朔州市水稻引種試驗農業氣象分析

2023-12-29 00:00:00梁桂花，蔡霞，張祎瑋，謝鵬程，趙鈺，白櫻

北方水稻 2023年2期

摘" 要：為了改善山西朔州的種植結構，增加農民收入，提高經濟效益，經過多方考察和充分的調研，擬將吉林永吉的水稻引入無水稻種植歷史的山西朔州。采用數理統計法，分析了原產地吉林永吉稻花香水稻生長發育和產量形成的農業氣象條件，分析了朔州與吉林永吉的農業氣候相似程度；采用田間試驗法進行引種試驗。連續3 a的試驗種植結果說明朔州的農業氣象條件對水稻的生長發育是比較適宜的，生育期長、積溫高、晝夜溫差大、自然降水加上豐富優質的活泉水灌溉、充足的光照，利于水稻的生長和營養物質的累積，水稻產量高于原產地，穗粒數多于原產地，結實率高于原產地。

關鍵詞：朔州；水稻引種；農業氣候相似

中圖分類號：S161;S511" " " " " " " " " " " " " " " "文獻標志碼：A文章編號：1673－6737（２０23）02－００07－０8

Agrometeorological Analysis of Rice Introduction Experiment

in Shuozhou City

LIANG Gui-hua1 ， CAI Xia2 ， ZHANG Yi-wei3 ， XIE Peng-cheng2 ， ZHAO Yu2 ， BAI Ying4

（1 Meteorological Bureau of Shuocheng District， Shuozhou City， Shanxi Province， Shuozhou Shanxi 036002， China;

2 Meteorological Bureau of Shuozhou City， Shanxi Province， Shuozhou Shanxi 036002，China;

3 Shanxi Climate Center， Taiyuan 030006， China

4 Meteorological Bureau of Haidan City， Haidan Hebei 056001，China）

Abstract： In order to improve the planting structure of Shanxi Shuozhou， increase farmers' income and improve economic benefits， through multiple investigation and full investigation， it is proposed to introduce the rice of Jilin Yongji into Shanxi Shuozhou， which has no rice planting history. In this paper， mathematical statistics were used to analyze the agricultural meteorological conditions of the growth and yield formation of rice in Yongji， Jilin province， and the degree of agricultural climate similarity between Shuozhou and Yongji was analyzed. The introduction experiment was carried out by field experiment. For three consecutive years of planting experimental result shows that it is mined here of agricultural meteorological conditions on rice growth and development is more appropriate， long growth period， accumulated temperature high， big temperature difference between day and night， natural precipitation and abundant high quality active spring irrigation， adequate lighting， good for the growth of rice and the accumulation of nutrients， rice yield is higher than the country of origin， spike grain number more than the country of origin， seed setting rate is higher than the country of origin.

Key words： Shuozhou; Introduction of rice; Agro climate similarity

朔州市位于山西省的西北部，東經111°52′～113°35′、北緯39°06′～40°22′之間，平均海拔1 500 m左右，地處我國北方黃土高原，地形起伏較大，西部、南部是山區，中部和東北部為平川區，是大同盆地的西南部，氣候屬于溫帶大陸性季風氣候，大部分為半干旱地區，表現為春季少雨干旱多風沙，夏季高溫多雨，雖降水的時空分布不均，但雨熱同期，秋季溫和晴朗，氣溫的日較差大，冬季漫長干寒，降水較少的氣候特征，冬長夏短，干濕季分明，氣溫和降水的分布和變化較大[1]，“十年九旱”是朔州農業氣象條件的真實寫照，由于受氣候、地形、土壤、經濟等多種條件的制約，嚴重地影響了朔州農業的種植結構和經濟特征，其主要糧食作物以玉米和小雜糧為主，種植結構單一，雖產量尚可，但其經濟效益較低，因而農民收入有限，而餐桌上的大米、麥粉多數由其它產區運輸而來，且陳米面居多。隨著雜交水稻之父袁隆平的雜交水稻的逐步推廣，水稻產量愈來愈高，福澤于廣大人民群眾，水稻在我國南方分布較廣，北方多分布在東北地區，其它地區雖有種植也是零星分布[2-4]。國內許多專家學者對水稻也進行了多方面的探討和研究，林海[2]、齊罡[5]、王宇[6] 等主要從水稻主栽品種演替、氣候、田間管理對水稻各發育期和產量的影響、水稻基因、病變和水肥管理等方面進行了詳細的研究。經過多方考察和充分的調研分析，從農業氣候相似原理和其在科學指導農作物引種、農業結構調整、農業氣候區劃等方面的重要作用出發，結合朔州氣候、地形、土壤、水資源等條件，充分利用桑干河畔神頭泉群豐富、優質的水資源和該區域河灘的鹽堿荒地，擬將吉林永吉的水稻引種到朔州試驗種植。引種成功，既改善了人們的生活水平，提高了種植戶的收入，又改變了當地農業種植結構單一的現實，也是為農民致富、鄉村振興的一條新路子，使朔州水稻的種植和研究不再是一片空白。同時可以更多更好地累積本地水稻農業氣象資料，豐富為農服務指標，為今后的氣象為農服務、農業種植結構調整和政府部門的決策提供科學的依據。

