再生稻再生芽萌發期降水量和作物需水量的年際變化特征分析

謝源泉，杜　康，林趙淼，劉正輝,2，王紹華，丁艷鋒,2

(1.南京農業大學農學院， 江蘇 南京 210095； 2.江蘇省現代作物生產協同創新中心， 江蘇 南京 210095)

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再生稻再生芽萌發期降水量和作物需水量的年際變化特征分析

謝源泉1，杜康1，林趙淼1，劉正輝1,2，王紹華1，丁艷鋒1,2

(1.南京農業大學農學院， 江蘇 南京 210095； 2.江蘇省現代作物生產協同創新中心， 江蘇 南京 210095)

摘要：基于遂寧、內江、瀘州、宜賓、納溪和敘永等6個氣象站1951—2007年的逐日氣象資料，采用FAO推薦的Penman-Monteith公式計算再生稻作物需水量，并結合同期降水量，以自然降水量/作物需水量(R/ETc)為指標，探討了川東南地區中稻再生芽萌發期(即7月下旬—8月中旬)的降水量和作物需水量的地區差異特征和年際變化特征。結果表明，遂寧、內江、瀘州、納溪、宜賓和敘永再生芽萌發期多年平均降水量分別為156.7、175.4、168.5、66.7、227.5 mm和153.4 mm。需水量多年平均分別為141.5、138.6、144.5、146.0、128.5 mm和142.7 mm。除了納溪外，其余各地區再生芽萌發期的降水量均高于其作物需水量。從自然降水量和作物需水量之間的關系上看，宜賓、內江、瀘州及敘永均較適合再生稻發展，而納溪則存在較大的風險。進一步分析內江、瀘州再生芽萌發期作物需水量和自然降水量的年際變化特征，發現從1951—2007年，內江降水量與需水量的比值>1的年份占了63%，比值在0.85～1之間的概率為3%，比值在0.5～0.7之間的概率為11%，降水量與需水量的比值<0.5為12%。從1951—2002年，瀘州降水量與需水量的比值>1的年份占了52%，比值在0.85～1之間的概率為13%，比值在0.5～0.7之間的概率為21%，降水量與需水量的比值<0.5的概率為4%。相對而言，內江中稻再生芽萌發期仍然存在較大的受旱風險。根據以上結果，探討了川東南再生稻發展適宜區及高產栽培策略，納溪受旱風險較大不宜曬田，遂寧、宜賓、內江、瀘州、敘永均能進行中期曬田。

關鍵詞：再生稻;再生芽萌發期；降水量；作物需水量；年際變化

再生稻是利用頭季稻收割后稻樁上的腋芽萌發成苗，經過科學管理，使其抽穗結實再收獲一季的一種稻作制度[1]。近年來，由于人口增加和耕地減少的矛盾日益突出，人們對糧食的需求不斷增加，再生稻生產具有時間短、投資省、產量穩、效益高、潛力大等突出特點再次受到人們關注。四川省是我國再生稻主產區，目前再生稻蓄留面積多達32.9萬hm2，占全國的45%左右[2]。川東南地區是再生稻的適宜種植區域，該區熱量資源豐富，再生稻在大多數年份能安全抽穗開花，產量穩定，是四川盆地再生稻發展的重點區域。但由于受地理位置及地形(以丘陵為主)的限制，水資源調控不足，水利配套條件不完善，而自然降水的充分利用在滿足再生稻的水分需求進而實現科學灌溉中作用凸顯。水稻再生芽的萌發成苗是影響再生稻產量的重要因素[3-4]。雜交中稻再生稻頭季生育后期至收后再生芽萌發成苗期，正值7月下旬到8月中旬的高溫伏旱季節，該時期的降水量對川東南再生稻生產的影響甚大。有研究指出，若在頭季稻收獲之前出現干旱，會使稻株綠葉數減少，早熟，株高及活芽率明顯降低，芽穗分化發育延遲；在收割之后出現干旱，則再生稻發苗成穗率降低，穗粒數減少，抽穗期延遲[5]。因此，再生芽萌發期的降水成為再生稻能否獲得高產的關鍵氣象因子。本研究以川東南稻區6個氣象站氣象數據為基礎，采用FAO推薦的Penman-Monteith公式計算再生稻再生芽萌發期(7月下旬至8月上旬)作物需水量，并結合同期降水量，基于需水量與降水量之間的匹配程度，分析了川東南地區再生稻再生芽萌發期降水適宜程度的時空變異，以期為再生稻適宜生態區劃及栽培管理措施提供參考。

