贛南早春氣候變化特征與早稻早播的氣候可行性

卓紅秀，李 建，廖德華，謝遠玉

（1.江西省南康區(qū)氣象局，江西 南康 341400；2.江西省贛縣區(qū)氣象局，江西 贛縣 341100；3.江西省贛州市氣象局，江西 贛州 341000）

0 引言

早稻是贛南主要糧食作物之一，早稻豐產(chǎn)是保障糧食豐產(chǎn)的基礎(chǔ)。水稻是受氣候變化影響最敏感的農(nóng)作物之一［1-2］。在全球氣候變暖的大背景下，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對水稻生長影響的程度和不確定性明顯增加［3-7］，未來的氣候變化有可能會進一步導(dǎo)致水稻生育期縮短和產(chǎn)量下降［8-10］；而熱量資源增加，輻射資源減少，加上降水量的時空分布不均，都對優(yōu)化稻作制度、提高水稻生產(chǎn)資源利用效率發(fā)出了新的挑戰(zhàn)［2］。

氣候變化不僅改變了我國氣候的時空格局，還進一步引發(fā)我國農(nóng)業(yè)氣候資源時空格局的顯著變化［11］。張衛(wèi)健等［1］研究發(fā)現(xiàn)，氣溫升高1.5 ℃對我國水稻生產(chǎn)存在著正、負參半的潛在影響，但隨著水稻種植制度的調(diào)整，尤其是當(dāng)南方雙季稻種植面積下降時，溫度升高對我國水稻生產(chǎn)的負面影響將逐步增加。氣候變化已導(dǎo)致我國農(nóng)作物及多熟制種界限北移、安全齊穗與安全成熟期推遲、生長季節(jié)延長［12-18］。楊沈斌等［7］研究表明，在不考慮CO2肥效作用時,隨著溫度的升高,水稻的生育期會縮短,產(chǎn)量下降。葉清等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在全球氣候變暖的大背景下，江西省水稻生長季的平均氣溫、平均最低氣溫和平均最高氣溫均呈升高趨勢，導(dǎo)致雙季稻生長期縮短，其營養(yǎng)生長期日數(shù)減少最明顯，而生殖生長期則延長。艾治勇等［19］研究認為，早稻期間升溫和積溫明顯增加，這可能有利于早稻提前播種而提高其產(chǎn)量。郭瑞鴿等［20］研究發(fā)現(xiàn)，江西省1960—2019年早春平均氣溫、有效積溫和早春晴暖天氣的發(fā)生頻率均呈現(xiàn)顯著上升的趨勢。為了充分利用贛南氣候資源，盡量避免早稻“高溫逼熟”和晚稻“寒露風(fēng)”等農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的影響，達到雙季水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的目的，本研究根據(jù)1981—2021年近41 a贛南早春氣候資料，對贛南早春氣候變化特征及其實施早稻早播的氣候可行性進行分析，為保障贛南糧食的安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

研究區(qū)位于北緯24°29′~27°09′、東經(jīng)113°54′ ~116°38′之間（圖1），地處江西省南部，氣候溫和，降水充沛，光照充足，氣候資源豐富，屬典型亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。

圖1 研究區(qū)站點分布

氣象數(shù)據(jù)來源于江西省氣象信息中心，包括贛州市17個市（區(qū)、縣）1981—2021年（每年的1—4月）逐日平均氣溫、降水量和日照時數(shù)，本文取17個市（區(qū)、縣）的平均值進行分析。按照傳統(tǒng)種植習(xí)慣，江西省采用保溫方式育秧早稻的大面積播種期一般始于3月中旬后期［20］，因此，本研究在3月15日前采用保溫方式播種早稻為早播，以3月1日至4月10日作為早春時段。

運用DPS數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)［21］，采用一元線性回歸方法分析氣溫、降水量和日照隨時間變化的傾向率。采用Mann-Kendall(M-K)檢驗方法［22-23］對贛南早春氣溫、降水量和日照時間序列進行突變檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 早春的溫度變化

2.1.1 氣溫的變化 由圖2a可知，1981—2021年贛南早春平均氣溫總體呈波動上升的趨勢，平均氣溫增溫傾向率為0.6 ℃/10 a，通過了0.001顯著性水平檢驗；近41 a贛南早春平均氣溫上升了2.5℃。年代際的平均氣溫也隨時間而明顯上升，其中1981—1991年期間上升緩慢，1991—2001年出現(xiàn)了跳躍式上升（年代間平均氣溫提高1.1 ℃），到2010年左右達到最高；早春平均氣溫距平在1981—2001年只有7 a為正距平（暖年），2001—2021年有15 a為正距平（暖年）。從圖2b可知，贛南早春增溫主要從2001年開始，經(jīng)M-K檢驗可知，2001年出現(xiàn)了明顯增溫的突變。

