气象灾害对早稻生长发育及产量性状的影响

颜 盛，向平安，陆魁东

（1.湖南农业大学生物科学技术学院， 湖南 长沙 410128；2.洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128；3.湖南省气象科学研究所，湖南 长沙 410118；4.中国气象局气象干部培训学院湖南分院，湖南 长沙 410125）

气象灾害对早稻生长发育及产量性状的影响

颜 盛1，4，向平安2，陆魁东3

（1.湖南农业大学生物科学技术学院， 湖南 长沙 410128；2.洞庭湖区农村生态系统健康湖南省重点实验室，湖南 长沙 410128；3.湖南省气象科学研究所，湖南 长沙 410118；4.中国气象局气象干部培训学院湖南分院，湖南 长沙 410125）

气象灾害是影响早稻生产的主要因素之一。以长沙地区（2012～2014年）为例，结合田间试验和气象站观测数据探讨气象灾害对早稻生长发育及产量性状的影响。结果表明：该时段发生的气象灾害有春季返青拔节时的阴雨寡照天气；夏季抽穗—成熟阶段的高温热害和干热风。受返青拔节期阴雨寡照影响，早稻植株密度和叶面积指数都降低。抽穗—成熟期的高温热害和干热风减缓了作物灌浆速度，降低了千粒重，但这些气象灾害对植株高度没有显著影响。长沙早稻种植应特别注意营养阶段的阴雨寡照和生殖阶段的高温热害，尤其是前者对最终产量影响更明显。

气象因子；早稻；产量性状；气象灾害

全球气候变化问题已成为威胁国家和地区粮食安全的主要问题，气象灾害的频繁发生也成为限制水稻生产发展的瓶颈。随着气候变暖，CO2浓度升高虽有利于作物光合作用［1］，但随之带来的降水不均和高温问题对水稻生产极为不利［2-3］。作物模型模拟研究表明水稻生长季温度每升高1 ℃，水稻产量将减少4.6%［4］。因此，高温会影响干物质的积累［5］，抽穗期高温降低了水稻的穗粒数、结实率和千粒重，同时糙米率、精米率、可溶性糖和蛋白质含量也呈下降趋势［6］，温度越高，胁迫时间越长，花粉活力和花粉的萌发率越低［7］。灌浆乳熟期的高温严重影响早稻高产［8］。高温热害是造成早稻穗粒减少、空壳率增加的主要原因［9］。

因地域和气候差异，不同地区的早稻种植受气象灾害影响不尽相同。长沙地区受季风气候影响明显，春季受倒春寒及阴雨天气影响大，而夏季高温天气多，降雨分布不均，该地区双季早稻种植受气象灾害影响有其独特性和代表性。章竹青等［10］认为，长沙地区水稻生产中气象灾害呈现高温热害、干旱、寒露风增强趋势，5月低温、倒春寒、干热风、大风、冰雹、洪涝和阴雨寡照发生减弱。陈勇等［11］研究得出影响长沙双季早稻产量的关键因子依次是：5月低温、生长期最高温、降水量、灌浆乳熟期最高气温以及生长期日照时数等，且认为气候变化对长沙早稻增产总体上呈促进效应。陆魁东等［12］认为“5月低温”影响早稻生产，但影响程度因地区而异。然而近年来长沙早稻生长发育和产量性状对气象灾害的具体响应却不多见，研究通过田间试验和农业气象站物候观测数据，分析气象灾害对早稻生长发育及产量的影响，期望为该地区的早稻生产决策提供科学依据。

1 材料与方法

1.1试验概况

试验地位于湖南长沙县黄花镇大路村（113°12′E，28°13′N），海拔50.2 m，属于丘陵地貌，地面坡度较缓。年平均气温17.2 ℃，年活动积温5 457 ℃，年均降水量1 361.6 mm。春季多连绵阴雨、低温寡照天气，盛夏酷热少雨。试验地排水能力较好，水源充足，以自流灌溉为主，种植制度为早稻—晚稻—休闲轮作，土壤质地以壤土为主。播种季节为春秋两季，试验中所用化肥主要是尿素、钾肥以及复合肥，有机肥以草木肥和人畜粪为主。

试验所选早稻品种为陵两优268号，为湖南亚华种业科学院2008年通过国家审定的两系杂交早稻中熟品种，具有高产、抗倒伏等特点。大田试验于2012～2014年进行，面积0.1 hm2。育秧时间3月21日左右，大田用种量30～37.5 kg/hm2，播种前用药剂浸种消毒、催芽2～3 d，培育多蘖壮秧；4月15日左右移栽，28～30株/m2，并于抛秧后10 d左右施肥。钾肥和尿素各施112.5 kg/hm2，底肥为红四方牌复合肥料（375 kg/hm2）。整个过程施一次，秧田施人畜粪（人粪、猪粪），用量约120 kg/hm2。

