气象因子对水稻灌浆速率及千粒重的影响分析

摘要 为探究气象因子对水稻灌浆速率及千粒重的影响及影响程度，开展了一系列水稻分期播种试验，并利用主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）方法对气象因子进行深入分析。结果显示，光温气象因子是影响水稻灌浆速率的主要因素之一。冗余分析发现，日平均气温、日最高气温、阶段积温、阶段日照时数和日较差与灌浆速率呈正相关，与千粒重呈负相关。在这些因素中，日最高气温、日最低气温和日较差对水稻灌浆速率和千粒重的影响较为明显。研究结果为水稻关键生长季节的农业气象服务提供一定的参数资料和技术支持，以提高水稻产量和品质。

关键词 气象因子；灌浆速率；主成分分析；冗余分析

中图分类号 S161" " 文献标识码 A" " 文章编号 1007-7731（2024）16-0022-04

DOI号 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.16.005

Analysis of the impact of meteorological factors on rice filling rate and thousand-grain weight

WU Xinjuan" " YANG Sihui" " CHEN Lin" " FEI Yongcheng

（Meteorological Bureau of Wenjiang District， Chengdu 611130， China）

Abstract To investigate the impact and extent of meteorological factors on the grain filling rate and thousand-grain weight of rice， a series of staged rice planting experiments were conducted， principal component analysis （PCA） and redundancy analysis （RDA） were utilized to deeply analyze the meteorological factors. The results revealed that photothermal meteorological factors were the main factors affecting the grain filling rate of rice. Through redundancy analysis， it was showed that daily average temperature， daily maximum temperature， stage accumulated temperature， stage sunshine duration， and daily temperature range were positively correlated with the grain filling rate but negatively correlated with thousand-grain weight. Among these factors， daily maximum temperature， daily minimum temperature， and daily temperature range had the most significant impact on the grain filling rate and thousand-grain weight of rice. The research results provided some parameter data and technical support for agricultural meteorological services during key growing seasons of rice， in order to improve rice yield and quality.

Keywords meteorological factors; filling rate; prncipal component analysis; redundancy analysis

水稻是重要的粮食作物之一，其高产、稳产对于保障粮食安全至关重要。稻谷的种植与气候因素紧密关联，已有许多学者对稻谷种植生产与气候因素的相互作用进行了深入探讨，龚金龙等[1]研究发现，水稻灌浆期遭遇低温会导致籽粒充实不良，从而影响产量和品质。腾中华等[2]研究表明，水稻灌浆期遭遇高温会对籽粒充实产生负面影响，造成水稻结实率下降，降低千粒重和稻米品质，从而影响其产量。张皓等[3]研究发现，日照时数对水稻灌浆速率和千粒重有明显影响，在灌浆期保证充足的光照，有利于提高籽粒充实度和产量。张发丽等[4]研究证实了日照时数对水稻灌浆的积极作用，并建议在灌浆期采取合理密植、科学管理等措施，以提高水稻对光照资源的利用效率。

水稻籽粒灌浆是籽粒形成的重要生理过程之一，也是影响粒重、产量和稻米品质的关键阶段。水稻灌浆期既受自身生物学特性影响，也受外部环境的影响，与温度和日照密切相关，适宜的温度和充足的光照是水稻籽粒灌浆充实、品质优良的保障[5]。为更全面地了解气象因子对水稻灌浆的影响，本研究通过开展不同播期的水稻播种试验，确保水稻灌浆结实阶段处于不同的光照、温度和水文气象条件下，结合收集的同期气象信息，分析探讨灌浆速率的变化与各种气象因子之间的相互关系，实现水稻科学生产，优化农业生产方式。

1 材料和方法

1.1 试验地基本情况

试验地点（103.87° E，30.75° N）位于四川省成都市温江区气象局农业气象试验田内，面积约2 hm2，海拔高度548.9 m。试验田采用水稻和大蒜（或油菜）的轮作方式进行耕作，是研究区典型的轮作农田生态系统。试验基地位于成都平原的中心地带，地形是由岷江冲击形成的平原，土壤以壤土为主，理化性质优良，肥力状况适中。

1.2 试验材料

稻谷品种采用中稻杂交籼稻宜香优2115。水稻生育期内的每日气象数据来源于四川省成都市温江区气象局的地面气象观测资料。

1.3 试验设计

于2019—2022年进行水稻分期播种试验。共设定4个不同播期（SD1-SD4），每个相邻播期间隔10 d。以当地大田常规播种期3月25日作为第2播期（SD2），其他播期分别为第1播期3月15日（SD1），第3播期4月4日（SD3），第4播期4月14日（SD4）。所有播期的秧苗均在35 d秧龄时移栽，各播期在移栽时均进行4个重复移植，移栽规格、田间管理与当地常规的稻田生产基本保持一致。

