德清縣水稻生產氣象服務技術的研究與應用

錢暉，魏麗華，陳進紅

(1.浙江大學 農業與生物技術學院，浙江 杭州 310058； 2.德清縣氣象局，浙江 德清 313200； 3.長興縣氣象局，浙江 長興 313100)

德清縣位于長江三角洲杭嘉湖平原西部，地屬亞熱帶濕潤季風區，氣候條件較為優越。全縣耕地保有量23 600 hm2，2017年糧食播種面積約13 400 hm2，其中，單季稻種植面積約8 710 hm2(機插面積1 540 hm2)，占糧食播種面積的65%以上；水稻生產合作社和規模種植大戶134戶。

當前，糧食生產靠天吃飯的局面并未得到根本性的改變，熱量和水分條件仍舊是影響水稻產量的關鍵因子[1]。特別是近幾年大力推進水稻種植機械化作業，溫室集中育秧、機械移栽秧苗、水肥管理、病蟲害監控等生產作業過程對氣象科技服務的需求越來越迫切。德清縣農業技術推廣中心對常規晚粳稻嘉58品種機插產量開展過研究[2]；德清縣新安鎮農業公共服務中心也對甬優538品種開展過機插高產栽培技術的研究[3]。

目前已有不少氣象部門針對水稻生產氣象服務開展各個方面的研究。例如，湖南長沙市氣象局2014年開展了水稻大棚集中育秧模式下的氣象服務研究，提出了包括日平均氣溫、大棚溫濕監測與調控大棚集中育秧氣象服務的四個重點[4]；安徽南陵縣氣象局以南陵縣為例，開展氣象條件水稻生產影響的研究，發現水稻產量具有明顯的年際變化[5]；廣東饒平縣氣象局根據水稻生長期對氣候條件的需求，分析了當地氣象條件，得出影響水稻的不利氣象災害，并提出種植建議[6]；江蘇徐州市氣象局通過對多年農業氣象觀測記錄分析，闡述了氣溫、降水量、日照時間等氣象條件對水稻發育的影響[7]。

但針對德清本地水稻生產的氣象服務技術研究仍為空白。本研究依托氣象部門的監測數據，分析水稻生長期間的氣候條件，從氣候適宜性和氣象災害規避性優劣的角度比較水稻直播與機插2種種植方式的適宜性；研究水稻種植過程中溫室育秧、移栽、收割等關鍵生產環節的氣象指標，開發水稻生產的氣象服務產品，以期為水稻生產提供及時、可靠的氣象服務。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本研究采用的氣象數據主要來源于德清縣國家氣象觀測站和農業氣象試驗基地自動監測站；水稻生長數據主要來源于定期人工田間觀測、走訪調查及文獻引證等。

1.1.1 農業氣象試驗基地

選擇具有代表性的新安鎮下舍村糧食生產功能區現代農業氣象科研試驗基地。該功能區位于德清縣東部平原水鄉地區，種植面積共100 hm2，種植區周邊皆農田，環境優美無污染，土層深厚、土壤肥沃，光、溫、水等條件好，有利于水稻生長。試驗田平面圖如圖1所示。

圖1 試驗田塊的情況

1.1.2 氣象要素觀測

該基地內建設有農田小氣候六要素氣象自動觀測站，主要觀測氣溫、雨量、風向、風速、積溫、積光；溫室氣象特種觀測儀主要觀測氣溫、空氣相對濕度、土壤溫度、土壤含水量、光合有效輻射。

1.1.3 水稻生長要素觀測

該基地內安裝了作物生長視頻監控，定期組織田間觀測，收集整理水稻生長的生理數據。觀測項目有株高、穗長、葉面溫度、葉面積、秕谷率等，掌握作物生長狀況。

1.2 研究方法

根據上述觀測數據，利用氣象統計方法，研究其相關性，通過對比分析對其進行數理驗證，獲得相應的氣象指標，并開展服務。

2 結果與分析

2.1 德清縣水稻生長全生育期氣象條件

2.1.1 不同種植方式的水稻各生育時段

目前德清縣的水稻主要為單季稻，種植方式主要有2種，一是直播栽培。將經過消毒、催芽等處理的種子直接拋灑在翻耕、施肥、噴藥之后的田塊。這種方式主要適用于播種面積較小或分散的田塊，一般種糧散戶采用的較多。二是機插栽培，種子在育秧溫室內出芽后，經溫室內氣象環境的調節，使其在一個適宜生長的環境中成長至3葉期，再通過插秧機直接插種在田間。這種方式適用于種植面積較大且連接成片、適宜機械化作業的田塊，一般糧食生產功能區與種植大戶或合作社采用較多。

