雙季超級晚稻生育進程對氣候條件的響應

寧金花 陸魁東 宋忠華

摘要：利用2011—2013年超級稻岳優6135的分期播種發育期長度資料，分析氣候因子與超級晚稻發育進程的關系，并基于不同的溫光因子組合，建立溫光因子與不同發育進程之間的模型。結果表明，不同階段發育進程與溫光因子的關系均達到極顯著水平。積溫-日照與氣溫日較差累積-日照時數2個組合與播種至移栽生育期的長度關系極顯著，積溫780 ℃左右，氣溫日較差累積230 ℃左右，日照時數200 h以上時，對該品種該階段的生長較有益。移栽至拔節生育期的長度與日最高溫度累積-日照時數及積溫-日照時數2個組合的關系極顯著，最佳的生育長度在29～33 d之間，所需的積溫約為880 ℃。氣溫日較差累積對移栽至抽穗階段的影響較大，氣溫日較差累積達442.2 ℃，日照時數達374.0 h時，該階段的長度約為54 d。日最低溫度累積-日照時數對抽穗至成熟期階段的影響最明顯，日最低溫度累積達805.8 ℃，總日照時數達262 h時，該生育期模擬長度約為43 d。本試驗的研究結果可為長江中下游地區超級晚稻根據氣候資源狀況進行本地化推廣提供依據。

關鍵詞：雙季超級晚稻;分期播種;氣候因子;溫光組合;生育期;發育進程;指標

針對水稻與氣候條件，許多學者基于氣候指標、種植措施、群體結構和生產水平等開展了相關的研究[1-4]。超級稻產量與生育期溫光因子的關系也得到了國內外很多專家的重視和研究[5-6]。研究結果表明，農業氣象條件是制約和影響超級雜交稻高產、穩產的關鍵因素，主要包括溫度、光照、降水等[7]。另外農業氣象災害如5月低溫、倒春寒、高溫熱害等[8-10]都會直接或間接影響超級雜交稻高產、穩產。但在農業氣象條件與生育期長度的關系方面前人的研究較少涉及。

水稻生育期長度是氣候條件、品種栽培等多種因素共同作用的結果。雖然一些學者就氣候條件與水稻生育期之間的關系進行了研究，高孟霜等分析了東北地區水稻生育期的變化規律及其與氣溫變化、水稻品種調整的關系[11]，王斌等分析了氣候變暖對海南水稻生育期的影響[12]，葉清等研究了氣候變暖背景下中國南方主要熟制水稻生長季可利用率的空間分布特征及演變趨勢[13];但更多是針對氣候條件與產量和生長發育關系的研究[14-20]。較少研究是針對氣候因子與不同生育期長度之間關系的探討和模擬，特別是溫光組合與不同生育期組合之間的關系模型化研究更是少見報道。本研究基于超級晚稻品種岳優6135在湖南省長沙地區2011—2013年12期的分期播種數據，對播種、三葉、移栽、分蘗、拔節、孕穗、抽穗、乳熟、成熟等發育期進行合理組合，分析不同生育期的長度與該時間段溫光因子的關系，以期明確不同生育期對溫光因子的需求，準確把握品種的溫光需求特性，為長江中下游地區超級稻生長發育、種植推廣及有效適應氣候變化的研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點位于湖南省長沙市長沙縣春華鎮（113°05′E，28°12′N）海拔66.1 m，屬于亞熱帶季風性濕潤氣候。年平均氣溫為17.2 ℃，年均日照總時數為1 600 h，年平均降水量為1 361 mm，在超級雜交晚稻整個生育期內，溫光資源基本能滿足其生長發育的需要，但個別年份，溫光條件不足，導致成熟受影響，主要氣象災害有播種至拔節期的高溫干旱和抽穗開花期的寒露風。

1.2 試驗設計

供試品種為超級稻岳優6135，該品種屬三系遲熟雜交晚秈組合，作雙季晚稻栽培，全生育期119 d左右，株高97 cm左右，株型松緊適中，莖稈堅韌，耐肥抗倒，葉色淡綠，劍葉直立，葉鞘無色，后期落色好。于2011—2013年連續3年進行分期播種試驗，播種期見表1。每期試驗設4個重復小區，每個小區的面積為42 m2（7 m×6 m）。試驗小區病蟲害防治和水肥等田間管理與當地稻區一致。