圖2 1981—2021年贛南早春的平均氣溫變化(a)和M-K檢驗(b)

2.1.2 各界限溫度的變化 由圖3可知，1981—2021年穩(wěn)定通過8、10 ℃的初日整體提前的趨勢非常明顯，8、10 ℃初日變化傾向率均為-5.4 d/10 a，通過了0.01顯著性水平檢驗。穩(wěn)定通過15 ℃初日的變化也呈提前趨勢，但趨勢不明顯。1981—2021年贛南穩(wěn)定通過8 ℃的平均初日為2月22日；穩(wěn)定通過10 ℃的平均初日為3月9日；穩(wěn)定通過15 ℃的平均初日為4月2日。

圖3 1981—2021年贛南穩(wěn)定通過8、10、15 ℃初日的變化

2.2 早春的降水量變化

由圖4a可知，1981—2021年贛南早春降水量變化波動較大，但整體呈明顯減少的趨勢。降水量變化傾向率為-25.8 mm/10 a，通過了0.05顯著性水平檢驗。1981—2000年期間降水量大多為正距平，2001—2021年期間只有3 a為正距平。經(jīng)M-K檢驗可知，1999年出現(xiàn)了降水量明顯減少的突變（圖4b）。

圖4 1981—2021年贛南早春的降水量變化(a)和M-K檢驗(b)

2.3 早春的日照時數(shù)變化

由圖5a可知，1981—2021年贛南早春的日照時數(shù)整體呈上升的趨勢，日照時數(shù)增多傾向率為11.9 h/10 a，通過了0.01顯著性水平檢驗。1981—1990年期間的日照時數(shù)正距平較少，1991年開始，日照時數(shù)以正距平為主。經(jīng)M-K檢驗可知，日照時數(shù)增多主要從1991年開始，1994年出現(xiàn)了日照時數(shù)明顯增多的突變（圖5b）。

圖5 1981—2021年贛南早春的日照時數(shù)變化(a)和M-K檢驗(b)

2.4 贛南早稻早播的可行性分析

2.4.1 溫度 由圖2和圖3可知，1981—2021年贛南穩(wěn)定通過8、10 ℃初日以及早春氣溫均呈明顯上升趨勢，早春氣候變暖有利早稻早播。從表1可知，贛南穩(wěn)定通過8 ℃初日的最早日期是1月15日，最晚初日是3月20日，最晚初日和最早初日相關(guān)64 d；穩(wěn)定通過10 ℃初日最早是1月20日，最晚是3月30日，最晚和最早相差69 d；穩(wěn)定通過15 ℃初日最早是3月12日，最晚為4月16日，最晚和最早相差35 d，說明贛南早春氣溫年際變化較大。

表1 1981—2021年贛南日平均氣溫穩(wěn)定通過各界限溫度初日

由圖6可知，3月上旬有50%年份旬的平均氣溫在12 ℃以下，表明3月上旬出現(xiàn)春寒的風(fēng)險較大；而3月中旬有93%年份的旬平均氣溫在12 ℃以上，說明3月中旬出現(xiàn)春寒的風(fēng)險較小，這個時段適宜早稻播種育秧。

圖6 1981—2021年贛南3月上、中旬平均氣溫的變化

生產(chǎn)上一般以日平均氣溫≥8 ℃，80%保證率的初日作為早稻栽培適宜播種期［24］；郭瑞鴿等［20］則把8 ℃定為保溫育秧的下限溫度。贛南穩(wěn)定通過8、15 ℃初日的平均間隔日數(shù)是35 d，若按早稻秧齡30 d計算［24］，將會出現(xiàn)老秧移栽現(xiàn)象，且移栽后出現(xiàn)“倒春寒”（氣溫≤15 ℃）的風(fēng)險較大，因此日平均氣溫穩(wěn)定通過≥8 ℃的平均初日不宜作為早稻早播日期。由表1可見，日平均氣溫穩(wěn)定通過≥8 ℃，80%保證率的初日是3月10日；與日平均氣溫穩(wěn)定通過≥15 ℃，80%保證率的初日為4月9日之間的平均間隔日數(shù)為30 d，符合早稻移栽秧齡的要求，因此可將日平均氣溫穩(wěn)定通過≥8 ℃，80%保證率的初日作為贛南早稻早播的適宜日期。

