再生稻种植的气候适宜性研究

顾忠良,荣裕良,毛瑗璇,高慧莉,计天岑,何玮杰,沈 寒

(1 上海市松江区气象局,上海 201620；2 上海市松江区农业技术推广中心,上海 201613)

近几十年来,全球气候变暖几乎已成定论[1-4]。以上海松江为例,自20 世纪90年代起,松江地区的年平均气温有明显的上升趋势,1991—2018年达到16.8 ℃,比1955—1990年上升了1.4 ℃；水稻生长期间4—11月份10 ℃以上有效积温(下文简称积温),1991—2018年为2 894.6 ℃·d,比1955—1990年增长了299.9 ℃·d,这为再生稻的种植创造了有利条件。

再生稻是指水稻收割后,在夏秋季节充足的温光条件下,稻桩的潜伏芽萌发,长成稻株,随后抽穗长成成熟的水稻[5-7],由此实现水稻一次种植两次收获的目的。再生稻播种早,后茬收获晚,生育期较长,从而可以充分地利用光热资源,且总产量明显高于一季稻；再生稻前茬稻收获较一般早熟稻早,能使市民更早品尝到新米,后茬稻灌浆期气温适宜、日较差大,无需施用农药和除草剂,因此米质特佳、无污染,两茬稻米在市场上销售价格都较高,农民增收明显；同时其播种、移栽和两次收割时间都与其他水稻错开,从而改善了收割时劳力和农机等设备使用紧张的状况；其采用移栽方式,肥料、农药的施用比直播稻少,可有效地减少农业面源污染。因此,再生稻种植是一种高产、高效、优质、增收、省工、环保的栽培模式。

再生稻种植与气象条件的关系,前人做了不少研究[8-10]。但由于各地的气候条件差异较大、不同水稻品种的光温反应不同、水稻生产习惯和水平差异,各地在再生稻种植中遇到的气象问题也有较大差异。为探索上海地区再生稻种植的气象适宜性,找出制约上海地区再生稻种植的主要气象制约因素,并采取相应对策,课题组于2018—2019年在松江区开展再生稻生产与气象条件的试验研究。

1 材料与方法

1.1 材料

试验地点:2018年在上海佰路农产品专业合作社(30°59′N,121°06′E,海拔4 m),2019年在上海汇民农业专业合作社(30°56′N,121°10′E,海拔5 m)。

试验品种为‘松早香1 号’,该品种具有感光性较弱、感温性强的特性。

气象数据来自松江国家气象观测站(31°01′N,121°11′E,海拔8 m)。

1.2 方法

试验实行平行观测原则,水稻生育状况和气象资料同步平行观测；为了比较再生稻与直播一季稻的产量结构、成熟期和成本收益差异,设直播一季稻作为对照；再生稻后茬抽穗开花期定穗观测抽穗程度。

栽培方式采用盘育苗,机械移栽和收割。2018年为露地育秧,再生稻4月18日育秧盘移入秧田,5月5日移栽,试验田面积2.1 hm2,9月5日前茬收割,12月13日后茬收割；直播一季稻4月26日机直播,9月10日收割。2019年为塑料大棚育秧,3月31日浸种,4月8日秧盘移到秧田中,5月5日移栽,试验田面积1.7 hm2,前茬于9月2日收割,12月5日后茬收割。

观测水稻生育期观测:播种、移栽、拔节、抽穗、成熟等,成熟后取样分析产量结构,烘干后称千粒重。水稻生育状况观测按照中国气象局《农业气象观测规范》(1992)执行。挂牌试验依稻穗抽出剑叶的程度分为全部抽出、抽出1∕2、抽出1∕3 和未抽穗(孕穗)4 个处理。生育期观测分4 个点各固定5 穴,共20 穴；产量结构取样分8 个点各取5 穴,共40 穴。每穗结实粒≥5 粒为有效穗,否则为无效穗。成熟日期以该品种的成熟特性和产量指标综合确定。

后茬由于收割机碾压造成有效穗数减少,经测定面积订正系数为0.7,后茬理论产量为经面积订正后的产量。水稻分蘖期及以后,再生稻与对照一季稻的肥料施用和水浆管理基本保持一致。

