仁化县水稻早造生长与气象因素影响分析

2022-03-10李曹明张卫彪史宏寰史红珊

广东气象 2022年1期

李曹明，张卫彪，史宏寰，史红珊

（仁化县气象局，广东仁化 512300）

水稻是广东省主要的粮食作物。在过去20年里，随着气候变暖以及人类活动造成的环境改变，水稻生产布局由珠江流域线状分布逐步转为向粤东西北优势区域聚集，基本形成粤西高产稻作区和粤北优质稻作区的格局［1］。关于粤北水稻种植与当地气象环境研究，叶延琼［2］结合光、温、水气候数据，不同地形、土壤数据发现粤北山区冬冷夏热，春秋温度不稳定使得水稻安全生育期短，大部分为双季稻基本适宜种植区，水稻产量相对于广东其他地区较少。近年来，粤北地区低温阴雨危害减轻，“龙舟水”危害略加重且发生时间推至6月中旬以及≤35℃高温危害加重等气象条件的变化对水稻生长造成一定影响［3-4］。

仁化县是粤北种植优质稻产区之一，地处南岭山脉南麓，盛行暖湿的亚热带季风，常年气温适中，光照充足，热量丰富［5-7］。2014年来，曲江农业气象观测站迁移至仁化，迁站过后关于仁化水稻与气象因素关系尚未开展过研究。本研究利用近3年仁化农业气象水稻早造观测数据，对仁化县水稻早造生长特征与气象因素影响进行分析，旨在为当地水稻早造种植从气象条件方面提供指导意见。

1 资料和方法

1.1 资料来源

气象资料分别是2018—2020年仁化县董塘气象观测站G1455逐日平均、最高、最低气温，降水量，仁化国家气象观测站G57989逐日日照时数；水稻发育期和产量资料来自2018—2020年仁化农业观测数据库。

1.2 试验田种植技术操作与观测方法

试验田观测点是董塘高宅村村民责任田，面积为400 m2，长年种植双季稻，地段相对稳定，地形、地势、气候和土壤等具有代表性，基本符合《农业气象观测规范-作物手册》［8］要求。不同年份同一稻种相同生长阶段除特殊灾害补救外，施肥、打药等田间管理模式基本相同。

观测方法严格按照《农业气象观测规范-作物手册》［8］执行，在观测地段4个区内同时播种，各选有代表性的一个点，作上标记，并按区顺序编号，根据手册要求从播种至成熟各发育期记录出现日期，各阶段生长特征，开展水稻生长率、密度变化、灌浆速率等测定。

1.3 分析方法与思路

根据仁化县近3年田间操作近似，同品种的“五优61”水稻早造农气观测资料，分析早稻不同生长发育阶段的光照、气温、降水量对其生长率、植株密度、灌浆速率等影响，进一步分析出影响水稻产量与质量的关键气象因子。

2 结果与分析

2.1 产量

统计可知，2018—2020年水稻早造产量逐年增加，2019年较2018年产量提高了16.0%，增幅明显，2020年与2019年基本持平；2020年产量为7 497.0 kg/hm2，与2013—2014年江西省水稻区试验地8 905.5 kg/hm2最为接近。空壳率、秕谷率和千粒质量对水稻产量有很好反映［9］，水稻早造空秕率（指的是空壳率与秕谷率之和）一般为15%～20%，达到30%～60%则严重影响产量，2018—2020年空秕率＞30%，对产量影响严重，其中2018年空秕率最高，为42%，其次是2019年33%，最小是2020年32%。空壳率年际变化最大，18%空壳率是2018年低产的原因之一，20%以上秕谷率是近3年水稻产量无法提高的共同原因。就近3年来看，仁化种植该品种水稻早造产量特点是株成穗数多，平均每穗总粒数162粒，平均千粒质量为22.67 g，与江西省水稻区试验地结果大致相同，但穗结实率平均为65%与试验地82.2%有较大差距，结实率较低。

2.2 水稻早造生长期

对2018—2020年的研究区的水稻早造各生长期时段进行统计可知，播种期3月10日前后、出苗期3月11—14日、三叶期3月15—25日、移栽期3月26日—4月1日、返青期4月2—8日、分蘖期4月9—15日、拔节期4月16日—5月18日，孕穗期5月19—31日、抽穗期6月1—11日、乳熟期6月12—6月30日、成熟期7月1—13日。

2.3 水稻早造生长气候特点

由图1看出，仁化2018—2020年水稻早造生长各阶段的光温水3要素在分蘖前后差异十分明显，分蘖期前有效积温低、日照时数少、降水少且不稳定，常出现生长阶段无降水，分蘖期后基本进入4月份，要素年际变化大；2018年分蘖期前干旱少雨，其他年份雨水相对充沛；且2018年拔节至孕穗期间降水量0.5 mm，日照时数138.1 h，降水贫乏、日照偏多；抽穗至乳熟期有效积温、日照时数、降水量都比其他年份偏少；2019年乳熟至成熟期有效积温、日照时数比其他年份偏少特别多，主要原因是乳熟至成熟期比其他年份偏短5～10 d。