1" 資料與方法

1.1" 資料

收集整理水稻原產地吉林永吉氣象觀測站、農業氣象觀測站和擬引種地山西朔州國家基本氣象站、朔州國家二級農業氣象觀測站的觀測資料，初步分析并兼顧兩地資料的時間序列，確定選取1981～2018年的資料。

1.2" 方法

1.2.1" 數理統計" 采用數理統計法，分析擬引水稻品種生長發育和產量形成對氣象條件的要求，原產地吉林永吉和擬引進地山西朔州農業氣候相似分析。

1.2.2" 田間試驗" 開展田間試驗，獲取第一手的農業氣象觀測資料，并進行分析。

2" 結果與分析

2.1" 原產地吉林永吉水稻生長發育和產量形成對氣象條件的要求分析

永吉縣位于吉林的中東部，東經125°48′～126°40′、北緯43°18′～43°35′之間，平均海拔230 m左右，地處北緯43°、長白山脈向松遼平原過渡地帶的吉林市內，是世界三大黃金水稻種植帶之一，平原區在全國水稻六個主要種植區域劃分中屬于東北半濕潤早熟單季稻區，耕作制度為一年一熟制，為早熟粳稻品種；永吉縣歷經千年積淀形成的深色草甸土，土層深厚，土質肥沃，源自長白山天池的第二松花江水系的上乘水質，為水稻提供了得天獨厚的生長條件；氣候屬北溫帶大陸性干寒季風型氣候，其特點是四季分明，春季干燥多大風，夏季溫熱多雨，秋季涼爽多晴好天氣，冬季漫長寒冷。年平均氣溫5.6 ℃，氣溫年較差31.2 ℃；無霜期142 d，最長達163 d，最短達117 d；年平均日照為2 329.0 h；年平均降水量724.1 mm，極端年最大雨量1 218.3 mm（2017年），極端年最少雨量428.4 mm（1982年），降雨集中在每年6月至8月，7月最多；≥10 ℃的積溫在2 500～3 500 ℃之間，生長季日照時數為1 090～1 250 h之間，降水總量為300～600 mm。岔路河、一拉溪、萬昌、官廳、三家子、金家六個鄉鎮，位于永吉的平原地區，是永吉優質稻米種植區，生產的稻米被釣魚臺國賓館、國家航天局、國家體育總局確定為專供米，“萬昌大米”品牌全國知名。

一定界限溫度以上的積溫是評價某地區熱量資源的重要指標之一。由圖1可以看出，近38年永吉≥0 ℃積溫歷年平均為3 436.1 ℃，其變化趨勢呈現出逐年增加的趨勢，其氣候傾向率為68.7 ℃/10 a，增加趨勢較為顯著，最大值出現在1998年，高達3 699.4 ℃，最小值則出現在1986年，只有3 134.5 ℃。≥0 ℃積溫的歷年平均初日為3月25日，最早出現在2002年的3月5日，最晚出現在2013年的4月10日；≥0 ℃積溫的終日平均為11月3日，最早出現在1984年的10月17日，最晚出現在2007年的11月13日。

