南方九省再生稻安全生長(zhǎng)期及高溫?zé)岷r(shí)空變化*

段里成, 郭瑞鴿, 蔡 哲, 林志堅(jiān), 吳自明, 方 圣, 張崇華, 劉 丹,2**

(1.江西省農(nóng)業(yè)氣象中心 南昌 330096; 2.江西省氣象科學(xué)研究所 南昌 330096; 3.南昌縣氣象局 南昌 330200; 4.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌 330045)

根據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第5次評(píng)估報(bào)告, 1880?2012年期間, 全球地表平均溫度上升了0.85 ℃[1], 在全球變暖的背景下, 近百年來(lái)(1909?2011年)中國(guó)陸地區(qū)域平均增溫0.9～1.5 ℃, 高于全球增溫平均水平, 近15年來(lái)氣溫上升的趨勢(shì)變緩, 但仍處于近百年來(lái)氣溫最高階段[2]。再生稻是利用收獲后稻樁上的休眠芽萌發(fā), 進(jìn)而生長(zhǎng)成穗的一季水稻(Oryza sativa)[3], 具有省工、省時(shí)、調(diào)節(jié)勞力、風(fēng)險(xiǎn)低、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)勢(shì)[4]。近年來(lái),隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素,再生稻種植受到農(nóng)戶喜愛, 種植面積已達(dá)7.3×105hm2[5], 且有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。四川、重慶的中稻?再生稻的種植模式已替代了絕大部分雙季稻栽種制度, 福建已把種植再生稻作為增加糧食總量的一種重要生產(chǎn)途徑, 江西、湖北、安徽等部分地區(qū)正逐步發(fā)展再生稻[6]。再生稻種植制度已逐漸發(fā)展為我國(guó)重要水稻種植制度。

目前, 針對(duì)再生稻研究主要集中在以下幾個(gè)方面: 一是再生稻高產(chǎn)關(guān)鍵栽培技術(shù)研究, 普遍認(rèn)為增加再生稻有效穗數(shù)是提高再生稻產(chǎn)量的關(guān)鍵[7-8]。二是播期對(duì)再生稻產(chǎn)量的影響, 各研究結(jié)果存在一定差異。黃成志等[9]認(rèn)為, 播期與再生季產(chǎn)量相關(guān)性不顯著; 汪浩等[10]則認(rèn)為, 適時(shí)早播能顯著提高再生季水稻產(chǎn)量。三是再生稻適宜生長(zhǎng)氣象條件分析, 普遍認(rèn)為頭季水稻齊穗至灌漿期遇高溫將導(dǎo)致水稻產(chǎn)量和品質(zhì)下降[11]; 適宜的溫濕度能顯著提高再生稻腋芽的萌發(fā)生長(zhǎng), 溫度過(guò)高將導(dǎo)致腋芽萌發(fā)受阻[12]。對(duì)于氣候變化背景下再生稻氣候生態(tài)條件的變化及區(qū)劃, 也有較多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究: 如黃淑娥等[13]以155 d為安全生長(zhǎng)期指標(biāo)研究了江西省再生稻種植區(qū); 方文等[12]研究了四川再生稻適宜生態(tài)條件及區(qū)域, 提出了再生稻的生態(tài)值; 王貴學(xué)等[14-15]以≥10 ℃積溫、7?9月平均氣溫等指標(biāo)對(duì)安徽和湖北再生稻氣候生態(tài)區(qū)進(jìn)行了區(qū)劃。綜上, 前人研究多集中在單個(gè)省、市的區(qū)域范圍內(nèi), 且選擇的關(guān)鍵氣象因子、評(píng)價(jià)方法等存在差異[15-16], 相互之間參考性不強(qiáng)。因此, 本文以再生稻的主要種植區(qū)南方九省(四川、重慶、湖北、湖南、安徽、江西、江蘇、福建、浙江)為研究區(qū)域, 綜合考慮秈稻和粳稻種子萌發(fā)、安全齊穗最低溫度及南方普遍使用的薄膜育秧技術(shù),選用種子萌發(fā)的起始溫度10 ℃[17]和水稻安全齊穗日平均溫度22 ℃[17-18]作為再生稻安全種植的界限溫度, 并利用南方高溫?zé)岷Φ臑?zāi)害指標(biāo)[19], 對(duì)氣候變化背景下再生稻安全生長(zhǎng)期及高溫?zé)岷Φ臅r(shí)空變化特征進(jìn)行分析, 以期為九省再生稻安全生產(chǎn), 充分利用溫光資源, 減輕高溫?zé)岷Φ牟焕绊懱峁┲笇?dǎo)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

