湘中地區(qū)雙季稻生長期內氣候變化特征

劉文祥，鄭 宏，易睿鵬，劉學文，周華林

（1. 湖南省農業(yè)信息與工程研究所，湖南 長沙 410125；2. 衡陽市第二中學，湖南 衡陽 421001；3. 湖南亞華種子有限公司，湖南 長沙 410205；4. 湘潭縣農業(yè)農村局，湖南 湘潭 411228）

近年來極端氣候事件頻發(fā)，氣候變化已經對全球糧食生產造成影響，嚴重時將威脅國家糧食安全。全球氣候變化以升溫為主要特征，20世紀的100 a內，全球平均氣溫升高0.6℃，2000—2005年又上升了0.1℃[1]。氣溫升高對農業(yè)生產帶來的影響利弊共存，不利的方面表現(xiàn)為作物生長發(fā)育速度加快從而使生育期縮短、降水不均衡以及高溫熱害所導致的產量下 降[2-6]；有利的方面主要表現(xiàn)為早稻播種期和晚稻安全齊穗期適當提前，而水稻生長季延長和生育期縮短后，將給品種搭配提供更多的余地，因此復種指數(shù)得到提高、雙季早晚稻種植面積也得以擴大[7-8]。

隨著經濟的飛速發(fā)展，人口在很長一段時間仍將繼續(xù)保持增長，而耕地面積無法增加。因此，充分利用氣候變化給水稻生產帶來的溫光資源優(yōu)勢，同時，削弱其不利因素的影響，這對于提高水稻單產以穩(wěn)定或增加總產至關重要。筆者以湘中地區(qū)1960—2019年的雙季早、晚稻生育期內逐日地面氣象觀測數(shù)據(jù)為研究對象，比較分析近60 a早晚稻生長期內各生育時期的溫、光、水等氣候資源變化趨勢，探討在區(qū)域氣候變化的背景下，雙季早晚稻生產如何充分利用氣候變化所帶來的優(yōu)勢以及避開氣候變化所帶來的不利影響，以期為該區(qū)域及相鄰地區(qū)雙季早晚稻適應氣候變化下的高產高效生產提供指導。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

湖南水稻種植區(qū)域根據(jù)地域等特點可以劃分為湘北平湖區(qū)、湘南丘崗區(qū)、湘中、湘東高產區(qū)和湘西山區(qū)；湘中地區(qū)的水稻種植水平高，該區(qū)域以雙季稻超高產生產模式為主，其單產水平也相對較高，是湖南省水稻的高產集中區(qū)[9]。

1.2 氣象數(shù)據(jù)的來源與處理方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源研究數(shù)據(jù)均來源于中國氣象局國家氣象信息中心，區(qū)域范圍為長沙、湘潭、衡陽、婁底等4市，時間段取1960—2019年，依據(jù)全球氣候變化特征劃分為2個時段：時段I（1960— 1989年）、時段II（1990—2019年）[1,10]。氣象數(shù)據(jù)主要包括區(qū)域內雙季稻各生長期內逐日氣象資料的平均氣溫、平均 日最高氣溫、平均日最低氣溫、日照時數(shù)和降水量等。

1.2.2 氣象數(shù)據(jù)處理方法（1）早晚稻全生育期以及各生育時期的界定。首先從時間上界定3—7月為早稻生長期，6—10月為晚稻生長期；為便于統(tǒng)計分析又將研究地區(qū)雙季早稻的生長期分別劃分為播種育秧期（3月20日—4月15日）、移栽返青分蘗期（4月15日—5月15日）、孕穗期（5月15日—6月10日）、抽穗期（6月10日—6月20日）、灌漿成熟期（6月20日—7月15日）5個時期；雙季晚稻的生長期也依次劃分為播種育秧期（6月15日—7月10日）、移栽返青分蘗期（7月10日—8月10日）、孕穗期（8月10日—9月5日）、抽穗期（9月5日—9月15日）、灌漿成熟期（9月15日—10月20日）5個時期。（2）水稻各生長期區(qū)域內氣候資源變化特點及其氣候傾向率。對湘中地區(qū)1960—2019年氣象臺站的早、晚稻5個生長時期內5個農業(yè)氣候要素數(shù)據(jù)進行處理，采用最小二乘法計算氣候要素與時間的線性回歸系數(shù)a，用一次線性方程表示使氣候要素的變化，a×10為氣候傾向率。