1.4 测定指标

1.4.1 灌浆速率和千粒重" 在水稻灌浆期（抽穗始期至成熟期）进行灌浆特性的测定，测定项目包含灌浆速率和千粒重测定。操作方法：当每个播种期的水稻达到抽穗始期（开花期）时，分别在4个重复中选定同日开花、大小相近的200穗，挂牌定穗，并标明挂牌日期。挂牌后第10天第一次取样，然后每隔5 d取样1次，直至水稻成熟。每次从选定的株茎中任取20穗（4个重复，每个重复5穗），取下穗后，数总粒数，在恒温干燥箱内烘干并称重，记录千粒重。灌浆速率测定方法按《农业气象观测规范》[6] 要求执行。

1.4.2 农业气象指标" 水稻灌浆期各播期所需的光温水农业气象条件的观测标准和观测方法按《地面气象观测规范》[7]要求执行。

（1）温度因子。气温（℃）：用距地面1.5 m高处的百叶箱内干球温度表测得，每3 h读取1次，共8次，取平均值作为当日气温。最高（低）气温（℃）：用距地面1.5 m高处的百叶箱内最高（低）温度表测得的当日极端最高（低）气温，一天只有1个数值；某时段内平均最高（低）气温是该时段内极端最高（低）气温的均值。

（2）水和光照因子。降水量（mm）：用雨量筒量取一天中未经蒸发、渗透和流失的降水在水平面上积累的深度之和。日照时数（h）：太阳在一地实际照射的时数，在一给定时段内太阳直接辐射度大于或等于120 W/m2的各分段时间总和。相对湿度（%）：用在同一百叶箱内的干、湿球温度同步测量值的差异，计算出的表征空气湿润程度的要素值，每3 h计算1次，共8次，取平均值作为当天相对湿度。以上各要素均以北京时间20：00到次日20：00这一时段为1 d。水稻灌浆期的农业气象条件如表1所示。

1.5 统计方法

采用Excel 2010软件进行数据处理和图表生成，采用SPSS 27.0统计软件进行数据PCA等分析，另采用Canoco 5进行RDA分析。

2 结果与分析

2.1 气象要素对水稻灌浆速率的影响

2.1.1 水稻灌浆结实期农业气象条件" 根据图1的数据分析，2019—2021年，不同播期的水稻在灌浆结实期的平均气温、日最高气温和日最低气温均随播种时间的推迟呈现逐步下降的趋势；2022年，随着播期的延后，相关气温指标随着播种时间的推迟呈现先增后减的抛物线型变化，其中，SD3的平均最高温度达35.3 ℃，为最高值，这与当年7—8月的持续高温天气有关。年际间的降水量差异较明显，2020年降水量最多，尤其是SD4播种期，其降水量比历史同期多出225%；2019年SD1播种期的降水量最少。在日照时数方面，2022年相比其他年份日照时数偏多，最多的是2022年SD3播种期，比历史同期增加了93%；最少的是2020年的SD1播种期。因此，在水稻灌浆阶段，气象条件在年际和播期间存在明显差异，对水稻的生长发育影响较大。播种期的推迟对温度和降水的影响较大，而日照时数也显示出较大的年际变化幅度。这些气象条件的变化可能对水稻的生长和产量产生重要影响。

2.1.2 灌浆速率与气象要素的相关性分析" 通过主成分分析（PCA）方法获得2个包含84.50%原始信息的主成分。其中，第一个主成分（PC1）解释率达67.5%，第二个主成分（PC2）解释率达17.0%（图2），这表明所提取的主成分与原始变量之间的相关性较强，从而说明其在一定程度上具有代表性。

主成分分析（PCA）计算结果（表2）显示，第一主成分（PC1）包括日最高气温、日平均气温、日较差、阶段积温和累计日照时数的最大信息，且均呈正向分布，可定义为光热因子；贡献率较大的为日最高气温、日平均气温和累计日照时数。第二主成分（PC2）综合了日最低气温、平均风速、日平均气温、日较差和累计降水量的信息，日较差在PC2上呈负向分布，日最低气温、平均风速、日平均气温和累计降水量呈正向分布，其中平均风速、日最低气温和累计降水量贡献率较大。通过主成分分析结果可知，光热因子在水稻灌浆过程中起重要作用，同时，降水和风速等气象因子对水稻灌浆也有影响，即在水稻灌浆过程中不仅受单一气象因素的影响，还受多种气象因素的综合影响。

