貴州西部近6 a溫度變化對水稻大田生育期的影響

陳金梅，池再香，湯 翠，陳翱章，李貴瓊

(1.貴州省六盤水市氣象局，貴州 六盤水 553000；2.貴州省六盤水市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 六盤水 553000；3.貴州省盤州市氣象局，貴州 盤州 553537)

0 引言

氣溫是氣候變化的一個主要因子，氣溫變化是影響作物生育期變化的主要因素，氣溫升高會引起一系列生態(tài)環(huán)境的變化，植物物候出現(xiàn)時間和各物候期間隔的日數(shù)都發(fā)生較大的變化[1]。張福春[2]通過對北京春季樹木開花期研究認為，春季氣溫是影響當(dāng)?shù)亻_花期變化的主要影響因子，氣溫升高1 ℃，造成當(dāng)?shù)亻_花期提前0.73 d。物候?qū)θ蜃兣捻憫?yīng)研究正在成為物候研究新的熱點領(lǐng)域[3]。目前，全球正經(jīng)歷以增溫為主要特征的變化，春季物候期和開花期提前，秋季物候期推遲、植物生長季延長已成為一種全球的變化趨勢[4-6]。常佩靜等[7]研究指出，氣溫是影響短腳錦雞兒返青和貓頭刺各生育期變化最主要的氣候因子，短腳錦雞兒返青、開花前50 d平均氣溫以及黃枯前80 d平均氣溫對其影響最大，而貓頭刺返青前30 d平均氣溫，開花、黃枯前70 d和80 d的平均氣溫是最主要的影響因子。氣溫被認為是影響植物物候的重要氣候因子，植物物候的提前或推遲主要受氣溫的影響[8]。低溫連陰雨對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也會造成一定的危害，尤其是4月下旬—6月上旬的低溫陰雨對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害最大[9]。李春生等[10]研究低溫對草莓生理特性的影響，指出適宜程度的低溫脅迫能夠鍛煉植株的逆境適應(yīng)程度，促進草莓的生理反應(yīng)，刺激葉片葉綠素的產(chǎn)生，對光合作用有利，但過度的低溫迫害會使草莓光合作用能力受到摧殘。貴州西部地處長江水系和珠江水系分水嶺地帶，具有典型的喀斯特地形地貌，山高坡陡，海拔高低懸殊大，山體切割明顯，相對高差一般在600 m左右，境內(nèi)耕地面積約30.85 萬hm2，其中，水田2.77 萬hm2，水澆地109.7 hm2，旱地28.0 萬hm2。因此，貴州西部糧食作物以馬鈴薯、玉米為主，馬鈴薯約8.33 萬hm2，玉米約6.67萬hm2，其次是小麥，約1.87 萬hm2，水稻種植面積最少，僅1.33 萬hm2。因而，氣候變化對水稻生產(chǎn)影響的研究少，而氣候變化對馬鈴薯生產(chǎn)影響的研究較多[11-14]，并指出貴州西部降水存在時空分布不均狀況，降水在春季馬鈴薯各生育期的分配不均是導(dǎo)致春薯產(chǎn)量不穩(wěn)定的主要因素[15-16]。左晉等[17]分析了夏收糧油作物生長季內(nèi)氣候條件對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，指出作物生長季內(nèi)熱量條件好，有利于作物穩(wěn)健生長和產(chǎn)量形成。吳俊銘等[18]指出貴州海拔較高地區(qū)由于溫度較低，水稻生育期長，在其播種和抽穗期間容易受低溫危害，影響水稻高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)，但溫度變化對貴州西部水稻各生育期的影響定量化研究尚未開展。本文根據(jù)近6 a來對水稻生育期的觀測，結(jié)合同期逐日平均溫度資料，對溫度因子影響水稻生育期變化進行定量描述，以期對貴州西部糧食安全生產(chǎn)、趨利避害提供科學(xué)合理的技術(shù)指導(dǎo)。

1 資料與方法

1.1 溫度資料收集

2016—2021年5月11日—11月10日的逐日平均溫度來源于貴州西部水稻主要種植鄉(xiāng)鎮(zhèn)自動氣象站實時監(jiān)測資料，并進行均一性處理，水稻種植區(qū)海拔800～1300 m。