由圖2可以看出，近38年永吉≥10 ℃積溫的平均值為2 929.7 ℃，≥10 ℃積溫呈現出逐年增加的趨勢，平均每10年增加72.4 ℃，其中最大值出現在1998年，高達3 452.6 ℃，最小值則出現在1986年，僅2 589.0 ℃，兩者之間相差863.6 ℃。≥10 ℃歷年平均初日為4月30日，最早出現在1998年的4月 12日，最晚出現在1981年的5月13日；平均終日為9月30日，最早出現在1997、1999年的9月19日，最晚出現在1998年的10月17日。

吉林永吉1981～2018年農業氣象水稻觀測數據表明（表1）：水稻歷年平均播種日為4月14日，成熟日為9月16日，平均發育期為155 d，發育期內≥0 ℃積溫為2 828.3 ℃，積降水574.8 mm，積日照1 181.4 h。

由表2可知吉林永吉水稻各生育期最適溫度和水層深度[7-8]，目前影響吉林永吉水稻生育期生長發育的主要氣象災害有：干旱、低溫冷害和霜凍、高溫熱害。

春旱，由于降水量少，土壤水分缺失，導致干旱，嚴重時水庫缺水，依靠小水庫和泡湯種稻的地方無水泡田，部分靠自然灌溉的地方插秧推遲，影響返青、分蘗等生長過程。

低溫冷害，指水稻遭遇生育最低臨界溫度以下的低溫影響，導致水稻不能正常生長發育而減產。低溫冷害分為兩種，一是水稻延遲型冷害，受冷渦影響，出現持續性低溫多雨寡照的天氣過程，出現延遲型冷害，使水稻生育期延長，有效分蘗數明顯減少，開花期延遲，影響抽穗，成熟期推遲等各生長進程推遲，嚴重時導致水稻生長停滯，影響品質及產量，病蟲害發生風險增大；二是水稻障礙型冷害，夏季水稻抽穗開花期出現降溫天氣，連續5～6 d日平均氣溫低于17 ℃，水稻生長受到影響，特別是水稻孕穗期對低溫反應特別敏感，低溫會造成不育、空殼率上升、產量下降，持續低溫會引起稻穗、莖瘟病發生，導致減產和品質下降。4～5月份育苗期出現的倒春寒，低溫凍害，大棚內溫度出現-3～-2℃以下時幼苗受害，0 ℃左右生長受限，4 ℃以上對稻苗影響不大，苗期溫度必須在12 ℃以上方能正常生長，倒春寒嚴重時影響出苗、成苗，使部分稻苗葉尖發黃、發白。

高溫熱害，當溫度上升到各生育期的生物學最高溫度以上時，對它的生育便起到阻礙或停止作用甚至產生“熱害”。萌芽期高于40 ℃發芽延遲且極不整齊，播種后苗期日平均氣溫低于12 ℃3 d以上易感染綿腐病，出現爛秧、死苗。苗期水溫低于22 ℃或高于40 ℃分蘗發生十分緩慢或受到抑制，日均氣溫15 ℃以下時分蘗停止造成僵苗不發。日均溫度高于32 ℃，日最高溫度高于35 ℃，臨近開花前的穎花對高溫最為敏感，開花期遇到高溫，使之降低活力；水稻孕穗期受高溫影響，造成花器官發育不全，花粉發育不良，活力下降，水稻抽穗開花結實期，如果遇有連續日平均≥30 ℃或最高氣溫≥35 ℃的高溫發生，會影響抽穗、正常開花結實，造成空秕率上升，產量下降。灌漿乳熟期遇高溫影響，主要表現在秕粒率增加、結實粒數和千粒重的降低，導致產量和品質下降。[3，6，9-13]

