海口市氣候變化對水稻生育期和產量的影響

侯 偉，楊昌賢，官滿元，王立俊，李偉光

（1. 海口市氣象局，海南 海口 571100；2. 海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海南 海口 570203；3. 海南省氣象信息中心，海南 海口 570203）

海口市氣候變化對水稻生育期和產量的影響

侯 偉1，2，楊昌賢1，官滿元1，王立俊3，李偉光2

（1. 海口市氣象局，海南 海口 571100；2. 海南省南海氣象防災減災重點實驗室，海南 海口 570203；3. 海南省氣象信息中心，海南 海口 570203）

基于海口市農業氣象觀測站1983—2016年水稻生育期、產量和歷史氣象資料，分析了氣候變化對水稻生育期和產量的影響。結果表明，海口市水稻生育期呈現不同程度推遲，營養生長期縮短，生殖生長期延長，各生育期內氣溫總體升高，其中最高氣溫升高最顯著，日照時數總體減少。影響早稻產量的主要氣象因子是生殖階段的最高氣溫，故應重點關注對早稻生殖階段的高溫防范；晚稻生育期氣溫和日照時數與產量關系不顯著，臺風暴雨氣象災害可能是造成晚稻產量波動大的主要因素。

海口；氣候變化；水稻；生育期；產量；相關分析

根據IPCC第五次評估報告，全球氣候變暖的事實是毋庸置疑的，1880—2012年全球平均溫度已升高0.85℃（0.65～1.06℃），在過去30年中，每10年溫度增幅均高于1850年以來任何時期，強降水頻率、強度和降水量均在增加［1］。農業是對氣候變化最敏感的行業之一，以全球變暖為特征的氣候變化趨勢以及極端氣候/天氣事件的增多造成農業氣象災害的發生頻率和危害程度逐年增大，這對我國糧食作物的平穩高產提出了越來越大的挑戰，并極大地威脅到我國的糧食生產安全戰略［2］。周曙東等研究認為在未來氣候變暖背景下，我國華北、華東、中南、西南、西北等5個地區的糧食產量將減少，唯有東北地區糧食產量有小幅增加［3］。因此，研究氣候變化對糧食作物生育期和產量的影響機理并提出應對措施對保障我國糧食安全具有重大意義，并成為目前農業氣象學界研究的熱點。

我國是世界上最大的水稻生產國，水稻是我國最主要的糧食作物，全國有65%以上的人口以稻米為主食，研究分析氣候變化對水稻生育期和產量的影響機制引起了廣大科學家的濃厚興趣。目前，有關氣候變化對水稻生產影響研究的文獻已有很多，主要包括以全球視角、全國范圍、局部區域等不同空間尺度的長時間序列研究［4-7］、氣候變化對水稻生育期［8-10］、產量［11-12］和種植結構等［13］的研究、氣候變化背景下水稻種植過程中受到的氣象災害及病蟲害發生發展趨勢的研究等［14-16］，而有關熱帶地區氣候變化對兩季稻生育期和產量影響的研究文獻較少，因此，研究小區域性氣候變化對早稻和晚稻的生長影響具有較大意義。

海口是海南省省會城市，地處熱帶北緣，屬熱帶季風氣候，水稻是最主要的糧食作物，2015年水稻播種面積占據糧食作物播種總面積的79%以上，但海口屬自然災害多發區域，臺風、暴雨、高溫、干旱等氣象災害對水稻生產影響突出，且由溫度和濕度氣象因素造成各類病蟲害發生發展迅速，對產量同樣構成威脅［17］。本研究利用海口市瓊山農業氣象觀測站1983—2016年對水稻的生育期觀測以及相應歷史氣候資料，對早、晚稻的生育期和產量進行數理統計分析，研究氣候變化對水稻生育的影響機理，以期為海口水稻種植應對氣候變化提供科學合理的依據。

1 材料與方法

1.1 資料來源

本研究將水稻生育期劃為兩個主要階段，分別為營養生長階段（播種至分蘗期，P1）和生殖生長階段（幼穗分化至成熟期，P2）。海口瓊山農業氣象觀測站以早稻和晚稻為主（海南種植水稻可一年三熟，但以早、晚稻為主），自1983年開始，觀測站歷史氣候資料序列（包括氣溫、日照時數等）以有水稻觀測記錄時間為準，水稻生育期資料和氣候資料數據均來源于海南省氣象局氣象信息中心，所有數據經過均一化檢驗和質量控制。水稻種質有直播和移栽兩種栽培方式，本研究僅統計移栽水稻的數據。水稻總產量和種植面積數據來源于1987—2015年海南省統計年鑒。

