氣象因子對水稻灌漿速率及千粒重的影響分析

摘要 為探究氣象因子對水稻灌漿速率及千粒重的影響及影響程度，開展了一系列水稻分期播種試驗，并利用主成分分析（PCA）和冗余分析（RDA）方法對氣象因子進行深入分析。結果顯示，光溫氣象因子是影響水稻灌漿速率的主要因素之一。冗余分析發現，日平均氣溫、日最高氣溫、階段積溫、階段日照時數和日較差與灌漿速率呈正相關，與千粒重呈負相關。在這些因素中，日最高氣溫、日最低氣溫和日較差對水稻灌漿速率和千粒重的影響較為明顯。研究結果為水稻關鍵生長季節的農業氣象服務提供一定的參數資料和技術支持，以提高水稻產量和品質。

關鍵詞 氣象因子；灌漿速率；主成分分析；冗余分析

中圖分類號 S161" " 文獻標識碼 A" " 文章編號 1007-7731（2024）16-0022-04

DOI號 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2024.16.005

Analysis of the impact of meteorological factors on rice filling rate and thousand-grain weight

WU Xinjuan" " YANG Sihui" " CHEN Lin" " FEI Yongcheng

（Meteorological Bureau of Wenjiang District， Chengdu 611130， China）

Abstract To investigate the impact and extent of meteorological factors on the grain filling rate and thousand-grain weight of rice， a series of staged rice planting experiments were conducted， principal component analysis （PCA） and redundancy analysis （RDA） were utilized to deeply analyze the meteorological factors. The results revealed that photothermal meteorological factors were the main factors affecting the grain filling rate of rice. Through redundancy analysis， it was showed that daily average temperature， daily maximum temperature， stage accumulated temperature， stage sunshine duration， and daily temperature range were positively correlated with the grain filling rate but negatively correlated with thousand-grain weight. Among these factors， daily maximum temperature， daily minimum temperature， and daily temperature range had the most significant impact on the grain filling rate and thousand-grain weight of rice. The research results provided some parameter data and technical support for agricultural meteorological services during key growing seasons of rice， in order to improve rice yield and quality.

Keywords meteorological factors; filling rate; prncipal component analysis; redundancy analysis

水稻是重要的糧食作物之一，其高產、穩產對于保障糧食安全至關重要。稻谷的種植與氣候因素緊密關聯，已有許多學者對稻谷種植生產與氣候因素的相互作用進行了深入探討，龔金龍等[1]研究發現，水稻灌漿期遭遇低溫會導致籽粒充實不良，從而影響產量和品質。騰中華等[2]研究表明，水稻灌漿期遭遇高溫會對籽粒充實產生負面影響，造成水稻結實率下降，降低千粒重和稻米品質，從而影響其產量。張皓等[3]研究發現，日照時數對水稻灌漿速率和千粒重有明顯影響，在灌漿期保證充足的光照，有利于提高籽粒充實度和產量。張發麗等[4]研究證實了日照時數對水稻灌漿的積極作用，并建議在灌漿期采取合理密植、科學管理等措施，以提高水稻對光照資源的利用效率。

水稻籽粒灌漿是籽粒形成的重要生理過程之一，也是影響粒重、產量和稻米品質的關鍵階段。水稻灌漿期既受自身生物學特性影響，也受外部環境的影響，與溫度和日照密切相關，適宜的溫度和充足的光照是水稻籽粒灌漿充實、品質優良的保障[5]。為更全面地了解氣象因子對水稻灌漿的影響，本研究通過開展不同播期的水稻播種試驗，確保水稻灌漿結實階段處于不同的光照、溫度和水文氣象條件下，結合收集的同期氣象信息，分析探討灌漿速率的變化與各種氣象因子之間的相互關系，實現水稻科學生產，優化農業生產方式。

1 材料和方法

1.1 試驗地基本情況

試驗地點（103.87° E，30.75° N）位于四川省成都市溫江區氣象局農業氣象試驗田內，面積約2 hm2，海拔高度548.9 m。試驗田采用水稻和大蒜（或油菜）的輪作方式進行耕作，是研究區典型的輪作農田生態系統。試驗基地位于成都平原的中心地帶，地形是由岷江沖擊形成的平原，土壤以壤土為主，理化性質優良，肥力狀況適中。

1.2 試驗材料

稻谷品種采用中稻雜交秈稻宜香優2115。水稻生育期內的每日氣象數據來源于四川省成都市溫江區氣象局的地面氣象觀測資料。

1.3 試驗設計

于2019—2022年進行水稻分期播種試驗。共設定4個不同播期（SD1-SD4），每個相鄰播期間隔10 d。以當地大田常規播種期3月25日作為第2播期（SD2），其他播期分別為第1播期3月15日（SD1），第3播期4月4日（SD3），第4播期4月14日（SD4）。所有播期的秧苗均在35 d秧齡時移栽，各播期在移栽時均進行4個重復移植，移栽規格、田間管理與當地常規的稻田生產基本保持一致。