再生稻種植主要省份包括四川、重慶、江西、湖北、安徽等地, 其中四川、重慶的中稻+再生稻已經(jīng)頂替了絕大部分雙季稻[6]。因此本文選取四川、重慶、湖北、湖南、江西、安徽、浙江、福建和江蘇9省作為研究區(qū)域。通過(guò)查閱100多篇相關(guān)文獻(xiàn),記錄再生稻種植點(diǎn)(圖1a), 9省中查找文獻(xiàn)未記錄再生稻種植的地區(qū)也放入本文一起討論。本研究所用的氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象信息中心, 包括9省601個(gè)國(guó)家級(jí)氣象觀察站(圖1b)的1981?2019年日平均氣溫資料, 其中氣象站點(diǎn)個(gè)數(shù)四川40個(gè)、重慶35個(gè)、湖北76個(gè)、湖南96個(gè)、江西82個(gè)、安徽75個(gè)、浙江64個(gè)、福建67個(gè)、江蘇66個(gè)。高程數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心國(guó)際科學(xué)數(shù)據(jù)鏡像網(wǎng)站(http://www.gscloud.cn)。

圖1 九省再生稻種植點(diǎn)(a)和氣象站點(diǎn)分布(b)Fig.1 Topographic map of ratooning rice planting sites (a) and distribution of weather stations (b) in the nine provinces

1.2 研究方法

1.2.1 再生稻安全生長(zhǎng)期的確定

再生稻安全生長(zhǎng)期是指再生稻安全播種至安全齊穗之間的天數(shù)[20]。高亮之等[17]將日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)10 ℃的80%保證率日期為水稻安全播種日期,以秋季日平均氣溫穩(wěn)定在22 ℃ (秈稻)及以上的日期作為水稻安全齊穗日期。石慶華等[18]認(rèn)為秈稻種子萌發(fā)起始溫度為12 ℃, 粳稻種子萌發(fā)起始溫度為10 ℃; 把日平均氣溫連續(xù)3 d低于22 ℃開始出現(xiàn)的日期定為安全齊穗期。本研究結(jié)合南方早稻播種育秧普遍使用薄膜育秧技術(shù), 將日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)10 ℃初始日期作為再生稻安全播種日期, 日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)22 ℃終止日期作為再生稻安全齊穗日期, 安全播種日期與安全齊穗日期之間的天數(shù)作為再生稻的安全生長(zhǎng)期。穩(wěn)定通過(guò)10 ℃初始日期和日平均氣溫穩(wěn)定22 ℃終止日期均采用5日滑動(dòng)平均法確定。

1.2.2 高程數(shù)據(jù)擬合

為了能夠得到安全播種期、安全齊穗期和安全生長(zhǎng)期空間上的變化特征, 本文要將點(diǎn)狀的安全播種期、安全齊穗期和安全生長(zhǎng)期通過(guò)面狀的高程數(shù)據(jù)、經(jīng)度數(shù)據(jù)和緯度數(shù)據(jù)擴(kuò)展到區(qū)域上。具體做法是: 先通過(guò)點(diǎn)狀的變量與經(jīng)度、緯度、高程數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸, 判斷各指標(biāo)與經(jīng)度、緯度和海拔之間的顯著性, 均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)時(shí), 得到回歸方程; 然后通過(guò)得到的回歸方程以及面狀的經(jīng)度、緯度和高程數(shù)據(jù)得到面狀的變量數(shù)據(jù), 即空間上的安全播種期、安全齊穗期和安全生長(zhǎng)期。

1.2.3 氣候傾向率

氣候傾向率[21]是表示某一氣象要素隨時(shí)間上升或下降的速率, 即傾向程度。通過(guò)一元回歸方法擬合各氣候要素與時(shí)間的一元線性回歸函數(shù):

式中:x為時(shí)間變量,y為氣候要素變量,a為回歸常數(shù),b為回歸系數(shù)。b>0說(shuō)明y隨x呈增加趨勢(shì),b<0說(shuō)明y隨x呈下降趨勢(shì);b絕對(duì)值大小反映變化的速率。本文以b的10倍作為氣候要素的氣候傾向率[21]。

