德清縣水稻生產(chǎn)氣象服務(wù)技術(shù)的研究與應(yīng)用

錢暉，魏麗華，陳進(jìn)紅

(1.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.德清縣氣象局，浙江 德清 313200； 3.長興縣氣象局，浙江 長興 313100)

德清縣位于長江三角洲杭嘉湖平原西部，地屬亞熱帶濕潤季風(fēng)區(qū)，氣候條件較為優(yōu)越。全縣耕地保有量23 600 hm2，2017年糧食播種面積約13 400 hm2，其中，單季稻種植面積約8 710 hm2(機(jī)插面積1 540 hm2)，占糧食播種面積的65%以上；水稻生產(chǎn)合作社和規(guī)模種植大戶134戶。

當(dāng)前，糧食生產(chǎn)靠天吃飯的局面并未得到根本性的改變，熱量和水分條件仍舊是影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因子[1]。特別是近幾年大力推進(jìn)水稻種植機(jī)械化作業(yè)，溫室集中育秧、機(jī)械移栽秧苗、水肥管理、病蟲害監(jiān)控等生產(chǎn)作業(yè)過程對氣象科技服務(wù)的需求越來越迫切。德清縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心對常規(guī)晚粳稻嘉58品種機(jī)插產(chǎn)量開展過研究[2]；德清縣新安鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)公共服務(wù)中心也對甬優(yōu)538品種開展過機(jī)插高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究[3]。

目前已有不少氣象部門針對水稻生產(chǎn)氣象服務(wù)開展各個(gè)方面的研究。例如，湖南長沙市氣象局2014年開展了水稻大棚集中育秧模式下的氣象服務(wù)研究，提出了包括日平均氣溫、大棚溫濕監(jiān)測與調(diào)控大棚集中育秧氣象服務(wù)的四個(gè)重點(diǎn)[4]；安徽南陵縣氣象局以南陵縣為例，開展氣象條件水稻生產(chǎn)影響的研究，發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量具有明顯的年際變化[5]；廣東饒平縣氣象局根據(jù)水稻生長期對氣候條件的需求，分析了當(dāng)?shù)貧庀髼l件，得出影響水稻的不利氣象災(zāi)害，并提出種植建議[6]；江蘇徐州市氣象局通過對多年農(nóng)業(yè)氣象觀測記錄分析，闡述了氣溫、降水量、日照時(shí)間等氣象條件對水稻發(fā)育的影響[7]。

但針對德清本地水稻生產(chǎn)的氣象服務(wù)技術(shù)研究仍為空白。本研究依托氣象部門的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析水稻生長期間的氣候條件，從氣候適宜性和氣象災(zāi)害規(guī)避性優(yōu)劣的角度比較水稻直播與機(jī)插2種種植方式的適宜性；研究水稻種植過程中溫室育秧、移栽、收割等關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的氣象指標(biāo)，開發(fā)水稻生產(chǎn)的氣象服務(wù)產(chǎn)品，以期為水稻生產(chǎn)提供及時(shí)、可靠的氣象服務(wù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的氣象數(shù)據(jù)主要來源于德清縣國家氣象觀測站和農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)基地自動(dòng)監(jiān)測站；水稻生長數(shù)據(jù)主要來源于定期人工田間觀測、走訪調(diào)查及文獻(xiàn)引證等。

1.1.1 農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)基地

選擇具有代表性的新安鎮(zhèn)下舍村糧食生產(chǎn)功能區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象科研試驗(yàn)基地。該功能區(qū)位于德清縣東部平原水鄉(xiāng)地區(qū)，種植面積共100 hm2，種植區(qū)周邊皆農(nóng)田，環(huán)境優(yōu)美無污染，土層深厚、土壤肥沃，光、溫、水等條件好，有利于水稻生長。試驗(yàn)田平面圖如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)田塊的情況

1.1.2 氣象要素觀測

該基地內(nèi)建設(shè)有農(nóng)田小氣候六要素氣象自動(dòng)觀測站，主要觀測氣溫、雨量、風(fēng)向、風(fēng)速、積溫、積光；溫室氣象特種觀測儀主要觀測氣溫、空氣相對濕度、土壤溫度、土壤含水量、光合有效輻射。

