三明市水稻制種安全期氣候條件分析*

游良德 紀嘉雯 李仁忠

(1.福建省尤溪縣氣象局,福建 三明 365100； 2.福建省三明市氣象局，福建 三明 365000)

我國對制種水稻氣象問題的研究很早，早在上世紀五六十年代就有水稻產區的廣大氣象臺站和農業氣象工作者，積極開展雜交水稻氣象條件的分析研究和服務，揭示了雜交水稻生長和氣象條件的關系，取得了可喜成績，也為后人提供了研究方向。但當時主要以世界主流的“三系”法品種選育為研究對象，且隨著我國水稻生產技術的進步和對糧食產量的重視，對雜交水稻制種的氣象技術研究趨減，對大宗糧食作物的研究較為集中。目前雜交制種主要以“兩系”法選育為主，兩系法雜種優勢利用因不受恢保關系的限制，配組自由，更容易選配出高產優質的強優勢組合[1-2]，這是我國獨創的國際領先科技成果。

國內對“兩系”雜交水稻育種研究頗多，集中在氣象條件、氣象安全和資源利用等方面。汪擴軍等[3]以“兩系”雜交稻的首要不育系—培矮64S育性的溫光敏性與臨界指標，分析了培兩優組合制種的幾個氣象問題。唐文邦等[4]較為系統地論述了兩系安全繁殖制種中存在的主要問題，其中制種基地選擇和季節安排不合理、不育系繁殖產量不穩定都和氣象緊密相關?？娢娜A等[5]指出，災害性天氣頻發，氣象災害對雜交水稻制種生產的影響越來越重。雜交水稻制種生產中，最重要的就是父本、母本播期的確定，決定了花期是否適合，影響最終的種子質量和產量。周世懷等[6]研究了廣東和海南的兩系法水稻制種安全期，制作了兩省的制種安全期區劃圖，為生產提供技術支撐。但全國水稻制種基地分散，常受到區域性氣候影響，每年仍然遭受重大的經濟損失，改變不了靠天吃飯的局面，尤其是水稻不育系育性轉換關鍵期，低溫、連陰雨等易導致不育系敗育，父母本花期和花時不遇，揚花授粉不利等，是制約兩系雜交稻大面積推廣應用的技術瓶頸問題[7]。因此，在雜交水稻制種過程中，若不了解當地的氣候規律，出現低于水稻臨界值的溫度，就容易造成種子混雜而導致制種失敗，造成重大經濟損失。

近年來，政府越來越重視種子安全和質量問題，出臺了一系列政策文件和規劃，有力推動了我國農作物種業的快速發展。三明市位于福建西北部，處于武夷山脈和戴云山脈之間，具有水稻制種得天獨厚的自然條件。建寧、尤溪等地水稻制種歷史悠久，產業基礎深厚，尤其是建寧縣于2013年被農業部認定為國家級雜交水稻種子生產基地縣。近年來，三明市制種水稻面積有所增加，為了保障水稻制種安全，確保種業又好又快、長久發展，亟需對三明市雜交水稻制種安全期進行氣候研究。

本文擬以“兩系”雜交水稻制種的不育系品種臨界氣象指標，分析三明市制種水稻安全日期及其分布規律，以期為制種水稻父母本播期的確定提供技術參考，為制種產業發展提供氣象保障服務。

1 數據與方法

1.1 數據來源

本文研究數據來源于三明市從東到西6個氣象觀測站(尤溪、大田、永安、明溪、寧化、建寧)1961—2019年的逐日氣象數據，包括日平均氣溫、日最高氣溫等。

1.2 研究方法

1.2.1 可照時數

可照時數即理論日長，是在沒有天氣氣象和地理因素影響的條件下，日出到日落的可能光照持續小時數，與當地的緯度、時間有關。

某站逐日可照時數(理論日長)[8]由式(1)計算[8]:

(1)