1.3 測定項目及數據分析

1.3.1 觀測項目 在供試品種整個生育期內進行發育期準確觀測，所有發育期及其他項目觀測方法均按照《農業氣象觀測規范》進行，所記錄發育期日期均是普遍期。

1.3.2 數據處理 統計分析中使用的氣象數據為2011—2013年超級稻播種至成熟期間的57 679條氣象數據（馬坡嶺地面觀測站數據），其中積溫是日平均溫度≥0 ℃的平均溫度累積之和，日最高溫度累積、日最低溫度累積、氣溫日較差累積分別是晚稻生長發育期間日最高溫度、日最低溫度、氣溫日較差（日最高溫度與日最低溫度的差）累積之和。試驗數據的整理、分析以及簡單圖標繪制在Excel 2010中進行，三維繪圖、模型建立在DPS數據處理系統中進行。

2 結果與分析

2.1 生育期進程與溫光因子關系

2.1.1 生育期長度和溫光因子的相關性 根據超級晚稻生育期特點，分為8個不同生育期，分別是播種至移栽、移栽至拔節、拔節至抽穗、抽穗至成熟、移栽至抽穗、移栽至孕穗、孕穗至成熟、全生育期。分別分析各生育期階段長度與溫光因子之間的相關性，分析結果（表2）表明，各發育期長度與其階段內溫光因子之間的相關性因生育期的不同及溫光因子的不同存在一定的差異，但無論哪個生育期，其長度與溫光因子的相關性均達到顯著水平（P<0.05）。其中積溫、最高溫度累積、最低溫度累積與播種至移栽、移栽至拔節、移栽至抽穗、移栽至孕穗這4個生育期的長度呈極顯著相關關系（P<0.01）。氣溫日較差累積與移栽至拔節、抽穗至成熟、移栽至抽穗、全生育期長度的相關性極顯著（P<0.01）。日照時數與移栽至拔節、移栽至孕穗、孕穗至成熟、全生育期長度相關性最好。相關系數的大小反映同一生育期對不同溫光因子的敏感性存在差異，相關系數越大，說明對該因子的敏感性越高，對該溫光資源的要求越高。

2.1.2 不同生育期溫光因子理論值 對2011—2013年超級晚稻不同生育期與溫光因子進行相關性分析，建立曲線方程，并對方程求極值，結果見表3。從表3中氣象要素值的大小可知，不同生育期對溫光的需求是不同的，且差異較大。如播種至移栽期間，積溫約達到825.0 ℃時，比較有利于晚稻秧苗的生長發育。而抽穗至成熟期間的積溫需要達到 1 065.0 ℃ 左右，才最有利于晚稻的灌漿成熟。對日照時數的需求也存在較大的差異，如播種至移栽期間需要的最佳日照條件是390.5 h，抽穗至成熟期間是244.0 h，全生育期是1 073.8 h。需要特別指出的是，在所分析的8個生育期中，只有移栽至孕穗期間需要的5個氣象要素值是最低值，其他均是最大值。即在移栽至孕穗期間，積溫最低要在 1 189.0 ℃ 左右，日照時數要在274.8 h左右，才能保證該生育期的作物正常生長。表中的數據都是模擬的理想數值，且每個溫光要素值單獨分析，而在實際的生產實踐中溫光要素與其他要素共同影響作物的生長發育，且實際溫光條件與模擬值存在一定差距。

2.2 生育期長度與溫光因子關系的綜合模擬分析

“2.1”節中分別就溫光因子與超級雜交稻不同生育期長度的相關性進行了單因子分析，為探討多因子與超級雜交稻不同生育期長度的關系，本研究利用DPS數據處理系統，通過逐步回歸分析等多種數據分析方法對不同溫光組合與生育期長度的關系進行綜合量化分析。

2.2.1 播種至移栽 利用逐步回歸分析方法，將積溫、日最高溫度累積、日最低溫度累積、氣溫日較差累積分別與日照時數進行組合，分析不同溫光組合與超級稻播種至移栽的生育期長度之間的關系。分析結果表明，4個溫光組合只有積溫-日照時數、氣溫日較差累積-日照時數2個組合和該生育期長度之間的關系通過了0.01水平的顯著性檢驗。P值分別是0.000 7和0.005 6，其中氣溫日較差累 積-日照時數組合的模擬方程如下，其他組合的模擬方程略。

模擬結果顯示，超級雜交晚稻在播種至移栽的生育期長度達最佳時，各個因素組合見表4。由表4可知，超級晚稻品種岳優6135播種至移栽的最佳生育期長度是29 d，所需的積溫為780 ℃左右，氣溫日較差累積為230 ℃左右，日照時數在200 h以上。