1.2指标测算

观测内容包括各气象因素、发育期、植株高度与密度、叶面积指数、灌浆速度、产量性状等。观测地段包含4个重复区，每区选有代表性的一个点（发育期连续定5穴、高度观测定5穴、密度观测定10穴，共20穴）作上标记，按区顺序编号，各区测点位置交错排列，并保持一定距离，使之纵横都不在同一行上，发育期、高度、植株密度均在此测点进行。气象数据来自长沙市马坡岭国家气象观测站（距试验田约12 km），包括日均气温、日最高气温、日最低气温、日照、降雨量、风速和相对湿度。气象灾害按表1标准进行统计，所有指标获取和计算方法参考《农业气象观测规范》［13］。

研究中所有数据都先利用Excel 2010整理，然后进行相关作图和分析，利用SPSS19进行方差分析。

2 结果与分析

2.1气象灾害

根据2012～2014年每日气象资料，发育期观测和气象灾害统计标准进行分析，长沙早稻产量主要受3种气象灾害影响（表1），即阴雨寡照、高温热害和干热风。对于2012年，高温热害和干热风出现在乳熟-成熟阶段（6月29日～7月7日），阴雨寡照影响孕穗和抽穗（6月1日～20日），同时在分蘖阶段（5月5日～26日）还受到一次轻度洪涝影响。2013年则以高温热害和干热风气象灾害为主，发生在早稻抽穗-成熟阶段（6月13日～7月8日）。2014年则只受阴雨寡照影响，分别出现在早稻返青（4月18日～28日）和拔节阶段（5月24日～6月6日）。阴雨寡照气象灾害将同时影响早稻营养和生殖生长，而高温热害和干热风则主要将影响早稻生殖生长。

2.2植株高度

图1给出了早稻试验2012～2014年不同发育期（移栽普期、拔节普期和乳熟普期）植株高度对比。2012年3个发育期植株平均高度分别为19、57和82 cm，2013年为18、57和81 cm，2014年为22、57和82 cm。比较发现，尽管不同年份间早稻生长期间出现不同的气象灾害，但年际间该早稻品种植株高度差异并不明显，表明植株高度对气象灾害的抵抗性强。

表1　长沙早稻生长期主要气象灾害

图1　2012～2014年不同发育期早稻植株高度

2.3植株密度

图2为2012～2014年度早稻植株密度随发育期变化。从返青期到分蘖期，植株密度迅速增长，2012年和2013年植株密度在拔节期后处于平缓增长阶段，而2014年则在抽穗阶段突然出现了一次急剧下降变化，而后再又上升。在返青期，2013年植株密度最高（117.83穗/m2），2014年最低（64.67穗/m2），植株密度在乳熟期都达到最大值。总体上，2012年和2013年不同发育期的植株密度较为接近，都明显高于2014年。

图2　2012～2014年不同发育期早稻植株密度

2.4叶面积指数

植株叶面积指数反映植物群体生长状况，与作物最终产量密切相关。从返青期到乳熟期，叶面积指数先逐步提高，在孕穗期达到最大值，之后呈下降变化，乳熟期叶面积指数与分蘖期相近（图3）。不同年间叶面积指数差异较明显，2012年各发育期叶面积指数都最高，2014年最低。2014年最高叶面积指数才4.6，比2012年低近40%，比2013年低约30%。

图3　2012～2014年不同发育期早稻叶面积指数

2.5灌浆速度

灌浆速度为一段时间内作物千粒重的变化量。测定从抽穗期到植株成熟期，图5分别比较了不同年份两次灌浆速度。不同年份间灌浆速度差异较大，抽穗—乳熟阶段，2014年灌浆速度最快［0.90 g/（千粒·d）］，2013年最慢［0.47 g/（千粒·d）］；而在乳熟—成熟阶段，2014年依然最高［1.12 g（/千粒·d）］，而2012年最低［0.32 g/（千粒·d）］。

