温度变化对湖南水稻产量的影响

匡　勇，郑华斌，黄璜



温度变化对湖南水稻产量的影响

匡勇1,3，郑华斌2,3，黄璜2*

(1 湖南农业大学科学技术处，长沙 410128；2 湖南农业大学农学院，长沙 410128；3 农业部多熟制作物栽培与耕作重点实验室，长沙 410128)

用湖南省气象局提供的1999～2008年气象数据分析了湖南温度的变化趋势及湖南1999～2008年的水稻产量和温度变化间的关系。结果表明：1999～2008年湖南省温度上升明显，双季稻生长季节的平均温度上升了1.3℃，早稻季的平均温度上升了1.6℃；湘南早稻季产量与平均温度呈显著负相关，湘北双季稻的平均产量与平均温度呈显著正相关，有利于早、晚稻的生长发育和产量的提高。

水稻；产量；温度；湖南

21世纪中国变暖趋势明显，特别是人口密集地区[1]。相关研究[2,3]表明，区域天气和气候仍然是农业生产中主要且无法控制的制约因子，是作物产量提升的主要制约因素。另外，人口的增长、耕地资源的减少、水资源的缺乏、环境污染和频繁的自然灾害，对提高粮食总产量和确保国家粮食安全增添了诸多困难。水稻是中国粮食产量的主要作物之一，研究气候变化对水稻产量的影响，对确保国家粮食安全，乃至世界的粮食安全有着非常重要的意义。前人已通过模型间接估计了全球气候变暖对作物产量的影响[4~6]，彭少兵等[7]发现，在热带地区水稻生长季节日最低温度每升高1℃，水稻单产减少10%，证明温度变化将对水稻产量造成显著的影响。湖南省气候属于典型的亚热带大陆湿润性季风气候，冬季阴冷潮湿，夏季高温多雨，1月平均气温5.5℃，7月平均气温28.3℃，年降雨量1 250 mm～1 600 mm，大于10℃的有效积温4 600～5 100℃，超过80%的太阳辐射和超过75%的降雨量集中在3～10月。

笔者从湖南农业统计年鉴中收集了1999～2008年双季水稻单产数据，统计了1999～2008年湖南省3个不同种植区域水稻生长季节的平均温度，分析了平均温度对历年双季水稻单产的影响，旨在为湖南水稻生产实践提供理论依据。

1　材料与方法

1.1　试验区域选择

选择湖南省17个市、州、县为研究目标。参照青先国等[8]的研究方法，将研究目标划分为湘南、湘中、湘北(表1)。

表1试验区域

1.2　数据来源

1.2.1气象和水稻产量数据

1999～2008年各试验区域的气象数据由湖南省气象局提供，水稻产量数据来自湖南省农村统计年鉴。

1.2.2水稻物候期数据

物候期是影响水稻生长发育的重要时期。通过对1999～2008年17个县、市、区水稻生长情况的历史资料统计，提取了3个种植区域水稻生产的大致物候期资料数据(表2)，为各个时期温度变化提供计算的依据。本研究中营养生长期主要指前期以营养生长为主的阶段，生殖生长期主要指后期以生殖生长为主的阶段。

表2水稻不同物候期的起始日期

1.3　数据统计

采用Excel2003进行数据处理；采用Student’stest进行显著性检验；采用Statistix 8进行相关性分析。

2　结果与分析

2.1　1999～2008年湖南各区域的水稻产量

从图1可以看出，湘南和湘中的水稻产量未明显增加，甚至有下降的趋势；而湘北的早稻产量明显增加，晚稻则变化不明显。

注：从左到右分别为双季稻年平均产量、早稻平均产量、晚稻平均产量。

2.2　湖南1999～2008年温度变化趋势

2008年湘南、湘中、湘北在整个水稻生长季节的平均温度比1999年分别提升了1.3℃,1.6℃和1.3℃，湘南、湘中、湘北的早稻季的平均温度分别提升了1.2℃,1.8℃和2.0℃，温度随时间变化趋势均达到5%显著性水平。湘南、湘北的晚稻季的平均温度变化不明显，只有湘中晚稻季的平均温度增加了1.6℃，达显著性水平。已观察到的温度变化反映了21世纪头10年的明显变暖趋势。

2.3　平均温度对水稻产量的影响

在水稻整个生育期间，平均温度与湘南和湘中水稻产量呈负相关关系(图2 A，B)，但相关性不显著；湘北则表现为正相关关系，且达到5%的显著性水平(图2 C)。早稻季，湘南水稻产量随温度升高呈明显的下降趋势，达到5%的显著性水平(图2 D)；湘北则正好相反，呈上升趋势，但未达到5%显著性水平(图2 F)；湘中的早稻产量随温度变化不明显(图2 E)。湘南的晚稻产量随温度变化不明显(图2 G)，而湘中、湘北则随温度变化分别表现为负相关和二次相关关系(图2 H，I)。综合分析得知，平均温度每升高1℃，湘北的双季稻年平均产量将增加4%左右，说明气候变暖对湘北地区早稻季或晚稻季的产量是有益的；而湘南则正好相反，随着平均温度的升高，每升高1℃湘南的双季稻年平均产量将增加4%左右。