1.2.4 再生稻高溫?zé)岷ρ芯繒r(shí)段及高溫?zé)岷ρ芯恐笜?biāo)確定

前人研究[22-23]表明, 我國(guó)水稻高溫?zé)岷χ饕l(fā)生在長(zhǎng)江流域地區(qū)(江蘇、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川), 主要影響6?7月的早稻抽穗?開花期和灌漿期、7?8月的中稻孕穗?開花期和灌漿期。再生稻頭季收割主要在8月, 此時(shí)也是再生稻腋芽萌發(fā)的關(guān)鍵時(shí)期[24]。因此高溫將會(huì)影響6?7月再生稻頭季抽穗揚(yáng)花和灌漿及腋芽分化生長(zhǎng)、8?9月再生稻再生季腋芽萌發(fā)生長(zhǎng)。為此, 本文分6?7月和8?9月兩個(gè)時(shí)段研究高溫?zé)岷μ攸c(diǎn)。

高溫?zé)岷ρ芯恐笜?biāo)參考前人研究[18], 依據(jù)水稻生長(zhǎng)階段日平均氣溫≥30 ℃持續(xù)3～4 d為輕度高溫?zé)岷?、持續(xù)5～6 d為中度高溫?zé)岷?、持續(xù)7 d及以上為重度高溫?zé)岷?lái)進(jìn)行再生稻生長(zhǎng)期高溫?zé)岷ρ芯俊?/p>

1.2.5 Mann-Kendall (M-K)非參數(shù)突變檢驗(yàn)

采用Mann-Kendall(M-K)方法[25]檢測(cè)分析再生稻安全播種初日、安全齊穗終日、安全生長(zhǎng)期及6?7月和8?9月輕、中和重度高溫?zé)岷Φ耐蛔兦闆r。Mann-Kenddall檢驗(yàn)法是一種氣候診斷與預(yù)測(cè)技術(shù), 又稱曼-肯德爾法[26], 其計(jì)算原理是根據(jù)變量的時(shí)間序列構(gòu)造秩序列, 然后利用秩序列的均值和方差定義統(tǒng)計(jì)量UF, 再對(duì)變量的時(shí)間序列進(jìn)行逆序排列,同樣方式得到統(tǒng)計(jì)量UB; UF的正負(fù)表明變量的變化趨勢(shì), 正值表明序列呈上升趨勢(shì), 負(fù)值表明呈下降趨勢(shì); 當(dāng)UF和UB超過(guò)顯著性臨界直線時(shí), 說(shuō)明趨勢(shì)顯著。UF和UB曲線的交點(diǎn)如果在臨時(shí)線之間,則交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為突變發(fā)生的時(shí)間[27]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010軟件對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和回歸分析。運(yùn)用ArcGIS 10.2軟件采用柵格計(jì)算器插值(map algebra)方法對(duì)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行插值, 設(shè)定的Cell size參數(shù)均為0.000 833 333 33, 生成空間柵格數(shù)據(jù), 然后根據(jù)指標(biāo)要求, 最后結(jié)果采用ArcGIS軟件對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行空間表達(dá)。

2 結(jié)果與分析

2.1 再生稻安全播種日期及安全生長(zhǎng)期時(shí)空變化

2.1.1 安全播種日期及安全生長(zhǎng)期空間特征

由圖2a可知, 南方九省再生稻安全播種日期基本上集中在3?4月。其中初日在3月的地區(qū)主要分布在湖南省、江西省、福建省、四川東部、湖北東部、安徽南部和浙江省大部, 初日在4月下旬及之后的區(qū)域分布在四川西部和湖北西部部分山區(qū),其余地區(qū)的初日在4月上中旬。九省的安全播種日期存在差異, 且大致呈緯度越高, 海拔越高, 初日越遲的特征, 可能原因是海拔越高, 空氣越稀薄, 云層越少, 接受地面的長(zhǎng)波反射減弱, 溫度越低; 而緯度越高, 太陽(yáng)高度角越小, 平均溫度會(huì)越低。

由圖2b可知, 南方九省安全生長(zhǎng)期天數(shù)在106～272 d, 其中低于150 d的區(qū)域集中在四川省中西部、湖北西部、重慶市東部地區(qū)、江蘇省北部以及其他省份的局部山區(qū); 天數(shù)在150～180 d的區(qū)域集中在四川省東部、重慶西部、湖南西北部、湖北北部、江西北部、安徽大部、江蘇大部、浙江大部和福建大部; 天數(shù)在200 d以上的區(qū)域分布在福建和浙江沿海的部分地區(qū); 九省其余地區(qū)的安全生長(zhǎng)期在180～200 d。九省安全生長(zhǎng)期存在差異, 且大致呈緯度越高, 海拔越高, 安全生長(zhǎng)期越短的特征。

圖2 南方九省再生稻安全播種日期(a)、安全生長(zhǎng)期(b)空間分布特征Fig.2 Spatial distribution of safe sowing date (a) and safe growth period (b) of ratoon rice in the nine provinces of South China

