不同积温试验区水稻生育界限期的界定与比较

刘丽华，崔士泽，秦猛，宋江，李红宇，刘梦红，郑桂萍

（黑龙江八一农垦大学，大庆 163319）

水稻（Oryza sativa L.）是我国重要的粮食作物之一，超过2/3 的人口以大米为主食，农业生产上必须保持数量的持续增长来确保国家粮食安全[1]。中国是水稻生产的大国，其种植面积占世界总种植面积的18.5%，产量占世界水稻总产的28%[2-3]。在水稻生长的全生育期中，气温是影响其生长及产量形成的主要因素之一[4]。侯立刚等[5]研究认为，低温影响水稻秧苗的生长，导致最高分蘖时间延迟，分蘖数减少，新叶出叶速度减缓，并减少每穴穗数、每穗实粒数及千粒重下降；任红茹等[6]研究发现，低温处理降低了水稻株高、穗长与节间长度，成熟期干物质量显著减少，籽粒空壳率增加，结实率、每穗实粒数减少，籽粒充实度和千粒重降低，产量显著下降；开花期高温胁迫处理结束后，叶片的Pn、LAI、SPAD 及叶面积氮指数（LANI）在籽粒灌浆前期总体随高温胁迫的增加而下降，叶片、茎鞘和穗的生物量总体呈下降趋势[7-8]；全生育期高温处理降低产量的原因主要在于每蔸穗数、每穗颖花数、结实率和粒重均大幅降低，降低幅度分别为51.8%、49.9%、58.3%和9.6%[9]；周俊杰[10-11]研究发现，高温水平越高、持续时间越长，穗部干物重积累量和营养器官花前储存干物质转运量越低，营养器官干物质积累越大，通过降低每穗实粒数降低产量。谢晓金、高焕晔等[12-13]研究发现，水稻抽穗期高温导致稻米的糙米率、精米率、整精米率、可溶性糖和蛋白质含量也呈下降趋势，而稻米的垩白率、垩白度和直链淀粉含量明显增加。黑龙江农垦科学院水稻研究所对佳木斯市近期二十年的气温实测资料做了统计分析，并计算出当地水稻主栽品种各生育阶段的活动积温，结合水稻生育界限温度等资料，绘制了水稻计划栽培图。但针对地处不同积温带的试验区进行水稻生育界限期的研究，至今少见报道，限制了水稻计划栽培模式在不同试验区应用。基于以上情况，研究以肇源农场、友谊农场和洪河农场为研究对象，利用各试验区1993～2017 年水稻生育期间4～10 月的实测日平均气温、当地栽培的主要水稻品种在各生育阶段所需起点温度与积算温度等农业气象资料，统计本地水稻生长过程中界限期，并绘制和对比水稻生育界限期指导图。有利于更好的撑握水稻生育进程，明确田间管理目标，有效促进水稻的早熟增产，也是水稻科研和生产的需要。

当前，国内外对水稻生育期生长特征及其适宜的气候特点等研究较为透彻[14-16]，但由多年日平均气温推算本地水稻生长过程中界限期的日期却少见报道。因此，认真分析研究当地气温变化规律，结合当地水稻的栽培特性，选育和栽培适宜的品种，便可主动的充分利用当地的热能资源，有计划的栽培管理水稻，为寒地稻作防御低温冷害，获取水稻稳产高产具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

肇源农场位于北半球第一积温带，无霜期135～145 d，年≥10 ℃以上积温2 900～3 200 ℃，属于亚热带季风性气候；友谊农场位于北半球第二积温带，北纬46°28′14″～46°59′38″，东经131°27′50″～132°15′，中温带大陆性季风气候，年平均降雨量500 mm，光照平均时数2 730 h，无霜期120～130 d，年≥10 ℃以上积温平均为2 641.7 ℃；洪河农场位于北半球第三积温带，北纬23°39′57″到23°50′14″，东经109°15′35″到109°25′22″。