1材料與方法

1.1資料來源

川東南再生稻大面積種植生產主要集中在遂寧、內江、瀘州、納溪、宜賓和敘永等6個地區，因此本研究選取這6個地區氣象站1951—2007年逐日氣象數據(表1)，包括大氣壓(hPa)、平均溫度(℃)、最高氣溫(℃)、最低氣溫(℃)、水汽壓(hPa)、日照時數(h)、風速(m·s-1)、大氣相對濕度(%)、水面蒸發量(ram·d-1)等。

1.2作物需水量計算方法

1.2.1參考作物蒸散量ET0的計算

ET0采用FAO(1998)推薦的Penman-Monteith公式[6-8]計算，具體計算方法如下：

(1)

式中，ET0為參考作物需水量(mm·d-1)；Rn為達到作物冠層表面的凈輻射量(MJ·m-2·d-1)，由下式計算：

Rn=Rns-Rnl

(2)

其中，Rns為太陽凈短波輻射量(mm·d-1)。

(3)

式中，n為為日照時數(h)；N為最大可能日照時數(h)；Ra為大氣頂部的理論太陽輻射。Rnl為大地的長波輻射(mm·d-1)，計算式為：

(4)

G為土壤熱通量密度(MJ·m-2·d-1)，計算如下：

G=0.14×(Tmouthn-Tmouthn-1)

(5)

由于超過10d左右的土壤熱通量幅度相對較小，正常情況下可以忽略即G=0。

u2為地面以上2m高處的風速(m·s-1)，其它任意高度H(m)的風速u，由下式折算成2m高度風速：

(6)

es為空氣飽和水汽壓(kPa)，計算式如下：

(7)

式中，T為空氣平均溫度(℃)；ea為空氣實際水汽壓(kPa)：

ea=es·RH/100

(8)

式中，RH為空氣相對濕度。

Δ為飽和水汽壓與空氣溫度關系曲線的斜率(kPa·℃-1)：

(9)

γ為濕度計常數(kPa·℃-1)，與氣溫有關，采用下式確定：

γ=0.6455+0.00064·T

(10)

1.2.2作物需水量ETc的計算采用FAO推薦的“參考作物蒸散量乘以作物系數法”計算：

ETc=Kc×ET0

式中，Kc為作物系數，本研究采用的Kc值是FAO推薦的標準作物系數[8]；ET0為參考作物蒸散量。川東南再生稻生長季節為3月上旬～10月中旬，3月上旬播種，4月上旬移栽，頭季于8月上旬成熟收割，再生季于10月中旬收獲。本研究中ET0、ETc的計算均以旬(10d)為單位進行計算。

1.3降水滿足度分析

參考賴純佳等[9]的方法，結合川東南再生稻生長的實際情況，計算其降水滿足情況。公式如下：

K(R)=R/ETc

式中，K(R)為自然降水對作物需水的滿足程度；R為水稻生育期旬累積降水量(mm)；ETc為水稻在某個生育期的需水量(mm)。

降水適宜評價標準：K(R)>1為適宜，1>K(R)>0.85為較適宜，0.85>K(R)>0.7為一般，0.7>K(R)>0.5為較差，K(R)<0.50為不適宜。

