三明市水稻制種安全期氣候條件分析*

游良德 紀(jì)嘉雯 李仁忠

(1.福建省尤溪縣氣象局,福建 三明 365100； 2.福建省三明市氣象局，福建 三明 365000)

我國對制種水稻氣象問題的研究很早，早在上世紀(jì)五六十年代就有水稻產(chǎn)區(qū)的廣大氣象臺站和農(nóng)業(yè)氣象工作者，積極開展雜交水稻氣象條件的分析研究和服務(wù)，揭示了雜交水稻生長和氣象條件的關(guān)系，取得了可喜成績，也為后人提供了研究方向。但當(dāng)時主要以世界主流的“三系”法品種選育為研究對象，且隨著我國水稻生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和對糧食產(chǎn)量的重視，對雜交水稻制種的氣象技術(shù)研究趨減，對大宗糧食作物的研究較為集中。目前雜交制種主要以“兩系”法選育為主，兩系法雜種優(yōu)勢利用因不受恢保關(guān)系的限制，配組自由，更容易選配出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)優(yōu)勢組合[1-2]，這是我國獨創(chuàng)的國際領(lǐng)先科技成果。

國內(nèi)對“兩系”雜交水稻育種研究頗多，集中在氣象條件、氣象安全和資源利用等方面。汪擴(kuò)軍等[3]以“兩系”雜交稻的首要不育系—培矮64S育性的溫光敏性與臨界指標(biāo)，分析了培兩優(yōu)組合制種的幾個氣象問題。唐文邦等[4]較為系統(tǒng)地論述了兩系安全繁殖制種中存在的主要問題，其中制種基地選擇和季節(jié)安排不合理、不育系繁殖產(chǎn)量不穩(wěn)定都和氣象緊密相關(guān)?？娢娜A等[5]指出，災(zāi)害性天氣頻發(fā)，氣象災(zāi)害對雜交水稻制種生產(chǎn)的影響越來越重。雜交水稻制種生產(chǎn)中，最重要的就是父本、母本播期的確定，決定了花期是否適合，影響最終的種子質(zhì)量和產(chǎn)量。周世懷等[6]研究了廣東和海南的兩系法水稻制種安全期，制作了兩省的制種安全期區(qū)劃圖，為生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。但全國水稻制種基地分散，常受到區(qū)域性氣候影響，每年仍然遭受重大的經(jīng)濟(jì)損失，改變不了靠天吃飯的局面，尤其是水稻不育系育性轉(zhuǎn)換關(guān)鍵期，低溫、連陰雨等易導(dǎo)致不育系敗育，父母本花期和花時不遇，揚花授粉不利等，是制約兩系雜交稻大面積推廣應(yīng)用的技術(shù)瓶頸問題[7]。因此，在雜交水稻制種過程中，若不了解當(dāng)?shù)氐臍夂蛞?guī)律，出現(xiàn)低于水稻臨界值的溫度，就容易造成種子混雜而導(dǎo)致制種失敗，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

近年來，政府越來越重視種子安全和質(zhì)量問題，出臺了一系列政策文件和規(guī)劃，有力推動了我國農(nóng)作物種業(yè)的快速發(fā)展。三明市位于福建西北部，處于武夷山脈和戴云山脈之間，具有水稻制種得天獨厚的自然條件。建寧、尤溪等地水稻制種歷史悠久，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)深厚，尤其是建寧縣于2013年被農(nóng)業(yè)部認(rèn)定為國家級雜交水稻種子生產(chǎn)基地縣。近年來，三明市制種水稻面積有所增加，為了保障水稻制種安全，確保種業(yè)又好又快、長久發(fā)展，亟需對三明市雜交水稻制種安全期進(jìn)行氣候研究。

本文擬以“兩系”雜交水稻制種的不育系品種臨界氣象指標(biāo)，分析三明市制種水稻安全日期及其分布規(guī)律，以期為制種水稻父母本播期的確定提供技術(shù)參考，為制種產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供氣象保障服務(wù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)來源于三明市從東到西6個氣象觀測站(尤溪、大田、永安、明溪、寧化、建寧)1961—2019年的逐日氣象數(shù)據(jù)，包括日平均氣溫、日最高氣溫等。

1.2 研究方法

1.2.1 可照時數(shù)

可照時數(shù)即理論日長，是在沒有天氣氣象和地理因素影響的條件下，日出到日落的可能光照持續(xù)小時數(shù)，與當(dāng)?shù)氐木暥?、時間有關(guān)。

某站逐日可照時數(shù)(理論日長)[8]由式(1)計算[8]:

(1)