1.2 数据来源

肇源农场、友谊农场和洪河农场近25 年4～10月份的日平均气温数据分别来自当地气象站历史记载资料。

1.3 研究方法

研究把连续3 日平均气温高于（夏季）或低于（秋季）界限温度的首日，按生产上习惯定义为水稻生育界限期。以肇源农场、友谊农场和洪河农场为研究对象，逐年逐日确定不同试验区水稻生育界限期，采用直方图方法绘制平均气温稳定通过生育界限温度日期的次数分布图，进行正态性检验，并对各界限期进行描述统计，对比分析不同试验区水稻生育界限期。根据近25 年水稻生育期间日平均气温的变化，及其在各生育阶段所需起点温度与积温，确定本地水稻生育主要几项界限期，具体如表1。

表1 寒地水稻生育界限期Table 1 Growthlimit stage of rice in cold region

1.4 数据统计

数据采用DPS 和EXCEL 统计软件进行数据分析及图表制作。

2 结果与分析

2.1 肇源农场水稻界限期确定

从肇源农场水稻生育界限期的次数分布图中可以看出（图1），4 月1 日～5 日分布次数最多，达到11次，4 月21 日以后平均气温均明显高于5 ℃；4 月1日～5 日平均气温稳定通过6 ℃日期的次数最多，达10 次，其次是4 月16 日～20 日，达5 次。

图1 肇源农场平均气温稳定通过5 ℃和6 ℃日期的次数分布图Fig.1 The number distribution of dates by 5 ℃and 6 ℃temperature stability in Zhaoyuan farm

从肇源农场平均气温稳定通过12.5 ℃日期的次数分布图中可以看出（图2），5 月1 日～5 日分布次数最多，达到11 次；5 月11 日～15 日平均气温稳定通过13 ℃日期的次数最多，达10 次。历年气温数据表明，肇源农场5 月上旬平均气温即可稳定通过13 ℃。从肇源农场平均气温稳定通过14 ℃日期的次数分布图中可以看出，5 月11 日～15 日分布次数最多，达到10 次，其次是5 月6 日～10 日分布次数达6 次。

图2 肇源农场平均气温稳定通过12.5、13 ℃和14 ℃日期的次数分布Fig.2 The number distribution of dates by 12.5、13 ℃and 14 ℃temperature stability in Zhaoyuan farm

入秋以来，从肇源农场平均气温稳定通过15 ℃日期的次数分布图中可以看出（图3），9 月1 日～5 日和9 月6 日～10 日分布次数最多，分别达到7 次，9月26 日～30 日平均气温下降较快，9 月16 日～20 日平均气温稳定通过13 ℃日期的次数最多，达7 次，其次是9 月11 日～15 日，达6 次，9 月26 日～30 日平均气温均低于13 ℃。

图3 肇源农场秋季平均气温稳定通过15 ℃和13 ℃日期的次数分布Fig.3 The number distribution of dates by 15 ℃and 13 ℃temperature stability in autumn of Zhaoyuan farm

通过上述统计可知，肇源农场水稻安全成熟晚限期平均在9 月21 日，利用肇源农场近25 年日平均气温值逆算水稻安全齐穗适期终日期和安全齐穗晚限期，从9 月21 日到8 月8 日的积温为853.01 ℃，从9 月21 日到8 月5 日的积温为921.83 ℃。故确定肇源农场安全齐穗适期终日为8 月5 日，安全齐穗晚限期为8 月8 日。

2.2 友谊农场水稻界限期分析

从友谊农场平均气温稳定通过5 ℃日期的次数分布图中可以看出（图4），4 月1 日～5 日分布次数最多，达到8 次，4 月16 日～20 日为5 次；4 月1 日～5日和4 月16 日～20 日平均气温稳定通过6 ℃日期的次数均最多，均达6 次，4 月26 日以后日平均气温均高于6 ℃。

图4 友谊农场平均气温稳定通过5 ℃和6 ℃日期的次数分布Fig.4 The number distribution of dates by 5 ℃and 6 ℃temperature stability in Youyi farm

从友谊农场平均气温稳定通过12.5 ℃日期的次数分布图中可以看出（图5），5 月6 日～10 日和5 月11 日～15 日分布次数均最多，分别达到6 次，从图中可以看出5 月11 日～15 日平均气温稳定通过13 ℃日期的次数最多，达7 次，从图中还可以看出，友谊农场从5 月21 日以后日平均气温明显高于13 ℃。从友谊农场平均气温稳定通过14 ℃日期的次数分布图中可以看出，5 月11 日～15 日分布次数最多，达到10次，友谊农场平均气温稳定通过14 ℃日期的次数分布图呈现标准的正态分布。