2結果分析

2.1川東南水稻再生芽萌發期自然降水量和作物需水量的空間變異

川東南水稻再生芽萌發期(7月下旬—8月中旬)作物需水量和降水量存在明顯的地區之間的差別(圖1)。遂寧、內江、瀘州、納溪、宜賓和敘永再生芽萌發期多年自然降水量平均值分別為156.7、175.4、168.5、66.7、227.5 mm和153.4 mm，作物需水量分別為141.5、138.6、144.5、146.0、128.5 mm和142.7 mm。其中，宜賓作物需水量僅128.5 mm，明顯低于其它各地區。自然降水量和作物需水量之間的匹配程度分析結果表明，遂寧、內江、瀘州、納溪、宜賓和敘永再生芽萌發期降水量與需水量的比值分別為1.10、1.27、1.17、0.45、1.77和1.08。除了納溪外，其余各地區再生芽萌發期的降水量均高于其作物需水量，能滿足該時期的水分需求。因此，宜賓、內江、瀘州及敘永均較適合再生稻發展，而納溪則存在較大的風險。降水量空間分布特征為種植區偏西部地區最多，由此向東遞減。需水量的空間分布特征為種植區西部地區作物需水量最少，由此向東先增后減。

2.2內江及瀘州水稻再生芽萌發期自然降水量和作物需水量的年際變化

內江和瀘州是川東南再生稻進行高產研究最具代表性的示范地區，內江和瀘州水稻再生芽萌發期作物需水量和降水量均存在顯著的年際變化(圖2，圖3)。對內江而言，從1951—2007年，再生芽萌發期的降水量在28.8～339.3 mm之間，多年平均為138.6 mm。內江再生芽萌發期需水量變化在78.9～174.5 mm之間，多年平均為138.6 mm。年際變化較為顯著。從需水量和降水量之間的關系上看(圖4)，從1951至2007年，內江水稻再生芽萌發期的降水量與需水量的比值K(R)>1的年份占了63%，K(R)在1～0.85之間的概率為3%，K(R)在0.7～0.85之間的概率為11%，K(R)在0.5～0.7之間的年份占了11%，而K(R)<0.5的頻率為12%。因而，內江再生芽萌發期存在一定的受旱風險。例如，2006年自然降水量為28.2 mm，是多年平均的1/5，K(R)僅為0.17，降水量遠不能滿足再生稻此階段的水分需求，對休眠芽萌發不利，導致有效穗不足，再生稻大面積減產乃至絕收。內江市隆昌縣當年的再生稻平均產量僅為71.5 kg·667m-2，總產比往年減少了39.9%。

而瀘州從1951—2002年，其降水量變化在56.3～434.1 mm，多年均值為168.5 mm。其中，再生芽萌發期降水量在20世紀50年代末至60年代末是低值期，70年代的降水波動較為明顯。從1951—2002年間，再生芽萌發期的降水量最大值為434.1 mm(1980年)，同年需水量為126.1 mm；最小值為64.2 mm(1963年)。瀘州再生芽萌發期需水量變化在78.3～190.4 mm之間，多年平均為144.5 mm。從需水量和降水量之間的關系上看(圖4)，瀘州水稻再生芽萌發期K(R)>1的年份占了52%，K(R)在1～0.85之間的概率為13%，K(R)在0.7～0.85之間的概率為10%，K(R)在0.5～0.7之間的年份占了21%。瀘州和內江再生芽萌發期的自然降水量較為接近，但K(R)<0.5出現的概率僅為4%，再生芽萌發期受旱風險較低，較適于再生稻發展。

注：“Nov-Fev”表示上一年的11、12月份和本年的1月、2月份的降水量，“E”表示月上旬，“M”表示月中旬；“L”表示月下旬。

Note：“Nov-Fev” indicates the rainfall of November and December last year and January and February this year. “E”-early in a month,

“M”-the middle ten day of a month, “L”-the last ten day of a month.

圖1川東南再生稻作物需水量與自然降水量時空分布(mm)

Fig.1Temporal and spatial distributions ofETcof ratoon rice and rainfall in Southeast Sichuan