1.1.3 水稻生長要素觀測

該基地內(nèi)安裝了作物生長視頻監(jiān)控，定期組織田間觀測，收集整理水稻生長的生理數(shù)據(jù)。觀測項(xiàng)目有株高、穗長、葉面溫度、葉面積、秕谷率等，掌握作物生長狀況。

1.2 研究方法

根據(jù)上述觀測數(shù)據(jù)，利用氣象統(tǒng)計(jì)方法，研究其相關(guān)性，通過對比分析對其進(jìn)行數(shù)理驗(yàn)證，獲得相應(yīng)的氣象指標(biāo)，并開展服務(wù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 德清縣水稻生長全生育期氣象條件

2.1.1 不同種植方式的水稻各生育時(shí)段

目前德清縣的水稻主要為單季稻，種植方式主要有2種，一是直播栽培。將經(jīng)過消毒、催芽等處理的種子直接拋灑在翻耕、施肥、噴藥之后的田塊。這種方式主要適用于播種面積較小或分散的田塊，一般種糧散戶采用的較多。二是機(jī)插栽培，種子在育秧溫室內(nèi)出芽后，經(jīng)溫室內(nèi)氣象環(huán)境的調(diào)節(jié)，使其在一個(gè)適宜生長的環(huán)境中成長至3葉期，再通過插秧機(jī)直接插種在田間。這種方式適用于種植面積較大且連接成片、適宜機(jī)械化作業(yè)的田塊，一般糧食生產(chǎn)功能區(qū)與種植大戶或合作社采用較多。

不同種植方式的水稻生育進(jìn)程也各不相同。通過田間調(diào)查、人工觀測、與文獻(xiàn)資料的引證，獲得了德清縣不同種植方式的水稻生育進(jìn)程(表1)。機(jī)插水稻播種一般始于5月，而直播水稻一般始于6月，揚(yáng)花期以前生育進(jìn)程往往比直播水稻快1月以上；而抽穗揚(yáng)花期之后，兩者之間的生育期接近同步，相差約10天左右。分析其原因，是因?yàn)闄C(jī)插水稻采用了溫室育秧技術(shù)，生長環(huán)境適宜，出苗后生長較快，而水稻是短日照作物，其開花時(shí)間必須經(jīng)歷一個(gè)日照時(shí)間短于臨界值的時(shí)段，因此揚(yáng)花期普遍均在8月底至9月。

表1 水稻各生育期的起始日期 月-日

2.1.2 水稻生長期間新安糧食功能區(qū)的農(nóng)田小氣候特征

農(nóng)田小氣候是指農(nóng)田貼地氣層、土層與作物群體之間的物理過程和生物過程相互作用所形成的小范圍氣候環(huán)境。常以農(nóng)田貼地氣層中的輻射、空氣溫度和濕度、風(fēng)、二氧化碳以及土壤溫度和濕度等農(nóng)業(yè)氣象要素的量值表示，是影響農(nóng)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要環(huán)境條件。

觀測表明(圖2)，2013—2014年，在水稻的生育期內(nèi)，新安糧食功能區(qū)試驗(yàn)田塊平均氣溫22.8 ℃，比德清本站略偏高，平均總雨量934.8 mm與常年基本持平；時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的極端最高氣溫為2013年8月7日的41.2 ℃，比德清本站歷史最高值偏高1.0 ℃，極端最低氣溫-1.8 ℃，比德清本站歷史最低值偏高1.6 ℃。

圖2 新安糧食功能區(qū)2013—2014年水稻 生育期的氣候情況

2.2 水稻生長適宜氣象指標(biāo)體系及預(yù)警指標(biāo)的建立

2.2.1 不同種植方式的水稻各生育時(shí)段

農(nóng)田小氣候是農(nóng)田土壤—植物—大氣所構(gòu)成的連續(xù)體中各組成部分之間物質(zhì)輸送和能量轉(zhuǎn)換的最終體現(xiàn)。在這個(gè)連續(xù)體(或系統(tǒng))中，作物的生長發(fā)育和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施作用的充分發(fā)揮，需要適宜的農(nóng)田小氣候條件；同時(shí)，作物的生長發(fā)育狀況和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施也反過來影響農(nóng)田小氣候。它們互為條件、互相制約。對水稻生長、發(fā)育及產(chǎn)量影響較大的氣象因子有溫度、水分、光照、風(fēng)。本文只對影響水稻生長的氣象要素進(jìn)行分析。