1.4 測定指標

1.4.1 灌漿速率和千粒重" 在水稻灌漿期（抽穗始期至成熟期）進行灌漿特性的測定，測定項目包含灌漿速率和千粒重測定。操作方法：當每個播種期的水稻達到抽穗始期（開花期）時，分別在4個重復中選定同日開花、大小相近的200穗，掛牌定穗，并標明掛牌日期。掛牌后第10天第一次取樣，然后每隔5 d取樣1次，直至水稻成熟。每次從選定的株莖中任取20穗（4個重復，每個重復5穗），取下穗后，數總粒數，在恒溫干燥箱內烘干并稱重，記錄千粒重。灌漿速率測定方法按《農業氣象觀測規范》[6] 要求執行。

1.4.2 農業氣象指標" 水稻灌漿期各播期所需的光溫水農業氣象條件的觀測標準和觀測方法按《地面氣象觀測規范》[7]要求執行。

（1）溫度因子。氣溫（℃）：用距地面1.5 m高處的百葉箱內干球溫度表測得，每3 h讀取1次，共8次，取平均值作為當日氣溫。最高（低）氣溫（℃）：用距地面1.5 m高處的百葉箱內最高（低）溫度表測得的當日極端最高（低）氣溫，一天只有1個數值；某時段內平均最高（低）氣溫是該時段內極端最高（低）氣溫的均值。

（2）水和光照因子。降水量（mm）：用雨量筒量取一天中未經蒸發、滲透和流失的降水在水平面上積累的深度之和。日照時數（h）：太陽在一地實際照射的時數，在一給定時段內太陽直接輻射度大于或等于120 W/m2的各分段時間總和。相對濕度（%）：用在同一百葉箱內的干、濕球溫度同步測量值的差異，計算出的表征空氣濕潤程度的要素值，每3 h計算1次，共8次，取平均值作為當天相對濕度。以上各要素均以北京時間20：00到次日20：00這一時段為1 d。水稻灌漿期的農業氣象條件如表1所示。

1.5 統計方法

采用Excel 2010軟件進行數據處理和圖表生成，采用SPSS 27.0統計軟件進行數據PCA等分析，另采用Canoco 5進行RDA分析。

2 結果與分析

2.1 氣象要素對水稻灌漿速率的影響

2.1.1 水稻灌漿結實期農業氣象條件" 根據圖1的數據分析，2019—2021年，不同播期的水稻在灌漿結實期的平均氣溫、日最高氣溫和日最低氣溫均隨播種時間的推遲呈現逐步下降的趨勢；2022年，隨著播期的延后，相關氣溫指標隨著播種時間的推遲呈現先增后減的拋物線型變化，其中，SD3的平均最高溫度達35.3 ℃，為最高值，這與當年7—8月的持續高溫天氣有關。年際間的降水量差異較明顯，2020年降水量最多，尤其是SD4播種期，其降水量比歷史同期多出225%；2019年SD1播種期的降水量最少。在日照時數方面，2022年相比其他年份日照時數偏多，最多的是2022年SD3播種期，比歷史同期增加了93%；最少的是2020年的SD1播種期。因此，在水稻灌漿階段，氣象條件在年際和播期間存在明顯差異，對水稻的生長發育影響較大。播種期的推遲對溫度和降水的影響較大，而日照時數也顯示出較大的年際變化幅度。這些氣象條件的變化可能對水稻的生長和產量產生重要影響。

2.1.2 灌漿速率與氣象要素的相關性分析" 通過主成分分析（PCA）方法獲得2個包含84.50%原始信息的主成分。其中，第一個主成分（PC1）解釋率達67.5%，第二個主成分（PC2）解釋率達17.0%（圖2），這表明所提取的主成分與原始變量之間的相關性較強，從而說明其在一定程度上具有代表性。

主成分分析（PCA）計算結果（表2）顯示，第一主成分（PC1）包括日最高氣溫、日平均氣溫、日較差、階段積溫和累計日照時數的最大信息，且均呈正向分布，可定義為光熱因子；貢獻率較大的為日最高氣溫、日平均氣溫和累計日照時數。第二主成分（PC2）綜合了日最低氣溫、平均風速、日平均氣溫、日較差和累計降水量的信息，日較差在PC2上呈負向分布，日最低氣溫、平均風速、日平均氣溫和累計降水量呈正向分布，其中平均風速、日最低氣溫和累計降水量貢獻率較大。通過主成分分析結果可知，光熱因子在水稻灌漿過程中起重要作用，同時，降水和風速等氣象因子對水稻灌漿也有影響，即在水稻灌漿過程中不僅受單一氣象因素的影響，還受多種氣象因素的綜合影響。