3討論

3.1再生稻適宜生態區劃

明確再生稻種植的適宜區是再生稻持續、穩定發展的必備前提。李實賁等[10]、熊志強等[11]均是以熱量條件為依據，提出了四川盆地再生稻適宜栽培區及相應的熱量指標。方文等[12]研究了品種、頭季稻收后30 d積溫、溫濕度、光照及海拔高度對再生芽萌發、再生稻齊穗及產量的影響，提出了再生稻的生態值并據此生態值確定了其適應區域。王貴學等[13]從影響再生稻生長發育的21個氣象指標中篩選出7—9月平均氣溫、≥10℃年積溫、年均日照時數和降水量作為分區指標，將湖北省再生稻區域分為3個氣候生態區。高陽華等[14]選用年平均氣溫、8月中旬到10月中旬的積溫和日照時數、8月上中旬平均氣溫、平均相對濕度等因子將四川盆地再生稻主要栽培區分為6個不同的氣候生態區域。其中，內江、瀘州、宜賓、納溪和敘永屬于盆地中南部再生稻適宜栽培區，而遂寧屬于盆地東北部再生稻較適栽培區。然而，已有研究均以日均溫、積溫、日照時數等光溫作為劃分指標，研究結果也為再生稻種植的規劃、合理布局品種和科學確定播種期奠定了良好的基礎，但較少以降雨量為依據對再生稻生態適宜區進行劃分。在光溫條件充分滿足川東南再生稻生長需求的基礎上，降雨量成了限制再生稻高產的主要生態因子。本課題組前期基于作物需水量和自然降水量的時空分布特點，分析了不同稻區再生稻水分滿足程度，發現四川部分地區的降水量大于或等于該地區的作物需水量[15]。本研究在此基礎上重點解析了再生芽萌發期的降水適宜情況。宜賓、內江、瀘州及敘永均較適合再生稻發展，但納溪則存在較大的風險。以上研究結果豐富了再生稻區劃研究內容，為再生稻生產提供了理論指導。

圖2內江水稻再生芽萌發期作物需水量和降水量的年際變化

Fig.2Annual variations ofETcof ratoon rice and rainfall during the sprouting of axillary bud period in Neijiang

圖4內江和瀘州水稻再生芽萌發期降水量

與需水量比值頻率分布

Fig.4Frequency distributions of rainfall/ETcratio during

the sprouting of axillary bud period in Neijiang and Luzhou

3.2再生芽萌發期的水分管理

水分管理是再生稻高產的一個主要措施。頭季稻收獲前后，是再生芽幼穗分化和萌發時期，對水分特別敏感，若缺水會造成莖稈失水、再生芽分化生長受阻。江世華等[16]研究表明在頭季稻收前15 d至收后13 d，土壤含水量低于21%時，對再生芽的萌發生長極為不利，產量的損失也大。因此，再生芽萌發期的水分管理對再生稻產量形成的作用尤為關鍵。川東南地區地形多以丘陵為主，而受地形影響冬水田在丘陵山地稻區具有重要作用，其蓄水保栽水稻的面積平均每年占水稻總面積的45%左右[17]。冬水田在水分管理上比較粗放，再生稻生長期間長期處于淹水狀態。田間水影響稻樁的含水量，稻樁含水量愈多，干物重積累愈少，分解加快，營養不足，導致再生芽萌發數明顯減少[16]。而水稻高產栽培在水分管理上的要求是在水稻生長中后期實行干濕交替、保持土壤濕潤，這能夠增強根系活力，提高群體中后期光合生產積累能力及氮肥利用率，提高結實率及粒重，增強植株抗倒伏能力[18]。因此，曬田是水稻獲得高產的栽培措施之一，再生稻曬田一般在頭季分蘗高峰期(5月中旬)和頭季齊穗期(7月中旬)進行，但曬田后會造成大田土壤中的水分含量的減少，此后若降水不足或復水不及時會影響再生芽的萌發。由于川東南地區灌溉條件受限，水源得不到保證，因此必須充分考慮后期出現降水不足的可能，不能盲目曬田，避免水稻后期缺水造成減產及品質的下降。劉正輝等[15]根據不同地區的降水量分布及作物需水量認為四川再生稻區可以采用水稻生長前期適當露田、中期烤田和后期干濕交替的高產水分管理措施。本研究以旬為單位計算了各旬再生稻需水量，并結合降水量分析了其在再生芽萌發期間的時空分布，結果表明：遂寧、內江、瀘州、納溪、宜賓和敘永再生芽萌發期降水量與需水量的比值>1的年份分別占了47%、63%、52%、20%、84%和48%。而降水量與需水量的比值<0.5的概率分別為26%、12%、4%、60%、5%和10%。其中，納溪受旱風險較大，不宜曬田，遂寧、宜賓、內江、瀘州、敘永均能進行中期曬田。基于再生芽萌發關鍵期作物需水量和自然降水量的匹配程度，本研究進一步明確了川東南不同地區再生稻中期曬田的可行性，為再生稻高產栽培技術研究提供參考。本研究的結果是在現有一定年份的氣象資料的基礎上分析獲得的，納溪地區情況的出現也有可能是由于缺少部分年份氣象資料造成的。