不同種植方式的水稻生育進程也各不相同。通過田間調查、人工觀測、與文獻資料的引證，獲得了德清縣不同種植方式的水稻生育進程(表1)。機插水稻播種一般始于5月，而直播水稻一般始于6月，揚花期以前生育進程往往比直播水稻快1月以上；而抽穗揚花期之后，兩者之間的生育期接近同步，相差約10天左右。分析其原因，是因為機插水稻采用了溫室育秧技術，生長環境適宜，出苗后生長較快，而水稻是短日照作物，其開花時間必須經歷一個日照時間短于臨界值的時段，因此揚花期普遍均在8月底至9月。

表1 水稻各生育期的起始日期 月-日

2.1.2 水稻生長期間新安糧食功能區的農田小氣候特征

農田小氣候是指農田貼地氣層、土層與作物群體之間的物理過程和生物過程相互作用所形成的小范圍氣候環境。常以農田貼地氣層中的輻射、空氣溫度和濕度、風、二氧化碳以及土壤溫度和濕度等農業氣象要素的量值表示，是影響農作物生長發育和產量形成的重要環境條件。

觀測表明(圖2)，2013—2014年，在水稻的生育期內，新安糧食功能區試驗田塊平均氣溫22.8 ℃，比德清本站略偏高，平均總雨量934.8 mm與常年基本持平；時段內出現的極端最高氣溫為2013年8月7日的41.2 ℃，比德清本站歷史最高值偏高1.0 ℃，極端最低氣溫-1.8 ℃，比德清本站歷史最低值偏高1.6 ℃。

圖2 新安糧食功能區2013—2014年水稻 生育期的氣候情況

2.2 水稻生長適宜氣象指標體系及預警指標的建立

2.2.1 不同種植方式的水稻各生育時段

農田小氣候是農田土壤—植物—大氣所構成的連續體中各組成部分之間物質輸送和能量轉換的最終體現。在這個連續體(或系統)中，作物的生長發育和農業技術措施作用的充分發揮，需要適宜的農田小氣候條件；同時，作物的生長發育狀況和農業技術措施也反過來影響農田小氣候。它們互為條件、互相制約。對水稻生長、發育及產量影響較大的氣象因子有溫度、水分、光照、風。本文只對影響水稻生長的氣象要素進行分析。

溫度。水稻種子萌動的溫度范圍為10～40 ℃，溫度越高，萌動越快；出苗生長要求日平均氣溫≥10 ℃，溫度越高，出苗越快；移植期間，容易遇到連續高溫烈日的天氣，≥35 ℃高溫最易引起敗苗，影響返青；產生分蘗的溫度以25～30 ℃較適宜；稻穗正常發育要求日平均氣溫18～20 ℃，秋季低溫對水稻產量形成十分不利，當抽穗前10～14 d，日最低氣溫<15 ℃時，稻谷空癟率增加；當平均氣溫連續3 d或以上日平均氣溫≤20 ℃時影響水稻抽穗揚花期；在水稻乳熟期，氣溫過早的下降到15 ℃以下，不利于灌漿。

水分。水稻對水分條件要求比較嚴格，其生育期不同，需水量也不同。播種至一葉期應保持秧田濕潤，不要長期灌水或積水，播種期間遇到高溫天氣，秧田不宜灌水，要排除秧田積水，以防燙死谷芽，但是在不灌水的情況下，遇大雨也影響秧苗生長；2～4葉期，保持秧田濕潤，四葉期以后不再灌水，控制秧苗生長；分蘗前期淺水勤灌，分蘗末期，適時排水擱田，控制無效分蘗。進入幼穗分化期，是需水量最多的時期，稻田內要保證一定的水量以便于養胎；在抽穗揚花期，大雨或空氣濕度過小，都對抽穗揚花不利；灌漿期如遇連續低溫陰雨，濕度較大，則易引發病蟲害，影響產量。