注：从左到右分别为整个生长季节、早稻季和晚稻季；从上到下分别为湘南、湘中和湘北。

2.4　早稻产量与不同时期平均温度的关系

湘南早稻产量与营养生长期的平均温度呈显著的负相关关系(图3 A)，其他时期与湘南早稻产量呈负相关关系，但相关性不显著(图3 B，C)，说明温度的升高主要影响早稻前期生长的干物质积累，从而导致早稻产量的下降。湘中早稻产量与营养生长期、生殖生长期的平均温度变化相关性不显著(图3 D，E)，但与5月下旬的温度变化呈二次相关关系(图3 F)。湘北早稻产量与5月下旬平均温度呈显著正相关关系(图3 I)，与其他时期呈正相关关系(图3 G，H)。随着温度升高，湖南省5月低温对水稻幼穗分化期的影响日益减弱，是湘北早稻取得高产的原因之一。

注：从左到右分别为营养生长期、生殖生长期和5月下旬；从上到下分别为湘南、湘中和湘北。

2.5　晚稻产量与不同时期平均温度的关系

湘南晚稻产量与不同时期平均温度的变化相关性不显著(图4 A,B,C)；湘中晚稻产量与生殖生长期平均温度的变化呈负线性相关(图4 E)，与其他时期呈弱的负相关关系，但相关性不显著(图4 D,F)；湘北晚稻产量随分蘖期的平均温度变化呈显著正相关关系(<0.05，图4 I)，与营养生长期呈正相关关系，与生殖生长期平均温度的变化呈二次相关关系(图4 H)。

注：从左到右分别为营养生长期、生殖生长期和分蘖期；从上到下分别为湘南、湘中和湘北。

3　小结与讨论

早稻品种的生长发育特性是弱感光性和强感温性，生育期的长短主要由温度的高低决定。晚稻品种的生长发育特性是弱感温性和强感光性，其生育期的长短主要由日照长短决定。因此，早、晚稻对气候变化的敏感性是不一致的。早稻对温度的变化较为敏感，而晚稻对光周期的变化较为敏感，而自然界的光周期变化则较小。笔者发现，1999～2008年水稻生长季节的温度变化明显，特别是早稻生长季节，延长了早稻生育期，一定程度上增加了早稻产量。

早稻的开花和结实都处于湖南温度最高的6月和7月。前人研究[9,10]认为，开花期高温能导致花粉败育，是水稻生殖生长重要的负面效应，最终影响到产量的形成。高温下，花粉数量的减少和花粉接收器的减少是影响小花繁殖力强弱的主要因素[11]。低的小花繁殖力最终导致低的结实率和低的每穗粒数，减低收获指数[11]。笔者发现，营养生长期的平均温度是主要影响水稻产量变异的因素，该变化与产量变化有着显著关系，与湘南的早稻产量变化是一致的。湘北温度与早稻产量呈弱的正相关，湘北变暖趋势有利于水稻各个阶段的生长发育。因此，笔者分析认为，一定范围的变暖致使的温度上升对作物产量有利。

晚稻的开花和结实都处于湖南短日照期的9月和10月。水稻最大光合作用速率出现30～35℃，其干物质生长和相对生长率最有利的温度是24~30℃[12]，说明变暖趋势对晚稻的营养生长期的影响相对较弱，对分蘖期甚至还是有利的。

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责任编辑：杨盛强

Effects of Temperature on Rice Yield

KUANGYong1,3, ZHENG Hua-bin2,3, HUANG Huang2*

(1 Department of Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China; 2 College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China;3 Key Laboratory of Multi-Cropping Cultivation and Farming System, Ministry of Agriculture, Changsha, Hunan 410128, China)

: Annual crops will be affected by the increases in globally mean surface air temperatures of 1.4-5.8℃ towards the end of the 21st century. China seems to have become more temperate, and the most crowded areas show a clear warming trend. Therefore, it is very important that rice production of China contributes not only to food safety of China but also to that of the world. We analyzed weather data at Meteorological Bureau in Hunan Province from 1999 to 2008 to examine temperature trends and the relationship between rice grain yields by using data conduct from Hunan rural statistics yearbook from 1999 to 2008. Here we elucidated that the time trend of temperature increase was significant form 1999 to 2008, mean temperature in entire rice growing-season and early rice growing-season have increased by 1.3℃ and 1.6℃ respectively, during the past 10-years in Hunan province, and a close negative linkage between early rice grain yield and mean temperature in low latitudes. But, there was a strong positive relationship between double-crop rice grain yield and mean temperature in high latitude, and it was favor of early/late rice growth and development as well as grain yield.

Rice; Grain yield; Temperature; Hunan province

S511.01

A

1001-5280(2011)06-0538-06

10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.02

2011-07-20

匡勇(1971—)，男，湖南祁东人，副研究员，主要从事作物栽培与育种的研究，Email：ncky@hnst.gov.cn。

，Email：hh863@126.com。

国家农业部行业科技计划项目(200803028)；湖南省科技重大专项(2008FJ1006)。