年實(shí)際產(chǎn)量最高，2014年千粒重最大。由表1可知，2012年遭受孕穗抽穗期陰雨寡照和乳熟成熟期高溫和干熱風(fēng)，2013年遭受抽穗成熟期高溫和干熱風(fēng)，2014年遭受返青拔節(jié)期陰雨寡照。由氣象災(zāi)害對早稻發(fā)育影響討論可知，2012年陰雨寡照對營養(yǎng)生長影響小，主要影響后期生殖生長，而2014年陰雨寡照嚴(yán)重影響早稻營養(yǎng)生長，使得最終莖稈重最小。2012年最高的葉面積指數(shù)和植株密度可以很好的解釋該年中最高的莖稈重。由表2可知，早稻生殖生長階段陰雨寡照對穗結(jié)實(shí)粒數(shù)，空殼率和秕谷率影響很大，這一研究結(jié)論與張玉燭等［18］的研究結(jié)果一致，認(rèn)為陰雨條件下水稻的開花率、受精率和結(jié)實(shí)率均明顯降低。2012年和2014年由于都遭受陰雨天氣影響，使得最終產(chǎn)量相對2013年未遭受陰雨影響時的產(chǎn)量都較低，最高減產(chǎn)40%，李林等［19］也認(rèn)為陰雨嚴(yán)重的年份會導(dǎo)致早稻大幅度減產(chǎn)。

2013年穗結(jié)實(shí)粒數(shù)最高，空殼率和秕谷率都最低，然而千粒重卻不是最重，可能是由于在灌漿期受高溫和干熱風(fēng)影響，灌漿不充分。2014年灌漿期未遭受不良?xì)庀鬄?zāi)害影響，使得早稻灌漿充分，千粒重最重。2012年早稻千粒重遭受生殖階段陰雨寡照和高溫以及干熱風(fēng)的雙重影響，使得穗結(jié)實(shí)粒數(shù)下降，灌漿不充分。高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)傷害早稻的灌漿過程，籽粒過早減弱或停止灌漿，縮短了籽粒對貯藏物質(zhì)的接納期，影響到干物質(zhì)的積累，早稻灌漿期的高溫?zé)岷透蔁犸L(fēng)最終表現(xiàn)為“逼熟”現(xiàn)象。盛婧等［20］利用人工氣候箱實(shí)驗(yàn)也認(rèn)為灌漿結(jié)實(shí)期高溫粒重下降。2014年千粒重最大，但實(shí)際產(chǎn)量卻最低，可能是由于該年份植株密度最低所致。而2012年雖然千粒重最小，但實(shí)際產(chǎn)量卻比2014年高，主要原因是2012年植株密度高，提高了單位面積產(chǎn)量。2013年植株密度與2012年相當(dāng)，雖然千粒重受生殖階段高溫和干熱風(fēng)影響，但最終實(shí)產(chǎn)量卻表現(xiàn)為最高。

綜上所述，生殖生長階段的陰雨寡照嚴(yán)重降低了早稻千粒重，而高溫和干熱風(fēng)災(zāi)害，則使得灌漿不充分，千粒重下降。植株密度對實(shí)際產(chǎn)量影響大，能夠彌補(bǔ)由于高溫和干熱風(fēng)對產(chǎn)量造成的不良影響，同時表明，早稻最終實(shí)產(chǎn)是不同階段遭受不同氣象災(zāi)害影響的綜合反映，營養(yǎng)生長階段陰雨寡照對最終產(chǎn)量影響最顯著。

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（責(zé)任編輯：肖 亮）

Effect of Meteorological Disasters on Growth and Yield of Early Season Rice

YAN Sheng，XIANG Ping-an，LU Kui-dong
（1. College of Life Scienc， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC； 2. Key Laboratory of Rural Ecosystem Health in Dongting
Lake Area of Hunan Province Hunan Agricultural University. Changsha 410128， PRC； 3. Institute of Meteorological Sciences，
Changsha 410118， PRC； 4. Training Center Hunan Branch of China Meteorological Administration， Changsha 410125， PRC）

Since the problem of global warming had become more serious， the normalization of meteorological disaster was a major obstacle to increase early season rice production. Based on the information of weather station from 2012 to 2014 in Changsha，Hunan Province， the growth and yield of early season rice under the field conditions were studied. The results showed that the major meteorological disasters contained high temperature and dry hot wind， which occurred on the heading and mature stage， and overcast and rainy， which emerged on the returning green stage or tiller stage to jointing stage. Due to the effect of rainy weather， plant density and leaf area index decreased. The disasters of high temperature and dry wind resulted in the filling rate decline and reduced the thousand seed weigh，but had no significant effect on crop height. Our study summarized that the rainy weather in nutrition growth stage and high temperature in reproductive growth period should be paid more attention for early season rice in Changsha.

meteorological factor； early season rice； yield character； meteorological disaster

S161

A

1006-060X（2016）08-0067-05

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.08.0201，413

2016-04-30

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國家科技計劃課題（2011BAD32B00）作者簡介：顏 盛（1987-），女，湖南長沙市人，碩士研究生，研究方向?yàn)闅庀笈c生態(tài)農(nóng)業(yè)。

向平安