綜上可知, 南方九省的再生稻安全播種日期及安全生長(zhǎng)期存在差異, 呈現(xiàn)海拔越高、緯度越高、安全播種日期越遲、安全生長(zhǎng)期越短的特征, 因此在再生稻種植過(guò)程中, 需根據(jù)安全播種初日和安全生長(zhǎng)期, 合理選用再生稻品種, 合理安排播種期, 既要保證再生稻安全成熟, 又要充分利用當(dāng)?shù)販毓赓Y源, 達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)增效的目標(biāo)。

2.1.2 安全播種日期及安全齊穗日期氣候傾向率變化的空間特征

在計(jì)算1981?2019年每個(gè)站點(diǎn)安全播種日期和安全齊穗日期氣候傾向率的基礎(chǔ)上, 統(tǒng)計(jì)分析了安全播種日期和安全齊穗日期的空間變化特征。南方九省安全播種日期的氣候傾向率范圍為?9.6～2.6 d?(10a)?1,其中99%的站點(diǎn)為負(fù)氣候傾向率, 表明安全播種日期總體呈提早趨勢(shì)。圖3a顯示安徽大部、江蘇北部地區(qū)提早0～2 d, 其他大部分地區(qū)提早2 d以上, 呈現(xiàn)南部提早天數(shù)多、北部提早天數(shù)少的特征。九省安全齊穗日期的氣候傾向率范圍為?3.0～7.7 d?(10a)?1,其中82%以上為正氣候傾向率, 表明穩(wěn)定通過(guò)22 ℃的終日總體呈推遲趨勢(shì)。圖3b顯示安全齊穗日期推遲2 d以上的區(qū)域主要集中在江蘇和浙江省南部、福建省和江西省; 安全齊穗日期推遲0～2 d的區(qū)域集中在湖南省、安徽和湖北省大部、重慶市和四川省東部部分地區(qū); 安全齊穗日期提早的區(qū)域主要集中在江蘇省、安徽省、湖北省北部部分地區(qū), 四川省東部和重慶市中部地區(qū)安全齊穗日期也呈提早趨勢(shì)。安全齊穗日期呈東南部延遲天數(shù)多, 西部延遲天數(shù)少甚至提早的特征。

圖3 1981—2019年南方九省再生稻安全播種日期氣候傾向率(a)、安全齊穗日期氣候傾向率(b)空間分布特征Fig.3 Spatial distribution of the climate tendencies of safe sowing date (a) and safe full heading date (b) of ratoon rice from 1981 to 2019 in the nine provinces of South China

綜上, 九省再生稻安全播種日期總體呈提早趨勢(shì), 且呈由北向南提早天數(shù)增多的特征; 安全齊穗日期呈延遲趨勢(shì), 且由西北向東南延遲天數(shù)增多。安全播種日期的提早和安全齊穗日期的延遲, 延長(zhǎng)了再生稻安全生長(zhǎng)期, 有利于再生稻產(chǎn)量提高。

2.1.3 安全播種日期、齊穗日期及安全生長(zhǎng)期時(shí)間變化

通過(guò)線性擬合, 得到九省再生稻安全播種日期、安全齊穗日期及安全生長(zhǎng)期的時(shí)間變化趨勢(shì)。如圖4所示, 1981?2019年安全播種日期(10 ℃初日)隨時(shí)間變化呈提早趨勢(shì), 提早速率為3.3 d?(10a)?1; 安全齊穗日期(22 ℃終日)隨時(shí)間變化呈延遲的趨勢(shì),且延遲速率為1.5 d?(10a)?1, 小于安全插種日期的提早速率; 安全生長(zhǎng)期呈增加的趨勢(shì), 增加速率為4.8 d?(10a)?1, 等于安全播種日期提早速率與安全齊穗日期延遲速率之和。1981?2019 年九省安全生長(zhǎng)期延長(zhǎng)、安全播種日期提早、安全齊穗日期延遲, 這與前文安全播種日期、安全生長(zhǎng)期、安全齊穗日期的空間分析及空間變化特征得出的結(jié)論一致, 表明全球氣候變暖對(duì)九省安全播種日期、安全齊穗日期及安全生長(zhǎng)期具有明顯影響。

圖4 1981—2019 年南方九省安全生長(zhǎng)期、≥10 ℃初日和≥22 ℃終日日序逐年變化趨勢(shì)Fig.4 Changed trends of safe growth period, begining day of ≥ 10 ℃, and ending day of ≥ 22 ℃ from 1981 to 2019 in the nine provinces of South China