將氣溫日較差累積、日照時數、播種至移栽的生育期長度三者之間的關系繪制成三維立體圖形，結果如圖1所示。由圖1可知，三者之間的關系呈“斜坡”形狀。結合模擬方程可知，日照時數和氣溫日較差累積2因子的系數一正一負，而2因子綜合系數為正，說明2因子在影響生育期長度時有一定的相互補償作用，但綜合起來對該生育期是有利的。

2.2.2 移栽至拔節 利用逐步回歸分析方法，分別將積溫、日最高溫度累積、日最低溫度累積、氣溫日較差累積與日照時數進行組合。分析不同溫光組合與移栽至拔節生育期長短之間的關系，結果發現，4個溫光組合只有氣溫日較差累積-日照時數組合和該階段的長度關系不顯著。其中日最低溫度累積-日照時數組合與該階段長度的相關性達到0.05顯著水平，日最高溫度累積-日照時數和積溫-日照時數2個組合與該階段長度的相關性通過0.01水平的顯著性檢驗，P值分別是0.023、0.003 4和0.000 48。其中日最高溫度累 積- 日照時數回歸分析模擬方程如下，其他模擬方程略。

將日最高溫度累積、日照時數以及播種至移栽的生育期長度之間的關系繪制成三維立體圖形，結果如圖2所示。由圖2可知，三者之間的關系呈“谷坡”形狀，日最高溫度累積較小、日照時數較大或者日最高溫度累積較大、日照時數較小，都會形成“谷”，反之形成“坡”。“坡”代表該生育期時間較長，“谷”表示時間較短，但坡頂和谷底對應的都不是最佳的溫光條件。由表5的模擬數據可知，日最高溫度累積為668.6 ℃，日照時數為340.4 h的時候，該生育期的模擬長度為32.9 d。即達到這個溫光條件時，該生育期長度較理想，晚稻開始進入拔節期。積溫-日照時數及日最低溫度累積-日照時數的三維立體圖形分析略。

2.2.3 移栽至抽穗 利用同樣的方法，分別分析日最高溫度累積-日照時數、日最低溫度累積-日照時數、積 溫- 日照時數、氣溫日較差累積-日照時數4個不同溫光組合與超級稻移栽至抽穗生育期長度的關系。四個溫光組合只有氣溫日較差累積-日照時數組合和該生育期的長度之間達到0.05顯著相關水平，P值為0.020 3，其他組合均不顯著，模擬方程如下：

將氣溫日較差累積-日照時數與移栽至抽穗的生育期長度三者之間的關系繪制成三維立體圖形，如圖3所示。由圖3可知，三者之間呈“緩坡”狀關系。氣溫日較差累積較小、日照時數較小時是“谷”，隨著兩者增加，逐漸呈“坡”狀，坡的頂端即該生育時段的最長時間， 低于60 d。較理想的組合是氣溫日較差累積為442.2 ℃，日照時數達374.0 h時，生育期長度為54 d。

2.2.4 抽穗至成熟 利用同樣的方法，分別分析日最高溫度累 積- 日照時數、日最低溫度累積-日照時數、積溫-日照時數、氣溫日較差累積-日照時數4個溫光組合與超級雜交晚稻岳優6135抽穗至成熟階段長度的關系。分析結果顯示，4個溫光組合只有日最低溫度累積-日照時數組合和該生育期的長度之間達到0.05顯著相關水平，P值為0.043 9，其他溫光組合均不顯著。回歸分析模擬方程如下：

式中：y4為抽穗至成熟的生育期長度，d;xs4為日照時數，h;xmin為日最低溫度累積，℃。由模擬結果可知，該時段日最低溫度累積達805.8 ℃，日照時數達262 h時，生育期長度為43 d。從分析結果可知，灌漿期的超級晚稻對低溫最敏感，該時段內如遇低溫陰雨天氣或寒露風天氣，將對灌漿期的晚稻產量造成嚴危害。

將日最低溫度累積-日照時數與抽穗至成熟階段長度之間的關系繪制成三維立體圖形，如圖4所示。其中x軸表示日照時數（h），y軸表示日最低溫度累積（℃），z軸表示移栽至抽穗的生育期長度（d）。從三維立體圖形可知，三者之間呈“坡”狀關系，但坡度較小。該生育期的長度最大值不會超過45 d，由模擬結果可知，超級雜交晚稻岳優6135日最低溫度累積達805.8 ℃，日照時數達262 h時，生育期長度較理想，為43 d。根據超級晚稻實際生長環境可知，長沙地區灌漿成熟期的寒露風、低溫陰雨天氣是影響該階段長度的主要氣候因子[21]，與本研究的分析結果吻合。

