織金縣水稻生長氣象適宜性指標(biāo)分析

楊 洋，柯莉萍，施倩雯，趙庭飛，張宗笛

(1.貴州省織金縣氣象局，織金 552100；2.貴州省威寧縣氣象局，威寧 553100；3.貴州省金沙縣氣象局，金沙 551800)

0 引言

織金縣位于貴州省中西部，地理位置位于東經(jīng)105°20′～106°11′，北緯26°21′～26°58′。全縣屬高海拔巖溶地區(qū)，地形復(fù)雜，地勢由西向東逐漸降低，境內(nèi)群山起伏，溝谷縱橫，地貌切割破碎。年平均溫度14.7 ℃，年平均降水量1，390.8 mm，年平均日照時(shí)數(shù)1，118.4 h，屬于亞熱帶高原季風(fēng)溫潤氣候，四季分明，無霜期長，立體氣候特點(diǎn)顯著。

水稻作為中國主要的糧食作物，分布廣泛，品種多樣，受自然環(huán)境條件影響在不同地域其栽培技術(shù)有所差異。在水稻生育期內(nèi)，織金縣6—8月日照、降水充足，非常有利于水稻生長。織金縣9—10月秋高氣爽，早晚溫差較大，有利于水稻灌漿結(jié)實(shí)和提高稻米品質(zhì)。空氣質(zhì)量優(yōu)良，適合發(fā)展無公害水稻生產(chǎn)。隨著織金縣水稻種植面積穩(wěn)步擴(kuò)大，全縣32個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)均種植有水稻，平均種植面積6，073.15公頃，平均總產(chǎn)量32，812.91噸。因此，加強(qiáng)對當(dāng)?shù)厮九c氣象服務(wù)的研究，對提高其產(chǎn)量和質(zhì)量都具有十分重要的價(jià)值和意義。

近年來，有多名學(xué)者就水稻生長與氣象方面的關(guān)系做了大量的應(yīng)用研究。李靜[1]分析了河南省原陽縣種植水稻的氣象條件，認(rèn)為當(dāng)?shù)貧鉁氐葰庀髼l件均能滿足水稻的生長需要。王語宇[2]研究了洋縣水稻生育期常見的低溫冷害及病蟲害發(fā)生與特殊農(nóng)業(yè)氣象條件的聯(lián)系，提出應(yīng)對的防治措施。曹慧晴[3]等結(jié)合湖南省衡南縣的氣象資料，針對水稻生長發(fā)育中的氣象災(zāi)害提出相應(yīng)的防御對策。胡言青[4]等對安徽南陵2005—2014年早稻、中稻和一季晚稻、雙季晚稻全生育期的主要?dú)庀笠蜃舆M(jìn)行分析評價(jià)，并定量計(jì)算出各氣象因子與3類水稻氣象產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)。侯鵬[5]總結(jié)氣象條件對水稻高產(chǎn)的影響，結(jié)果表明可以從栽培技術(shù)上創(chuàng)造一個(gè)適合水稻高產(chǎn)的生長環(huán)境來獲得高產(chǎn)。夏明安[6]等對勉縣優(yōu)質(zhì)米水稻生育期觀測資料和勉縣常年氣象資料比較分析。鄭昌玲[7]等深入探究了2019年夏季氣象條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，其光照、溫度和水的條件匹配較好，利于秋收作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成。朱懷衛(wèi)[8]結(jié)合水稻生長習(xí)性，基于廣東省農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站日照等氣象資料和雙季稻生育期觀測資料，統(tǒng)計(jì)分析了2019年雙季稻(早稻、晚稻)生育期內(nèi)氣象條件及其遭遇的災(zāi)害性天氣影響。劉維[9，10]等利用作物氣候適宜度模型等方法，分析了2018年玉米、一季稻、晚稻、大豆和棉花等主要秋收作物生長季的農(nóng)業(yè)氣象條件。陳文燕[11]等對2010年龍門縣水稻生長發(fā)育期氣象條件對水稻生長發(fā)育的影響進(jìn)行分析，其結(jié)果顯示：早稻生育期氣溫偏低且寡照，降水前期少后期偏多；晚稻生育期氣溫偏高，在抽穗至成熟期時(shí)偏低，降水前期少、中期多、后期少，日照整體偏少。