為進(jìn)一步了解安全播種日期、安全齊穗日期及安全生長(zhǎng)期的時(shí)間變化特征, 采用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)法對(duì)1981?2019年安全播種日期、安全齊穗日期及安全生長(zhǎng)期做長(zhǎng)期變化趨勢(shì)檢測(cè)。如圖5a所示, 安全播種日期的UF線和UB線在95%的顯著性下多次相交, 無(wú)法確定突變點(diǎn), 再次經(jīng)滑動(dòng)T檢驗(yàn), 最終確定 2001年為突變點(diǎn), 安全播種日期突變前歷年平均為3月19日, 突變后歷年平均為3月10日, 突變后的日期平均提前9 d。安全齊穗日期(圖5b), 在95%的顯著性下UF線和UB線無(wú)相交點(diǎn),表明全齊穗日期不存在突變點(diǎn)。安全生長(zhǎng)期(圖5c)在95%的顯著性下UF線和UB線有1個(gè)相交點(diǎn), 在1996年, 表明安全生長(zhǎng)期的突變點(diǎn)在1996年, 突變前平均安全生長(zhǎng)期為188 d, 突變后安全生長(zhǎng)期為200 d, 比突變前增加了12 d。

圖5 1981—2019年南方九省安全播種日期(a)、安全齊穗日期(b)及安全生長(zhǎng)期(c)突變分析Fig.5 Abrupt changes of safe sowing date (a), safe full heading date (b) and safe growth period (c) from 1981 to 2019 in the nine provinces of South China

2.2 再生稻生長(zhǎng)期內(nèi)6-7月和8-9月高溫?zé)岷Πl(fā)生時(shí)空變化

2.2.1 6-7月和8-9月高溫?zé)岷臻g變化

計(jì)算1981?2019年的6?7月和8?9月每個(gè)站點(diǎn)輕、中和重度高溫?zé)岷臻g分布可知, 6?7月南方九省輕度(圖6a)、中度(圖6b)和重度(圖6c)高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)空間變化基本一致, 主要集中在四川東部、重慶大部和長(zhǎng)江中下游地區(qū), 且長(zhǎng)江中下游南部較北部發(fā)生次數(shù)明顯增多; 福建大部、江蘇北部、四川東北部、湖南和湖北西部發(fā)生較少。8?9月南方九省輕度(圖6d)高溫?zé)岷Πl(fā)生站次與6?7月輕度高溫?zé)岷Πl(fā)生區(qū)域基本一致; 但8?9月中度(圖6e)和重度(圖6f)高溫?zé)岷Πl(fā)生站次空間較輕度高溫?zé)岷Πl(fā)生范圍和發(fā)生站次呈明顯減少的趨勢(shì), 發(fā)生區(qū)域仍主要集中在長(zhǎng)江中下游沿線和湖南、江西北部。

圖6 1981—2019年南方九省6—7月(a-c)、8—9月(d-f)輕、中、重度高溫?zé)岷Πl(fā)生空間分布特征Fig.6 Spatial change characteristics of mild, moderate and severe high temperature damage during June to July and August to September from 1981 to 2019 in the nine provinces of South China

比較6?7月和8?9月輕、中和重度高溫?zé)岷Πl(fā)生程度和區(qū)域發(fā)現(xiàn), 8?9月不同程度高溫?zé)岷^6?7月呈減少和縮減趨勢(shì), 但中度和重度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次和發(fā)生區(qū)域8?9月較6?7月明顯減少和縮減。

由圖7a可知, 重慶中西部、湖北東部、湖南中東部、江西大部、浙江大部、安徽大部和江蘇南部6?7月高溫?zé)岷Πl(fā)生總站次在40次以上, 達(dá)到平均每年1次以上, 而其余地區(qū)高溫?zé)岷δ昶骄l(fā)生站次低于1次。由圖7b可知, 重慶中西部、湖北東部、湖南東部、江西大部和浙江北部8?9高溫?zé)岷Πl(fā)生總站次在40次以上, 達(dá)到平均每年1次以上, 而其余地區(qū)高溫?zé)岷δ昶骄l(fā)生站次低于1次。綜上可知, 6?9月的高溫?zé)岷χ饕l(fā)生在重慶、湖北、湖南、江西、浙江、安徽和江蘇, 即重慶市和長(zhǎng)江中下游地區(qū)。

圖7 1981—2019年南方九省6—7月(a)、8—9月(b)高溫?zé)岷傉敬伟l(fā)生空間分布特征Fig.7 Spatial change characteristics of total high temperature damage druring June to July and August to September from 1981 to 2019 in the nine provinces of South China

