怀化地区水稻优等气候品质时空分布特征分析

易 永，李民华，张 伟，黄安凤，肖 健

（1. 武陵片区生态农业智能控制技术重点实验室，湖南 怀化 418000；2. 怀化市气象局，湖南 怀化 418000）

随着我国社会和经济的发展、人民生活水平的提高，广大消费者对粮食的安全和品质要求越来越高，因此水稻种植也面临供给侧改革，大力发展优质稻，满足市场需求，是增加农民收入，实现脱贫致富和乡村振兴的一条重要途径。怀化市地处湘西南，位于雪峰山脉和武陵山脉的结合部，境内以山地为主，气候属山地亚热带季风气候，雨热同期，水稻种植以一季籼稻为主，种植面积约21.5 万hm2，产量约150 万t，单靠增加产量来提升种植效益其空间非常有限。有研究表明，气候和水稻品质关系密切，而怀化生态环境优越，非常适宜水稻种植，原生和人工培育的优质稻米品种众多，因此怀化地区发展优质稻具有得天独厚的先天条件[1-4]。但怀化地处山区，地形复杂，局地小气候特征明显，以往的稻米气候品质研究多基于国家台站，一站一县，主要以精米率为主[5-8]，气候代表性和精度不够，难以满足当地优质一季稻产业发展需求，因此有必要开展更精细的一季稻气候品质研究，为怀化地区优质稻种植的时空布局提供可靠的气象依据。

1 数据与方法

1.1 稻米气候品质指标计算方法

稻米品质的评价指标很多，主要有营养品质（蛋白质含量、直链淀粉率等）、加工品质（整精米率）、外观品质（垩白度）、食味品质（碱消值）等。研究表明，营养品质主要取决于品种差异，但精米率、垩白度、碱消值与抽穗扬花—灌浆期的气象条件关系极其密切[9-13]。

分析了怀化地区近30 a 的水稻发育期资料，发现其该地区水稻进入抽穗始期（指大田中10%的禾苗抽穗的时期）后平均3 d 可到达抽穗普遍期（指大田中50%的禾苗抽穗的时期），再过3 d 可进入齐穗期（指大田中80%的禾苗抽穗的时期）。因此，根据气候评价指标等级[13]，以始穗期为起点（第N 天），分别计算（N+7）～（N+26）d 的平均气温、（N-6）～（N+13）d 的平均气温日较差、（N+1）～（N+30）d 的平均最低气温分别作为第N 天始穗的稻米整精米率、垩白度、碱消值气候品质指标值，得到优等以上气候品质始穗日期区间，再利用上述3 类优等日期区间叠加得到优等综合气候品质的始穗日期区间，即始日取最晚值，终日取最早值。

综合考虑，该研究主要参考肖敏光等[13]的籼稻稻米气候评价指标采用品质等级指数评价法开展怀化地区一季稻稻米气候品质时空规律分析，具体指标见表1。

表1 整精米率、垩白度、碱消值气候评价指标 （℃）

1.2 始穗安全终日计算方法

水稻种植必须基于安全生产，秋季寒露风天气会导致籼稻抽穗扬花卡颈、空秕率增加甚至绝收等严重后果，必须保证抽穗扬花期在安全的气温区间，项目组将日平均气温稳定通过23℃的终日作为抽穗扬花期安全终日[4-10]，而多年来可达到80%安全抽穗保证率的抽穗终日日期即为抽穗安全稳定终日。23℃稳定终日采用滑动平均法确定，即下半年第一个5 日滑动平均气温低于23℃的前一个5 日中间最后一个大于23℃的日期。因为主抽穗期大约在一周左右，所以抽穗安全稳定终日减掉7 d 即为始穗安全终日，若始穗安全终日比优等气候品质始穗日期区间终日早，则始穗安全终日为优等气候品质始穗日期区间终日。

1.3 数据处理方法

从地理分布特征、气候变化和数据可比性等方面综合考虑，气象资料采用怀化市107 个气象站2011—2020 年的平均气温、最低气温、日较差等数据，采用自主编程、Excel 等方式对数据进行统计分析，并用suffer 绘制等值线图，文中图片以审图号湘S（2020）025 号的地图为基础，利用surfer 软件提取县市边界，导出bln 格式地图文件作为底图，地图中若某站点没有统计结果则标记为“X”。