后茬抽穗期间气温较低,抽穗过程明显延长,同一稻穗基部开花较晚,较易受低温冷害影响而不能受精,因此,本研究把后茬稻穗全部抽出剑叶作为抽穗标准,80%的稻穗全部抽出作为齐穗。

2 结果与分析

2.1 产量结构分析

2018年试验在收割前0—1 d 对一季稻、再生稻前茬和后茬进行取样分析(表1)。再生前茬与一季稻产量结构相似,理论产量略低；再生稻后茬与前茬比,有效穗略少,穗粒数明显偏少,结实率偏低,千粒重略偏低。再生稻前后2 茬产量合计1 141.6 g∕m2,比直播一季稻高173 g∕m2。

表1 再生稻与一季直播稻产量结构Table 1 Yield structure of ratoon rice and single-season rice

2019年再生稻分别于8月31日和12月3日对前后茬取样,进行穗粒结构分析(表2)。后茬与前茬比,有效穗数明显高,总粒数、实粒数、结实率和理论产量明显低,千粒重接近,前后2 茬理论产量合计为1 034.9 g∕m2。

表2 2019年再生稻产量结构Table 2 Yield structure of ratoon rice in 2019

2.2 后茬开花期低温冷害指标

于2018年10月8日在试验田块对不同抽穗程度的稻穗进行挂牌试验,随着抽穗程度的降低,稻穗的空粒率明显提高(表3)。

表3 10月8日挂牌的再生稻后茬不同抽穗程度稻穗结实状况Table 3 Fructification of aftercrop rice with different earing level listed on October 8th

分析2018年后茬孕穗后期到抽穗开花期的气象资料:2018年9月25日到10月9日,日平均气温均在20 ℃以上,最低气温均超过14 ℃,最高气温均不超过28 ℃,适宜于颖花开花受精；受冷空气影响,10月10日起日平均气温下降到20 ℃以下,10月11日到13日连续3 d 最低气温≤14.0 ℃。10月8日对试验田块的稻穗抽穗程度进行调查,取样10 穴共233 穗,全部抽出的有57 穗,正在抽穗的127 穗,孕穗的49 穗。对于已经全部抽出的稻穗,到10日基本完成了开花授粉过程,这部分稻穗上的颖花没有受到低温冷害影响,结实率较高；对于正在抽穗的和尚未抽穗的稻穗,由于此时气温较低,抽穗进程较慢,多数颖花尚未在10日前完成开花授粉过程,这是造成2018年后茬高空壳率、高无效穗的原因。

近年研究[11-12]认为,水稻孕穗后期到开花期间最低气温低于14 ℃,造成花粉败育,导致不能正常受精。根据对近20年资料的分析,10月15日前日最低气温低于14 ℃一般为云量少的辐射型天气,低温持续时间一般不超过5 h,在最低气温不是很低的情况下,通过深水灌溉,利用水体热量释放来填补气温低谷,可提高气温0.6—1.9 ℃[13-14],但日最低气温≤14 ℃的天数达3 d 或以上时,由于水温降低,调温效果变差。据此,将低温冷害指标定为10月15日前日最低气温≤13 ℃或连续2 d 最低气温≤14 ℃。

2.3 再生稻积温指标

2.3.1 前茬积温确定

‘松早香1 号’为早熟品种,光周期反应不明显,成熟主要取决于其生长期内的积温。统计2018年再生稻播种(4月19日)至成熟(8月30日)积温为2 137 ℃·d,2019年播种(4月8日)至成熟(9月2日)积温为2 077 ℃·d。由此认为,再生稻前茬从播种到成熟需要积温为2 100 ℃·d 左右。

2.3.2 后茬积温确定

2018年10月8日对再生稻后茬抽穗程度调查发现,大多数稻穗正在抽穗或孕穗。统计9月6日到10月8日积温为478.6 ℃·d。如按照9月下旬到10月上旬平均气温21 ℃计,延长5 d,正在抽穗的稻穗均能正常受孕结实,据此推算后茬从萌芽到齐穗需要积温534 ℃·d；2019年9月2日前茬收割,10月10日对后茬抽穗观测,10 穴共209 穗,其中绝大多数稻穗已全部抽出,正在抽穗和孕穗有37 穗,10月10日为齐穗期,统计9月3日到10月10日的积温为540.6 ℃·d。由此认为,再生稻后茬从萌芽到齐穗需要积温为540 ℃·d 左右。

