仁化縣水稻早造生長(zhǎng)與氣象因素影響分析

李曹明，張衛(wèi)彪，史宏寰，史紅珊

（仁化縣氣象局，廣東仁化 512300）

水稻是廣東省主要的糧食作物。在過(guò)去20年里，隨著氣候變暖以及人類活動(dòng)造成的環(huán)境改變，水稻生產(chǎn)布局由珠江流域線狀分布逐步轉(zhuǎn)為向粵東西北優(yōu)勢(shì)區(qū)域聚集，基本形成粵西高產(chǎn)稻作區(qū)和粵北優(yōu)質(zhì)稻作區(qū)的格局［1］。關(guān)于粵北水稻種植與當(dāng)?shù)貧庀蟓h(huán)境研究，葉延瓊［2］結(jié)合光、溫、水氣候數(shù)據(jù)，不同地形、土壤數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)粵北山區(qū)冬冷夏熱，春秋溫度不穩(wěn)定使得水稻安全生育期短，大部分為雙季稻基本適宜種植區(qū)，水稻產(chǎn)量相對(duì)于廣東其他地區(qū)較少。近年來(lái)，粵北地區(qū)低溫陰雨危害減輕，“龍舟水”危害略加重且發(fā)生時(shí)間推至6月中旬以及≤35℃高溫危害加重等氣象條件的變化對(duì)水稻生長(zhǎng)造成一定影響［3-4］。

仁化縣是粵北種植優(yōu)質(zhì)稻產(chǎn)區(qū)之一，地處南嶺山脈南麓，盛行暖濕的亞熱帶季風(fēng)，常年氣溫適中，光照充足，熱量豐富［5-7］。2014年來(lái)，曲江農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站遷移至仁化，遷站過(guò)后關(guān)于仁化水稻與氣象因素關(guān)系尚未開展過(guò)研究。本研究利用近3年仁化農(nóng)業(yè)氣象水稻早造觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)仁化縣水稻早造生長(zhǎng)特征與氣象因素影響進(jìn)行分析，旨在為當(dāng)?shù)厮驹缭旆N植從氣象條件方面提供指導(dǎo)意見。

1 資料和方法

1.1 資料來(lái)源

氣象資料分別是2018—2020年仁化縣董塘氣象觀測(cè)站G1455逐日平均、最高、最低氣溫，降水量，仁化國(guó)家氣象觀測(cè)站G57989逐日日照時(shí)數(shù)；水稻發(fā)育期和產(chǎn)量資料來(lái)自2018—2020年仁化農(nóng)業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 試驗(yàn)田種植技術(shù)操作與觀測(cè)方法

試驗(yàn)田觀測(cè)點(diǎn)是董塘高宅村村民責(zé)任田，面積為400 m2，長(zhǎng)年種植雙季稻，地段相對(duì)穩(wěn)定，地形、地勢(shì)、氣候和土壤等具有代表性，基本符合《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范-作物手冊(cè)》［8］要求。不同年份同一稻種相同生長(zhǎng)階段除特殊災(zāi)害補(bǔ)救外，施肥、打藥等田間管理模式基本相同。

觀測(cè)方法嚴(yán)格按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范-作物手冊(cè)》［8］執(zhí)行，在觀測(cè)地段4個(gè)區(qū)內(nèi)同時(shí)播種，各選有代表性的一個(gè)點(diǎn)，作上標(biāo)記，并按區(qū)順序編號(hào)，根據(jù)手冊(cè)要求從播種至成熟各發(fā)育期記錄出現(xiàn)日期，各階段生長(zhǎng)特征，開展水稻生長(zhǎng)率、密度變化、灌漿速率等測(cè)定。

1.3 分析方法與思路

根據(jù)仁化縣近3年田間操作近似，同品種的“五優(yōu)61”水稻早造農(nóng)氣觀測(cè)資料，分析早稻不同生長(zhǎng)發(fā)育階段的光照、氣溫、降水量對(duì)其生長(zhǎng)率、植株密度、灌漿速率等影響，進(jìn)一步分析出影響水稻產(chǎn)量與質(zhì)量的關(guān)鍵氣象因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量

統(tǒng)計(jì)可知，2018—2020年水稻早造產(chǎn)量逐年增加，2019年較2018年產(chǎn)量提高了16.0%，增幅明顯，2020年與2019年基本持平；2020年產(chǎn)量為7 497.0 kg/hm2，與2013—2014年江西省水稻區(qū)試驗(yàn)地8 905.5 kg/hm2最為接近?？諝ぢ?、秕谷率和千粒質(zhì)量對(duì)水稻產(chǎn)量有很好反映［9］，水稻早造空秕率（指的是空殼率與秕谷率之和）一般為15%～20%，達(dá)到30%～60%則嚴(yán)重影響產(chǎn)量，2018—2020年空秕率＞30%，對(duì)產(chǎn)量影響嚴(yán)重，其中2018年空秕率最高，為42%，其次是2019年33%，最小是2020年32%。空殼率年際變化最大，18%空殼率是2018年低產(chǎn)的原因之一，20%以上秕谷率是近3年水稻產(chǎn)量無(wú)法提高的共同原因。就近3年來(lái)看，仁化種植該品種水稻早造產(chǎn)量特點(diǎn)是株成穗數(shù)多，平均每穗總粒數(shù)162粒，平均千粒質(zhì)量為22.67 g，與江西省水稻區(qū)試驗(yàn)地結(jié)果大致相同，但穗結(jié)實(shí)率平均為65%與試驗(yàn)地82.2%有較大差距，結(jié)實(shí)率較低。