2 結果與分析

2.1 湘中地區(qū)雙季稻生長期內平均氣溫變化趨勢

由表1可知，早稻播種育秧期平均氣溫時段Ⅱ為13.72℃，較時段Ⅰ升高了1.25℃，早稻播種育秧期平均氣溫上升幅度較大，其氣候傾向率為0.433℃/10a；晚稻播種育秧期平均氣溫時段Ⅱ為25.88℃，較時段Ⅰ升高了0.35℃，晚稻播種育秧期平均氣溫氣候傾向率為0.125℃/10a。1960—2019年，早晚稻移栽返青分蘗期平均氣溫持續(xù)上升，但早稻增幅比晚稻大，早晚稻增加速率分別為0.337和0.058℃/10a。早晚稻孕穗期平均氣溫變化趨勢顯示，早稻略有升高，晚稻略有下降，二者平均氣溫氣候傾向率分別為0.091和-0.086℃/10a。1960—2019年，早晚稻抽穗期平均氣溫均為持續(xù)上升，平均氣溫氣候傾向率分別為0.159和0.124℃/10a；早晚稻灌漿成熟期平均氣溫變化趨勢表現(xiàn)為早稻略有上升，晚稻時段Ⅱ較時段Ⅰ上升了0.56℃，早晚稻平均氣溫氣候傾向率分別為0.081和0.192℃/10a。

表1 湘中地區(qū)雙季稻生長期內平均氣溫變化特征及其氣候傾向率

2.2 湘中地區(qū)雙季稻生長期內平均日最高氣溫變化趨勢

由表2可知，早晚稻播種育秧期平均日最高氣溫變化呈上升趨勢，早稻上升幅度較晚稻大，早稻時段Ⅱ較時段Ⅰ上升了2.44℃，晚稻時段Ⅱ較時段Ⅰ上升了0.14℃；早晚稻播種育秧期平均日最高氣溫氣候傾向率分別為0.808和0.074℃/10a。1960—2019年，早稻移栽返青分蘗期平均日最高氣溫呈上升趨勢，晚稻則略有下降；早晚稻移栽返青分蘗期平均日最高氣溫氣候傾向率分別為0.421和-0.002℃/10a；早稻孕穗期平均日最高氣溫呈上升趨勢，而晚稻卻下降，早稻時段Ⅱ較時段Ⅰ上升了1.83℃；晚稻時段Ⅱ較時段Ⅰ下降了0.56℃；早晚稻孕穗期平均日最高氣溫氣候傾向率分別為0.520和-0.194℃/10a。1960—2019年，早晚稻抽穗期和灌漿成熟期平均日最高氣溫變化趨勢均為上升，其中，早晚稻抽穗期時段Ⅱ較時段Ⅰ分別上升了0.48和0.43℃；早稻灌漿成熟期時段Ⅱ較時段Ⅰ平均日最高氣溫下降了0.04℃，晚稻的上升了0.44℃；早稻抽穗期和灌漿成熟期平均日最高氣溫氣候傾向率分別為0.156和0.018℃/10a；晚稻抽穗期和灌漿成熟期平均日最高氣溫氣候傾向率分別為0.140和 0.158℃/10a。

表2 湘中地區(qū)雙季稻生長期內平均日最高氣溫變化特征及其氣候傾向率

2.3 湘中地區(qū)雙季稻生長期內平均日最低氣溫變化趨勢

1960—2019年，區(qū)域內早晚稻生長期內不同生育時期平均日最低氣溫變化呈上升趨勢（表3），升幅最大的為早稻播種育秧期，其次是早稻移栽返青分蘗期，增幅最小的是晚稻孕穗期；表明雙季稻生長期內平均日最低氣溫在持續(xù)上升，尤其是早稻播種育秧期和移栽返青分蘗期平均日最低氣溫的升高有利于提早播種和提前移栽。早晚稻播種育秧期平均日最低氣溫時段Ⅱ較時段Ⅰ分別上升了1.27和0.51℃；早晚稻播種育秧期平均日最低氣溫氣候傾向率分別為0.428和0.180℃/10a。早晚稻移栽返青分蘗期平均日最低氣溫時段Ⅱ較時段Ⅰ分別上升了1.00和0.45℃；早晚稻移栽返青分蘗期平均日最低氣溫氣候傾向率分別為0.307和0.151℃/10a。與其他生育期相比，早稻孕穗期段Ⅱ較時段Ⅰ平均日最低氣溫增幅較小，僅為0.55℃，而晚稻卻下降了0.02℃；早稻孕穗期平均日最低氣溫氣候傾向率為0.172℃/10a，晚稻僅為0.022℃/10a。1960—2019年，早晚稻抽穗期平均日最低氣溫均持續(xù)上升，二者平均日最低氣溫氣候傾向率分別為0.178和0.154℃/10a。早晚稻灌漿成熟期平均日最低氣溫時段Ⅱ較時段Ⅰ分別上升了0.40和0.65℃，平均日最低氣溫氣候傾向率分別為0.162和0.226℃/10a。