1 資料和方法

水稻是禾本科1 a生水生草本，喜溫短日照的谷類作物，其溫度、光照、降水等氣象要素能較大程度影響水稻的生長發(fā)育及產(chǎn)量高低。文章利用織金農(nóng)氣站2010—2020年的水稻農(nóng)氣觀測資料及同時(shí)期氣溫、日照、降水等氣象資料，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法，對織金水稻生長發(fā)育與氣象條件的關(guān)系進(jìn)行研究，確定適宜織金水稻生長的氣象指標(biāo)。

2 水稻生育期農(nóng)業(yè)氣象條件分析

織金縣主要種植一季稻，水稻種植常始于4月上旬至5月中旬，水稻要經(jīng)歷播種、出苗、三葉、移栽、返青、分蘗、拔節(jié)、孕穗、抽穗、乳熟和成熟共9個(gè)生育期。通過統(tǒng)計(jì)和分析2010—2020年水稻全生育期天數(shù)及產(chǎn)量可知織金縣農(nóng)氣站水稻成熟大約需要167 d左右，歷時(shí)5～6個(gè)月，平均產(chǎn)量為528.7 g/m2，其中2013年農(nóng)氣站水稻生長速度最快，成熟時(shí)間最短，為150 d，但2013年產(chǎn)量最低，僅有451.0 g/m2；2014年水稻生長至成熟歷時(shí)最長，為182 d，產(chǎn)量為460.0 g/m2，低于平均產(chǎn)量。水稻產(chǎn)量最高的是2010年，為675 g/m2，高于平均產(chǎn)量，其水稻生長歷時(shí)165 d，生長時(shí)長低于平均天數(shù)。

2.1 溫度條件

水稻屬于喜溫性作物，適宜的溫度區(qū)間有利于水稻的生長發(fā)育。在水稻的全生育期內(nèi)，適宜水稻生長的溫度為12～31 ℃。1)幼苗時(shí)期：水稻播種時(shí)，在12～21 ℃較適宜水稻浸種萌芽；當(dāng)水稻出苗后，溫度在15～25 ℃最有利于水稻育苗生長；幼苗期的水稻伸出第3片葉子便進(jìn)入三葉期，也是幼苗發(fā)育最重要的時(shí)期，溫度區(qū)間在13～27 ℃適宜幼苗的成長；幼苗適合在17～24 ℃進(jìn)行移栽，能最大程度減少移栽過程中對幼苗根系造成的傷害。2)秧田分蘗期：水稻秧苗進(jìn)行移栽后，根系會受到不同程度的損傷，需要5～7 d進(jìn)行生長恢復(fù)，等待根部重新長出根系，此為返青期，適宜溫度在18～26 ℃；隨后進(jìn)入水稻的分蘗期，根系恢復(fù)的水稻秧苗會正常進(jìn)行分蘗生長，將會抽穗結(jié)實(shí)，即為有效分蘗，而一部分水稻秧苗根系恢復(fù)較遲，分蘗以后不能抽穗結(jié)實(shí)甚至死亡，稱為無效分蘗，分蘗期維持較適宜的氣溫(19～29 ℃)將會提高水稻有效分蘗的效率。以上為水稻的營養(yǎng)生長期，此時(shí)水稻的營養(yǎng)器官已經(jīng)基本成型，為以后水稻的生長發(fā)育提供堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

分蘗期結(jié)束、拔節(jié)期開始標(biāo)志著水稻正式進(jìn)入生殖生長期。1)拔節(jié)孕穗期：水稻基部第1個(gè)伸長節(jié)的長度達(dá)2 cm，且由扁變圓，節(jié)間相繼分化，意味著分蘗基本結(jié)束，正式進(jìn)入拔節(jié)期，拔節(jié)期田間管理很重要，是降低無效分蘗和加速有效分蘗的重要時(shí)期，其適宜生長溫度區(qū)間為19～30 ℃；水稻孕穗是指幼穗開始分化到長出穗為止，一般需1個(gè)月左右，幾乎與拔節(jié)期同步進(jìn)行，氣溫在19～31 ℃更加有利于水稻孕穗。拔節(jié)孕穗期是每畝稻穗的鞏固期，也是決定每穗粒數(shù)多少的關(guān)鍵時(shí)期，對水稻產(chǎn)量有著直接影響。2)抽穗揚(yáng)花期：稻穗從頂端莖鞘里抽出到開花齊穗，一般稻穗抽出后當(dāng)天就能開花，該時(shí)期水稻對氣象要素的敏感度最高，維持19～31 ℃的適宜溫度能保證花期水稻良好授粉。3)灌漿結(jié)實(shí)期：水稻授粉結(jié)束并開始灌漿，灌漿后期谷粒基本變硬，仍能擠壓出白色米漿，水稻達(dá)到乳熟期，水稻灌漿與溫度關(guān)系密切，適宜溫度為19～26 ℃；谷粒內(nèi)部成熟到一定程度，米粒已經(jīng)變硬，谷粒殼色由青綠變橙黃，水稻成熟，成熟期適宜溫度在14～22 ℃。