2 结果与分析

2.1 整精米率气候品质分析

如图1、图2 所示，怀化地区大部分优等以上精米气候品质始穗日期区间始日为8 月上中旬，终日大多为9 月上旬。随着海拔的升高，气温逐渐降低，始穗日期区间总体呈提前趋势；其中，海拔210 m 以下的始穗日期区间一般为8 月中旬—9 月中旬初期，海拔210～380 m 一般为8 月上旬—9 月下旬后期，海拔380～600 m 大多为7 月上旬—9 月上旬中后期，海拔600 ～800 m 以上为7 月上旬—8 月下旬，龙庄湾站（1 222 m）为7 月上旬—8 月10 日。

图1 优等以上整精米气候品质始穗始日分布

图2 优等以上整精米气候品质始穗终日分布

如图3 所示，怀化适宜水稻种植地区均有一定时段的优等以上整精米率气候品质始穗日数，地理分布特征明显，麻阳—鹤城—中方—辰溪—溆浦—沅陵的沅水中下游—溆水—锦江河谷地带、托口—洪江站沅水中游谷地区间的日数偏少，为30 d 以下；溆浦东侧雪峰山区的水田庄站和新田站、溆浦—洪江东侧的葛竹坪站—龙庄湾站—横板桥站—塘湾站、靖州—通道东侧和南侧雪峰南岭山脉的寨牙站—木脚村站—平坦村站—独坡站—戈冲村站等、靖州西侧云贵高原余脉的三锹站、新晃西侧南侧云贵高原余脉的邓寨站—天堂站以及天雷山林场站、芷江县的牛牯坪站的日数偏多，达50 d 以上，为最有利于形成整精米的地区；其他地区的日数在30～50 d 之间。

图3 怀化地区优等以上整精米率气候品质始穗日数分布

2.2 垩白度气候品质分析

怀化地处山区，日夜温差较大，不利于垩白形成，如图4、图5 所示，优等以上垩白度气候品质始穗日期区间大部分为7 月上中旬—9 月上中旬；局地地理环境对温差影响较大，位于城区的站点及通风性较差的站点日期区间明显偏短，始日推迟到7 月上旬末期或中旬，终日大多也有所提前到8 月下旬至9 月上旬，其中怀化站终日较早，为8 月4 日；海拔800～900 m 可能受云雾干扰的原因，7—9 月温差较小，海拔800～900 m 以上山区的天堂站、黄岩站的优等区间为7 月下旬后期，天雷山林场站甚至没有优等以上的垩白度气候品质；1 440 m 的龙庄湾站反而较长，为7月17 日—8 月20 日。

图4 优等以上垩白气候品质始穗始日分布

图5 优等以上垩白气候品质始穗终日分布

如图6 所示，总体来看中低山区优等以上垩白度气候品质指数始穗日数较多，低海拔河谷地带及较高山区日数较少，牛牯坪站、辰溪站、怀化站、广坪站，龙庄湾站等为10～20 d，尤其是海拔800～900 m 的高山地区长度明显偏短（0～9 d）；长界站、沅陵、托口、通道、蒿吉坪站、泸阳站、麻阳等地区为20～40 d；其他地区长度一般在40 d 以上。

图6 怀化地区优等以上垩白度气候品质始穗日数分布

2.3 碱消值气候品质分析

碱消值气候品质主要取决于最低气温，因此优等以上碱消值气候品质始穗日期区间终日一般为安全抽穗终日。如图7、图8 所示，随海拔升高，优等以上始穗区间呈提前趋势，海拔380 m 及以下的始穗日期区间一般为8 月下旬—9 月中旬中期，海拔380～600 m 一般为8 月中旬—9 月中旬，海拔800 m 以上为7月下旬或8 月上旬至8 月下旬，但龙庄湾为7 月1 日至8 月20 日。

图7 怀化地区优等以上碱消值气候品质始穗始日分布

图8 怀化地区优等以上碱消值气候品质始穗终日分布

从优等以上碱消值气候品质始穗日数（图9）来看，沅陵北部武陵山脉的陈家溪站—军大坪站—大合坪站—七甲坪站一线、沅陵—溆浦—洪江—怀化—会同—靖州东部雪峰山地带的官庄站—杜家坪站—大渭溪站—水田庄站—新田站—北斗溪站—龙庄湾站—黄茅园站—塘湾站—八面山站一线及龙场—蒿吉坪站—铁坡站—黄岩站—老屋背站等雪峰山余脉、会同—靖州东侧雪峰山区的高椅站—沙溪站—甘棠站—寨牙站一线、通道全境（县城河谷除外）、靖州—会同西部—新晃邓寨站—天堂站—天雷山林场站等云贵高原余脉、芷江—麻阳西晃山区优等始穗日数较多，为20 d以上；其他地区为10～20 d 之间。

