不同積溫試驗(yàn)區(qū)水稻生育界限期的界定與比較

劉麗華，崔士澤，秦猛，宋江，李紅宇，劉夢(mèng)紅，鄭桂萍

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶 163319）

水稻（Oryza sativa L.）是我國(guó)重要的糧食作物之一，超過(guò)2/3 的人口以大米為主食，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上必須保持?jǐn)?shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)來(lái)確保國(guó)家糧食安全[1]。中國(guó)是水稻生產(chǎn)的大國(guó)，其種植面積占世界總種植面積的18.5%，產(chǎn)量占世界水稻總產(chǎn)的28%[2-3]。在水稻生長(zhǎng)的全生育期中，氣溫是影響其生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成的主要因素之一[4]。侯立剛等[5]研究認(rèn)為，低溫影響水稻秧苗的生長(zhǎng)，導(dǎo)致最高分蘗時(shí)間延遲，分蘗數(shù)減少，新葉出葉速度減緩，并減少每穴穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)及千粒重下降；任紅茹等[6]研究發(fā)現(xiàn)，低溫處理降低了水稻株高、穗長(zhǎng)與節(jié)間長(zhǎng)度，成熟期干物質(zhì)量顯著減少，籽粒空殼率增加，結(jié)實(shí)率、每穗實(shí)粒數(shù)減少，籽粒充實(shí)度和千粒重降低，產(chǎn)量顯著下降；開(kāi)花期高溫脅迫處理結(jié)束后，葉片的Pn、LAI、SPAD 及葉面積氮指數(shù)（LANI）在籽粒灌漿前期總體隨高溫脅迫的增加而下降，葉片、莖鞘和穗的生物量總體呈下降趨勢(shì)[7-8]；全生育期高溫處理降低產(chǎn)量的原因主要在于每蔸穗數(shù)、每穗穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率和粒重均大幅降低，降低幅度分別為51.8%、49.9%、58.3%和9.6%[9]；周俊杰[10-11]研究發(fā)現(xiàn)，高溫水平越高、持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，穗部干物重積累量和營(yíng)養(yǎng)器官花前儲(chǔ)存干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量越低，營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累越大，通過(guò)降低每穗實(shí)粒數(shù)降低產(chǎn)量。謝曉金、高煥曄等[12-13]研究發(fā)現(xiàn)，水稻抽穗期高溫導(dǎo)致稻米的糙米率、精米率、整精米率、可溶性糖和蛋白質(zhì)含量也呈下降趨勢(shì)，而稻米的堊白率、堊白度和直鏈淀粉含量明顯增加。黑龍江農(nóng)墾科學(xué)院水稻研究所對(duì)佳木斯市近期二十年的氣溫實(shí)測(cè)資料做了統(tǒng)計(jì)分析，并計(jì)算出當(dāng)?shù)厮局髟云贩N各生育階段的活動(dòng)積溫，結(jié)合水稻生育界限溫度等資料，繪制了水稻計(jì)劃栽培圖。但針對(duì)地處不同積溫帶的試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行水稻生育界限期的研究，至今少見(jiàn)報(bào)道，限制了水稻計(jì)劃栽培模式在不同試驗(yàn)區(qū)應(yīng)用。基于以上情況，研究以肇源農(nóng)場(chǎng)、友誼農(nóng)場(chǎng)和洪河農(nóng)場(chǎng)為研究對(duì)象，利用各試驗(yàn)區(qū)1993～2017 年水稻生育期間4～10 月的實(shí)測(cè)日平均氣溫、當(dāng)?shù)卦耘嗟闹饕酒贩N在各生育階段所需起點(diǎn)溫度與積算溫度等農(nóng)業(yè)氣象資料，統(tǒng)計(jì)本地水稻生長(zhǎng)過(guò)程中界限期，并繪制和對(duì)比水稻生育界限期指導(dǎo)圖。有利于更好的撐握水稻生育進(jìn)程，明確田間管理目標(biāo)，有效促進(jìn)水稻的早熟增產(chǎn)，也是水稻科研和生產(chǎn)的需要。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)水稻生育期生長(zhǎng)特征及其適宜的氣候特點(diǎn)等研究較為透徹[14-16]，但由多年日平均氣溫推算本地水稻生長(zhǎng)過(guò)程中界限期的日期卻少見(jiàn)報(bào)道。因此，認(rèn)真分析研究當(dāng)?shù)貧鉁刈兓?guī)律，結(jié)合當(dāng)?shù)厮镜脑耘嗵匦?，選育和栽培適宜的品種，便可主動(dòng)的充分利用當(dāng)?shù)氐臒崮苜Y源，有計(jì)劃的栽培管理水稻，為寒地稻作防御低溫冷害，獲取水稻穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