式(1)中，S為可照時數(shù)(h) ，φ為氣象站緯度，δ為太陽赤緯，γ為太陽上緣恰好在地平線時的曲折率，取γ= 34′為蒙氣差。

1.2.2 保證率

為了確定育性轉(zhuǎn)換安全期的可能時段，可以統(tǒng)計各氣象站逐日平均氣溫高于臨界溫度的保證率[9]。計算公式見式(2)：

Pk=Nk/N×100%

(2)

式(2)中，Pk為≥k℃的保證率(k為臨界溫度)，N為資料總年數(shù)，Nk為某日在N年中氣溫≥k℃的年數(shù)。例如建寧站7月1日1961—2018年共58a資料(N=58) ，其中有57a氣溫≥24℃(N24=40) ，則建寧站7月1日≥24℃的保證率為：

P24=N24/N×100%=57/58×100%=98.2%

顯然，保證率越高，表示制種時安排育性轉(zhuǎn)換期越安全。例如建寧站數(shù)據(jù)共58a，如出現(xiàn)1日氣溫低于24℃，其不出現(xiàn)日數(shù)為57，安全保證率>98%；出現(xiàn)2日，安全保證率>95%；出現(xiàn)5日，安全保證率>90%，出現(xiàn)6次，安全保證率<90%。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻制種安全期氣象指標(biāo)

“兩系”雜交水稻制種育性轉(zhuǎn)換安全期是指兩用核不育系在其育性敏感階段(一般指幼穗分化4～6期)的日平均氣溫必須在臨界溫度以上，而且(或者)可照時數(shù)在臨界光長以上，確保不育系花粉敗育，避免自交結(jié)實，保證制種的純度?！皟上怠彪s交水稻制種中廣泛使用的光溫敏核不育系品種主要是培矮64S。

培矮64S屬光溫互作型，其育性同時受光照長度和溫度控制，臨界溫度約為24.0℃，臨界光長約為12.5h。因此,本文選取主要以日平均氣溫≥24.0℃，可照時數(shù)≥12.5h為育性轉(zhuǎn)換安全期的指標(biāo)[10]。育性轉(zhuǎn)換敏感期一般在抽穗前15d內(nèi)，從育性轉(zhuǎn)換敏感期到抽穗揚花期結(jié)束，大約是20d。抽穗揚花安全期的氣象條件，以不出現(xiàn)連續(xù)3d以上日平均氣溫≤23.0℃為指標(biāo)。因此，“兩系”雜交稻制種安全期要求同時滿足下列條件:第一，日平均氣溫≥24℃，且可照時數(shù)≥12.5h，持續(xù)期20d以上。第二，符合第一條件的終日其后20d內(nèi)，無連續(xù)≥3d日平均氣溫≤23℃的天氣。

2.2 可照時數(shù)

光照是水稻生長的必要因子之一，也是引誘水稻生長特性轉(zhuǎn)換的重要因子。三明市各站逐日可照時數(shù)，取決于所處緯度與太陽赤緯。根據(jù)式(1)，計算出各站逐日可照時數(shù)≥12.5h、≥13.0h、≥13.5h的起止日期列于表1。

表1 三明市各站可照時數(shù)大于不同界限值的起止日期

由表1可見，三明地區(qū)光照資源充足，理論上可照時數(shù)≥12.5h可達(dá)5個月，初日出現(xiàn)在4月5日前后，終日在9月7日前后，但受地形和海拔等地理條件和天氣條件影響，實際上的日照時數(shù)都比可照時數(shù)少。

2.3 育性敏感安全期

水稻喜溫，生長期需要良好的溫度條件。兩用核不育系要求在育性敏感期，日平均氣溫≥24℃持續(xù)20d以上。從表2近59a高于臨界溫度24℃且保證率在95%以上的起止日期來看，三明市各縣差異較大，同屬三明市東南部的尤溪縣和永安市日平均氣溫≥24℃的安全期最長，達(dá)到62d，大田縣只有20d，西北部的建寧縣育性敏感期足夠長，達(dá)到42d，明溪縣剛好達(dá)到20d，寧化縣的育性敏感期最短，只有18d，不能滿足制種水稻育性敏感期安全的要求；假如只要求90%的保證率，則各地育性敏感安全期都能達(dá)到50d以上，可以滿足制種水稻的育性要求。

表2 三明市各代表站兩系不育系敏感期日平均氣溫≥24℃起止日期

2.4 抽穗揚花安全期

“兩系”雜交水稻制種除了在抽穗前要確保不育系敗育的必要條件外，在抽穗揚花期則要求不能受到低溫的影響，秋季低溫是影響水稻揚花授粉的主要氣象災(zāi)害。因此，要確保雜交水稻順利制種，一般要求其安全抽穗揚花的保證率在80%以上，現(xiàn)在為了種植戶的經(jīng)濟(jì)利益和種業(yè)發(fā)展安全，要求則更加嚴(yán)格。