2.4 再生稻种植的气候适宜性分析

再生稻前茬产量接近一季稻,后茬的产量取决于开花期是否遭受低温冷害。统计松江地区2000—2019年气象资料,以日最低气温≤13 ℃或连续2 d≤14 ℃为低温冷害标准,10月15日前各日出现低温冷害的概率如图1。20年中9月份未出现低温冷害,出现最早的是2012年10月1日,连续2 d 最低气温分别为13.1 ℃和13.8 ℃；次早的是2004年12.9 ℃,10月9日出现低温冷害的概率为20%。因此,10月9日为安全齐穗期。

图1 10月份各日低温冷害来临概率Fig.1 Probability of cold damage in October

分别统计松江地区2000—2019年各年不同时段的积温(图2),如按正常偏早情况在4月10日播种,4月11日到秋季低温来临前1 d 积温,20年中有8年不满足2 640 ℃·d 的积温要求。这意味着,再生稻后茬抽穗开花期遇到低温冷害气候风险的概率达40%。

图2 2000—2019年不同时段的积温Fig.2 Active accumulated temperature in different periods from 2000 to 2019

如果提前到3月31日播种,在塑料大棚中育秧,4月份苗期按每天增加2 ℃·d 积温算[15],20年中有3年积温在2 640 ℃·d 以下(正方形标记),后茬安全齐穗的保证率达到85%,因此提前播种、塑料大棚育秧能明显降低后茬开花期低温冷害风险。

以4月份秧苗期采用大棚育秧,从每年后茬抽穗期低温冷害来临前1 d 开始,前推统计到满足再生稻所需积温2 640 ℃·d 的日期,得到各年再生稻的适播日期。统计每年各播种日,后茬开花期遇到低温冷害的气候风险:4月1日播种的风险为15%；4月2日播种的风险为25%,因此满足后茬80%安全齐穗要求的播期为4月1日。

3 结论与讨论

在松江地区露地种植再生稻,部分年份有较大积温缺口,后茬开花期低温冷害气候风险较大；但如果采用大棚育秧、提早播种的方式可部分弥补积温不足的问题,绝大多数年份再生稻后茬均可取得较好收成。一般再生稻后茬作为额外收获,与一季稻相比,成本投入增加不多,但增产增收效果显著；如果后茬产量低或绝收,也不会造成较大损失。因此,再生稻值得在松江地区推广种植。

再生稻一般选用感温性较强的早熟品种,但肥水运筹对其生育期影响较大,生产上肥料运筹应以“前重后轻”为总体原则,控制氮肥用量,使秧苗早发但不徒长；做好大田平整,疏通田间沟系,提高成熟整齐度；在试验中发现,分蘖穗比主茎成熟期明显偏晚,究其原因,主要是秧苗插得过深和施肥不规范,致使分蘖出生晚。故生产上应注重规范化作业,促使早出蘖。

再生稻由于生长期较长,前期和后期气温较低,因此秧苗期低温、前茬开花期高温、前茬收割期多雨、后茬开花期低温等气候风险较大,在这些关键生产期要密切关注天气变化,采取相应措施。秧苗期低温注意保温；移栽期应选在连阴雨过后气温回升阶段；前茬开花期高温和后茬开花期低温应采取深水灌溉措施调节小气候温度,特别是后茬开花期,如遇到最低气温≤14 ℃时,晚上应深水灌溉。

再生稻前茬和后茬作为一个整体,产量有相互补偿的功能,在前茬遇到不利天气,如高温导致空壳率剧增,严重影响产量时,适当提早收割前茬,以后茬增产来弥补前茬损失。

本研究得出的再生稻播种期,是基于上海市松江区的历史气候资料,在上海市其他区种植再生稻,还需要根据当地的气候资料结合本研究提出的方法,确定该地区的再生稻安全播种期。