图4　2012～2014年早稻灌浆速度比较

2.6产量性状

表2为2012～2014年度受不同气象灾害后产量性状表现，2012年早稻空壳率和秕谷率都最高，同时穗结实粒数最低（平均53.8粒），进而使得千粒重最小。2013年穗结实粒数最大，且空壳和秕谷率都最低，实际产量最高。2014年千粒重最大，实际产量和茎秆重都最小。2012年最高的茎秆重，表明该年份中营养生长充分，茎叶徒长。从表中可知，早稻不同发育期遭受的不同气象灾害度对后期产量和千粒重影响不同。千粒重和实际产量之间没有明显相关性，最终产量是气象灾害在不同发育期对早稻生长发育影响下的综合表现，由穗结实粒数，空壳率，秕谷率和千粒重等产量性状以及生育性状共同决定。

表2　2012～2014年早稻产量性状

3 结论与讨论

3.1气象灾害对早稻发育影响

2012～2014年长沙早稻种植过程中主要出现了3种气象灾害，即阴雨寡照、高温热害和干热风，这3种气象灾害在不同年份中由于出现的时期、次数和强度等的不同，对各年份早稻生长发育产生了不同的影响。2012年出现的气象灾害主要有：孕穗—抽穗期的阴雨寡照（梅雨期）和乳熟—成熟阶段的高温热害以及干热风，并伴有一次分蘖期的洪涝灾害影响；2013年出现的气象灾害包括：抽穗—成熟阶段的高温热害和干热风；2014年出现的气象灾害是：返青和拔节阶段的阴雨寡照。阴雨寡照气象灾害同时出现在早稻营养和生殖生长阶段，而高温热害和干热风则主要影响早稻生殖生长。

试验选取的早稻生育指标包括：植株高度，植株密度，叶面积指数和灌浆速度。气象灾害对所选取的指标产生不同程度的影响。试验中所出现的气象灾害对各年份植株高度没有产生显著影响。各年份植株密度大小顺序表现为：2013年＞2012年＞2014年；叶面积指数大小顺序为：2012年＞2013年＞2014年；灌浆速度大小顺序为：2014年＞2013年＞2012年。正常条件下，在作物生长阶段，植株密度呈现先急剧增长而后趋于平稳态势，2012年虽在孕穗抽穗期出现阴雨寡照气象灾害，但从图2可知，其对植株密度没有产生较大影响，然而2014年返青和拔节阶段的阴雨寡照却明显的抑制了植株密度的增长，尤其是在拔节期后植株密度出现急剧下降，并最终导致后期维持较低的植株密度。2013年返青时植株密度最高，接着为2012年和2014年，由于2012年在返青分蘖期没有受到不良气象灾害影响，2012年植株密度在分蘖后期迅速增长并与2013年持平，而2014年则一直处于较低增长趋势，表明返青期的植株密度大小对后期作物植株密度影响不大，由此认为2014年后期植株密度较低主要是由阴雨寡照气象灾害影响导致。阴雨寡照使空气和土壤长期潮湿，日照严重不足，进而影响植物叶片光合作用，叶片生长缓慢，导致作物植株分蘖低，密度下降［14］。这也可以从图3关于叶面积指数变化得到证明，2014年叶面积指数一直最低。然而从图2中知，植株密度从拔节期后就变化不大，而叶面积指数却一直增长到孕穗阶段，然后再一直减低至乳熟阶段。一定范围内，作物产量随叶面积指数的增大而提高，但叶面积指数太高，也不利于叶片光合作用和有机物累积，徐晶晶［15］认为长江中下游水稻高产田最大最适叶面积指数可达8左右，本研究在2012年孕穗期得到最大的叶面积指数才7.3。2012年叶面积指数比2013年高，可能的原因是2012年在分蘖期遭受一次轻度洪涝的影响，水分充足下，叶片光合能力增强，这与王秋菊［16］研究所得结果一致，认为分蘖期水分轻度胁迫使得植株根叶茎穗干重均在一定程度上增加。

由图5可知，气象灾害对早稻生殖生长阶段的影响明显，2014年由于灌浆期没有受到任何气象灾害影响，灌浆速度在两次测定中都表现最大。抽穗至乳熟期，2013年遭受高温和干热风影响，在该阶段灌浆速度最低，而2012年在该时期未受气候灾害影响，但在孕穗到抽穗期受阴雨寡照气象灾害影响，2012年灌浆速度低于2014年却高于2013年；然而乳熟至成熟阶段，2013年灌浆速度又高于2012年，表明2012年抽穗之前遭受的阴雨天气对后期影响更大，而2013年两阶段的灌浆速度变化都不明显，以上分析表明，灌浆阶段的阴雨和高温以及干热风都将影响早稻灌浆速度，使得粒重下降。孕穗抽穗期，如果遇到阴雨，将使幼穗发育不良和生殖细胞形成以及花粉发育，且杨花期光照不足将导致颖花大量退化，颖花数减少，降低了每穗总粒数，同时阴雨天气使得花粉粒吸水破裂，受精率降低，进而导致空壳增多［14］。高温加速叶片衰老，使得光合能力下降，进而导致籽粒产量降低［17］。