光照。水稻為喜光植物，對短日照很敏感，在短日照條件下才能通過光照階段，抽穗結實。水稻秧苗對日照要求嚴格，日照充足，秧苗生長青綠健壯；日照不足，秧苗容易發黃，甚至變白。分蘗的速度和數量，隨光照強度變化，光照不足容易出現死苗現象。日照對水稻幼穗發育有明顯影響，日照多，光照強，可促進幼穗分化，發育良好，產量高，反之，則容易引起穎華退化，每穗粒數減少，產量下降，同時溫高光足對水稻開花授粉最有利。

風力。風力1～2級，對水稻開花授粉有利，5級以上，則影響水稻授粉，莖葉也會受到損傷。在水稻抽穗開花期間，遇到臺風大風侵襲，產量明顯降低。

根據田間觀測并結合文獻資料與以上分析，建立了德清縣單季稻生長期間各生育階段的適宜氣象指標(表2)。

表2 德清縣單季稻生長期間各生育階段的氣象

注：TL,最低氣溫；TH,最高氣溫；〒,日平均溫度(表4同)。

2.2.2 水稻生長期間氣象災害預警指標

在水稻各生長階段遭遇不適氣候條件是造成水稻減產減收的重要因素。因此，做好水稻生產期間氣象災害的預報預警工作及防御措施，對保障水稻生產具有重要意義。影響水稻生長的主要農業氣象災害有以下幾種。

低溫冷害。抽穗前10～14 d，若日最低氣溫<15 ℃時，則不利于花粉發育，使花粉失去受精能力，而造成空殼。 抽穗開花期，秋季冷空氣南下，第一次日平均氣溫連續3 d或以上，日平均氣溫≤20 ℃時，影響水稻抽穗揚花期。水稻在進入灌漿期后，若氣溫過早地下降到15 ℃以下，灌漿將會受到阻滯，嚴重影響粒重，且灌漿期日平均氣溫<15 ℃的天氣超過半個月，可致使該年水稻歉收。

高溫。插秧時，出現35 ℃以上高溫天氣，易引起敗苗。

低溫連陰雨。9月下旬至10月上旬，連續低溫陰雨，雨量過多，日照不足，日平均氣溫低于21 ℃，易引發穗頸瘟、褐飛虱等病蟲害的流行，不利于水稻高產。

洪澇。暴雨造成的洪澇，會導致稻田被洪水淹沒，積水還會引發漬害。

臺風。臺風影響期間，易出現大風和暴雨洪澇災害，引起水稻被淹、倒伏。

德清縣水稻生長期間易遭遇的主要氣象災害總結如表3所示。針對德清水稻生產的實際情況，結合水稻生長的適宜氣象指標，總結了德清縣單季稻生長期間的氣象災害預警指標。從表3～4中可以看出，6月正值德清縣梅汛期，降雨量豐沛，易導致農田澇害。由于雨水多、光照差，造成未播種的直播水稻，催芽后芽變長，有的甚至造成悶芽，影響出苗率等；已播種的直播水稻秧苗細長、瘦弱、超秧齡、秧苗素質下降。而機插秧苗此時已移栽，苗體較高，已穩定扎根，不易造成苗體上浮、缺氧壞死等狀況。因此，在這點上，機插水稻的抗災性更強。

表3 水稻不同生育期及其主要氣象災害

表4 德清縣單季稻生長期間的氣象災害預警指標

2.3 水稻生產全程化氣象服務

為發揮氣象保障服務在水稻生產中的作用，同時也為了以上研究結果在實際生產過程中的效果，本文作者通過及時、準確地為水稻生產者提供氣象信息等方式，將初步研究結果應用于該糧食生產功能區的水稻全程化生產中。

