建寧縣煙后水稻制種主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害分析

余春華 游宇琦 姜建萍 吳淋娣

(1.福建省三明市氣象局,福建 三明 365000；2.福建省惠安縣氣象局，福建 泉州 362100；3.福建省建寧縣氣象局，福建 三明 354500 )

1 概述

建寧縣自1976年開始雜交水稻“三系”制種，1986年被認(rèn)定為福建省雜交水稻繁育制種基地縣，2013年7月被農(nóng)業(yè)部認(rèn)定為國家級雜交水稻種子生產(chǎn)基地縣，位列全國雜交水稻種子生產(chǎn)基地縣首位。近年來，全縣雜交水稻制種面積穩(wěn)定在15萬畝以上，年產(chǎn)雜交水稻種子3500萬公斤以上，約占全國雜交水稻用種量的10%以上，在我國雜交水稻制種產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占有重要地位，為保障我國糧食安全和農(nóng)民增收做出了積極貢獻(xiàn)。但氣候條件在一定程度上仍影響和制約著建寧水稻種子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，尤其是在氣候變化背景下，春季倒春寒，夏季高溫?zé)岷?、暴雨和洪澇，秋季低溫等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害頻發(fā)，突發(fā)性加強(qiáng)，難以防御和災(zāi)后補(bǔ)救，常造成水稻種子質(zhì)量和產(chǎn)量下降；同時(shí)，隨著建寧縣種子企業(yè)入駐增加，制種面積擴(kuò)大，組合更新加快，災(zāi)害性天氣和病蟲危害影響加重，每年至少 10% 以上制種面積列入理賠對象，嚴(yán)重影響到種子產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

目前，國內(nèi)學(xué)者對建寧縣水稻制種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的研究不多，也不夠深入，主要側(cè)重在栽培技術(shù)、災(zāi)害影響和防御措施等方面。黃得裕針對建寧縣種子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀及其存在的問題提出相關(guān)對策[1]。饒泉根、曾雪華等針對當(dāng)?shù)厮局品N，總結(jié)了主要?dú)庀鬄?zāi)害及影響，并提出了對應(yīng)的防御措施[2-3]。魯偉林等介紹了信陽地區(qū)災(zāi)害性天氣發(fā)生規(guī)律及其對雜交稻制種的影響,并提出了應(yīng)對措施[4]。孫瑞建等分析了高溫?zé)岷?、低溫連陰雨、臺風(fēng)等常見災(zāi)害性氣候?qū)﹄s交水稻制種不同生育時(shí)期產(chǎn)生的影響[5]。繆文華等分析了全球變暖氣候背景下，氣象災(zāi)害對父母本播期的安排、花期相遇以及病、蟲、草害的消長，對制種的穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的不利影響，以及雜交稻制種生產(chǎn)過程中主要?dú)庀鬄?zāi)害的成因和影響，并提出了應(yīng)對措施[6]。張翊等分析影響福建省雜交水稻種子生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害因子和發(fā)生規(guī)律，提出了利用氣候規(guī)律規(guī)避氣象災(zāi)害的對策和措施，得到福建理想制種區(qū)域和最佳制種時(shí)間[7]。胡凝等基于雜交稻制種過程中的花期相遇和氣象災(zāi)害問題，設(shè)計(jì)雜交稻制種播期預(yù)測虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了水稻生長發(fā)育過程的虛擬展示和模擬災(zāi)害的影響[8]。但對于影響建寧縣煙后水稻制種的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害變化規(guī)律還未有研究，水稻制種生產(chǎn)中尚無科學(xué)技術(shù)參考和指導(dǎo)。因此，研究當(dāng)前氣候變化背景下建寧縣煙后水稻制種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，對于趨利避害合理安排生產(chǎn)，確保水稻制種產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

本文以建寧縣水稻種植面積最多的煙后水稻制種為研究對象，確定其主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)，研究主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生規(guī)律，分析其對煙后水稻制種的影響，并提出趨利避害措施，以提升建寧縣水稻制種氣象防災(zāi)減災(zāi)能力，為制種生產(chǎn)和政策性保險(xiǎn)提供氣象參考，促進(jìn)建寧縣制種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