图9 怀化地区优等以上碱消值气候品质始穗日数分布

2.4 优等综合气候品质分析

如图10、图11 所示，怀化地区优等以上综合气候品质指数始穗日期区间一般为8 月中下旬—9 月上旬。随海拔升高，始日呈明显提前趋势，海拔300 m以下的始穗日期区间为8 月下旬，海拔500 m 以下大多为8 月中旬中期，海拔500 m 以上大多为8 月中旬初期，其中靖州三锹站、新晃邓寨站、鹤城黄岩站为7 月28—30 日，龙庄湾站为7 月18 日；大部分终日为9 月上旬，但新晃贡溪站、溆浦中都站为8 月16 日，龙庄湾站为8 月11 日。

图10 怀化地区优等以上综合气候品质始穗始日分布

图11 怀化地区优等以上综合气候品质始穗终日分布

如图12 所示，优等以上综合气候品质始穗日期区间长度地理分布特征明显，其中国家站所在的河谷地带和海拔800～900 m 站点优等以上气候品质始穗日期日数较少甚至为零，例如辰溪—麻溪铺—沅陵—长界—清浪一线沅水下游河谷地带、怀芷盆地、新晃东南部的天堂站—贡溪站—天雷山林场站、广坪站、托口站、蒿吉坪站、麻阳站等站点；而主要优质产区主要分布在东侧雪峰山及余脉中低山区、西侧云贵高原余脉中低山区、沅陵西北侧武陵山区一带，优质日期区间长度基本在20 d 以上，例如沅陵西北侧武陵山区的陈家溪站—军大坪站—七甲坪站一线、沅陵溆浦东侧雪峰山区的杜家坪站—大渭溪站—均坪站—水田庄—新田站一带、溆浦—洪江—会同等县市东侧雪峰山区的北斗溪站—铁坡站—横板桥站—塘湾站—八面山站—高椅站—沙溪站—甘棠站—寨牙站一带、通道县除县城谷地以外几乎所有地区、靖州西侧云贵高原余脉的三锹站—排牙山林场站—新厂站一带、芷江西侧明山山区的大树坳—杨公庙站—木叶溪站、新晃西侧的邓寨站、鹤城的贺家田、中方的龙场站—下坪、辰溪的苏木溪等；其他地区在5～20 d 之间。

图12 怀化地区优等以上综合气候品质始穗日数分布

3 小结与讨论

从优等以上综合气候品质始穗日期区间及日数分布特征来看，怀化大部分地区都存在一定区间的优等以上气候品质抽穗窗口，其中以沅陵北部武陵山区、全市东部雪峰山区、通道全县、西部云贵高原余脉等地区海拔300～600 m 的中低山区优等以上综合气候品质抽穗窗口期最长，较适合发展优质稻米生产。海拔800～900 m 及海拔300 m 以下的河谷地带的优等以上综合气候品质抽穗窗口很短或没有。

河谷地带和海拔800～900 m 站点优等以上始穗日数偏少主要有2 个原因。一是当地最大温差时段与适宜低温时段不相同，导致垩白度和碱消值气候品质的优等时段不相同，具体来讲就是优等以上垩白度气候品质时段明显提前，但优等以上的碱消值时段靠后，二者不重合。二是海拔800～900 m 地区本身温差偏低导致优等以上垩白度气候品质日数偏少。

怀化地区优等以上综合气候品质始穗日主要在8月中下旬—9 月上旬，各个地区略有差异，海拔300 m 以下地区最好将水稻抽穗期安排在8 月下旬至9 月上旬，海拔300～500 m 的地区最好安排在8 月中旬中期—8 月下旬，海拔500 m 以上地区最好在安排在8月中旬，高寒山区最好安排在7 月下旬至8 月上旬。

优等以上综合气候品质抽穗窗口很短或没有的地区发展优质稻生产，可根据气象原因选择品种，从基因上弥补气候的不足，例如河谷地带宜选择本身垩白度较低的品种，将抽穗期安排在8 月中下旬—9 月上旬，以获得较好的整精米率和碱消值。

从基地布局来讲，优等以上气候品质始穗期日数应当作为主要气候评价指标，优质稻生产基地应该布置在优等以上气候品质抽穗期较长的地区，一方面是因为优等以上气候品质抽穗期较长越利于优良品质的形成，另一方面是因为较长的优等以上气候品质抽穗期可以适应水稻生长发育的波动，更有利于安排生产。