溫度。水稻種子萌動(dòng)的溫度范圍為10～40 ℃，溫度越高，萌動(dòng)越快；出苗生長要求日平均氣溫≥10 ℃，溫度越高，出苗越快；移植期間，容易遇到連續(xù)高溫烈日的天氣，≥35 ℃高溫最易引起敗苗，影響返青；產(chǎn)生分蘗的溫度以25～30 ℃較適宜；稻穗正常發(fā)育要求日平均氣溫18～20 ℃，秋季低溫對水稻產(chǎn)量形成十分不利，當(dāng)抽穗前10～14 d，日最低氣溫<15 ℃時(shí)，稻谷空癟率增加；當(dāng)平均氣溫連續(xù)3 d或以上日平均氣溫≤20 ℃時(shí)影響水稻抽穗揚(yáng)花期；在水稻乳熟期，氣溫過早的下降到15 ℃以下，不利于灌漿。

水分。水稻對水分條件要求比較嚴(yán)格，其生育期不同，需水量也不同。播種至一葉期應(yīng)保持秧田濕潤，不要長期灌水或積水，播種期間遇到高溫天氣，秧田不宜灌水，要排除秧田積水，以防燙死谷芽，但是在不灌水的情況下，遇大雨也影響秧苗生長；2～4葉期，保持秧田濕潤，四葉期以后不再灌水，控制秧苗生長；分蘗前期淺水勤灌，分蘗末期，適時(shí)排水?dāng)R田，控制無效分蘗。進(jìn)入幼穗分化期，是需水量最多的時(shí)期，稻田內(nèi)要保證一定的水量以便于養(yǎng)胎；在抽穗揚(yáng)花期，大雨或空氣濕度過小，都對抽穗揚(yáng)花不利；灌漿期如遇連續(xù)低溫陰雨，濕度較大，則易引發(fā)病蟲害，影響產(chǎn)量。

光照。水稻為喜光植物，對短日照很敏感，在短日照條件下才能通過光照階段，抽穗結(jié)實(shí)。水稻秧苗對日照要求嚴(yán)格，日照充足，秧苗生長青綠健壯；日照不足，秧苗容易發(fā)黃，甚至變白。分蘗的速度和數(shù)量，隨光照強(qiáng)度變化，光照不足容易出現(xiàn)死苗現(xiàn)象。日照對水稻幼穗發(fā)育有明顯影響，日照多，光照強(qiáng)，可促進(jìn)幼穗分化，發(fā)育良好，產(chǎn)量高，反之，則容易引起穎華退化，每穗粒數(shù)減少，產(chǎn)量下降，同時(shí)溫高光足對水稻開花授粉最有利。

風(fēng)力。風(fēng)力1～2級，對水稻開花授粉有利，5級以上，則影響水稻授粉，莖葉也會受到損傷。在水稻抽穗開花期間，遇到臺風(fēng)大風(fēng)侵襲，產(chǎn)量明顯降低。

根據(jù)田間觀測并結(jié)合文獻(xiàn)資料與以上分析，建立了德清縣單季稻生長期間各生育階段的適宜氣象指標(biāo)(表2)。

表2 德清縣單季稻生長期間各生育階段的氣象

注：TL,最低氣溫；TH,最高氣溫；〒,日平均溫度(表4同)。

2.2.2 水稻生長期間氣象災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)

在水稻各生長階段遭遇不適氣候條件是造成水稻減產(chǎn)減收的重要因素。因此，做好水稻生產(chǎn)期間氣象災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警工作及防御措施，對保障水稻生產(chǎn)具有重要意義。影響水稻生長的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害有以下幾種。