采用建寧縣基本氣象觀測站1961—2020年每年6—10月的逐日氣象觀測資料，包括平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)。

2.2 災(zāi)害指標(biāo)

建寧縣雜交水稻制種分為早制、中制和秋制(煙后水稻制種)，其中秋制面積最大。早制雜交水稻3月中下旬播種，7月下旬到8月上旬收割；中制4月中下旬播種，8月中旬到9月中旬收割，秋制生育期較長，一般于6月中下旬播種，9月底到10月份收割。建寧縣煙后水稻制種主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害有低溫、高溫、連陰雨、暴雨等，其中影響最大的是育性敏感期(幼穗分化期)和抽穗揚(yáng)花期低溫、高溫?zé)岷?、連陰雨、暴雨等，其災(zāi)害指標(biāo)見表1。

表1 建寧縣煙后水稻制種主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害指標(biāo)

2.3 方法

在分析氣候要素變化趨勢時(shí)，采用氣候傾向率來表示。利用最小二乘法，建立要素Xi與時(shí)間Ti的一元線性回歸方程：

Xi=aTi+b(i=1,2,3,…,n)

(1)

式(1)中：Xi為樣本量為n的某一氣候變量，Ti為Xi所對應(yīng)的時(shí)間，a、b為回歸常數(shù)。氣候傾向率以回歸系數(shù)a的10倍表示[9]。

3 結(jié)果分析

3.1 敏感期低溫

雜交水稻制種育性敏感期確保足夠高的溫度，促使不育系敗育，是雜交制種成功的關(guān)鍵。8月上旬立秋后，建寧縣氣溫開始下降，就有可能出現(xiàn)低于煙后水稻制種雄性不育系育性安全的起點(diǎn)臨界溫度，影響雜交水稻制種純度。因此，立秋后水稻制種安全風(fēng)險(xiǎn)隨著時(shí)間推移，風(fēng)險(xiǎn)越大。對于大多數(shù)雄性不育性品種來說，有比較一致的觀點(diǎn)，認(rèn)為光溫敏型不育系的育性轉(zhuǎn)換是抽穗前5～20d的光溫條件綜合作用的結(jié)果，而溫敏型不育系的育性主要由抽穗前5～20d的溫度主控，大部分不育性品種的育性臨界溫度為23.5℃。8月份為建寧縣制種水稻不育系育性敏感期，8月下旬到9月為抽穗揚(yáng)花期的關(guān)鍵期，以一年當(dāng)中8月以后第一次出現(xiàn)敏感期低溫的日期為初日，且一年只計(jì)算一次。

3.1.1 敏感期低溫初日次數(shù)

從建寧縣1961—2020年煙后水稻制種敏感期不同低溫出現(xiàn)次數(shù)可以看出(表2)，建寧縣雜交水稻制種敏感期低溫初日最早出現(xiàn)在8月上旬和中旬，其中23.5℃育性轉(zhuǎn)換敏感期低溫初日最早出現(xiàn)在8月上旬，8月份共出現(xiàn)13次，占22%，9月份共出現(xiàn)45次，占75%；22℃抽穗楊花敏感期低溫初日最早出現(xiàn)在8月中旬，近60年有且僅有1次，發(fā)生在1966年8月19日，其余大部分都出現(xiàn)在9月中旬，占近40%，再次為9月上旬和下旬，最遲出現(xiàn)在10月份。20℃抽穗楊花敏感期低溫最早出現(xiàn)在9月10日，且僅有一次，大部分都在9月中旬及之后，對雜交水稻制種生產(chǎn)基本無影響。

表2 建寧縣1961—2020年煙后水稻制種

3.1.2 育性敏感期初日變化趨勢

從近60年連續(xù)3d日平均氣溫≤23.5℃的初日變化趨勢來看(圖1)，最早出現(xiàn)在8月上旬，但概率極小，為3.33%，初日呈往后推遲的趨勢，10年推遲約0.9d。近年來初日明顯推遲，在2002年之后，初日出現(xiàn)日期均在8月25日之后。對于建寧縣雜交水稻制種來說，日平均氣溫≥23.5℃的時(shí)間長，適宜大多數(shù)雜交水稻制種。