式(1)中，S為可照時數(h) ，φ為氣象站緯度，δ為太陽赤緯，γ為太陽上緣恰好在地平線時的曲折率，取γ= 34′為蒙氣差。

1.2.2 保證率

為了確定育性轉換安全期的可能時段，可以統計各氣象站逐日平均氣溫高于臨界溫度的保證率[9]。計算公式見式(2)：

Pk=Nk/N×100%

(2)

式(2)中，Pk為≥k℃的保證率(k為臨界溫度)，N為資料總年數，Nk為某日在N年中氣溫≥k℃的年數。例如建寧站7月1日1961—2018年共58a資料(N=58) ，其中有57a氣溫≥24℃(N24=40) ，則建寧站7月1日≥24℃的保證率為：

P24=N24/N×100%=57/58×100%=98.2%

顯然，保證率越高，表示制種時安排育性轉換期越安全。例如建寧站數據共58a，如出現1日氣溫低于24℃，其不出現日數為57，安全保證率>98%；出現2日，安全保證率>95%；出現5日，安全保證率>90%，出現6次，安全保證率<90%。

2 結果與分析

2.1 水稻制種安全期氣象指標

“兩系”雜交水稻制種育性轉換安全期是指兩用核不育系在其育性敏感階段(一般指幼穗分化4～6期)的日平均氣溫必須在臨界溫度以上，而且(或者)可照時數在臨界光長以上，確保不育系花粉敗育，避免自交結實，保證制種的純度?！皟上怠彪s交水稻制種中廣泛使用的光溫敏核不育系品種主要是培矮64S。

培矮64S屬光溫互作型，其育性同時受光照長度和溫度控制，臨界溫度約為24.0℃，臨界光長約為12.5h。因此,本文選取主要以日平均氣溫≥24.0℃，可照時數≥12.5h為育性轉換安全期的指標[10]。育性轉換敏感期一般在抽穗前15d內，從育性轉換敏感期到抽穗揚花期結束，大約是20d。抽穗揚花安全期的氣象條件，以不出現連續3d以上日平均氣溫≤23.0℃為指標。因此，“兩系”雜交稻制種安全期要求同時滿足下列條件:第一，日平均氣溫≥24℃，且可照時數≥12.5h，持續期20d以上。第二，符合第一條件的終日其后20d內，無連續≥3d日平均氣溫≤23℃的天氣。

2.2 可照時數

光照是水稻生長的必要因子之一，也是引誘水稻生長特性轉換的重要因子。三明市各站逐日可照時數，取決于所處緯度與太陽赤緯。根據式(1)，計算出各站逐日可照時數≥12.5h、≥13.0h、≥13.5h的起止日期列于表1。

表1 三明市各站可照時數大于不同界限值的起止日期

由表1可見，三明地區光照資源充足，理論上可照時數≥12.5h可達5個月，初日出現在4月5日前后，終日在9月7日前后，但受地形和海拔等地理條件和天氣條件影響，實際上的日照時數都比可照時數少。

2.3 育性敏感安全期

水稻喜溫，生長期需要良好的溫度條件。兩用核不育系要求在育性敏感期，日平均氣溫≥24℃持續20d以上。從表2近59a高于臨界溫度24℃且保證率在95%以上的起止日期來看，三明市各縣差異較大，同屬三明市東南部的尤溪縣和永安市日平均氣溫≥24℃的安全期最長，達到62d，大田縣只有20d，西北部的建寧縣育性敏感期足夠長，達到42d，明溪縣剛好達到20d，寧化縣的育性敏感期最短，只有18d，不能滿足制種水稻育性敏感期安全的要求；假如只要求90%的保證率，則各地育性敏感安全期都能達到50d以上，可以滿足制種水稻的育性要求。

表2 三明市各代表站兩系不育系敏感期日平均氣溫≥24℃起止日期

2.4 抽穗揚花安全期

“兩系”雜交水稻制種除了在抽穗前要確保不育系敗育的必要條件外，在抽穗揚花期則要求不能受到低溫的影響，秋季低溫是影響水稻揚花授粉的主要氣象災害。因此，要確保雜交水稻順利制種，一般要求其安全抽穗揚花的保證率在80%以上，現在為了種植戶的經濟利益和種業發展安全，要求則更加嚴格。