2.2" 朔州市與原產地吉林永吉的農業氣候分析

農業氣候資源是對農業生產有利且直接參與農業生產過程的光照、溫度水分等條件及其組合，是農業生產的基本條件[14]。水稻同樣在生長的過程中受到一些氣象因素的影響，氣溫的高低、降水的充沛欠缺和日照的多寡都將直接影響水稻的正常生長和品質。分析朔州與吉林永吉的農業氣候條件，朔州雖在經緯度、拔海高度、地形、地勢等方面與吉林永吉有差異，但兩地氣候同屬溫帶大陸性季風氣候，其特點是四季分明，春季干燥風大，時有干旱發生；夏季炎（溫）熱，降雨量主要集中在6～9月，雖時空分布不均，但雨熱同期，利于作物的生長；秋季涼爽多晴好天氣，氣溫的日較差較大，利于營養物質的累積。

有關分析研究表明，≥10 ℃積溫2 000 ℃是水稻種植的最低積溫界限[3]。由圖3、圖4 可知，朔州年均氣溫（7.6 ℃）比永吉（5.6 ℃）偏高2.0 ℃，≥10 ℃積溫為3 020.1 ℃比永吉2 929.7 ℃多90.4 ℃，無霜期日數150 d較永吉142 d偏長8 d左右，充足的熱量為水稻的成功引種在溫度、熱量方面奠定了基礎。

由圖5可知，朔州年降水量412.3 mm，較永吉724.1 mm偏少311.8 mm。朔州降雨量雖然遠不及吉林永吉多，但在種植區有著豐富、優質的活泉水資源，水質優良，泉流穩定，水溫14 ℃～14.5 ℃，補充了降水量的先天不足，同原產地長白山天池的第二松花江水系的上乘水質相媲美，降水雖時空分布不均但均主要集中在6～8月，且雨熱同期，對水稻生長非常有利，自然降水加上豐富優質的活泉水共同為水稻的成功引種在需水量方面提供了條件。

水稻是喜歡陽光的作物，如果光照條件不好，將直接影響水稻的健康生長，尤其是影響水稻的分蘗、開花、結實等。由圖6可知，朔州多年平均日照時數為2 537.4 h，較吉林永吉偏多208.4 h，兩地同樣5～9月多于其它月份，最多值出現在2005年為2 905.3 h（永吉2 590.4 h，1982年），最少值出現在2009年僅為2 295.4 h（永吉2 007.6 h，2010年），其季節和月份變化兩地相同，充足的光照條件同樣為水稻的成功引種奠定了基礎。

2.3" 田間試驗結果分析

2.3.1" 試驗安排及試驗期間氣象條件分析" 依托朔州市朔城區神頭鎮綠嘉綠野合作社，利用桑干河畔神頭鎮下西關村河灘鹽堿撂荒地，經過深翻、平整、引優質神頭海泉水灌溉、增施有機肥等改良土壤。（1）品種選擇：所選品種為吉林永吉的稻花香2號，粳稻，生育期155 d，需要≥10 ℃積溫2 830 ℃，屬中晚熟品種，株型緊湊，株高122 cm左右，分蘗力強，有效穗數409.5萬穗/hm2，穗長19.5 cm，彎穗型，穗粒數達115粒，結實率88.4%，千粒重27.7 g。（2）育苗移栽與田間管理：在播種前需進行種子包衣，目的是為了防治水稻惡苗病[15-16]。稻種包好衣后泡缸里一周，提前撈2 d陰涼風干。采用塑料拱棚進行育苗，利用蚯蚓土配上其它營養土進行穴盤育苗。每平方米播種量150～200 g，稀播育壯秧，溫度保持在26 ℃以下，溫度最低應該保證在10～12 ℃以上，如果溫度過低將影響水稻的健康生長。插秧為久保田手扶插秧機，行株距33.3 cm×（16.5～20.0）cm，每穴2～3株苗，移栽葉齡6.5～7.0，基本苗5.0～6.5萬/667 m2。水漿管理采取“淺水栽秧、寸水活棵、薄水分蘗”，水稻分蘗過后排水曬田，排臭氣，裂縫5～6 cm，可有效預防病害的發生、可使根系發達、利于拔節，抽穗到抽穗后25 d至成熟期保持淺水層，抽穗至成熟期采取濕潤灌溉，機械收獲前提前10多天斷水。苗期主要的田間管理是人工拔草，結合淺深淺間歇灌溉，分蘗期的溫度在20 ℃以上比較適合，溫度過低將影響分蘗，造成生長的時間延長。開花期的溫度在30 ℃比較適合，溫度超過40 ℃或者低于20 ℃，將影響水稻的授粉。成熟期前半個月，排水曬田，促進過多水分蒸發，以利成熟。在90%以上的穗子成熟后即可采收。（3）綜合防治病蟲害，采用翻耕曬輪、清除殘渣等農業防治措施，減少有害生物，由于水稻種植區地處北方高寒地區，氣候偏涼又是生地，病害在試種期間沒有發生。