2.2.2 6-7月和8-9月高溫?zé)岷φ敬沃鹉曜兓?/p>

由圖8a可以看出, 6?7月輕、中和重度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次隨時(shí)間呈增加的趨勢(shì), 分別增加48.5站 次?(10a)?1、30.3站 次?(10a)?1和37.4站 次?(10a)?1,輕度高溫?zé)岷υ黾于厔?shì)最明顯。各年度間高溫?zé)岷Πl(fā)生站次存在較大差異, 1981?2019年高溫?zé)岷Πl(fā)生站次最多的是2013年, 達(dá)1571站次, 其中輕度為630站次, 中度為394站次、重度為547站次; 發(fā)生站次最少的年份是1999年, 高溫?zé)岷傉敬螢?25。

由圖8b可知, 8?9月輕、中和重度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次隨時(shí)間呈增加趨勢(shì), 分別增加52.7站次?(10a)?1、18.2站次?(10a)?1和34.6站次?(10a)?1, 輕度高溫?zé)岷υ黾于厔?shì)最明顯。各年間高溫?zé)岷Πl(fā)生站次存在較大差異, 1981?2019年高溫?zé)岷Πl(fā)生站次最多的是2010年, 達(dá)1177站次, 其中輕度為393站次, 中度為426站次, 重度為355站次; 發(fā)生站次最少的年份是次可知, 6?7月年平均高溫?zé)岷Πl(fā)生站次較8?9月輕、中、重分別多83.9站次、41.6站次和115.9站次, 由此可知九省6?7月高溫?zé)岷Πl(fā)生重于8?9月。

圖8 1981—2019年南方九省6—7月(a)、8—9月(b)逐年高溫?zé)岷Πl(fā)生站次Fig.8 Times of annual high temperature damage occurrence stations during June to July and August to September from 1981 to 2019 in nine provinces of South China

2.2.3 6-7月和8-9月高溫?zé)岷ν蛔兲卣?/p>

對(duì)南方九省6?7月和8?9月的高溫?zé)岷p、中、重度發(fā)生站次進(jìn)行Mann-Kendall突變檢驗(yàn)。6?7月輕度高溫?zé)岷?圖9a)的突變點(diǎn)出現(xiàn)在1998年, 通過(guò)α=0.05顯著性水平檢驗(yàn), 突變后1999?2019年年平均輕度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次較1981?1998年年平均輕度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次多104次; 中度高溫?zé)岷?圖9b)的突變點(diǎn)在1988年, 通過(guò)α=0.05顯著性水平檢驗(yàn), 1981?1987年中度高溫?zé)岷δ昶骄鶠?8站次, 1988?2019年中度高溫?zé)岷δ昶骄鶠?76站次; 重度高溫?zé)岷?圖9c)的突變點(diǎn)在1986年。8?9月輕度高溫?zé)岷?圖9d)的突變點(diǎn)出現(xiàn)在1992年前后, 且通過(guò)了α=0.05信度檢驗(yàn), 突變后1993?2019年年平均輕度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次較1981?1992年年平均輕度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次多109次; 中度高溫?zé)岷?圖9e)通過(guò)α=0.05 顯著性水平檢驗(yàn)的突變點(diǎn)在2002年, 突變后2003?2019年年平均中度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次較1981?2002年年平均中度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次多107次; 重度高溫?zé)岷?圖9f)通過(guò)α=0.05 顯著性水平檢驗(yàn)的突變點(diǎn)也在2002年,突變后2003?2019年年平均重度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次較1981?2002年年平均重度高溫?zé)岷Πl(fā)生站次多84次。1982年, 高溫?zé)岷傉敬螢?2。8?9月站次最多的年份和站次最少的年份發(fā)生的站次都小于6?7月相對(duì)應(yīng)的站次最多的年份和站次最少的年份發(fā)生的站次。

圖9 1981—2019年南方九省6—7月(a-c)和8—9月(d-f)輕度、中度、重度高溫?zé)岷ν蛔兎治鯢ig.9 Abrupt changes of mild, moderate and severe heat damage during June to July (a-c) and August to September (d-f) from 1981 to 2019 in nine provinces of South China

綜上可知, 6?7月和8?9月的高溫?zé)岷﹄S時(shí)間都是呈增加的趨勢(shì), 6?7月總站次增加速率大于8?9月增加速率, 且6?7月在1981?2019年總高溫?zé)岷δ臧l(fā)生最多站次和最少站次均高于8?9月份年最多發(fā)生站次和最少發(fā)生站次; 計(jì)算年平均站