圖1 建寧縣1961—2020年連續(xù)3d日平均氣溫≤23.5℃的初日變化趨勢

3.1.3 抽穗敏感期秋季低溫初日變化趨勢

抽穗敏感期連續(xù)3d日平均氣溫≤22.0℃是大部分秈型水稻抽穗揚(yáng)花期的秋季低溫指標(biāo)。從近60年連續(xù)3d日平均氣溫≤22.0℃的初日變化趨勢來看(圖2)，最早出現(xiàn)在8月中旬，僅有1次，出現(xiàn)概率為1.67%，大多數(shù)出現(xiàn)在9月份，除了1984年出現(xiàn)在9月2日，其他年份均出現(xiàn)在9月5日之后；初日呈往后推遲的趨勢，每10年推遲約1d；但近年來初日明顯推遲，2008年開始，初日出現(xiàn)日期均在9月中旬及之后。對于建寧縣雜交水稻制種而言，連續(xù)3d日平均氣溫≥22℃結(jié)束日期晚，范圍寬，絕大多數(shù)雜交水稻不育系能保持不育，正常進(jìn)行雜交和揚(yáng)花授粉，表明氣候?qū)﹄s交水稻制種非常有利?！?2型”秋季低溫的初日在9月中旬出現(xiàn)25次，約2年出現(xiàn)1次，而且最長持續(xù)時(shí)間達(dá)到10d。由此可知，建寧縣9月份開始，氣溫下降速度快，9月中旬氣溫就會下降到22℃以下，因此，對“22型”秋季低溫敏感的水稻品種而言，抽穗楊花期最好安排在9月中旬之前。

圖2 建寧縣1961—2020年“22型”秋季低溫初日變化趨勢

抽穗敏感期連續(xù)3d日平均氣溫≤20℃，是比較耐寒的粳型水稻品種的災(zāi)害指標(biāo)。從近60年來建寧縣8月份和9月上旬均沒有出現(xiàn)“20型”秋季低溫，9月中旬開始出現(xiàn)，共12次，9月下旬18次，其余均出現(xiàn)在10月份，此時(shí)雜交水稻已經(jīng)抽穗揚(yáng)花授粉完畢，無不利影響。從初日變化趨勢來看(圖3)，亦呈往后推遲的趨勢，每10年推遲0.6d，和氣候變暖趨勢相一致。2015年之后連續(xù)5年均出現(xiàn)在10月份，對晚制的雜交水稻制種抽穗揚(yáng)花非常有利。

圖3 建寧縣1961—2020年“20型”秋季低溫初日變化趨勢

3.2 高溫?zé)岷?/h3>

建寧縣煙后水稻制種生育期較遲，幼穗分化早期(8月上中旬)可能遭遇高溫?zé)岷?，但概率很小，約為5%；幼穗分化中后期(不育系育性轉(zhuǎn)換關(guān)鍵期)和抽穗開花期無高溫?zé)岷τ绊憽?961年—2020年8月共出現(xiàn)3次高溫?zé)岷?，分別是2003年8月8—10日，日最高氣溫分別為40℃、38.8℃、39.1℃，2010年8月14—17日，日最高氣溫分別為38.7℃、40℃、37.2℃、39.2℃，2011年8月14—16日，日最高氣溫分別為36.9℃、37.2℃、37.9℃。由此可知，建寧縣8月上中旬出現(xiàn)過高溫?zé)岷Γ霈F(xiàn)次數(shù)少，概率低。8月下旬到9月份建寧縣沒有出現(xiàn)過高溫?zé)岷?，雖然日最高氣溫≥35℃的日數(shù)總計(jì)達(dá)153d，但沒有出現(xiàn)日平均氣溫≥30℃的天氣，對煙后水稻制種沒有影響。

3.3 連陰雨

水稻生長過程中需要大量的水分，但在關(guān)鍵期又不能受到陰雨天氣影響。如水稻開花期，整個(gè)開花授粉過程只有7～10d，不能有連續(xù)降水或強(qiáng)降水，否則會導(dǎo)致水稻開花授粉不利，影響結(jié)實(shí)率，降低最終產(chǎn)量；在灌漿成熟期，連陰雨則會導(dǎo)致雜交水稻光合作用不足，灌漿不充分，長期陰雨會延長雜交水稻成熟期，已經(jīng)成熟的水稻不能及時(shí)收割，出現(xiàn)腐爛、發(fā)芽等現(xiàn)象，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。氣象上，通常將日雨量≥0.1mm且日照時(shí)數(shù)<3h定義為一個(gè)陰雨日，連續(xù)3d以上陰雨天就定義為連陰雨災(zāi)害，其中3～4d為輕度，5～6d為中度，7d以上為重度(8d及以上中間允許間隔1d不是陰雨日)。