表3 湘中地區(qū)雙季稻生長期內平均日最低氣溫變化特征及其氣候傾向率

2.4 湘中地區(qū)雙季稻生長期內日照時數(shù)變化趨勢

由表4可知，時段Ⅱ較時段Ⅰ而言，早稻的播種育秧期、移栽返青分蘗期和抽穗期以及晚稻的灌漿成熟期的日照時數(shù)增加，其余時期均為減少；從早晚稻各生育期日照時數(shù)氣候傾向率來看，僅早稻的播種育秧期、移栽返青分蘗期為增加，其他均為減少；早稻的移栽返青分蘗期增幅最大，為2.922 h/10a，降幅最大的是晚稻的孕穗期，為11.020 h/10a。區(qū)域內早稻移栽返青分蘗期的日照時數(shù)增加利于其返青和分蘗，而晚稻孕穗期日照時數(shù)大幅減少則對光合生產極為不利，影響干物質積累和運轉，不利于結實率的提高，最終影響晚稻高產目標的實現(xiàn)。

表4 湘中地區(qū)雙季稻生長期內日照時數(shù)變化特征及其氣候傾向率

2.5 湘中地區(qū)雙季稻生長期內降水量變化趨勢

1960—2019年，區(qū)域內早晚稻生長期內不同生育時期降水量變化特征不完全相同（表5）。其中，早稻播種育秧期、移栽返青分蘗期降水量均呈減少趨勢，其余生育期均為增加；灌漿成熟期的降水量時段Ⅱ較時段Ⅰ增加了14.63 mm。晚稻季降水量僅移栽返青分蘗期表現(xiàn)為增加，為43.43 mm；降幅最大的是灌漿成熟期，時段Ⅱ較時段Ⅰ減少了5.51 mm。根據(jù)早晚稻5個不同生長時期的降水量氣候傾向率分析，該區(qū)域早稻生育后期降水量增加可能會導致減產；晚稻生育前期降水量增加有利于分蘗，但后期降水量的減少則不利于結實率的提高。

表5 湘中地區(qū)雙季稻生長期內降水量變化特征及其氣候傾向率

3 結論與討論

水稻是一種喜高溫、多濕、短日照的作物，溫、光、水等資源的變化會對其產生較大影響[1]。張宇等[11]研究報道，隨著溫光資源的增加，若水稻品種、播期和移栽期繼續(xù)保持不變，將會加速水稻發(fā)育進程，從而相應縮短其生育期。有研究表明，氣溫若升高l℃，水稻生育期將會縮短7~8 d[12]；韓芳玉等[13]研究報道，水稻生長季平均氣溫每增加1%，則其產量將減產0.32%。關于降水量對水稻結實率的影響，有研究認為早稻結實率隨其生長后期降水量的增加而減 少[13]；水稻結實期若發(fā)生干旱脅迫，也會影響其結實率[14]。有研究報道，早稻每穗總粒數(shù)與始穗前10~5 d的日照時數(shù)正相關[15]；水稻分蘗期日照時數(shù)減少將導致分蘗數(shù)減少和生育期延遲[16]。研究結果表明，早稻生長期內平均氣溫、平均日最高氣溫、平均日最低氣溫均表現(xiàn)為一定幅度的增加，且均以播種育秧期增幅最大，灌漿成熟期增幅最?。欢淼旧L期內平均氣溫除孕穗期略有下降外，其余生育時期均呈上升趨勢；晚稻播種育秧期、抽穗期和灌漿成熟期3個時期平均日最高氣溫均呈升高趨勢，增幅最大的是灌漿成熟期，其次是抽穗期，而移栽返青分蘗期和孕穗期卻呈下降趨勢；晚稻生長期內平均日最低氣溫表現(xiàn)為持續(xù)上升，增幅最大的為灌漿成熟期，增幅最小的是孕穗期。早、晚稻生長期內日照時數(shù)僅早稻的播種育秧期和移栽返青分蘗期表現(xiàn)出增加趨勢，其他生育時期均為減少；增幅最大的為早稻的移栽返青分蘗期，降幅最大的為晚稻孕穗期，其次為晚稻的移栽返青分蘗期。早稻的播種育秧期和移栽返青分蘗期內降水量減少，其余時期均為增加；晚稻播種育秧期、移栽返青分蘗期和孕穗期內降水量變化均為增加，而抽穗期和灌漿成熟期則減少；早稻增幅最大的為灌漿成熟期，為9.353 mm/10a；晚稻增幅最大的是播種育秧期，為6.391 mm/10a。

氣候變化對湘中地區(qū)早稻生長而言是利弊共存，生育前期的升溫利于水稻育秧、移栽的提前和分蘗的發(fā)生，而生殖生長時期日照時數(shù)的減少以及降水量的增加則會影響其干物質積累最終導致減產。對晚稻生長而言，前期日照時數(shù)的減少不利于分蘗發(fā)生，導致無法滿足高產所需的足量有效穗；結實期的日照減少以及降水量的增加均會影響其光合生產，最終導致結實率下降。因此對于早晚稻生產，既要充分利用氣候變化所帶來的優(yōu)勢，即早稻可適當提前播種，晚稻盡可能選搭遲熟品種；又要采取相應調控措施應對氣候變化給水稻生產帶來的不利影響，如優(yōu)化群體構建來延緩葉片衰老、提高生長后期干物質積累量，最終實現(xiàn)高產與高效協(xié)同發(fā)展的目標。