肇源農(nóng)場(chǎng)位于北半球第一積溫帶，無(wú)霜期135～145 d，年≥10 ℃以上積溫2 900～3 200 ℃，屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候；友誼農(nóng)場(chǎng)位于北半球第二積溫帶，北緯46°28′14″～46°59′38″，東經(jīng)131°27′50″～132°15′，中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均降雨量500 mm，光照平均時(shí)數(shù)2 730 h，無(wú)霜期120～130 d，年≥10 ℃以上積溫平均為2 641.7 ℃；洪河農(nóng)場(chǎng)位于北半球第三積溫帶，北緯23°39′57″到23°50′14″，東經(jīng)109°15′35″到109°25′22″。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

肇源農(nóng)場(chǎng)、友誼農(nóng)場(chǎng)和洪河農(nóng)場(chǎng)近25 年4～10月份的日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)分別來(lái)自當(dāng)?shù)貧庀笳練v史記載資料。

1.3 研究方法

研究把連續(xù)3 日平均氣溫高于（夏季）或低于（秋季）界限溫度的首日，按生產(chǎn)上習(xí)慣定義為水稻生育界限期。以肇源農(nóng)場(chǎng)、友誼農(nóng)場(chǎng)和洪河農(nóng)場(chǎng)為研究對(duì)象，逐年逐日確定不同試驗(yàn)區(qū)水稻生育界限期，采用直方圖方法繪制平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)生育界限溫度日期的次數(shù)分布圖，進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，并對(duì)各界限期進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)，對(duì)比分析不同試驗(yàn)區(qū)水稻生育界限期。根據(jù)近25 年水稻生育期間日平均氣溫的變化，及其在各生育階段所需起點(diǎn)溫度與積溫，確定本地水稻生育主要幾項(xiàng)界限期，具體如表1。

表1 寒地水稻生育界限期Table 1 Growthlimit stage of rice in cold region

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)采用DPS 和EXCEL 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 肇源農(nóng)場(chǎng)水稻界限期確定

從肇源農(nóng)場(chǎng)水稻生育界限期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖1），4 月1 日～5 日分布次數(shù)最多，達(dá)到11次，4 月21 日以后平均氣溫均明顯高于5 ℃；4 月1日～5 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)6 ℃日期的次數(shù)最多，達(dá)10 次，其次是4 月16 日～20 日，達(dá)5 次。

圖1 肇源農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)5 ℃和6 ℃日期的次數(shù)分布圖Fig.1 The number distribution of dates by 5 ℃and 6 ℃temperature stability in Zhaoyuan farm

從肇源農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)12.5 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖2），5 月1 日～5 日分布次數(shù)最多，達(dá)到11 次；5 月11 日～15 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13 ℃日期的次數(shù)最多，達(dá)10 次。歷年氣溫?cái)?shù)據(jù)表明，肇源農(nóng)場(chǎng)5 月上旬平均氣溫即可穩(wěn)定通過(guò)13 ℃。從肇源農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)14 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出，5 月11 日～15 日分布次數(shù)最多，達(dá)到10 次，其次是5 月6 日～10 日分布次數(shù)達(dá)6 次。

圖2 肇源農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)12.5、13 ℃和14 ℃日期的次數(shù)分布Fig.2 The number distribution of dates by 12.5、13 ℃and 14 ℃temperature stability in Zhaoyuan farm

入秋以來(lái)，從肇源農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)15 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖3），9 月1 日～5 日和9 月6 日～10 日分布次數(shù)最多，分別達(dá)到7 次，9月26 日～30 日平均氣溫下降較快，9 月16 日～20 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13 ℃日期的次數(shù)最多，達(dá)7 次，其次是9 月11 日～15 日，達(dá)6 次，9 月26 日～30 日平均氣溫均低于13 ℃。