3.2气象灾害对产量性状的影响

气象灾害对早稻生长发育的影响最终表现在产量性状上。2012年茎秆重最大，2013年实际产量最高，2014年千粒重最大。由表1可知，2012年遭受孕穗抽穗期阴雨寡照和乳熟成熟期高温和干热风，2013年遭受抽穗成熟期高温和干热风，2014年遭受返青拔节期阴雨寡照。由气象灾害对早稻发育影响讨论可知，2012年阴雨寡照对营养生长影响小，主要影响后期生殖生长，而2014年阴雨寡照严重影响早稻营养生长，使得最终茎秆重最小。2012年最高的叶面积指数和植株密度可以很好的解释该年中最高的茎秆重。由表2可知，早稻生殖生长阶段阴雨寡照对穗结实粒数，空壳率和秕谷率影响很大，这一研究结论与张玉烛等［18］的研究结果一致，认为阴雨条件下水稻的开花率、受精率和结实率均明显降低。2012年和2014年由于都遭受阴雨天气影响，使得最终产量相对2013年未遭受阴雨影响时的产量都较低，最高减产40%，李林等［19］也认为阴雨严重的年份会导致早稻大幅度减产。

2013年穗结实粒数最高，空壳率和秕谷率都最低，然而千粒重却不是最重，可能是由于在灌浆期受高温和干热风影响，灌浆不充分。2014年灌浆期未遭受不良气象灾害影响，使得早稻灌浆充分，千粒重最重。2012年早稻千粒重遭受生殖阶段阴雨寡照和高温以及干热风的双重影响，使得穗结实粒数下降，灌浆不充分。高温热害和干热风伤害早稻的灌浆过程，籽粒过早减弱或停止灌浆，缩短了籽粒对贮藏物质的接纳期，影响到干物质的积累，早稻灌浆期的高温热害和干热风最终表现为“逼熟”现象。盛婧等［20］利用人工气候箱实验也认为灌浆结实期高温粒重下降。2014年千粒重最大，但实际产量却最低，可能是由于该年份植株密度最低所致。而2012年虽然千粒重最小，但实际产量却比2014年高，主要原因是2012年植株密度高，提高了单位面积产量。2013年植株密度与2012年相当，虽然千粒重受生殖阶段高温和干热风影响，但最终实产量却表现为最高。

综上所述，生殖生长阶段的阴雨寡照严重降低了早稻千粒重，而高温和干热风灾害，则使得灌浆不充分，千粒重下降。植株密度对实际产量影响大，能够弥补由于高温和干热风对产量造成的不良影响，同时表明，早稻最终实产是不同阶段遭受不同气象灾害影响的综合反映，营养生长阶段阴雨寡照对最终产量影响最显著。

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（责任编辑：肖 亮）

Effect of Meteorological Disasters on Growth and Yield of Early Season Rice

YAN Sheng，XIANG Ping-an，LU Kui-dong
（1. College of Life Scienc， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， PRC； 2. Key Laboratory of Rural Ecosystem Health in Dongting
Lake Area of Hunan Province Hunan Agricultural University. Changsha 410128， PRC； 3. Institute of Meteorological Sciences，
Changsha 410118， PRC； 4. Training Center Hunan Branch of China Meteorological Administration， Changsha 410125， PRC）

Since the problem of global warming had become more serious， the normalization of meteorological disaster was a major obstacle to increase early season rice production. Based on the information of weather station from 2012 to 2014 in Changsha，Hunan Province， the growth and yield of early season rice under the field conditions were studied. The results showed that the major meteorological disasters contained high temperature and dry hot wind， which occurred on the heading and mature stage， and overcast and rainy， which emerged on the returning green stage or tiller stage to jointing stage. Due to the effect of rainy weather， plant density and leaf area index decreased. The disasters of high temperature and dry wind resulted in the filling rate decline and reduced the thousand seed weigh，but had no significant effect on crop height. Our study summarized that the rainy weather in nutrition growth stage and high temperature in reproductive growth period should be paid more attention for early season rice in Changsha.

meteorological factor； early season rice； yield character； meteorological disaster

S161

A

1006-060X（2016）08-0067-05

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.08.0201，413

2016-04-30

“十二五”农村领域国家科技计划课题（2011BAD32B00）作者简介：颜 盛（1987-），女，湖南长沙市人，硕士研究生，研究方向为气象与生态农业。

向平安