3 討論

一般認(rèn)為, 滿足水稻種子萌發(fā)的起始溫度秈稻12 ℃、粳稻10 ℃可作為水稻安全播種期, 把日平均氣溫連續(xù)3 d低于22 ℃開始出現(xiàn)的日期定為安全齊穗期[18]?？紤]到南方薄膜育秧技術(shù)的普遍性, 本研究使用10 ℃作為再生稻頭季的安全播種起始溫度、22 ℃作為再生季水稻安全齊穗揚(yáng)花最低溫度進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明, 1981?2019年氣候變暖背景下再生稻安全播種期提早, 安全齊穗期推遲, 安全生長(zhǎng)期延長(zhǎng), 這與葉清等[28]、謝遠(yuǎn)玉等[20]研究結(jié)論相一致。安全播種、齊穗和生長(zhǎng)期的變化對(duì)再生稻種植帶來(lái)直接影響。適時(shí)提早再生稻播種期，不僅能延長(zhǎng)再生季生長(zhǎng)時(shí)間，提高頭季稻產(chǎn)量，同時(shí)對(duì)再生季產(chǎn)量也有顯著影響[9,29-30]。

不同地區(qū)安全生長(zhǎng)期之間存在一定差異。任天舉等[31]研究溫度與再生稻農(nóng)藝性狀的相關(guān)性認(rèn)為,重慶地區(qū)中遲熟雜交稻品種再生稻穩(wěn)定且高產(chǎn)的適宜種植區(qū)海拔高度上限約為340 m, 其對(duì)應(yīng)的年均溫為17.8 ℃, 穩(wěn)定通過(guò)10 ℃初日至連續(xù)5 d≥22 ℃終日; 黃淑娥等[13]以日平均氣溫穩(wěn)定通過(guò)10 ℃初日至20 ℃終日持續(xù)天數(shù)為155 d作為再生稻所需生育天數(shù)的下限指標(biāo); 高陽(yáng)華等[16]對(duì)重慶市再生稻適宜性區(qū)劃研究認(rèn)為, 再生稻適宜栽培區(qū)安全齊穗期為9月底?10月初, 較適宜栽培區(qū)為9月中下旬以前。本研究發(fā)現(xiàn), 南方九省不同地區(qū)安全生長(zhǎng)期存在明顯差異, 正好驗(yàn)證了不同地區(qū)安全生長(zhǎng)期存在差異[13,16,31]這一結(jié)論。在進(jìn)行再生稻種植過(guò)程中, 不宜根據(jù)某一固定生長(zhǎng)期來(lái)劃定再生稻種植區(qū), 各地宜根據(jù)當(dāng)?shù)匕踩シN期和安全生長(zhǎng)期, 合理選用再生稻品種, 以充分利用溫光資源增產(chǎn)增效。

進(jìn)一步對(duì)1981?2019年再生稻安全播種初日、安全生長(zhǎng)期和安全齊穗終日進(jìn)行突變型檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),南方九省再生稻安全播種初日突變點(diǎn)發(fā)生在2001年, 突變后的日期較突變前提前9 d; 安全齊穗期無(wú)突變發(fā)生; 安全生長(zhǎng)期突變點(diǎn)在1996年, 突變后較突變前延長(zhǎng)12 d。因研究時(shí)間、站點(diǎn)和區(qū)域不同, 本研究與前人研究存在一定差異。劉丹等[32]研究江西近55年≥10 ℃初日突變發(fā)生年份為2004年; 謝遠(yuǎn)玉等[20]研究近52年長(zhǎng)江中下游水稻安全生長(zhǎng)期的突變點(diǎn)出現(xiàn)在2000年, 安全生長(zhǎng)期平均延長(zhǎng)7 d; 李帥等[33]基于格點(diǎn)研究了中國(guó)≥10 ℃初日變化發(fā)現(xiàn), 多數(shù)格點(diǎn)提前日數(shù)在0～10 d。

陳超等[34]和張倩等[23]研究高溫?zé)岷Ψ植及l(fā)現(xiàn),我國(guó)水稻高溫?zé)岷χ饕l(fā)生在長(zhǎng)江流域地區(qū)(江蘇、上海、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重慶、四川)。本研究分析得出的1981?2019年高溫?zé)岷Πl(fā)生區(qū)域與陳超等、張倩等結(jié)論基本一致。說(shuō)明上述區(qū)域進(jìn)行再生稻種植存在高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)一步分析南方九省輕、中和重度高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律可知,高溫?zé)岷Τ试黾拥内厔?shì), 6?7月和8?9月輕、中和重度高溫?zé)岷ν蛔儼l(fā)生年份分別為1998年、1988年、1986年和1992年、2002年、2002年, 高溫?zé)岷Πl(fā)生站次突變后較突變前均明顯增多。高溫?zé)岷υ黾于厔?shì)與楊軍等[11]研究結(jié)論相一致。