低溫冷害。抽穗前10～14 d，若日最低氣溫<15 ℃時(shí)，則不利于花粉發(fā)育，使花粉失去受精能力，而造成空殼。 抽穗開花期，秋季冷空氣南下，第一次日平均氣溫連續(xù)3 d或以上，日平均氣溫≤20 ℃時(shí)，影響水稻抽穗揚(yáng)花期。水稻在進(jìn)入灌漿期后，若氣溫過早地下降到15 ℃以下，灌漿將會受到阻滯，嚴(yán)重影響粒重，且灌漿期日平均氣溫<15 ℃的天氣超過半個(gè)月，可致使該年水稻歉收。

高溫。插秧時(shí)，出現(xiàn)35 ℃以上高溫天氣，易引起敗苗。

低溫連陰雨。9月下旬至10月上旬，連續(xù)低溫陰雨，雨量過多，日照不足，日平均氣溫低于21 ℃，易引發(fā)穗頸瘟、褐飛虱等病蟲害的流行，不利于水稻高產(chǎn)。

洪澇。暴雨造成的洪澇，會導(dǎo)致稻田被洪水淹沒，積水還會引發(fā)漬害。

臺風(fēng)。臺風(fēng)影響期間，易出現(xiàn)大風(fēng)和暴雨洪澇災(zāi)害，引起水稻被淹、倒伏。

德清縣水稻生長期間易遭遇的主要?dú)庀鬄?zāi)害總結(jié)如表3所示。針對德清水稻生產(chǎn)的實(shí)際情況，結(jié)合水稻生長的適宜氣象指標(biāo)，總結(jié)了德清縣單季稻生長期間的氣象災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)。從表3～4中可以看出，6月正值德清縣梅汛期，降雨量豐沛，易導(dǎo)致農(nóng)田澇害。由于雨水多、光照差，造成未播種的直播水稻，催芽后芽變長，有的甚至造成悶芽，影響出苗率等；已播種的直播水稻秧苗細(xì)長、瘦弱、超秧齡、秧苗素質(zhì)下降。而機(jī)插秧苗此時(shí)已移栽，苗體較高，已穩(wěn)定扎根，不易造成苗體上浮、缺氧壞死等狀況。因此，在這點(diǎn)上，機(jī)插水稻的抗災(zāi)性更強(qiáng)。

表3 水稻不同生育期及其主要?dú)庀鬄?zāi)害

表4 德清縣單季稻生長期間的氣象災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)

2.3 水稻生產(chǎn)全程化氣象服務(wù)

為發(fā)揮氣象保障服務(wù)在水稻生產(chǎn)中的作用，同時(shí)也為了以上研究結(jié)果在實(shí)際生產(chǎn)過程中的效果，本文作者通過及時(shí)、準(zhǔn)確地為水稻生產(chǎn)者提供氣象信息等方式，將初步研究結(jié)果應(yīng)用于該糧食生產(chǎn)功能區(qū)的水稻全程化生產(chǎn)中。

服務(wù)內(nèi)容。農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)監(jiān)測、水稻定量氣象條件評述、基于天氣預(yù)報(bào)的農(nóng)田小氣候預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣預(yù)警、農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證等。

服務(wù)方式。手機(jī)短信、服務(wù)產(chǎn)品書面材料、微信、微博、網(wǎng)絡(luò)等。

服務(wù)案例。以德清鑫禾糧油專業(yè)合作社為例，該合作社種植區(qū)位于新安鎮(zhèn)糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)，水稻種植區(qū)總面積33.33 hm2。2012年、2013年試驗(yàn)區(qū)水稻種植品種為嘉優(yōu)5號；2014年起試驗(yàn)區(qū)水稻種植品種為甬優(yōu)538。