圖3 肇源農(nóng)場(chǎng)秋季平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)15 ℃和13 ℃日期的次數(shù)分布Fig.3 The number distribution of dates by 15 ℃and 13 ℃temperature stability in autumn of Zhaoyuan farm

通過(guò)上述統(tǒng)計(jì)可知，肇源農(nóng)場(chǎng)水稻安全成熟晚限期平均在9 月21 日，利用肇源農(nóng)場(chǎng)近25 年日平均氣溫值逆算水稻安全齊穗適期終日期和安全齊穗晚限期，從9 月21 日到8 月8 日的積溫為853.01 ℃，從9 月21 日到8 月5 日的積溫為921.83 ℃。故確定肇源農(nóng)場(chǎng)安全齊穗適期終日為8 月5 日，安全齊穗晚限期為8 月8 日。

2.2 友誼農(nóng)場(chǎng)水稻界限期分析

從友誼農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)5 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖4），4 月1 日～5 日分布次數(shù)最多，達(dá)到8 次，4 月16 日～20 日為5 次；4 月1 日～5日和4 月16 日～20 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)6 ℃日期的次數(shù)均最多，均達(dá)6 次，4 月26 日以后日平均氣溫均高于6 ℃。

圖4 友誼農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)5 ℃和6 ℃日期的次數(shù)分布Fig.4 The number distribution of dates by 5 ℃and 6 ℃temperature stability in Youyi farm

從友誼農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)12.5 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖5），5 月6 日～10 日和5 月11 日～15 日分布次數(shù)均最多，分別達(dá)到6 次，從圖中可以看出5 月11 日～15 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13 ℃日期的次數(shù)最多，達(dá)7 次，從圖中還可以看出，友誼農(nóng)場(chǎng)從5 月21 日以后日平均氣溫明顯高于13 ℃。從友誼農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)14 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出，5 月11 日～15 日分布次數(shù)最多，達(dá)到10次，友誼農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)14 ℃日期的次數(shù)分布圖呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)分布。

圖5 友誼農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)12.5、13 ℃和14 ℃日期的次數(shù)分布Fig.5 The number distribution of dates by 12.5、13 ℃and 14 ℃temperature stability in Youyi farm

入秋以來(lái)，從友誼農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)15 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖6），9 月11 日～15 日和9 月16 日～20 日分布次數(shù)最多，分別達(dá)到8 次，9 月21 日以后友誼農(nóng)場(chǎng)平均氣溫明顯下降，日平均氣溫均低于15 ℃；從圖中可以看出，9 月16 日～20 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13 ℃日期的次數(shù)最多，達(dá)9 次，從圖還可以看出，9 月1 日～5 日有1 年穩(wěn)定通過(guò)了13 ℃，但9 月6 日～10 日平均氣溫沒(méi)有穩(wěn)定通過(guò)13 ℃的記錄，說(shuō)明友誼農(nóng)場(chǎng)在此期間氣溫變化不穩(wěn)定。

圖6 友誼農(nóng)場(chǎng)秋季平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)15 ℃和13 ℃日期的次數(shù)分布Fig.6 The number distribution of dates by 15 ℃and 13 ℃temperature stability in autumn of Youyi farm

通過(guò)上述統(tǒng)計(jì)可知，友誼農(nóng)場(chǎng)水稻安全成熟晚限期平均在9 月18 日，利用友誼農(nóng)場(chǎng)近25 年日平均氣溫值逆算水稻安全齊穗適期終日期和安全齊穗晚限期，從9 月18 日到8 月4 日的積溫為861.10 ℃，從9 月18 日到8 月2 日的積溫為905.60 ℃。故確定友誼農(nóng)場(chǎng)安全齊穗適期終日為8 月2 日，安全齊穗晚限期為8 月4 日。

2.3 洪河農(nóng)場(chǎng)水稻界限期研究

從洪河農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)5 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖7），4 月16 日～20 日分布次數(shù)最多，達(dá)到10 次，4 月6 日～10 日間平均氣溫沒(méi)有穩(wěn)定通過(guò)5 ℃；從圖中可以看出，4 月16 日～20 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)6 ℃日期的次數(shù)最多，達(dá)7 次，其次是4 月21 日～25 日，達(dá)6 次，4 月6 日～10 日間平均氣溫沒(méi)有穩(wěn)定通過(guò)6 ℃，說(shuō)明洪河農(nóng)場(chǎng)在4 月1 日～11日氣溫變化不穩(wěn)定。