1.2 分析方法

對瓊山觀測站早、晚稻劃定生育階段的起始日期、持續時間、相應時段歷史氣象資料和最終單產進行統計分析，氣候產量與水稻全生育期、不同生育階段的氣候因子的關系采用Pearson相關性分析，水稻各生育階段起始日期、持續時間與相應時段內的氣候因子開展線性回歸分析和相關性分析，采用SPSS軟件進行數理統計。水稻有效積溫統計以15℃為下限溫度，35℃為上限溫度（15℃以下氣溫不利于出苗和分蘗，35℃以上高溫影響抽穗結實期）。

水稻產量受氣候和非氣候因素的影響，不能直接利用產量數據與氣候資料數據進行分析。為此，在較長時間序列水稻產量與氣候因子關系的研究，可把水稻產量分解為趨勢產量、氣候產量和隨機誤差3部分，趨勢產量是反映歷史時期生產力發展水平的長周期產量分量，氣候產量是受氣候要素為主的短周期變化因子影響的波動產量分量。目前多數研究成果都是將多年的產量變化分解為社會、技術因素導致的產量變化和氣候因素導致的產量變化［18］。本研究采用直線滑動均值法求得趨勢產量，進而求得水稻氣候產量。計算公式為：

式中，Y為水稻實際產量，Yw為趨勢產量，Yt為氣候產量，e為受隨機因素影響的產量分量。

2 結果與分析

2.1 水稻生育期氣候變化特征分析

由表1可知，從生育期來看，海口早稻一般在2月初（春節前后）播種，6月上旬成熟，其中播種、拔節期具有顯著推遲的趨勢；晚稻一般在6月底播種（即早稻成熟后20 d左右），播種、拔節期也有推遲趨勢，但變化不顯著。從生育階段來看，海口早稻營養生長階段的生育期有縮短趨勢，而生殖生長階段生育期表現為極顯著的延長趨勢，全生育期略微延長；晚稻各生育期的變化趨勢與早稻類似，表現為營養階段縮短，生殖階段延長。

表1 海口市1983—2016年早、晚稻生育期的年際變化

由表2可知，海口早稻營養生長階段有效積溫和日照時數均呈顯著降低趨勢，生殖生長階段有效積溫和最高氣溫呈極顯著上升趨勢，最低氣溫表現為極顯著下降，全生育期的最高氣溫極顯著上升；晚稻營養生長階段平均氣溫和最高氣溫均表現為極顯著上升，生殖階段的最低氣溫和最高氣溫均表現為顯著上升，全生育期的平均氣溫、最低氣溫亦表現為顯著上升，最高氣溫表現為極顯著上升。

表2 海口市1983—2016年早、晚稻生育期的氣候變化

2.2 水稻生育期與氣候相關性分析

由表3可知，海口早稻營養生長階段生育期與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著負相關，即平均氣溫和最低氣溫的升高會導致營養生長階段生育期的縮短；生殖生長階段生育期與日照時數呈極顯著正相關；全生育期與平均氣溫、最低氣溫呈顯著負相關，這與營養生長階段變化類似。海口晚稻營養階段生育期與日照時數、生殖階段生育期與最高氣溫和日照時數、全生育期與日照時數均呈極顯著正相關關系，表明日照時數增多可能會導致晚稻各生育期延長，最高氣溫升高可能會延長晚稻生殖階段生育期。

2.3 水稻產量與氣候相關性分析

由圖1可知，海口早稻氣候產量占實際產量的百分比較晚稻低，主要原因可能在于早稻生育期主要集中在2～6月，氣候條件較為適宜，氣候對產量影響相對較小；而晚稻生育期主要集中在7～11月，期間臺風暴雨發生頻繁，不利氣象災害對晚稻產量的影響較大。此外，海口早、晚稻氣候產量波動總體上呈逐年上升趨勢，特別是不利氣象條件造成的減產幅度逐漸增大。

表3 海口市早、晚稻各生育期與氣候因子相關性分析

圖1 海口市1987—2015年水稻氣候產量占實際產量百分比

總體來看，海口市平均氣溫和最低氣溫與氣候產量的關系并不顯著。由表4可知，早稻生殖階段的最高氣溫與氣候產量呈顯著負相關關系，即生殖階段最高氣溫的升高會導致早稻氣候產量顯著減少，而晚稻各生育期氣溫和日照時數與氣候產量關系不顯著。