2.2 水稻灌漿速率、千粒重與氣象因素的冗余分析

用冗余分析（RDA）方法進一步分析氣象因素對水稻灌漿速率和千粒重的影響。從水稻灌漿速率、千粒重與氣象因子關系的冗余分析排序結果（圖3）可以看出，在第一排序軸上，灌漿速率和千粒重98.81%可以被以上9個氣象因子解釋。日平均氣溫的連線最為突出，其連線最長，其次是日最低氣溫，平均風速的連線速最短。通過灌漿速率和千粒重與氣象要素之間的夾角分析可知，灌漿速率與日最低氣溫、日平均氣溫、日最高氣溫、階段積溫、累計日照時數和日較差之間的夾角較小，呈銳角，呈正相關；與平均風速和累積降水量之間的夾角較大，呈鈍角，呈負相關。千粒重與日最低氣溫、平均風速、累積降水量和相對濕度呈銳角，呈正相關；與日平均氣溫、日最高氣溫、階段積溫、累計日照時數和日較差呈鈍角，呈負相關。日平均氣溫、日最高氣溫、階段積溫、累計日照時數和日較差與灌漿速率呈正相關，與千粒重呈負相關，這意味著水稻從灌漿到成熟的階段，隨著生長發育的推進，灌漿速率逐漸穩定，而干物質的累積量逐漸增多，從而呈現負相關。

以上分析結果表明，氣象要素對水稻的灌漿速率和千粒重的影響較為明顯，灌漿速率與光溫因子呈正相關，表明這些因子促進灌漿過程；與風速、降水呈負相關，表明強風和過多降水對灌漿產生不利影響。千粒重與日最低氣溫、平均風速、累積降水量、相對濕度呈正相關，表明適量的降水和較高的相對濕度有利于稻谷增重；與日平均氣溫、日最高氣溫、階段積溫、累計日照時數和日較差呈負相關，這可能是因為在灌漿到成熟階段，高溫和過多的日照可能會減緩干物質的累積，從而影響千粒重。

綜合因子分析，認為影響水稻灌漿速率的氣象因子主要為光溫氣象因子，其中日最高氣溫、日最低氣溫和日較差影響較大。

3 結論與討論

（1）通過對影響水稻灌漿速率的氣象因子進行因子分析（PCA），獲得了2個包含84.50%原始信息的主成分，發現其主要影響的氣象因子為光溫因子。這與周鴻凱等[8]研究雜交水稻光溫特性的因子分析，以及朱慶森等[9]研究水稻籽粒灌漿的生長分析，得出在水稻灌漿結實期主要的影響因子是光溫因子的結論基本一致。

（2）在冗余分析（RDA）中，水稻灌漿速率、千粒重與氣象因子關系在排序結果有98.81%可以被日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日較差、平均風速、相對濕度、階段積溫、累計降水量和累計日照時數9個氣象因子解釋。其中，日平均氣溫的連線長度最長，日最低氣溫其次，平均風速最短；日平均氣溫、階段積溫、日最高氣溫、累計日照時數和日較差與水稻灌漿速率之間呈正相關，而與千粒重之間呈負相關。這與林文雄等[10]研究氣候條件對雜交水稻籽粒灌漿的分析，得出水稻的灌漿速率與溫度因子呈正相關的結論基本一致。

綜上，氣象因子對水稻灌漿速率和千粒重有明顯影響，其中光溫因子是較為重要的影響因素，尤其是日最高氣溫、日最低氣溫和日較差影響較大，適宜的溫度有助于保持水稻的生理活性，促進灌漿過程的順利進行。在灌漿結實期，充足的光照和適宜的溫度可以保證水稻籽粒充分灌漿，提高其千粒重和產量。

參考文獻

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[2] 滕中華，智麗，宗學鳳，等. 高溫脅迫對水稻灌漿結實期葉綠素熒光、抗活性氧活力和稻米品質的影響[J]. 作物學報，2008，34（9）：1662-1666.

[3] 張皓，翁玲，劉宇鵬，等. 氣象因子與黔中水稻灌漿速度及千粒重相關性分析[J]. 廣東農業科學，2019，46（12）：1-8.

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[7] 中國氣象局. 地面氣象觀測規范[M]. 北京：氣象出版社，2003.

[8] 周鴻凱，何覺民，葉昌輝，等. 雜交水稻光溫特性的因子分析[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2009，37（9）：110-116.

[9] 朱慶森，曹顯祖，駱亦其. 水稻籽粒灌漿的生長分析[J]. 作物學報，1988，14（3）：182-193.

[10] 林文雄，吳志強，梁義元. 氣候條件對雜交水稻籽粒灌漿的影響[J]. 中國農業氣象，1992，13（2）：4-8.

（責任編輯：楊 歡）