由圖1可知，在水稻全生育期內(nèi)，3條氣溫曲線均呈現(xiàn)雙峰型變化趨勢。移栽前，水稻出苗對氣溫需求較高，平均氣溫可達(dá)20 ℃，為第1個(gè)氣溫峰值；移栽后，分蘗至抽穗期間，水稻對氣溫最敏感，平均氣溫在23～24 ℃，孕穗抽穗期最高氣溫可達(dá)31 ℃。當(dāng)溫度超出水稻的適宜生長范圍時(shí)，極端(極高或極低)的氣溫會對水稻的產(chǎn)量造成不良影響，長期的低溫或者高溫天氣會造成水稻生長速度過慢甚至苗株死亡，落花比例迅速增高，出穗時(shí)間延遲，結(jié)實(shí)率、穗粒數(shù)下降等，致使水稻減產(chǎn)。

2.2 光照條件

水稻屬于喜光性作物，充足的陽光能促使水稻生長發(fā)育，光照對水稻生長的急緩快慢、生育成熟時(shí)間長短、開花結(jié)實(shí)的好壞以及產(chǎn)量的高低起著決定性作用，也是影響水稻的主要?dú)庀笠亍?/p>

移栽前，水稻幼苗在薄膜內(nèi)生長，可以提高土壤溫度，解決春季氣溫回升慢不利于水稻秧苗生長的問題，由于塑料薄膜的透光性作用，能保持太陽輻射射入，形成小型的“溫室效應(yīng)”作用。因此在移栽前，水稻秧苗生長對光照的需求相對于后期生長較小。水稻播種后，每天日照時(shí)間在1～2 h更有利于水稻幼苗的發(fā)育；而水稻出苗后，對日照時(shí)間要求略高一些，在1～3 h為最佳；三葉期的秧苗日照時(shí)間處于2～3 h更能促進(jìn)秧苗的生長，影響成苗移栽的時(shí)間。水稻幼苗移栽后，部分根系會有不同程度損壞，水稻移栽至返青時(shí)期，2～4 h的光照會有效提高水稻的成活率；水稻進(jìn)入返青期之后，維持每天3～5 h的光照時(shí)間將加快水稻生長速率；水稻分蘗時(shí)期最適宜的光照時(shí)間為4～8 h，能有效促進(jìn)分蘗期的光合作用。

對水稻的全生育期研究表明，光照條件對水稻幼穗分化、拔節(jié)孕穗期影響最大。對于拔節(jié)期的水稻，最佳光照時(shí)間在4～7 h，可以有效增加枝梗數(shù)量；孕穗期的水稻是穗粒數(shù)生長的關(guān)鍵時(shí)期，在水稻幼穗分化過程中，維持4～6 h 的有效光照能增強(qiáng)孕穗時(shí)期水稻的光合作用，使得水稻植株能制造出足夠的有機(jī)養(yǎng)分來滿足水稻幼穗分化，促進(jìn)稻穗的生長。水稻是自花授粉作物，在抽穗開花期，天氣晴朗、陽光充足、微風(fēng)的氣候條件最有利于水稻的開花授粉，保持適宜的光照時(shí)間(4～5 h)能促進(jìn)穎花生長，增加有效穎花的數(shù)量，減少不孕穎花，提高水稻產(chǎn)量。 水稻乳熟后，適宜的光照時(shí)間為3～5 h，可促進(jìn)谷粒的灌漿乳熟；當(dāng)谷粒成熟到一定程度，米粒和谷粒殼發(fā)生明顯的變化，在適宜的光照時(shí)間2～4 h內(nèi)可以加快水稻的成熟速度。