3 結論與討論

3.1 生育期長度與溫光因子

薛昌穎等研究氣候變暖對信陽地區水稻生育期的影響時指出，4—5月溫度的顯著升高使水稻播種和移栽日期呈顯著提前的變化趨勢等[22]。符冠富等的研究結果表明，有效積溫、日照時數和生育期天數在播種至齊穗期和全生育期均隨著播期的延長而逐漸下降[23]。其他學者也做了氣候變化與生育期關系的相關研究[24-26]，但并沒有詳細分析不同生育期與溫光因子的關系，更沒有對其進行量化分析。

本研究的分析結果表明，不同的生育期長度與溫光因子之間的相關性因生育期的不同及溫光因子的不同而存在一定的差異。生育期長度與溫光因子的相關性均達到顯著水平。同一生育期對不同的溫光因子的敏感性也存在差異。另外通過分析8個生育期與5個氣象要素值的關系可知，不同生育期對溫光的需求是不同的，且差異較大，此外只有移栽至孕穗期間需要的氣象要素值是最低值，其他階段均是最大值。

3.2 生育期長度與溫光因子之間關系的綜合分析

本試驗嘗試將超級雜交晚稻岳優6135發育期分為了8個生育期，并利用逐步回歸等分析方法分析不同的生育期與溫光因子組合之間的數據模型關系。選擇的4個溫光因子組合分別是積溫-日照時數、日最低溫度累積-日照時數、日最高溫度累積-日照時數、日較差累積-日照時數。本試驗分析的播種-移栽、移栽-拔節、抽穗-成熟、移栽-抽穗4個生育期與溫光組合之間存在顯著或極顯著的回歸關系，且不同生育期之間又存在差異。

超級晚稻品種岳優6135播種至移栽生育期只有積溫-日照時數與氣溫日較差累積-日照時數2個組合與其生育期長度呈極顯著相關關系，積溫780 ℃左右，氣溫日較差累積230 ℃左右，日照時數200 h以上時，對該品種該階段的生長最有益，生育期長度約為29 d。尹朝靜等對生育期與氣候變化之間的關系進行了研究，系統考察了氣候因素對水稻單產的非線性及區域差異性影響程度[27]，但并沒有對氣候因子與生育期長度的關系進行深入探討。

移栽至拔節生育期是水稻進入大田后的最初生長階段，該生育期長度與日最低溫度累積-日照時數組合關系顯著，與日最高溫度累積-日照時數及積溫-日照時數2個組合的關系極顯著，最佳的生育長度在29～33 d之間，所需的積溫為880 ℃左右。該生育期溫度因子和日照因子與水稻生長發育存在明顯相互補償關系。

氣溫日較差累積對移栽至抽穗階段的影響較大，該階段長度與氣溫日較差累積-日照時數組合之間的關系顯著，與其他溫光因子組合的關系不顯著。最佳溫光組合是氣溫日較差時數達442.2 ℃，日照時數達374.0 h時，該階段的長度約為54 d。劉艷紅等就濰坊市冬小麥生育期氣候因子變化特征及其影響進行了分析研究[28]，但沒有精確分析小麥各生育期長度與溫光因子的關系。水稻方面的研究暫無人涉及。

日最低溫度累積對抽穗至成熟期階段的影響最明顯，抽穗至成熟是晚稻生長的關鍵季節，該階段氣候因子的優劣直接影響晚稻成熟與收獲，本研究結果表明，該時段日最低溫度累積達805.8 ℃，總日照時數達262 h時，該生育期長度約為43 d，即 43 d 是超級晚稻品種岳優6135的較佳灌漿時間。

本研究利用超級晚稻品種岳優6135 3年的分期播種試驗數據，分析不同生育期長度與溫光因子的關系。透過分析可知，不同生育期長度與溫光因子的關系不盡相同，各階段的限制因子存在較大差異，而且不是所有的溫光因子都與生育期的長短存在顯著相關關系。結果表明，從播種至成熟的最佳生育期長度是126 d，和品種介紹的119 d左右較吻合。值得注意的是，本研究只是考慮了溫光因子，沒有考慮其他氣候因子和種植措施等，所以如果考慮多方面的因子，研究結果可以更深入、更準確。

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