圖7 洪河農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)5 ℃和6 ℃日期的次數(shù)分布Fig.7 The number distribution of dates by 5 ℃and 6 ℃temperature stability in Honghe farm

從洪河農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)12.5 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖8），5 月11 日～15 日分布次數(shù)最多，達(dá)到12 次，5 月上旬和下旬平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)12.5 ℃日期的次數(shù)明顯少于5 月11 日～15 日；從圖中可以看出，5 月11 日～15 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13 ℃日期的次數(shù)最多，達(dá)11 次，5 月1日～5 日之間平均氣溫沒(méi)有穩(wěn)定通過(guò)12.5 ℃。從洪河農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)14 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出，5 月11日～15 日分布次數(shù)最多，達(dá)到7 次，其次是5 月16日～20 日分布次數(shù)達(dá)5 次。

圖8 洪河農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)12.5、13 ℃和14 ℃日期的次數(shù)分布Fig.8 The number distribution of dates by 12.5、13 ℃and 14 ℃temperature stability in Honghe farm

入秋以來(lái)，從洪河農(nóng)場(chǎng)平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)15 ℃日期的次數(shù)分布圖中可以看出（圖9），9 月1 日～5 日和9 月6 日～10 日分布次數(shù)最多，分別達(dá)到5 次，9 月中旬以后平均氣溫明顯下降，9 月26 日～30 日平均氣溫均低于15 ℃；從圖中可以看出，9 月16 日～20日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)13 ℃日期的次數(shù)最多，達(dá)7次，9 月26 日～30 日平均氣溫均低于13 ℃。

圖9 洪河農(nóng)場(chǎng)秋季平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)15 ℃和13 ℃日期的次數(shù)分布Fig.9 The number distribution of dates by15 ℃and 13 ℃temperature stability in autumn of Honghe farm

通過(guò)上述統(tǒng)計(jì)可知，洪河農(nóng)場(chǎng)水稻安全成熟晚限期平均在9 月15 日，利用洪河農(nóng)場(chǎng)近25 年日平均氣溫值逆算水稻安全齊穗適期終日期和安全齊穗晚限期，從9 月15 日到8 月1 日的積溫為858.77 ℃，從9 月15 日到7 月30 日的積溫為900.10 ℃。故確定洪河農(nóng)場(chǎng)安全齊穗適期終日為7 月30 日，安全齊穗晚限期為8 月1 日。

2.4 三個(gè)農(nóng)場(chǎng)水稻界限期比較

研究表明，肇源農(nóng)場(chǎng)大棚旱育秧播種最早界限期為4 月7 日；旱育秧安全播種界限期為4 月9 日；旱育秧中苗移栽早限期為5 月6 日；旱育秧中苗安全移栽早限期5 月9 日；大苗安全移栽早限期為5月10 日；安全成熟適期為9 月11 日；安全成熟晚限期9 月21 日。安全齊穗適期終日為8 月5 日，安全齊穗晚限期為8 月8 日。

友誼農(nóng)場(chǎng)大棚旱育秧播種最早界限期為4 月10日；旱育秧安全播種界限期為4 月12 日；旱育秧中苗移栽早限期為5 月9 日；旱育秧中苗安全移栽早限期5 月10 日；大苗安全移栽早限期為5 月13 日；安全成熟適期為9 月13 日；安全成熟晚限期9 月18日；友誼農(nóng)場(chǎng)安全齊穗適期終日為8 月2 日；安全齊穗晚限期為8 月4 日。

洪河農(nóng)場(chǎng)大棚旱育秧播種最早界限期為4 月16日；旱育秧安全播種界限期為4 月20 日；旱育秧中苗移栽早限期為5 月13 日；旱育秧中苗安全移栽早限期5 月14 日；大苗安全移栽早限期為5 月17 日；安全成熟適期為9 月9 日；安全成熟晚限期9 月15日；逆算水稻安全齊穗適期終日期和安全齊穗晚限期分別為7 月30 日和8 月1 日。