表4 氣候產量與水稻各生育期氣象要素的相關性

3 結論與討論

近年來，海口市早、晚稻各生育時期均有不同程度推遲，其中以早稻更明顯。生育期的持續時間僅有營養生長期是縮短的，而生殖生長和全生育期的持續時間是延長的，其中早稻生殖階段的生育期延長達到極顯著水平。對海口市1983—2016年的氣候分析表明，12月至翌年2月的降水偏少，而3月份降水明顯增多，5～7月份的高溫日數（≥35℃）也明顯增多，早稻播種-分蘗期對降水量需求較大，播期延遲可能是為滿足降水量的需求；晚稻播期為6月底，抽穗結實期一般處于9月份左右，此時高溫對晚稻的影響較小，而海南臺風主要集中在7月中旬至10月上旬，適當推遲播期可使晚稻在10月下旬成熟以減輕臺風的影響，這與王斌等對海南水稻生育期對氣候變化相應的結論一致［19］。

海口水稻在生殖生長階段和全生育期內的有效積溫是增加的，營養階段的有效積溫減少，尤其以早稻表現最明顯。說明水稻生殖階段對有效積溫的需求逐漸增加，而營養階段對有效積溫的需求在減少，這與水稻營養階段持續時間縮短、生殖階段持續時間延長有關。水稻各生育期氣溫呈上升趨勢，其中以最高氣溫的上升最明顯，因此應關注對水稻生育期可能出現的高溫影響。

早稻營養生長階段和全生育期持續時間與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著負相關，說明平均氣溫和最低氣溫的升高會導致營養生長階段和全生育期時間縮短，而早稻生殖生長階段日照時數增加會導致其生育期延長。此外，晚稻生殖階段最高氣溫的升高會造成該生育期的延長。

海口早稻氣候產量與生殖階段最高氣溫呈顯著負相關關系，即最高氣溫的升高會導致氣候產量減少，主要原因可能在于早稻生殖階段處于5～6月份，此時期高溫日數是一年中最多的，極端最高氣溫可達37℃以上，最高氣溫的持續升高對水稻抽穗結實危害很大，特別是影響開花結實，并造成空秕粒率上升而導致減產，因此早稻栽培期間應重點關注抽穗結實期的高溫天氣，及時采取有效措施進行降溫。晚稻氣候產量的波動較明顯，特別是由不利氣象條件造成的減產波動較大，這可能主要在于晚稻生育期主要集中在7～11月，此期間臺風暴雨對水稻產量的影響很大，造成產量波動也會很大，例如2011年9月29日登陸海南文昌的強臺風“納沙”對海口晚稻造成了巨大影響，此時正值晚稻拔節-結實期，直接造成海口晚稻比2010年減產53.6%。另外，本研究未考慮水稻品種的更替問題，且海口農業氣象觀測站點建設較晚，觀測年份有限，研究結果還需要進一步開展科學論證。

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Effects of climate change on rice growth period and production in Haikou

HOU Wei1，2，YANG Chang-xian1，GUAN Man-yuan1，WANG Li-jun3，LI Wei-guang2
（1. Haikou Meteorological Bureau，Haikou 571100，China；2. South China Sea Meteorology and Disaster Mitigation Research Key Laboratory，Haikou 570203，China；3. Hainan Meteorological Information Center，Haikou 570203，China）

Based on the rice growth period，production and meteorological element data from 1983 to 2016 observed at Haikou agro-meteorological stations，the effects of climate change on rice growth period and production were analyzed. The results indicated that rice growth period showed a delay in different degree，vegetative growth period shortened，reproductive growth period presented a prolonged trend. The temperatures during rice growth period increased，the highest temperature was most significant，sunshine duration decreased. Highest temperature was the main meteorological factor affecting the yield of early rice，so more attention should be paid to the high temperature prevention in the reproductive stage of early rice. The relationship between temperatures，sunshine duration and yield was not significant during growth periods of late rice，while typhoon storm may be the major cause of large fluctuations in late rice yield.

Haikou ；climate change；rice；growth period ；production ；correlation analysis

S162.5+3

A

1004-874X（2017）08-0145-06

侯偉，楊昌賢，官滿元，等. 海口市氣候變化對水稻生育期和產量的影響［J］.廣東農業科學，2017，44（8）：145-150.

2017-05-06

海南省氣象局科研項目（HNQXQN201609）；國家公益性行業（氣象）科研專項（GYHY 201206019-4）

侯偉（1989-），男，碩士，工程師，E-mail：houwei89@outlook.com

（責任編輯 鄒移光）