1.2 水稻生育期觀測方法

水稻生育期的觀測依據(jù)中國氣象局農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范[19]。選取貴州西部海拔800 m的牂牁鎮(zhèn)，海拔900 m的月亮河鄉(xiāng)、都格鄉(xiāng)，海拔1000 m的猴場鄉(xiāng)、米籮鎮(zhèn)、花夏鄉(xiāng)、發(fā)耳鎮(zhèn)、淤泥鄉(xiāng)，海拔1100 m的新窯鄉(xiāng)、大用鎮(zhèn)、落別鄉(xiāng)、木崗鎮(zhèn)、龍河鎮(zhèn)、巖腳鎮(zhèn)、新華鄉(xiāng)、蟠龍鎮(zhèn)、新街鄉(xiāng)、英武鎮(zhèn)、保田鎮(zhèn)、響水鎮(zhèn)，海拔1200 m的郎岱鎮(zhèn)、普古鄉(xiāng)、新民鎮(zhèn)，海拔1300 m的舊營鄉(xiāng)、普田鄉(xiāng)，共25個鄉(xiāng)鎮(zhèn)作為水稻生育期觀測點(圖1)，多年重復(fù)觀測。水稻大田生育期觀測方法如下[19]：

移栽返青期：移栽后葉色轉(zhuǎn)青，心葉重新展開或出現(xiàn)新葉(上午葉尖有水珠出現(xiàn))，用手將植株輕輕上提，有阻力，說明根已扎入泥中。

分蘗期：葉鞘中露出新生分蘗的葉尖，葉尖露出長約0.5～1.0 cm。

拔節(jié)孕穗期：莖基部莖節(jié)開始伸長，形成有顯著莖稈的莖節(jié)為拔節(jié)，劍葉全部露出葉鞘為孕穗。

抽穗開花期：穗子頂端從劍葉葉鞘中露出，稻穗抽出后當(dāng)天或1～2 d伴有開花。

灌漿成熟期：稻穗穎殼內(nèi)充滿白色乳漿狀為灌漿，灌漿之后稻穗上有80%以上的谷粒呈現(xiàn)該品種固有的顏色為成熟。

收獲期：谷殼變黃，米粒水分減少，干物重達定值，籽粒變硬，不易破碎。

圖1 貴州西部水稻生育期觀測點(灰色)Fig.1 Observation points of rice growth period in western Guizhou (gray)

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

貴州西部25個水稻觀測點2016—2021年5月11日—11月10日的逐日平均溫度以及水稻生育期等相關(guān)統(tǒng)計和分析均在Excel上進行。

2 結(jié)果與分析

水稻從種子萌發(fā)到新的種子成熟，需要經(jīng)過種子萌發(fā)、幼苗生長、移栽返青、分蘗、拔節(jié)孕穗、抽穗開花、灌漿成熟等生長發(fā)育過程[19]。在水分條件保證的情況下，溫度是影響水稻生育期的主要因素。因此，本文主要分析水稻移栽大田后各生育期與溫度的關(guān)系。

2.1 水稻生育期情況

近6 a來(表1)，貴州西部水稻大多在5月下旬開始移栽大田，6月中旬開始分蘗，7月上旬開始拔節(jié)，大多年份8月上旬開始抽穗，8月下旬開始進入灌漿期，除2021年9月15日開始收獲外，其余年份基本在9月下旬開始收獲。從水稻移栽至大田到收獲完畢(簡稱大田全生育期，下同)，歷經(jīng)145～178 d；從水稻移栽至大田到開始收獲(簡稱大田生育期，下同)平均需要125 d，比貴州東部偏長22 d[20-23]。

表1 貴州西部2016—2021年水稻大田生育期分布Tab.1 Distribution of rice growth period in western Guizhou from 2016 to 2021

2.2 溫度對水稻不同生育期的影響

溫度是重要的氣象要素之一，與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系密切，作物的生長發(fā)育在很大程度上取決于當(dāng)?shù)氐臒崃織l件[23]。積溫是熱量資源的主要指標之一，可以根據(jù)積溫的多少，確定某種作物在某地能否成熟，并預(yù)計能否高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)[21]。

2.2.1 移栽返青期 由表2看出，近6 a來，從移栽到返青，其積溫在430 ℃·d以上，平均溫度在20 ℃以上(表略)；2017—2018年，移栽返青期只需要21 d，是因為此期間日平均溫度大多在22 ℃左右，而其余年份，此期間日平均溫度持續(xù)7～16 d在20 ℃以下，導(dǎo)致移栽返青期比2017—2018年偏長9～10 d。由此可知，水稻移栽之后返青時間的長短與日平均溫度高低的持續(xù)時間有密切關(guān)系，這與吳俊銘等[18]研究結(jié)果一致。

2.2.2 分蘗期 近6 a來(表2)，分蘗期需要20 d，其積溫在450 ℃·d左右，平均溫度在22 ℃左右(表略)，這與吳俊銘等[18]研究結(jié)果一致。但2020年，分蘗期用了30 d，其積溫在700 ℃·d以上，原因是此期間日平均溫度變化不穩(wěn)定，變幅較大、較快，如從6月17日的25.5 ℃降到20.1 ℃(18日)，持續(xù)2 d，20日升至25.4 ℃，隨后又開始降溫，24日降至21.7 ℃，隨之又開始升溫，29日升到26.2 ℃，緊接著又降至23.2 ℃(30日)，到7月2日降至21.5 ℃。由此可知，2020年水稻分蘗期間溫度變化較大、較快，是造成其分蘗緩慢的主要因素。