4結論

1) 川東南水稻再生芽萌發期的自然降水量、作物需水量存在明顯的地區變異。遂寧、內江、瀘州、宜賓和敘永自然降水量較為豐富，常年平均都在150 mm以上，且與作物需水量之間的匹配程度較好，適宜發展再生稻。但納溪再生芽萌發期的自然降水量較低，僅為66.7 mm，難以滿足再生稻生長需求。

2) 內江和瀘州兩地再生芽萌發期的自然降水量、作物需水量存在顯著的年際變化。從1951—2007年，內江水稻再生芽萌發期的降水量與需水量的比值>0.5的概率為87.7%，該地區常年降水能較好滿足再生稻需水要求。但比值<0.5的頻率仍較高，為12.3%，再生芽萌發期存在一定的受旱風險。相對而言，瀘州降水量與需水量的比值<0.5出現的概率僅為4%，再生芽萌發期受旱風險較低，較適于再生稻發展。

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Annual variation of rainfall and crop water requirements of ratoon rice during the sprouting of axillary bud period

XIE Yuan-quan1, DU Kang1, LIN Zhao-miao1, LIU Zheng-hui1,2, WANG Shao-hua1, DING Yan-feng1,2

(1.NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,Jiangsu210095,China;2.JiangsuCollaborativeInnovationCenterforModernCropProduction,Nanjing,Jiangsu210095,China)

Keywords:ratoon rice; sprouting of axillary bud; precipitation; crop water requirement; annual variation

Abstract：Based on the daily data at six meteorological stations including Suining, Neijiang, Luzhou, Yibin, Naxi and Xuyong during 1951—2007, the FAO Penman-Monteith formula and the method of crop coefficient calculation were used to estimate the water requirements for ratoon rice during the period of sprouting of axillary bud (from late July to mid-August) and the regional disparity and temporal distribution characteristics of precipitation and crop water requirement during this period were also explored. The results showed that the mean annual precipitation during sprouting of axillary bud were 156.7, 175.4, 168.5, 66.7, 227.5 mm and 153.4 mm, and annual crop water requirement were 141.5, 138.6, 144.5, 146.0, 128.5 mm and 142.7 mm for Suining, Neijiang, Luzhou, Yibin, Naxi and Xuyong, respectively. In consideration the relationship between rainfall and the crop water requirement, Yibin, Neijiang, Luzhou and Xuyong are suitable for ratoon rice, while Naxi is not. Temporal distribution of precipitation and crop water requirement during the period of sprouting of axillary bud was evaluated by calculating the ratio of rainfall (R) toETc. For Neijiang, 63% of the years from 1951 to 2007 had aR/ETcratio above 1.0, and 12% were below 0.5. For Luzhou, 52% of the years were above 1.0, whereas 4% were below 0.5. In conclusion, Neijiang is vulnerable to drought stress during the sprouting of axillary period. The ecological regionalization of ratoon rice in southeast Sichuan is interpreted as a result. Yibin, Neijiang, Luzhou and Xuyong can dry paddy field at full heading stage, while Naxi cannot.

文章編號：1000-7601(2016)03-0066-06

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.10

收稿日期：2015-05-25

基金項目：國家自然科學基金(31171485，31470086)；國家863計劃(2014AA10A605)；國家科技支撐計劃(2012BAD04B08，2013BAD07B09)

作者簡介：謝源泉(1988—)，男，福建泉州人，碩士研究生，主要從事水稻生理生態方面的研究。 E-mail：2012101040@njau.edu.cn。 通信作者：劉正輝(1975—)，男，遼寧遼陽人，博士，教授，主要從事水稻產量、品質形成生理與環境調控機制研究。 E-mail：liuzh@njau.edu.cn。

中圖分類號：S511.4+2; S161.6

文獻標志碼：A