從表2 中可以看出，水稻從播種期到移栽期的5個(gè)栽培界限期均隨著活動(dòng)積溫的減少而延后。友誼農(nóng)場(chǎng)只有中苗安全移栽早限期較肇源農(nóng)場(chǎng)延后了1 d，其他四個(gè)栽培界限期均較肇源農(nóng)場(chǎng)延后3 d；洪河農(nóng)場(chǎng)較肇源農(nóng)場(chǎng)水稻生育界限期延后的天數(shù)為5～11 d不等；洪河農(nóng)場(chǎng)與友誼農(nóng)場(chǎng)相比，界限期延后的天數(shù)為4～8 d。

表2 三個(gè)農(nóng)場(chǎng)水稻生育界限期比較Table 2 Comparation of growthlimit stage of rice in three farms

當(dāng)水稻進(jìn)入齊穗期，除了肇源農(nóng)場(chǎng)的安全成熟適期比友誼農(nóng)場(chǎng)提前2 d 外，其他界限期均比友誼農(nóng)場(chǎng)延后3～4 d；洪河農(nóng)場(chǎng)在水稻齊穗以后的4 個(gè)界限期均比友誼農(nóng)場(chǎng)提前3～4 d；總之，水稻進(jìn)入齊穗期后的界限期，大多隨著活動(dòng)積溫的減少而提前。

3 討論

試驗(yàn)結(jié)果對(duì)3 個(gè)不同積溫試驗(yàn)區(qū)的水稻界限期進(jìn)行了比較，由于日平均氣溫的年際間差異較大，每個(gè)試驗(yàn)區(qū)在選定當(dāng)?shù)氐纳缦奁跁r(shí)，要依據(jù)研究中相應(yīng)的95%和99%置信區(qū)間和當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行。通過(guò)比較不同試驗(yàn)區(qū)的水稻從播種到移栽的界限期可知，水稻生育界限期均隨活動(dòng)積溫的減少而延后，但不同試驗(yàn)區(qū)延后的天數(shù)不同，這可能和不同試驗(yàn)地點(diǎn)的升溫快慢或作物對(duì)界限溫度的敏感程度的不同有關(guān)[17-18]。當(dāng)水稻進(jìn)入齊穗期，界限期基本隨著活動(dòng)積溫的減少而提前，相鄰的兩個(gè)積溫帶間界限期相差3～4 d，說(shuō)明8 月份以后，試驗(yàn)中的3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)降溫幅度較一致，但此時(shí)特殊之處為肇源農(nóng)場(chǎng)的安全成熟適期比友誼農(nóng)場(chǎng)提前2 d，這可能由于肇源農(nóng)場(chǎng)歷年9 月份上旬的日平均氣溫的日際和年際變化較大造成的[19-20]，有待于進(jìn)一步研究。此外，活動(dòng)積溫較少的試驗(yàn)區(qū)水稻播種較晚，成熟的較早，說(shuō)明活動(dòng)積溫較少的試驗(yàn)區(qū)，生育期較短，需做出相應(yīng)調(diào)整，選用相應(yīng)熟期的水稻品種[21]。研究結(jié)果與第一、二積溫帶水稻生產(chǎn)實(shí)際基本相符。但地處第三積溫帶的洪河農(nóng)場(chǎng)實(shí)際播種期大致在4 月10 日左右，比研究結(jié)果提前1 周，這主要因?yàn)楹楹愚r(nóng)場(chǎng)采用了“三膜覆蓋”和“超級(jí)大棚”的特殊增溫措施，可以更有效地提高大棚內(nèi)溫度，從而提前了水稻播種期。

4 結(jié)論

通過(guò)比較3 個(gè)試驗(yàn)區(qū)的水稻從播種期到移栽期的界限期可知，水稻計(jì)劃栽培臨界期均隨活動(dòng)積溫的減少而延后，洪河農(nóng)場(chǎng)的播種最早界限期、旱育秧安全播種界限期較友誼農(nóng)場(chǎng)分別延后6 d 和8 d，相鄰的兩個(gè)積溫帶間的其他界限期相差3～4 d；當(dāng)水稻進(jìn)入齊穗期，界限期基本隨著活動(dòng)積溫的減少而提前，相鄰的兩個(gè)積溫帶間界限期相差3～4 d。研究結(jié)果為水稻生產(chǎn)安全成熟，提高品質(zhì)和產(chǎn)量奠定了理論基礎(chǔ)，為黑龍江省水稻充分利用當(dāng)?shù)責(zé)崮苜Y源，防御低溫冷害，實(shí)行計(jì)劃栽培提供參考。