2.2.3 拔節(jié)孕穗期 水稻拔節(jié)孕穗期對溫度反應(yīng)非常敏感。此期間要求適宜溫度為25～30 ℃。溫度過低或過高對拔節(jié)孕穗均有不利的影響[18]。

由表2看出，近6 a來，貴州西部水稻拔節(jié)孕穗期需要21 d，此期間積溫在490 ℃·d以上，平均溫度在23 ℃以上(表略)，生育期時間與吳俊銘等[18]研究成果(20～24 d)基本一致，但平均溫度比其研究結(jié)果偏低1 ℃左右。2017年，水稻拔節(jié)孕穗期歷經(jīng)31 d，比其余年份偏多10～11 d，這主要是7月7—9日、11—13日的逐日平均溫度在23 ℃以下和20—22日逐日平均溫度在22 ℃以下所造成(表略)。

表2 貴州西部2016—2021年水稻各生育期時間(單位：d)及其同期積溫(單位： ℃·d)Tab.2 Time of each growth period of rice (unit: d) and accumulated temperature in the same period (unit: ℃·d) in western Guizhou from 2016 to 2021

2.2.4 抽穗開花期 水稻抽穗開花期對溫度反應(yīng)十分敏感，最適宜溫度為25～30 ℃。溫度高于35 ℃或低于20 ℃對抽穗開花均不利，日平均溫度超過35 ℃，會影響花的開放和授粉，日平均溫度低于20 ℃，會造成開花時間推遲，溫度越低，影響越大[18]。

近6a來，貴州西部水稻抽穗開花期需要20 d以上，此期間平均溫度在23.5 ℃左右(表略)，積溫在470 ℃·d以上(表2)，其平均溫度比要求的最適宜溫度偏低1.5 ℃左右。在水稻抽穗開花期，2018年歷經(jīng)了42 d、2021年31 d，分別比其余年份偏多21～22 d和10～11 d。2018年水稻提早到7月下旬開始抽穗，比其它年份偏早10 d，而9月上旬才開花結(jié)束，比2017年、2019—2020年延長10 d，結(jié)合圖2看出，7月24—29日持續(xù)6 d、8月3—12日持續(xù)10 d和8月16—20日持續(xù)5 d的日平均溫度基本在24 ℃以下，尤其是8月4—9日持續(xù)6 d日平均溫度基本在23 ℃以下，這是導(dǎo)致2018年水稻抽穗開花期比其他年份偏長20 d以上的主要原因。2021年水稻抽穗開花開始時間與其他年份相同，但結(jié)束時間比其他年份推遲了10 d，結(jié)合圖2看出，8月13—19日、24—30日均持續(xù)7 d的日平均溫度基本在24 ℃以下，尤其是8月14—17日持續(xù)4 d和26—30日持續(xù)5 d的日平均溫度基本在23 ℃以下，并且在8月14日出現(xiàn)了20.9 ℃和8月27日出現(xiàn)了19.2 ℃的日平均溫度，達到3 d低溫冷害指標[18]，是造成2021年水稻抽穗開花期比其它年份偏長10 d以上的主要因素。

圖2 貴州西部2016—2021年水稻抽穗開花期逐日平均溫度變化Fig.2 Daily average temperature change during heading and flowering of rice in western Guizhou from 2016 to 2021

2.2.5 灌漿成熟期 溫度與水稻灌漿結(jié)實的關(guān)系密切，灌漿成熟期的適宜溫度為20～25 ℃，以日平均溫度21～23 ℃最為適宜[18]。

由表1看出，貴州西部水稻于8月下旬開始灌漿，基本在9月下旬成熟開始收獲，此期間大概需要30 d左右，且平均溫度在20 ℃以上(表略)和積溫在330 ℃·d以上(表2)。由表2看出，2017—2020年，水稻灌漿成熟期的日平均溫度在21.2～22.4 ℃之間(表略)，屬于此期間最適宜溫度范圍，其生育期在25～35 d之間，積溫在530 ℃·d以上，而2016年，水稻灌漿成熟期只需要20 d，主要原因是此期間的9月1—6日持續(xù)6 d、14—17日持續(xù)4 d的日平均溫度超過24 ℃，尤其是9月2—5日持續(xù)4 d的日平均溫度超過25 ℃(圖3)，導(dǎo)致2016年水稻灌漿成熟期時間縮短。2021年水稻灌漿成熟期所需時間為近6 a來最短，即14 d，結(jié)合圖3看出，14 d的日平均溫度均在22 ℃以上，尤其是9月1—5日持續(xù)5d的日平均溫度在25 ℃以上，是造成2021年水稻灌漿成熟期時間縮短的主要原因。