图5 友谊农场平均气温稳定通过12.5、13 ℃和14 ℃日期的次数分布Fig.5 The number distribution of dates by 12.5、13 ℃and 14 ℃temperature stability in Youyi farm

入秋以来，从友谊农场平均气温稳定通过15 ℃日期的次数分布图中可以看出（图6），9 月11 日～15 日和9 月16 日～20 日分布次数最多，分别达到8 次，9 月21 日以后友谊农场平均气温明显下降，日平均气温均低于15 ℃；从图中可以看出，9 月16 日～20 日平均气温稳定通过13 ℃日期的次数最多，达9 次，从图还可以看出，9 月1 日～5 日有1 年稳定通过了13 ℃，但9 月6 日～10 日平均气温没有稳定通过13 ℃的记录，说明友谊农场在此期间气温变化不稳定。

图6 友谊农场秋季平均气温稳定通过15 ℃和13 ℃日期的次数分布Fig.6 The number distribution of dates by 15 ℃and 13 ℃temperature stability in autumn of Youyi farm

通过上述统计可知，友谊农场水稻安全成熟晚限期平均在9 月18 日，利用友谊农场近25 年日平均气温值逆算水稻安全齐穗适期终日期和安全齐穗晚限期，从9 月18 日到8 月4 日的积温为861.10 ℃，从9 月18 日到8 月2 日的积温为905.60 ℃。故确定友谊农场安全齐穗适期终日为8 月2 日，安全齐穗晚限期为8 月4 日。

2.3 洪河农场水稻界限期研究

从洪河农场平均气温稳定通过5 ℃日期的次数分布图中可以看出（图7），4 月16 日～20 日分布次数最多，达到10 次，4 月6 日～10 日间平均气温没有稳定通过5 ℃；从图中可以看出，4 月16 日～20 日平均气温稳定通过6 ℃日期的次数最多，达7 次，其次是4 月21 日～25 日，达6 次，4 月6 日～10 日间平均气温没有稳定通过6 ℃，说明洪河农场在4 月1 日～11日气温变化不稳定。

图7 洪河农场平均气温稳定通过5 ℃和6 ℃日期的次数分布Fig.7 The number distribution of dates by 5 ℃and 6 ℃temperature stability in Honghe farm

从洪河农场平均气温稳定通过12.5 ℃日期的次数分布图中可以看出（图8），5 月11 日～15 日分布次数最多，达到12 次，5 月上旬和下旬平均气温稳定通过12.5 ℃日期的次数明显少于5 月11 日～15 日；从图中可以看出，5 月11 日～15 日平均气温稳定通过13 ℃日期的次数最多，达11 次，5 月1日～5 日之间平均气温没有稳定通过12.5 ℃。从洪河农场平均气温稳定通过14 ℃日期的次数分布图中可以看出，5 月11日～15 日分布次数最多，达到7 次，其次是5 月16日～20 日分布次数达5 次。

图8 洪河农场平均气温稳定通过12.5、13 ℃和14 ℃日期的次数分布Fig.8 The number distribution of dates by 12.5、13 ℃and 14 ℃temperature stability in Honghe farm

入秋以来，从洪河农场平均气温稳定通过15 ℃日期的次数分布图中可以看出（图9），9 月1 日～5 日和9 月6 日～10 日分布次数最多，分别达到5 次，9 月中旬以后平均气温明显下降，9 月26 日～30 日平均气温均低于15 ℃；从图中可以看出，9 月16 日～20日平均气温稳定通过13 ℃日期的次数最多，达7次，9 月26 日～30 日平均气温均低于13 ℃。

图9 洪河农场秋季平均气温稳定通过15 ℃和13 ℃日期的次数分布Fig.9 The number distribution of dates by15 ℃and 13 ℃temperature stability in autumn of Honghe farm

通过上述统计可知，洪河农场水稻安全成熟晚限期平均在9 月15 日，利用洪河农场近25 年日平均气温值逆算水稻安全齐穗适期终日期和安全齐穗晚限期，从9 月15 日到8 月1 日的积温为858.77 ℃，从9 月15 日到7 月30 日的积温为900.10 ℃。故确定洪河农场安全齐穗适期终日为7 月30 日，安全齐穗晚限期为8 月1 日。