以2013年播種試驗(yàn)為例，該合作社在試驗(yàn)區(qū)采用機(jī)插播種，其他田塊采用露天直播，各生育期如表5所示。2013年6月7日德清進(jìn)入梅汛期，隨后的3輪強(qiáng)降水導(dǎo)致部分田區(qū)發(fā)生漬澇，此時(shí)試驗(yàn)區(qū)已完成移栽，直播田塊處于播種期和出苗始期，扎根未穩(wěn)的秧苗浮于水面，農(nóng)戶利用降水間歇及時(shí)排出田間積水開展補(bǔ)插工作，6月底最后一輪暴雨結(jié)束后，試驗(yàn)區(qū)保持較淺水位，適當(dāng)落干田塊，以促進(jìn)分蘗；7月初旱澇急轉(zhuǎn)，試驗(yàn)區(qū)即將進(jìn)入拔節(jié)期，直播田塊處于分蘗期，少雨的天氣一定程度上利于控制無效分蘗和株高，但直至8月中旬，天氣仍以晴熱為主，這對水分需求較大的拔節(jié)孕穗十分不利，試驗(yàn)區(qū)需根據(jù)天氣狀況增加灌溉水量和次數(shù)，保溫保墑；進(jìn)入9月后出現(xiàn)階段性的連晴天氣，十分有利于晚稻抽穗揚(yáng)花；10月初遭遇1 223號臺風(fēng)“菲特”，全縣普降大暴雨，風(fēng)力達(dá)5～6級，部分直播田塊出現(xiàn)倒伏，試驗(yàn)區(qū)提前采用深水灌溉，增加晚稻倒伏阻力，過程影響結(jié)束后及時(shí)排水曬田，未出現(xiàn)倒伏；10月中下旬至11月為階段性晴好天氣，十分利于晚稻成熟和收曬，但11月底有強(qiáng)冷空氣影響，氣溫較低，試驗(yàn)區(qū)提前完成收曬。試驗(yàn)區(qū)的整個(gè)生育期比直播田塊長約20 d，根據(jù)德清縣農(nóng)作物技術(shù)推廣站產(chǎn)量監(jiān)測，該合作社種植田塊每667 m2產(chǎn)量737.7 kg，其中試驗(yàn)區(qū)每667 m2產(chǎn)量786.2 kg，比直播田塊增產(chǎn)7%。

表5 鑫禾糧油專業(yè)合作社2種晚稻種植方式對比 月-日

此外，通過全程化跟蹤的氣象服務(wù)，2014年甬優(yōu)538品種也根據(jù)氣象信息采取一些趨利避害的有效措施，獲得了較明顯的效益。根據(jù)德清縣農(nóng)作物技術(shù)推廣站產(chǎn)量監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2014年甬優(yōu)538品種試驗(yàn)區(qū)每667 m2產(chǎn)量858.0 kg，比直播田塊增產(chǎn)4%。

3 小結(jié)與討論

機(jī)插水稻在揚(yáng)花期前生育進(jìn)程比直播水稻快1個(gè)月左右，而在揚(yáng)花期后，兩者生育期接近同步，進(jìn)一步印證了水稻是短日照作物。在農(nóng)業(yè)氣象抗災(zāi)性方面，機(jī)插水稻對于梅汛期強(qiáng)降水具有更好的抗災(zāi)能力。通過提供全程化氣象服務(wù)，對水稻生產(chǎn)者提前做好防范措施，減輕水稻氣象災(zāi)害損失效果明顯。

3.1 存在問題

由于德清針對糧食作物生產(chǎn)方面的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)剛剛起步，服務(wù)的方案、技術(shù)指標(biāo)及流程等尚未有成熟的研究。本研究屬于探索性研究與初次嘗試，尚有一些不完善的地方，主要有：

仍處于針對水稻機(jī)械化生產(chǎn)提供氣象服務(wù)的初級研究階段，未排除肥藥施用和病蟲害等因素的影響，面向溫室集中育秧、病蟲害監(jiān)控等的氣象服務(wù)指標(biāo)尚未完善。

水稻生長氣候適宜性評價(jià)模型目前仍處于人工判斷和訂正的階段，需要進(jìn)一步提高評價(jià)指標(biāo)的客觀程度和準(zhǔn)確性。

在水稻產(chǎn)量預(yù)測和病蟲害監(jiān)測預(yù)報(bào)方面仍有極大需求，需要進(jìn)一步探索和服務(wù)。

3.2 前景預(yù)測

通過研究的深化，進(jìn)一步提升農(nóng)田小氣候監(jiān)測能力、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警能力和農(nóng)業(yè)氣象技術(shù)服務(wù)示范能力，為種糧大戶做好糧食生產(chǎn)管理工作提供及時(shí)、有效、可靠的氣象服務(wù)；水稻生長適宜度指標(biāo)的建立和進(jìn)一步完善，將提高農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的針對性，降低農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對水稻生產(chǎn)帶來的危害，保障水稻生產(chǎn)安全。