圖3 貴州西部2016—2021年水稻灌漿成熟期逐日平均溫度變化Fig.3 Daily average temperature change of rice during grain filling maturity in western Guizhou from 2016 to 2021

2.2.6 收獲期及大田生育期 水稻收獲期的時間長短除了與溫度有一定的關(guān)系外，與種植面積亦有一定的關(guān)系。

由表2看出，近6 a來，貴州西部水稻從開始收獲到收獲結(jié)束，歷經(jīng)28～43 d，以2021年的28 d為最少，2017年的43 d為最長；此期間以2021年平均溫度21.4 ℃為最高，2018年平均溫度14.8 ℃為最低(表略)，且2018年收獲期亦有40 d，表明此期間積溫達到540 ℃·d時，即可滿足水稻成熟可以收獲。由表2還可以看出，水稻在大田生育期需要112～138 d，積溫超過2500 ℃·d即可滿足水稻在大田里生長發(fā)育需求。結(jié)合表3發(fā)現(xiàn)，2021年水稻種植面積最少，且收獲期平均溫度最高，是近6 d來收獲時間最短的主要原因；2016年水稻種植面積雖然比2018年偏多660 hm2，但2016年收獲期平均溫度比2018年偏高4 ℃(表略)，導(dǎo)致2016年收獲期所需時間與2018年相同。由表3還可以看出，貴州西部水稻在大田全生育期需要145 d以上，積溫3300 ℃·d以上即可滿足水稻在大田全生育期需求，以2021年大田全生育期145 d、積溫3300 ℃·d為最少，2017年大田全生育期178 d、積溫3600 ℃·d為最多。總體上，溫度高、種植面積少，水稻在大田生育期所需要的時間就短；反之，所需要的時間就長。

表3 貴州西部2016—2021年水稻種植面積、全生育期及其同期積溫分布Tab.3 Rice planting area,whole growth period and cumulative temperature distribution in western Guizhou from 2016 to 2021

3 結(jié)論與討論

通過近6 a對貴州西部牂牁鎮(zhèn)等25個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水稻大田生育期觀測，并結(jié)合同期熱量條件，分析溫度變化對水稻各生育期的影響，得到如下結(jié)論：

①貴州西部水稻一般是在5月下旬開始移栽大田，9月下旬開始收獲，從移栽到收獲完畢需要145～178 d；水稻在大田生育期平均需要125 d，比貴州東部偏長22 d[20-23]。近 6 a來，水稻移栽返青期需要21 d及以上、分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期均需要20 d及以上，灌漿成熟期需要14 d及以上，收獲期需要28 d及以上。

②近6 a來，日平均溫度20 ℃以上或積溫430 ℃·d以上，可以滿足水稻移栽返青生長需求；日平均溫度22 ℃左右或積溫450 ℃·d左右時，可以滿足水稻分蘗需求；日平均溫度23 ℃以上或積溫490 ℃·d以上，可以滿足水稻拔節(jié)孕穗需求；日平均溫度23.5 ℃左右或積溫470 ℃·d以上，可以滿足水稻抽穗開花需求；日平均溫度20 ℃以上或積溫在330 ℃·d以上，可以滿足水稻灌漿成熟需求；積溫超過2500 ℃·d即可滿足水稻在大田生長發(fā)育需求；積溫超過3300 ℃·d以上即可滿足水稻在大田全生育期需求。

③ 水稻移栽之后返青時間的長短與日平均溫度高低的持續(xù)時間有密切關(guān)系；在水稻分蘗期間，如果溫度變化不穩(wěn)定，其變幅較大、變化較快，容易造成水稻分蘗緩慢；在水稻抽穗開花期，如果出現(xiàn)持續(xù)5 d日平均溫度在23 ℃以下時，容易造成水稻抽穗開花期時間延長；在水稻灌漿成熟期，如果持續(xù)4 d日平均溫度超過25 ℃時，容易造成水稻灌漿成熟期時間縮短。總之，溫度高、種植面積少，水稻在大田生育期所需要的時間就短；反之，所需要的時間就長。

水稻生育期的變化不僅與溫度條件有關(guān)，還與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟投入和管理水平等社會綜合因素有關(guān)。在水稻栽培中，應(yīng)充分考慮其生育期所需的光、溫、水等氣候條件以及栽培技術(shù)、肥水管理、病蟲害防御等，才可能達到高產(chǎn)增效的目的。由于本試驗研究時間較短，其研究結(jié)果有待進一步驗證。