图1 2018—2020年水稻生长阶段有效积温（a）、日照时数（b）、降水量（c）、日平均气温（d）以及逐日最低气温（e）、最高气温（f）的分布

水稻生长三基点温度指生长的最适温度、最低温度和最高温度，分别为30～32、10～12和36～38℃，在最高和最低温度时，水稻生长发育停止；在最适温度时，水稻生长速度最快。结合各阶段日平均、日最高和最低气温折现图以及水稻生长三基点温度来看，整个生长阶段日平均气温都高于12℃、低于36℃；在分蘖期后日平均气温升高明显，在抽穗至成熟期基本接近30℃，是水稻生长发育的适宜阶段。从高温、低温灾害角度来看，2018年气温变化最为复杂，出现高温、低温天气尤为频繁，在早造生长阶段中日最低气温≤12℃共出现14 d，基本在分蘖之前有12 d，在拔节至孕穗期出现2 d；日最高气温≥36℃共出现25 d，拔节至孕穗期高温日数占该阶段总日数62.5%；孕穗至抽穗期、抽穗至乳熟期分别占20%。2019年寒害、热害影响程度较轻，在水稻早造生长阶段低温日数共6 d，都出现在分蘖之前；高温日数10 d，多出现在抽穗至乳熟期。2020年在水稻早造生长阶段中低温日数12 d，基本出现在分蘖期之前；高温日数4 d，基本出现在乳熟至成熟期。

2.4 水稻早造生长特征与气象条件关系

1）水稻早造生长率。

水稻干物质是决定高产的重要因素，生长率是衡量水稻干物质每日增长量的物理量。穗干物质和茎干物质在抽穗后干物质积累与产量有极显著的正相关关系，而在水稻抽穗阶段光照、高温对水稻结实和干物质的生产及分配有明显影响，所以研究水稻生长率与气象条件关系是有必要的［10-12］。

从分蘖至成熟期对水稻早造测定生长率（表1）可以看出，2018年乳熟期果实生长率仅是后两年的1/2，因前期低温和高温导致发育延迟，在成熟期，果实仍在积累干物质；2019年乳熟至成熟期，光照少，有效积温少对水稻干物质生理过程也有一定程度削弱；反而2020年乳熟期水稻生长率光照、有效积温的配合较好。所以气候年景差的年份对水稻干物质生理过程有不利作用，持续低温、干旱会抑制水稻早造分蘖期干物质消耗，和拔节期干物质积累；进入乳熟至成熟期，持续高温使得水稻停止发育，大大抑制籽粒的干物质积累。

表1 2018—2020年水稻早造分蘖至成熟期生长率变化 %

2）水稻密度。

水稻生长阶段密度变化对产量多少、灌浆速率、品质好坏有明显影响，在不同植株密度下光合作用表现为中等密度水稻光合能力优势逐渐增大［13］。水稻密度在分蘖期呈爬坡式增长，每隔5 d观测一次，称分蘖动态。水稻低温和持续干旱使得2018年水稻分蘖期延迟，到拔节期植株密度较2019和2020年少200棵/m2左右，抽穗和乳熟期多日高温天气使得有效茎数持续减少，故而出现减产现象（图2），这与刘瑞华等［14］研究发现分蘖期遇低温年分蘖受到抑制，造成有效穗数不足而降低产量的结论大致相同。2019和2020年密度随时间的变化规律相似，在分蘖前中期植株基本一样，在分蘖后期出现迅速增大，2020年植株到分蘖后期达顶峰，2019年出现分蘖滞后，这与2019年分蘖期降水多、光照不足，导致生长缓慢、根系发育差、不易分蘖有关。

图2 2018—2020年水稻早造生长密度变化

3）水稻灌浆速率。

灌浆期是水稻产量和品质形成的关键期，对光照、降水、气温变化非常敏感，在灌浆期间高温容易导致稻米垩白粒率和垩白度明显增加，重度干旱，高温会抑制水稻光合作用，进而降低灌浆速率，容易形成空秕谷［15-17］。灌浆速率测定指的是水稻子粒形成的乳熟期至成熟期间，单位时间子粒干物质增长量的测定。2018年灌浆速率逐渐加快，尤其乳熟前期持续高温抑制水稻灌浆，造成水稻成熟期提前，与2019和2020年各阶段对比，总粒数与鲜重比较低，说明空秕率较高；2019年在第2次灌浆速率测量出现1.61的大数据，而2020年灌浆速率较为均匀，日平均温度在30℃，无≥36℃高温、光照短、降水量适中是较有利气象条件（表2）。