在圖2中，最低日照時(shí)數(shù)總體呈現(xiàn)梯形變化，從播種開始至分蘗期一直呈現(xiàn)上升趨勢，分蘗至抽穗期最低日照時(shí)數(shù)穩(wěn)定在4 h，抽穗期后開始迅速下降；最高日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)明顯的先增加后減少的單鋒型變化，以分蘗期為分割點(diǎn)，前期波動型上升，在分蘗期達(dá)峰值8 h后又迅速下降，乳熟至成熟的階段維持緩慢下降的趨勢。充足的光照使得水稻的各個(gè)生長發(fā)育階段的生長速率得到提高，且使得稻米充實(shí)飽滿，單粒重量有所增加，水稻的產(chǎn)量及稻米品質(zhì)均與光照息息相關(guān)。長期多云陰天天氣會造成光照的不足，水稻單莖的干物質(zhì)積累量和積累速率均會不斷降低，造成水稻收獲時(shí)的空粒比例增加，結(jié)實(shí)率下降，導(dǎo)致單穗產(chǎn)量的降低。

圖2 織金縣水稻生育期內(nèi)日照時(shí)數(shù)變化趨勢

2.3 水分條件

水稻是好濕農(nóng)作物，在不同的生長周期內(nèi)，對于水分的需求存在較大差異。水稻種子里的水分以束縛水的形式存在，原生質(zhì)呈現(xiàn)凝膠狀態(tài)，呼吸微弱，呈休眠狀態(tài)。因?yàn)榉N子內(nèi)的細(xì)胞原生質(zhì)屬于親水膠體，當(dāng)種子浸入水中后，能很快吸收且膨脹，此時(shí)自由水分增加，酶活性增加，原生質(zhì)轉(zhuǎn)為溶膠狀態(tài)，為種子內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化提供了條件；呼吸增加，產(chǎn)生能量，為種子萌發(fā)和幼苗生長提供了能量來源。生育前期，水稻對水分的要求不是特別高，因前期水稻植株小，耗水量相對較小，但是隨著生長的加快，耗水量也隨之增大。

移栽前，薄膜為水稻提供了一個(gè)較為封閉的生長環(huán)境，生長所需水分可人工進(jìn)行干預(yù)，但育苗期間應(yīng)盡可能少澆水，且不能采用少量多次的方法澆水，在上午太陽出來之前，若葉尖上有水稻自身生理作用吐出來的水珠時(shí)，可以不用澆水，如果沒有水珠則需要早晚各澆1次水。播種后，可以人工噴灑3 mm左右的水分為種子萌發(fā)創(chuàng)造最佳條件，加快胚細(xì)胞分裂和伸長，突破種皮，伸出幼根和幼芽；水稻出苗后，噴灑的水分可適量增加至4 mm，更有利于秧苗的葉片的生長；當(dāng)水稻進(jìn)入三葉期后，每日噴灑的水分在6 mm左右為宜。

秧苗移栽至大田內(nèi)，根系部分有受損現(xiàn)象，此時(shí)雖需要水分，但不宜過多，過多會導(dǎo)致水稻呼吸困難，根系壞死，日降水在9 mm左右最好；秧苗成活后進(jìn)入返青時(shí)期，根系重新生長，所需日降水略有增加，約10 mm的日降水更有利于水稻秧苗的生長；分蘗期是水稻對水分比較敏感的時(shí)期，土壤含水量高度飽和至淺水層間，有利于早分蘗，水層過深，分蘗會受到抑制，日降水在22 mm左右最適宜水稻的分蘗生長；水稻分蘗完成后進(jìn)入拔節(jié)階段，維持日降水在24 mm左右更有利水稻枝梗的增加；當(dāng)水稻至孕穗期后，幼穗分化到抽穗期稻穗分化開始是水稻需水量最大的時(shí)期，幼穗分化時(shí)若缺水或干旱，會嚴(yán)重影響器官發(fā)育，使穎花不孕及退化數(shù)量增加，日降水在28 mm為宜；抽穗揚(yáng)花期若遇連陰雨或干旱天氣，空氣濕度過大或過小，花粉粒會過多膨脹或過于緊縮，造成不實(shí)的現(xiàn)象，抽穗期日降水維持在20 mm較好。在8月水稻揚(yáng)花期時(shí)，織金縣常年降水量適宜，即使有降水也是以夜雨居多，有利于水稻授粉結(jié)實(shí)。水稻乳熟后，谷粒逐漸變硬，顏色青綠，對水分需求較大，日降水在21 mm為宜；當(dāng)谷殼顏色逐漸由青綠變黃，水稻漸熟，接近收獲時(shí)期，對水分的需求逐步下降，日降水維持在3 mm即可。