2.2 水稻早造生長(zhǎng)期

對(duì)2018—2020年的研究區(qū)的水稻早造各生長(zhǎng)期時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，播種期3月10日前后、出苗期3月11—14日、三葉期3月15—25日、移栽期3月26日—4月1日、返青期4月2—8日、分蘗期4月9—15日、拔節(jié)期4月16日—5月18日，孕穗期5月19—31日、抽穗期6月1—11日、乳熟期6月12—6月30日、成熟期7月1—13日。

2.3 水稻早造生長(zhǎng)氣候特點(diǎn)

由圖1看出，仁化2018—2020年水稻早造生長(zhǎng)各階段的光溫水3要素在分蘗前后差異十分明顯，分蘗期前有效積溫低、日照時(shí)數(shù)少、降水少且不穩(wěn)定，常出現(xiàn)生長(zhǎng)階段無(wú)降水，分蘗期后基本進(jìn)入4月份，要素年際變化大；2018年分蘗期前干旱少雨，其他年份雨水相對(duì)充沛；且2018年拔節(jié)至孕穗期間降水量0.5 mm，日照時(shí)數(shù)138.1 h，降水貧乏、日照偏多；抽穗至乳熟期有效積溫、日照時(shí)數(shù)、降水量都比其他年份偏少；2019年乳熟至成熟期有效積溫、日照時(shí)數(shù)比其他年份偏少特別多，主要原因是乳熟至成熟期比其他年份偏短5～10 d。

圖1 2018—2020年水稻生長(zhǎng)階段有效積溫（a）、日照時(shí)數(shù)（b）、降水量（c）、日平均氣溫（d）以及逐日最低氣溫（e）、最高氣溫（f）的分布

水稻生長(zhǎng)三基點(diǎn)溫度指生長(zhǎng)的最適溫度、最低溫度和最高溫度，分別為30～32、10～12和36～38℃，在最高和最低溫度時(shí)，水稻生長(zhǎng)發(fā)育停止；在最適溫度時(shí)，水稻生長(zhǎng)速度最快。結(jié)合各階段日平均、日最高和最低氣溫折現(xiàn)圖以及水稻生長(zhǎng)三基點(diǎn)溫度來(lái)看，整個(gè)生長(zhǎng)階段日平均氣溫都高于12℃、低于36℃；在分蘗期后日平均氣溫升高明顯，在抽穗至成熟期基本接近30℃，是水稻生長(zhǎng)發(fā)育的適宜階段。從高溫、低溫災(zāi)害角度來(lái)看，2018年氣溫變化最為復(fù)雜，出現(xiàn)高溫、低溫天氣尤為頻繁，在早造生長(zhǎng)階段中日最低氣溫≤12℃共出現(xiàn)14 d，基本在分蘗之前有12 d，在拔節(jié)至孕穗期出現(xiàn)2 d；日最高氣溫≥36℃共出現(xiàn)25 d，拔節(jié)至孕穗期高溫日數(shù)占該階段總?cè)諗?shù)62.5%；孕穗至抽穗期、抽穗至乳熟期分別占20%。2019年寒害、熱害影響程度較輕，在水稻早造生長(zhǎng)階段低溫日數(shù)共6 d，都出現(xiàn)在分蘗之前；高溫日數(shù)10 d，多出現(xiàn)在抽穗至乳熟期。2020年在水稻早造生長(zhǎng)階段中低溫日數(shù)12 d，基本出現(xiàn)在分蘗期之前；高溫日數(shù)4 d，基本出現(xiàn)在乳熟至成熟期。

2.4 水稻早造生長(zhǎng)特征與氣象條件關(guān)系

1）水稻早造生長(zhǎng)率。

水稻干物質(zhì)是決定高產(chǎn)的重要因素，生長(zhǎng)率是衡量水稻干物質(zhì)每日增長(zhǎng)量的物理量。穗干物質(zhì)和莖干物質(zhì)在抽穗后干物質(zhì)積累與產(chǎn)量有極顯著的正相關(guān)關(guān)系，而在水稻抽穗階段光照、高溫對(duì)水稻結(jié)實(shí)和干物質(zhì)的生產(chǎn)及分配有明顯影響，所以研究水稻生長(zhǎng)率與氣象條件關(guān)系是有必要的［10-12］。