服務內容。農田小氣候數據監測、水稻定量氣象條件評述、基于天氣預報的農田小氣候預報、災害性天氣預警、農產品氣候品質認證等。

服務方式。手機短信、服務產品書面材料、微信、微博、網絡等。

服務案例。以德清鑫禾糧油專業合作社為例，該合作社種植區位于新安鎮糧食生產功能區內，水稻種植區總面積33.33 hm2。2012年、2013年試驗區水稻種植品種為嘉優5號；2014年起試驗區水稻種植品種為甬優538。

以2013年播種試驗為例，該合作社在試驗區采用機插播種，其他田塊采用露天直播，各生育期如表5所示。2013年6月7日德清進入梅汛期，隨后的3輪強降水導致部分田區發生漬澇，此時試驗區已完成移栽，直播田塊處于播種期和出苗始期，扎根未穩的秧苗浮于水面，農戶利用降水間歇及時排出田間積水開展補插工作，6月底最后一輪暴雨結束后，試驗區保持較淺水位，適當落干田塊，以促進分蘗；7月初旱澇急轉，試驗區即將進入拔節期，直播田塊處于分蘗期，少雨的天氣一定程度上利于控制無效分蘗和株高，但直至8月中旬，天氣仍以晴熱為主，這對水分需求較大的拔節孕穗十分不利，試驗區需根據天氣狀況增加灌溉水量和次數，保溫保墑；進入9月后出現階段性的連晴天氣，十分有利于晚稻抽穗揚花；10月初遭遇1 223號臺風“菲特”，全縣普降大暴雨，風力達5～6級，部分直播田塊出現倒伏，試驗區提前采用深水灌溉，增加晚稻倒伏阻力，過程影響結束后及時排水曬田，未出現倒伏；10月中下旬至11月為階段性晴好天氣，十分利于晚稻成熟和收曬，但11月底有強冷空氣影響，氣溫較低，試驗區提前完成收曬。試驗區的整個生育期比直播田塊長約20 d，根據德清縣農作物技術推廣站產量監測，該合作社種植田塊每667 m2產量737.7 kg，其中試驗區每667 m2產量786.2 kg，比直播田塊增產7%。

表5 鑫禾糧油專業合作社2種晚稻種植方式對比 月-日

此外，通過全程化跟蹤的氣象服務，2014年甬優538品種也根據氣象信息采取一些趨利避害的有效措施，獲得了較明顯的效益。根據德清縣農作物技術推廣站產量監測數據顯示，2014年甬優538品種試驗區每667 m2產量858.0 kg，比直播田塊增產4%。

3 小結與討論

機插水稻在揚花期前生育進程比直播水稻快1個月左右，而在揚花期后，兩者生育期接近同步，進一步印證了水稻是短日照作物。在農業氣象抗災性方面，機插水稻對于梅汛期強降水具有更好的抗災能力。通過提供全程化氣象服務，對水稻生產者提前做好防范措施，減輕水稻氣象災害損失效果明顯。

3.1 存在問題

由于德清針對糧食作物生產方面的農業氣象服務剛剛起步，服務的方案、技術指標及流程等尚未有成熟的研究。本研究屬于探索性研究與初次嘗試，尚有一些不完善的地方，主要有：

仍處于針對水稻機械化生產提供氣象服務的初級研究階段，未排除肥藥施用和病蟲害等因素的影響，面向溫室集中育秧、病蟲害監控等的氣象服務指標尚未完善。

水稻生長氣候適宜性評價模型目前仍處于人工判斷和訂正的階段，需要進一步提高評價指標的客觀程度和準確性。

在水稻產量預測和病蟲害監測預報方面仍有極大需求，需要進一步探索和服務。

3.2 前景預測

通過研究的深化，進一步提升農田小氣候監測能力、農業氣象災害預警能力和農業氣象技術服務示范能力，為種糧大戶做好糧食生產管理工作提供及時、有效、可靠的氣象服務；水稻生長適宜度指標的建立和進一步完善，將提高農業氣象服務的針對性，降低農業氣象災害對水稻生產帶來的危害，保障水稻生產安全。