縱觀朔州2018、2019和2020年水稻發育期內的光、溫、水三項農業氣象指標（表3～表5），能夠滿足水稻正常生長的需要，水稻全生育期170 d，較吉林永吉偏長15 d；全生育期內≥0 ℃積溫3 198.9 ℃，較吉林永吉年偏多370.6 ℃；總降水381.6 mm，較吉林永吉偏少207.7 mm，雖然發育期內降水量偏少，但在種植區有著豐富、優質的水資源，補充了降水量的先天不足；總日照時數1 397.2 h，較吉林永吉偏多71.7 h。分段評述如下：

幼苗期（4·13～5·29）：每年的4月中下旬，氣溫回升，為水稻的及時發芽和生長奠定了基礎和條件。從播種到移栽，此期是培育粗壯秧苗期，采用大棚育秧，此期溫度是影響水稻秧苗生長的關鍵因素，大棚內最低溫度應保持在10～12 ℃以上，如果溫度過低將影響水稻的健康生長，最高溫度在26 ℃時，應及時放棚通風，溫度過高將發生燒苗現象。強度大的低溫倒春寒對其影響較為明顯，2020年4月20～25日出現了連續性強降溫大風寒潮天氣過程，最低溫度降至-8.0 ℃，由于建大棚時進行了防低溫加固裝置，故水稻未受到影響。同時采用噴灌澆灌設施，秧盤前期保持濕潤，后期保持淺水，幼苗期水稻生長正常，根粗苗壯。

苗期（5·29～7·18）：每年的5月下旬至6月上旬是水稻重要的返青季節，移栽后緩苗成活的這段時間叫返青期，返青后就開始分蘗，然后開始拔節，期間是長根、莖、葉為主的營養生長期，期間≥0 ℃積溫1 062.4 ℃，降水110.6 mm，日照419.1 h。日平均氣溫基本均在20 ℃以上，日最高氣溫在35.0 ℃以下，日平均最低氣溫在15.0 ℃以上，加上活泉水灌溉，活水循環，結合深淺淺間歇灌溉，自然降水加上泉水的滋潤，十分有利于水稻生長，再加上充足的光照條件，三項氣象指標對水稻的苗期生長非常有利。未出現連陰雨寡日照的不利天氣過程，分蘗期需要的營養以氮、磷、鉀配合追肥最有利，田間管理主要是進行人工拔草，分蘗過后進行排水曬田，排臭氣，裂縫5～6 cm，可有效預防病害的發生、可使根系發達、利于拔節。

穗期（7·18～8·30）：每年的7～8月是水稻生長的重要階段，水稻拔節后就開始孕穗、抽穗、開花、灌漿乳熟，是以長穗、開花、結籽粒為主的生殖生長期，在這個時期水稻生長發育迅速增大，根群最大、稻株葉面積也達到最大，也是決定穗粒數及粒重的關鍵期，期間≥0 ℃積溫940.9 ℃，降水159.6 mm，日照326.6 h，此期的日平均溫度均在20 ℃以上，平均最高溫度28 ℃左右，平均最低溫度15 ℃以上，極端最高氣溫在35 ℃以下，溫度比較適宜，且雨熱同期，光照充足，非常適合水稻的抽穗、灌漿、乳熟。田間工作主要是水肥管理，人工拔草，約在抽穗前30～40 d，增施以氮磷鉀為主的“促花肥”噴施“保花肥”，防止穎花敗育，確保粒多。