根據(jù)圖3，降水前期幾乎呈現(xiàn)直線上升趨勢，達(dá)頂點(diǎn)后迅速下降。水稻前期發(fā)育(播種至返青)所需水分較小，水稻達(dá)返青階段后，需水量迅速增大，孕穗期達(dá)最大值28 mm，孕穗期后，總體所需降水逐漸降低。整體來看，水稻生長發(fā)育中，分蘗至乳熟階段是水稻對水分最為敏感的時(shí)期，需水量也最大，均在20 mm以上。抽穗揚(yáng)花期缺水，容易使花粉和雌蕊柱頭受旱枯萎，或者抽穗困難，不能正常開花授粉，形成空粒，并極易造成根系、葉片早衰。灌漿結(jié)實(shí)期的水分狀況與結(jié)實(shí)率、籽粒飽滿度以及稻米品質(zhì)等密切相關(guān)。一般宜采用間隙灌溉的辦法，使土壤保持適度干濕，有利于提高根系活力，促進(jìn)葉片光合作用、灌漿物質(zhì)的順利運(yùn)輸和減輕病害。

圖3 織金縣水稻生育期適宜降水趨勢

3 結(jié)束語

文章利用織金縣農(nóng)氣站2010—2020年的水稻農(nóng)氣資料，基于織金國家站同時(shí)期氣象資料數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析了各階段氣象要素對水稻生長發(fā)育的影響，并建立織金縣水稻生長的溫度、光照、降水的適宜性氣象指標(biāo)，得到以下結(jié)論：

1)水稻的生長發(fā)育與氣溫、光照、降水等氣象要素息息相關(guān)，不同生育期內(nèi)，水稻對各氣象要素的需求各不相同，位于適宜氣象區(qū)間內(nèi)的水稻會大大提高生長速率，達(dá)到高產(chǎn)的目的。

2)水稻是喜溫性作物，在整個(gè)生育期內(nèi)，溫度曲線總體呈現(xiàn)雙峰性變化，其在營養(yǎng)生長和生殖生長過程中各有兩個(gè)峰值，出苗期對氣溫要求高，適宜溫度可達(dá)20 ℃，為第1個(gè)峰值；孕穗抽穗期對氣溫較敏感，其最高適宜溫度可達(dá)31 ℃，為第2個(gè)峰值。

3)水稻屬于喜光性作物，光照對水稻生長的快慢、生育成熟時(shí)間長短、開花結(jié)實(shí)的好壞以及產(chǎn)量的高低起著決定性作用。最低日照時(shí)數(shù)總體呈現(xiàn)梯形變化，最高日照時(shí)數(shù)以分蘗期為分割點(diǎn)呈現(xiàn)明顯的先增加后減少的單鋒型變化，水稻對光照需求最大的為返青至抽穗時(shí)期。

4)水稻為好濕性作物，在不同的生長周期內(nèi)，對于水分的需求存在較大差異，降水曲線整體呈現(xiàn)較不明顯的單峰性特征，水稻前期對水分需求較小，隨著生長加快，耗水量也會加大，其耗水量最大的應(yīng)當(dāng)屬分蘗至乳熟階段。

5)對近11 a織金縣水稻生長發(fā)育期氣象條件進(jìn)行分析研究表示，水稻播種較早，苗期陰雨寡照，光照時(shí)間不足，氣溫偏低，導(dǎo)致苗期生長速度過慢，落后于同時(shí)期生長水稻。

6)水稻分蘗期至抽穗揚(yáng)花期，織金縣氣溫適宜，陽光充足，晴熱少雨，織金縣在水稻生育期降水充足，但多為夜間降水，有利于水稻的揚(yáng)花傳粉，各種氣象條件俱佳，適宜水稻生長。