再生稻生長(zhǎng)過(guò)程中的高溫不僅對(duì)頭季水稻開花授粉及灌漿有明顯影響, 同時(shí)導(dǎo)致葉片同化能力降低、衰老加快、灌漿期縮短、成熟期提前, 進(jìn)而對(duì)再生稻腋芽萌發(fā)產(chǎn)生影響; 高溫還影響再生季水稻腋芽萌發(fā), 導(dǎo)致再生季水稻有效穗數(shù)減少, 產(chǎn)量降低[7,12,35-36]。早稻齊穗開花期和灌漿期高溫?zé)岷Χ喟l(fā)生于每年的6?7月[11], 再生稻腋芽萌發(fā)生長(zhǎng)與氣溫有明顯相關(guān)性, 且再生稻腋芽萌發(fā)生長(zhǎng)主要在8?9月[24], 因此本文選用6?7月、8?9月兩個(gè)時(shí)間段對(duì)再生稻生長(zhǎng)期間高溫?zé)岷M(jìn)行分析。結(jié)果表明, 近39年6?7月和8?9月輕、中、重及總的高溫?zé)岷Πl(fā)生站次呈增加的趨勢(shì), 這一研究結(jié)果驗(yàn)證了楊軍等[11]、王慶志等[37]的研究。且6?7月總高溫?zé)岷Πl(fā)生站次明顯多于8?9月份, 6?7月和8?9月高溫?zé)岷Πl(fā)生站次都表現(xiàn)為輕度>重度>中度。6?7月重度高溫?zé)岷Φ脑黾? 將影響再生稻頭季稻花粉活力, 導(dǎo)致頭季稻空秕粒增加, 并且影響頭季稻齊穗灌漿, 灌漿期縮短, 成熟期提前, 影響稻米品質(zhì)和腋芽生長(zhǎng)[11-12]。8?9月高溫?zé)岷φ敬蔚脑黾訉⒂绊懺偕舅疽秆康拿劝l(fā)生長(zhǎng)。方文等[24]研究發(fā)現(xiàn), 頭季稻收割后, 再生稻腋芽萌發(fā)的適宜溫度是日均溫25.5～28.0 ℃, 溫度過(guò)高, 腋芽萌發(fā)苗數(shù)下降。為此,在進(jìn)行再生稻生產(chǎn)過(guò)程中, 在安全生長(zhǎng)期允許的地區(qū), 可適時(shí)調(diào)整再生稻播種期, 以減輕高溫?zé)岷?duì)再生稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響; 其他地區(qū)可采取適時(shí)早播的方式使頭季稻齊穗揚(yáng)花期避開高溫時(shí)段, 再生稻腋芽萌發(fā)時(shí)通過(guò)排灌水來(lái)影響田間小氣候, 促進(jìn)再生稻腋芽萌發(fā)生長(zhǎng)。

4 結(jié)論

1)氣候變暖背景下, 南方九省1981?2019年安全播種日期提早、安全齊穗日期延遲, 安全生長(zhǎng)期延長(zhǎng), 且安全播種日期由北向南提早天數(shù)增多, 安全齊穗日期由西北向東南延遲天數(shù)增多。突變結(jié)果表明, 安全播種日期提早突變發(fā)生在2001年, 突變后較突變前提早9 d; 安全生長(zhǎng)期延長(zhǎng)突變發(fā)生在1996年, 突變后較突變前增加12 d, 安全齊穗期無(wú)明顯突變時(shí)間。

2)1981?2019年6?7月和8?9月的高溫?zé)岷χ饕l(fā)生在重慶市和長(zhǎng)江中下游地區(qū); 發(fā)生站次呈顯著增加的趨勢(shì), 增加速率均為輕度>中度>重度, 且6?7月高溫?zé)岷Πl(fā)生重于8?9月。6?7月和8?9月輕、中和重度高溫?zé)岷ν蛔儼l(fā)生年份分別為1998年、1988年、1986年和1992年、2002年、2002年, 突變后高溫?zé)岷γ黠@增加。

3)再生稻生產(chǎn)過(guò)程中, 各地要根據(jù)本地的實(shí)際情況, 篩選適合的再生稻品種, 合理安排播種期, 以達(dá)到既能避開或減輕高溫?zé)岷Φ挠绊? 又能最大限度利用溫光資源, 從而提高再生稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。