2.4 三个农场水稻界限期比较

研究表明，肇源农场大棚旱育秧播种最早界限期为4 月7 日；旱育秧安全播种界限期为4 月9 日；旱育秧中苗移栽早限期为5 月6 日；旱育秧中苗安全移栽早限期5 月9 日；大苗安全移栽早限期为5月10 日；安全成熟适期为9 月11 日；安全成熟晚限期9 月21 日。安全齐穗适期终日为8 月5 日，安全齐穗晚限期为8 月8 日。

友谊农场大棚旱育秧播种最早界限期为4 月10日；旱育秧安全播种界限期为4 月12 日；旱育秧中苗移栽早限期为5 月9 日；旱育秧中苗安全移栽早限期5 月10 日；大苗安全移栽早限期为5 月13 日；安全成熟适期为9 月13 日；安全成熟晚限期9 月18日；友谊农场安全齐穗适期终日为8 月2 日；安全齐穗晚限期为8 月4 日。

洪河农场大棚旱育秧播种最早界限期为4 月16日；旱育秧安全播种界限期为4 月20 日；旱育秧中苗移栽早限期为5 月13 日；旱育秧中苗安全移栽早限期5 月14 日；大苗安全移栽早限期为5 月17 日；安全成熟适期为9 月9 日；安全成熟晚限期9 月15日；逆算水稻安全齐穗适期终日期和安全齐穗晚限期分别为7 月30 日和8 月1 日。

从表2 中可以看出，水稻从播种期到移栽期的5个栽培界限期均随着活动积温的减少而延后。友谊农场只有中苗安全移栽早限期较肇源农场延后了1 d，其他四个栽培界限期均较肇源农场延后3 d；洪河农场较肇源农场水稻生育界限期延后的天数为5～11 d不等；洪河农场与友谊农场相比，界限期延后的天数为4～8 d。

表2 三个农场水稻生育界限期比较Table 2 Comparation of growthlimit stage of rice in three farms

当水稻进入齐穗期，除了肇源农场的安全成熟适期比友谊农场提前2 d 外，其他界限期均比友谊农场延后3～4 d；洪河农场在水稻齐穗以后的4 个界限期均比友谊农场提前3～4 d；总之，水稻进入齐穗期后的界限期，大多随着活动积温的减少而提前。

3 讨论

试验结果对3 个不同积温试验区的水稻界限期进行了比较，由于日平均气温的年际间差异较大，每个试验区在选定当地的生育界限期时，要依据研究中相应的95%和99%置信区间和当地的实际情况进行。通过比较不同试验区的水稻从播种到移栽的界限期可知，水稻生育界限期均随活动积温的减少而延后，但不同试验区延后的天数不同，这可能和不同试验地点的升温快慢或作物对界限温度的敏感程度的不同有关[17-18]。当水稻进入齐穗期，界限期基本随着活动积温的减少而提前，相邻的两个积温带间界限期相差3～4 d，说明8 月份以后，试验中的3 个试验区降温幅度较一致，但此时特殊之处为肇源农场的安全成熟适期比友谊农场提前2 d，这可能由于肇源农场历年9 月份上旬的日平均气温的日际和年际变化较大造成的[19-20]，有待于进一步研究。此外，活动积温较少的试验区水稻播种较晚，成熟的较早，说明活动积温较少的试验区，生育期较短，需做出相应调整，选用相应熟期的水稻品种[21]。研究结果与第一、二积温带水稻生产实际基本相符。但地处第三积温带的洪河农场实际播种期大致在4 月10 日左右，比研究结果提前1 周，这主要因为洪河农场采用了“三膜覆盖”和“超级大棚”的特殊增温措施，可以更有效地提高大棚内温度，从而提前了水稻播种期。

4 结论

通过比较3 个试验区的水稻从播种期到移栽期的界限期可知，水稻计划栽培临界期均随活动积温的减少而延后，洪河农场的播种最早界限期、旱育秧安全播种界限期较友谊农场分别延后6 d 和8 d，相邻的两个积温带间的其他界限期相差3～4 d；当水稻进入齐穗期，界限期基本随着活动积温的减少而提前，相邻的两个积温带间界限期相差3～4 d。研究结果为水稻生产安全成熟，提高品质和产量奠定了理论基础，为黑龙江省水稻充分利用当地热能资源，防御低温冷害，实行计划栽培提供参考。