表3列出了各代表站兩系不育系抽穗揚花期連續(xù)3d日平均氣溫≤23℃的起始日期，可見在95%保證率條件下，東南部和中部地區(qū)日平均氣溫≤23℃初日基本出現(xiàn)在9月上旬后期，西北部在8月下旬；在90%保證率條件下，三明各縣市初日出現(xiàn)在9月9日前后，東南部推后幾天，西北部提前幾天；在80%保證率條件下，三明各縣市初日出現(xiàn)在9月14日前后。

表3 三明市各代表站兩系不育系抽穗揚花期連續(xù)3d日平均氣溫≤23℃起始日期

2.5 制種安全期

“兩系”法雜交水稻制種安全期，同時要考慮其育性安全和揚花安全。因此，綜合這兩方面的分析結(jié)果，在不考慮水稻高溫?zé)岷τ绊懙那闆r下，得到各站不同保證率下的制種安全期的起止日期(見表4)。

表4 不考慮水稻揚花期高溫影響條件下的制種安全期

由表4可見，三明市各縣制種水稻安全期東南部長于西北部。東南部的尤溪縣、永安市，熱量資源非常豐富，安全期長達(dá)62d，從6月下旬后期開始，直到8月下旬后期，但有高溫?zé)岷τ绊懙拇蟾怕曙L(fēng)險，其中大田縣由于海拔和地形影響，安全期較短，和西北部的明溪縣接近；西北部縣市熱量資源足夠滿足水稻制種需要，安全期也足夠長，高溫?zé)岷τ绊懙娘L(fēng)險概率小，其中建寧縣安全期較長。

2.6 抽穗揚花期高溫?zé)岷?/h3>

水稻制種育性敏感期和抽穗揚花安全期都處于一年最熱的時段，極易出現(xiàn)水稻高溫?zé)岷Γ焕居姿敕只蛽P花授粉，影響最終的結(jié)實率和產(chǎn)量。水稻高溫?zé)岷χ饕绊懙臅r期是幼穗分化期和揚花期，其中以抽穗揚花期的高溫危害影響最大。不育系的主要品種矮培64s的花期大約7～10d左右。水稻揚花期高溫?zé)岷χ笜?biāo)，日最高氣溫≥35℃，且日平均氣溫≥30℃為1個高溫日，連續(xù)3d即達(dá)到輕度水稻高溫?zé)岷ΓB續(xù)7d以上就達(dá)到重度高溫?zé)岷Α?/p>

表5列出了三明市近59a水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生情況，可見三明市水稻高溫?zé)岷|南部明顯多于西北部，永安市高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)最多，達(dá)到64次，304個高溫日，出現(xiàn)時間最早，結(jié)束時間最晚，最長持續(xù)天數(shù)達(dá)到18d；其次尤溪縣發(fā)生次數(shù)15次，高溫日數(shù)75d；其余各縣高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)不多，均在3次以下，且發(fā)生時間基本在7月下半月至8月上半月。

表5 三明市水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生情況

在上述制種安全期的基礎(chǔ)上，結(jié)合考慮高溫?zé)岷λ局品N的影響和危害，建寧縣和尤溪縣氣候條件最適宜水稻制種，永安市雖然熱量條件好，但高溫?zé)岷︼L(fēng)險也大，其余各縣市熱量條件較好，高溫?zé)岷︼L(fēng)險小，在合理安排品種和播期的情況，氣候資源適宜水稻制種。

3 結(jié)論與討論

制種水稻的育性敏感安全期和抽穗楊花安全期均表現(xiàn)為東南部長、西北部短、高海拔地區(qū)短的特點，制種水稻安全期東南部長于西北部，但永安市高溫?zé)岷Πl(fā)生風(fēng)險高，不宜開展水稻制種，最優(yōu)制種產(chǎn)地是建寧縣和尤溪縣，其余各縣在合理安排品種和播期的條件下，氣候資源適宜水稻制種。

父母本花期能否相遇，揚花授粉良好與否，是雜交水稻制種成敗的關(guān)鍵。因此，在確定制種最佳抽穗揚花期日期的條件下，應(yīng)根據(jù)父母本歷年在當(dāng)?shù)貜牟シN到始穗的天數(shù)之差，定出父母本相應(yīng)的播種期及母本與第一期父本播種相差的天數(shù)，它比“三系”制種播差期要求更為嚴(yán)格，不能隨意變更。