成熟期（8·30～9·30）：從乳熟到成熟，稻穗頂部的籽粒已達到正常谷粒的大小，穎殼充滿乳漿狀內含物，籽粒呈綠色，90%以上的穗子色呈金黃，籽粒發硬即達到成熟。此期≥0 ℃積溫470.1 ℃，降水65.4 mm，日照218.4 h，每年的9月正是秋高氣爽、光照充足的曬籽時期，日平均溫度15 ℃左右，平均最高溫度23 ℃左右，平均最低溫度8 ℃左右，降水偏少，光照充足，溫度適宜，氣溫的日較差大，對水稻曬籽成熟和營養物質累積非常有利。田間工作主要是在成熟期前半個月，進行排水曬田，促進過多水分蒸發，以利成熟。不利的天氣主要是預防大風，強風有時可將水稻刮倒，對水稻的收割非常的不利，還可降低產量。9月末偶爾出現的輕微霜凍對水稻影響甚微。

2.3.2" 試種水稻產量分析" 由表6～表8可知，吉林永吉的稻花香2號，粳稻，生育期155 d，需要≥10 ℃積溫2 830 ℃，屬中晚熟品種，株型緊湊，株高122 cm左右，分蘗力強，有效穗數409.5萬穗/hm2，穗長19.5 cm，彎穗型，穗粒數達115粒，結實率88.4%，千粒重27.7 g。引種到山西朔州的稻花香2號，粳稻，生育期170 d，期間≥10 ℃積溫3 198 ℃，株型緊湊，株高100 cm左右，分蘗力強，有效穗數239.9萬穗/hm2，穗長17.6 cm，彎穗型，穗粒數達170粒，結實率91%，千粒重26.6 g。試驗結果說明朔州的農業氣象條件對水稻的種植和生長是比較適宜和有利的，生育期長、積溫高、晝夜溫差大、充沛優質的活泉水資源，充足的光照，利于水稻的生長和營養物質的累積，水稻產量高于原產地，穗粒數多于原產地，結實率高于原產地。

3" 結論與討論

3.1" 結論

通過對擬引種水稻品種生長發育和產量形成對氣象條件的要求、水稻原產地吉林永吉和擬引種地山西朔州農業氣候相似的分析及田間試驗，分析說明朔州的農業氣候條件是完全能夠且比較適宜水稻種植的，生育期長、積溫高、晝夜溫差大、自然降水和充沛優質活泉水的共同滋潤，充足的光照，利于水稻的生長和營養物質的累積，水稻產量高于原產地，穗粒數多于原產地，結實率高于原產地，水稻引種非常成功，達到了預期的目標，成效顯著。

3.2" 討論

研究所采用的氣象資料，為朔州市朔城區境內的山西省朔州國家基本氣象站和朔州國家二級農業氣象觀測站的觀測資料，和田間試驗點相距十幾公里，缺少更接近試驗地的區域站的詳細資料。

通過3 a的田間試驗，引種取得了成功，但時間尚短，一些可能產生影響的極端的氣象災害，如較嚴重的干旱、霜凍、連陰雨、大風等，在試種期間未出現或估計不到的情況仍有存在的可能，還有待于在今后的工作中做進一步觀察和研究。另外，還有一些其它的影響，栽培方法、病蟲害等方面，需要在以后綜合各氣象因子及多方面的因素，建立產量預報模型，更好更多地積累資料，做到趨利避害。

下一步計劃，將進一步跟進水稻研究，從水稻的氣候品質認證方面做更深入的研究，綜合各氣象因子，建立產量預報模型，加強氣象因子對水稻各發育期及產量形成的影響研究；同時還計劃進行蟹稻共生共養，一方面增加了河蟹養殖的收入，同時可以提高稻米的品質，切實改善本地區的種養殖結構，積累更多的科研資料，更好地服務于當地的農業生產，為政府部門大力推廣水稻種植、調整種植結構提供科學的決策依據。

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