表3列出了各代表站兩系不育系抽穗揚花期連續3d日平均氣溫≤23℃的起始日期，可見在95%保證率條件下，東南部和中部地區日平均氣溫≤23℃初日基本出現在9月上旬后期，西北部在8月下旬；在90%保證率條件下，三明各縣市初日出現在9月9日前后，東南部推后幾天，西北部提前幾天；在80%保證率條件下，三明各縣市初日出現在9月14日前后。

表3 三明市各代表站兩系不育系抽穗揚花期連續3d日平均氣溫≤23℃起始日期

2.5 制種安全期

“兩系”法雜交水稻制種安全期，同時要考慮其育性安全和揚花安全。因此，綜合這兩方面的分析結果，在不考慮水稻高溫熱害影響的情況下，得到各站不同保證率下的制種安全期的起止日期(見表4)。

表4 不考慮水稻揚花期高溫影響條件下的制種安全期

由表4可見，三明市各縣制種水稻安全期東南部長于西北部。東南部的尤溪縣、永安市，熱量資源非常豐富，安全期長達62d，從6月下旬后期開始，直到8月下旬后期，但有高溫熱害影響的大概率風險，其中大田縣由于海拔和地形影響，安全期較短，和西北部的明溪縣接近；西北部縣市熱量資源足夠滿足水稻制種需要，安全期也足夠長，高溫熱害影響的風險概率小，其中建寧縣安全期較長。

2.6 抽穗揚花期高溫熱害

水稻制種育性敏感期和抽穗揚花安全期都處于一年最熱的時段，極易出現水稻高溫熱害，不利水稻幼穗分化和揚花授粉，影響最終的結實率和產量。水稻高溫熱害主要影響的時期是幼穗分化期和揚花期，其中以抽穗揚花期的高溫危害影響最大。不育系的主要品種矮培64s的花期大約7～10d左右。水稻揚花期高溫熱害指標，日最高氣溫≥35℃，且日平均氣溫≥30℃為1個高溫日，連續3d即達到輕度水稻高溫熱害，連續7d以上就達到重度高溫熱害。

表5列出了三明市近59a水稻高溫熱害發生情況，可見三明市水稻高溫熱害東南部明顯多于西北部，永安市高溫熱害發生次數最多，達到64次，304個高溫日，出現時間最早，結束時間最晚，最長持續天數達到18d；其次尤溪縣發生次數15次，高溫日數75d；其余各縣高溫熱害發生次數不多，均在3次以下，且發生時間基本在7月下半月至8月上半月。

表5 三明市水稻高溫熱害發生情況

在上述制種安全期的基礎上，結合考慮高溫熱害對水稻制種的影響和危害，建寧縣和尤溪縣氣候條件最適宜水稻制種，永安市雖然熱量條件好，但高溫熱害風險也大，其余各縣市熱量條件較好，高溫熱害風險小，在合理安排品種和播期的情況，氣候資源適宜水稻制種。

3 結論與討論

制種水稻的育性敏感安全期和抽穗楊花安全期均表現為東南部長、西北部短、高海拔地區短的特點，制種水稻安全期東南部長于西北部，但永安市高溫熱害發生風險高，不宜開展水稻制種，最優制種產地是建寧縣和尤溪縣，其余各縣在合理安排品種和播期的條件下，氣候資源適宜水稻制種。

父母本花期能否相遇，揚花授粉良好與否，是雜交水稻制種成敗的關鍵。因此，在確定制種最佳抽穗揚花期日期的條件下，應根據父母本歷年在當地從播種到始穗的天數之差，定出父母本相應的播種期及母本與第一期父本播種相差的天數，它比“三系”制種播差期要求更為嚴格，不能隨意變更。