2.2 水稻灌浆速率、千粒重与气象因素的冗余分析

用冗余分析（RDA）方法进一步分析气象因素对水稻灌浆速率和千粒重的影响。从水稻灌浆速率、千粒重与气象因子关系的冗余分析排序结果（图3）可以看出，在第一排序轴上，灌浆速率和千粒重98.81%可以被以上9个气象因子解释。日平均气温的连线最为突出，其连线最长，其次是日最低气温，平均风速的连线速最短。通过灌浆速率和千粒重与气象要素之间的夹角分析可知，灌浆速率与日最低气温、日平均气温、日最高气温、阶段积温、累计日照时数和日较差之间的夹角较小，呈锐角，呈正相关；与平均风速和累积降水量之间的夹角较大，呈钝角，呈负相关。千粒重与日最低气温、平均风速、累积降水量和相对湿度呈锐角，呈正相关；与日平均气温、日最高气温、阶段积温、累计日照时数和日较差呈钝角，呈负相关。日平均气温、日最高气温、阶段积温、累计日照时数和日较差与灌浆速率呈正相关，与千粒重呈负相关，这意味着水稻从灌浆到成熟的阶段，随着生长发育的推进，灌浆速率逐渐稳定，而干物质的累积量逐渐增多，从而呈现负相关。

以上分析结果表明，气象要素对水稻的灌浆速率和千粒重的影响较为明显，灌浆速率与光温因子呈正相关，表明这些因子促进灌浆过程；与风速、降水呈负相关，表明强风和过多降水对灌浆产生不利影响。千粒重与日最低气温、平均风速、累积降水量、相对湿度呈正相关，表明适量的降水和较高的相对湿度有利于稻谷增重；与日平均气温、日最高气温、阶段积温、累计日照时数和日较差呈负相关，这可能是因为在灌浆到成熟阶段，高温和过多的日照可能会减缓干物质的累积，从而影响千粒重。

综合因子分析，认为影响水稻灌浆速率的气象因子主要为光温气象因子，其中日最高气温、日最低气温和日较差影响较大。

3 结论与讨论

（1）通过对影响水稻灌浆速率的气象因子进行因子分析（PCA），获得了2个包含84.50%原始信息的主成分，发现其主要影响的气象因子为光温因子。这与周鸿凯等[8]研究杂交水稻光温特性的因子分析，以及朱庆森等[9]研究水稻籽粒灌浆的生长分析，得出在水稻灌浆结实期主要的影响因子是光温因子的结论基本一致。

（2）在冗余分析（RDA）中，水稻灌浆速率、千粒重与气象因子关系在排序结果有98.81%可以被日平均气温、日最高气温、日最低气温、日较差、平均风速、相对湿度、阶段积温、累计降水量和累计日照时数9个气象因子解释。其中，日平均气温的连线长度最长，日最低气温其次，平均风速最短；日平均气温、阶段积温、日最高气温、累计日照时数和日较差与水稻灌浆速率之间呈正相关，而与千粒重之间呈负相关。这与林文雄等[10]研究气候条件对杂交水稻籽粒灌浆的分析，得出水稻的灌浆速率与温度因子呈正相关的结论基本一致。

综上，气象因子对水稻灌浆速率和千粒重有明显影响，其中光温因子是较为重要的影响因素，尤其是日最高气温、日最低气温和日较差影响较大，适宜的温度有助于保持水稻的生理活性，促进灌浆过程的顺利进行。在灌浆结实期，充足的光照和适宜的温度可以保证水稻籽粒充分灌浆，提高其千粒重和产量。

参考文献

[1] 龚金龙，张洪程，胡雅杰，等. 灌浆结实期温度对水稻产量和品质形成的影响[J]. 生态学杂志，2013，32（2）：482-491.

[2] 滕中华，智丽，宗学凤，等. 高温胁迫对水稻灌浆结实期叶绿素荧光、抗活性氧活力和稻米品质的影响[J]. 作物学报，2008，34（9）：1662-1666.

[3] 张皓，翁玲，刘宇鹏，等. 气象因子与黔中水稻灌浆速度及千粒重相关性分析[J]. 广东农业科学，2019，46（12）：1-8.

[4] 张发丽，王荣基，张恒栋，等. 黔西南地区水稻超高产原因分析[J]. 中国稻米，2023，29（5）：114-118，121.

[5] 施伟，朱国永，孙明法，等. 水稻籽粒灌浆的影响因子及其机制研究进展[J]. 中国农学通报，2020，36（8）：1-7.

[6] 国家气象局. 农业气象观测规范[M]. 北京：气象出版社，1993.

[7] 中国气象局. 地面气象观测规范[M]. 北京：气象出版社，2003.

[8] 周鸿凯，何觉民，叶昌辉，等. 杂交水稻光温特性的因子分析[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2009，37（9）：110-116.

[9] 朱庆森，曹显祖，骆亦其. 水稻籽粒灌浆的生长分析[J]. 作物学报，1988，14（3）：182-193.

[10] 林文雄，吴志强，梁义元. 气候条件对杂交水稻籽粒灌浆的影响[J]. 中国农业气象，1992，13（2）：4-8.

（责任编辑：杨 欢）