從分蘗至成熟期對(duì)水稻早造測(cè)定生長(zhǎng)率（表1）可以看出，2018年乳熟期果實(shí)生長(zhǎng)率僅是后兩年的1/2，因前期低溫和高溫導(dǎo)致發(fā)育延遲，在成熟期，果實(shí)仍在積累干物質(zhì)；2019年乳熟至成熟期，光照少，有效積溫少對(duì)水稻干物質(zhì)生理過(guò)程也有一定程度削弱；反而2020年乳熟期水稻生長(zhǎng)率光照、有效積溫的配合較好。所以氣候年景差的年份對(duì)水稻干物質(zhì)生理過(guò)程有不利作用，持續(xù)低溫、干旱會(huì)抑制水稻早造分蘗期干物質(zhì)消耗，和拔節(jié)期干物質(zhì)積累；進(jìn)入乳熟至成熟期，持續(xù)高溫使得水稻停止發(fā)育，大大抑制籽粒的干物質(zhì)積累。

表1 2018—2020年水稻早造分蘗至成熟期生長(zhǎng)率變化 %

2）水稻密度。

水稻生長(zhǎng)階段密度變化對(duì)產(chǎn)量多少、灌漿速率、品質(zhì)好壞有明顯影響，在不同植株密度下光合作用表現(xiàn)為中等密度水稻光合能力優(yōu)勢(shì)逐漸增大［13］。水稻密度在分蘗期呈爬坡式增長(zhǎng)，每隔5 d觀測(cè)一次，稱分蘗動(dòng)態(tài)。水稻低溫和持續(xù)干旱使得2018年水稻分蘗期延遲，到拔節(jié)期植株密度較2019和2020年少200棵/m2左右，抽穗和乳熟期多日高溫天氣使得有效莖數(shù)持續(xù)減少，故而出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象（圖2），這與劉瑞華等［14］研究發(fā)現(xiàn)分蘗期遇低溫年分蘗受到抑制，造成有效穗數(shù)不足而降低產(chǎn)量的結(jié)論大致相同。2019和2020年密度隨時(shí)間的變化規(guī)律相似，在分蘗前中期植株基本一樣，在分蘗后期出現(xiàn)迅速增大，2020年植株到分蘗后期達(dá)頂峰，2019年出現(xiàn)分蘗滯后，這與2019年分蘗期降水多、光照不足，導(dǎo)致生長(zhǎng)緩慢、根系發(fā)育差、不易分蘗有關(guān)。

圖2 2018—2020年水稻早造生長(zhǎng)密度變化

3）水稻灌漿速率。

灌漿期是水稻產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵期，對(duì)光照、降水、氣溫變化非常敏感，在灌漿期間高溫容易導(dǎo)致稻米堊白粒率和堊白度明顯增加，重度干旱，高溫會(huì)抑制水稻光合作用，進(jìn)而降低灌漿速率，容易形成空秕谷［15-17］。灌漿速率測(cè)定指的是水稻子粒形成的乳熟期至成熟期間，單位時(shí)間子粒干物質(zhì)增長(zhǎng)量的測(cè)定。2018年灌漿速率逐漸加快，尤其乳熟前期持續(xù)高溫抑制水稻灌漿，造成水稻成熟期提前，與2019和2020年各階段對(duì)比，總粒數(shù)與鮮重比較低，說(shuō)明空秕率較高；2019年在第2次灌漿速率測(cè)量出現(xiàn)1.61的大數(shù)據(jù)，而2020年灌漿速率較為均勻，日平均溫度在30℃，無(wú)≥36℃高溫、光照短、降水量適中是較有利氣象條件（表2）。

表2 2018—2020年水稻早造乳熟至成熟期灌漿速率變化

3 結(jié)論

1）無(wú)論氣候年景好壞，較高的秕谷率是仁化水稻早造產(chǎn)量無(wú)法提高的共同原因；氣候年景差的年份易出現(xiàn)較高的空殼率。

2）造成2018年低產(chǎn)的主要?dú)夂蛟蚴牵悍痔Y期之前多低溫，降水少天氣的延續(xù)造成植株分蘗期晚、分蘗數(shù)少、植株數(shù)少；此外，乳熟期持續(xù)高溫造成空秕率高，進(jìn)而造成低產(chǎn)。

3）分蘗期多低溫、持續(xù)干旱天氣會(huì)抑制水稻早造的干物質(zhì)積累，生長(zhǎng)發(fā)育減慢，分蘗延遲，株數(shù)偏少；乳熟期多高溫天氣則會(huì)加速水稻早造果實(shí)的干物質(zhì)消耗。

4）日平均溫度在30℃，無(wú)≥36℃高溫，光照短，降水量適中，有利于灌漿速率的提高。