2.4.2 降水量與日照時數(shù) 近41 a 贛南早春降水量呈明顯減少趨勢（圖4）。若按插秧季節(jié)連續(xù)3 旬總降水量＜130 mm，視為插秧用水不足［25］。由圖7 可知，1981—2021 年3 月上旬至3 月下旬總降水量≥130 mm的年份約占70%，3 月中旬到4 月上旬總降水量≥130 mm的年份約占78%；可見贛南早春降水量除部分年份外均可滿足早播插秧用水的要求。

圖7 1981—2021年贛南不同插秧季降水量的變化

1981—2021年贛南早春的日照時數(shù)整體呈增多趨勢，早春的平均日照時數(shù)為95.3 h（圖5），說明氣候變化背景下贛南早春日照增多對早稻秧苗生長有利。

因此，贛南實施早稻早播的氣候條件是可行的。

3 結(jié)論與討論

贛南早春平均氣溫總體呈明顯上升趨勢，平均氣溫增溫傾向率為0.6 ℃/10 a，增溫主要從2000年開始，且在2001年出現(xiàn)了明顯增溫的突變；1981—2000年早春平均氣溫以負距平為主，2001—2021年大部分年份為正距平。1981—2021年穩(wěn)定通過≥8、10 ℃的初日呈顯著提前趨勢，≥8、10 ℃初日變化傾向率均為-5.4 d/10 a；穩(wěn)定通過≥15 ℃的初日也呈提前趨勢，但變化不明顯。

贛南早春降水量的變化波動較大，但整體呈明顯減少趨勢，降水量減少傾向率為-25.8 mm/10 a。1981—2000年降水量多為正距平，2001—2021年大多年份為負距平。1999年出現(xiàn)了降水量明顯減少的突變。贛南早春的日照時數(shù)呈顯著增加的趨勢，日照時數(shù)增多傾向率為11.9 h/10 a。1981—1990年期間的日照時數(shù)以負距平居多；1991年以后日照時數(shù)以正距平為主，1994年出現(xiàn)了日照時數(shù)明顯增多的突變。

從贛南的日平均氣溫穩(wěn)定通過≥8、10、15 ℃初日均提前、早春溫度升高、降水量減少但仍能滿足插秧用水需求以及日照增多等研究結(jié)論，說明贛南實施早稻早播的氣候條件是可行的。

據(jù)研究表明，江西省早稻“高溫逼熟”災(zāi)害一般出現(xiàn)在6月下旬至7月中旬［26］，且有提前發(fā)生的趨勢［27］，高溫逼熟主要影響早稻灌漿成熟［28］；而雙季晚稻“寒露風(fēng)”出現(xiàn)的平均日期是9月底，最早可出現(xiàn)在9月上旬，主要影響雙季晚稻抽穗揚花［29］。根據(jù)日平均氣溫穩(wěn)定通過≥8、15 ℃，80%保證率的初日間隔日數(shù)以及贛南早春溫度、降水量和日照時數(shù)等氣候條件綜合分析可知，贛南早稻早播適宜日期為3月10日左右，具體早播日期為3月6日—3月15日，比傳統(tǒng)種植方式的播種期可提前10 d左右，此結(jié)論與呂偉生等［30］關(guān)于江西雙季早稻安全播種期提前的研究結(jié)論一致，為了減少和避免春季低溫陰雨的影響，建議早稻早播時間應(yīng)安排在3月5日以后。

實施早稻早播不僅可以充分利用氣候資源，延長雙季水稻生育期，還可減少或避免早稻“高溫逼熟”和晚稻“寒露風(fēng)”的影響，是保障糧食安全生產(chǎn)的一項重要栽培技術(shù)。適當(dāng)早播早插能有效緩解移栽時造成的秧苗損傷，促進低節(jié)位分蘗，有利于攻大穗和高產(chǎn)［31-32］。本研究以日平均氣溫穩(wěn)定通過≥8、15 ℃初日來推算早稻早播的適宜日期，因而生產(chǎn)中還應(yīng)注意部分年份的早春氣候條件不能滿足早播的要求，在實際生產(chǎn)中，農(nóng)戶實施早播應(yīng)根據(jù)當(dāng)年當(dāng)?shù)貧庀箢A(yù)報情況做出合理安排，以減少或盡量避免早稻早播帶來的低溫冷害風(fēng)險。