表3列出了建寧縣1961—2020年每年8—10月連陰雨災(zāi)害次數(shù)和出現(xiàn)頻率，共出現(xiàn)200次連陰雨災(zāi)害，大部分為輕度連陰雨災(zāi)害，占總出現(xiàn)次數(shù)的68.5%，其次為中度連陰雨災(zāi)害，出現(xiàn)35次，占17.5%，重度連陰雨出現(xiàn)頻率小，且大部分出現(xiàn)在10月份。從月份來看，8月份出現(xiàn)連陰雨次數(shù)最少，占24.5%，差不多每年有一次3d以上的連陰雨，發(fā)生程度輕；9月份和10月份次數(shù)接近，分別占總次數(shù)的38%和37.5%。

表3 建寧縣煙后水稻制種8—10月連陰雨次數(shù)和出現(xiàn)頻率

3.4 暴雨

建寧縣處于福建省西北部，武夷山脈西南端，地理位置特殊，暴雨主要出現(xiàn)在春夏季。1961—2020年每年6—10月共出現(xiàn)184d日雨量≥50mm以上的暴雨日，大部分集中在6—8月，其中6月份105d、7月份32d、8月份32d；9、10月份非常少，分別只有6d和9d。

從6—10月的暴雨日數(shù)年變化趨勢來看(圖6)，總體呈現(xiàn)增加趨勢，約每10年增加1.5d，且年際間差異越來越大，但階段性特征較明顯，1976年之前呈增加趨勢，1976—1985年呈減少趨勢，1985年之后又呈增加趨勢，2000年之后又呈減少趨勢，年際間變幅大。

圖6 1961—2020年每年6—10月暴雨日數(shù)變化趨勢

4 結(jié)論

①建寧縣雜交水稻制種敏感期低溫23.5℃初日最早出現(xiàn)在8月上旬，8月份出現(xiàn)13次，占22%，9月份出現(xiàn)45次，占75%；初日呈往后推遲的趨勢，10年推遲約0.9d，2002年之后，初日出現(xiàn)日期均在8月25日之后。22℃抽穗楊花敏感期低溫初日最早出現(xiàn)在8月中旬，近60年有且僅有1次，大部分都出現(xiàn)在9月中旬，占近40%，初日呈往后推遲的趨勢，每10年推遲約1d；2008年開始初日明顯推遲，初日出現(xiàn)日期均在9月中旬及以后。煙后水稻制種生育期間，連陰雨次數(shù)、天數(shù)變化趨勢階段性特征明顯，20世紀(jì)60、70年代和2003年之后變化平穩(wěn)，次數(shù)、天數(shù)較少，20世紀(jì)80、90年代明顯增加，且變化幅度大，年際間差異顯著；暴雨日呈增加趨勢，降水多、雨日多。

②煙后水稻制種育性敏感期臨界溫度在23.5℃的，穗分化期最好安排在8月25日之前，其他臨界溫度可根據(jù)氣溫變化規(guī)律，育性敏感期臨界溫度比23.5℃高0.5℃，提早5d，低0.5℃，推遲5d，再考慮抽穗揚(yáng)花期和發(fā)育期天數(shù)，可確定最佳的播期，確保雜交水稻制種成功率。但播種較早的煙后水稻制種，要注意8月上中旬高溫?zé)岷Φ牟焕绊?；抽穗揚(yáng)花期安排在8月下旬及之后，9月中旬之前的，一般無高溫?zé)岷颓锛镜蜏赜绊?。另外煙后水稻制種生產(chǎn)受到水分的不利影響將加大，除了要合理安排播期，還要增加收割、烘干等機(jī)器設(shè)備的投入，以應(yīng)對中長期陰雨天氣的不利影響。