沿江雙季稻北緣區氣象要素分布及其對雙季稻生長發育的影響

潘志軍，吳晨陽，呂和平，吳小文，張曉紅，何海兵，柯 健，武立權，宮傳英，周 兵

（1.廬江縣農業技術推廣中心，合肥 231500；2.安徽農業大學，合肥 230031；3.廬江縣氣象局，合肥 231500）

發展雙季稻對提高復種指數，保障中國糧食安全具有重要意義。沿江雙季稻北緣地區是中國重要的雙季稻生產區，但由于受到溫光資源雙季略顯不足、氣候多變、水稻生長季節緊張等因素影響，該地區雙季稻周年產量不穩定，增長受限制［1，2］。已有研究表明，氣象要素與水稻生長發育和產量形成密切相關，分蘗期長期陰雨寡照使植株內糖氮比例失調、光合受阻，導致分蘗能力下降，有效穗數不足，抽穗灌漿期低溫弱光可降低水稻光合速率，灌漿期高溫不利于子粒灌漿和產量形成［3-9］。生產中發現，雙季稻周年生產最主要的障礙因子是氣象因素變化，特別是周年生產時間跨度長、遭遇氣象災害多，極易造成產量降低。因此，根據氣象因素規律科學優化安排雙季稻生產，是破解周年產量不穩且規避自然災害的主要途徑。品種選用、肥水運籌、群體調控等方面對沿江地區雙季稻生產栽培已有大量研究［10-13］，但基于大田生產環境下，沿江地區雙季稻生產季主要氣象要素分布及其與水稻生產發育相關關系的研究還較少。本研究選取18 個早、晚稻常規品種，通過持續3 a 品種栽培試驗，旨在探究沿江地區雙季稻生產季主要氣象要素分布規律及其與水稻生長發育和產量形成的相關關系，為進一步優化該區域雙季稻種植提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于合肥市廬江縣湯池鎮雙墩村（117°06′32″E，31°21′31″N）進行，該地區屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均降水量1 260.4 mm，年平均氣溫16.3 ℃，年有效積溫2 875.3 ℃，是典型雙季稻生產北緣區。供試田塊土壤為河流沖積物母質發育形成的潴育型水稻土亞類沙泥田土屬沙泥田土種，土壤pH 6.1，有機質31.1 g/kg，全氮0.83 g/kg，有效磷（P2O5）3.6 mg/kg，速效鉀（K2O）40.0 mg/kg。

1.2 試驗設計

本試驗采用隨機區組設計，設3 次重復，早稻（標記為E）選取浙輻203、中早33、中嘉早17 和嘉早311 等8 個常規品種（分別標記C1—C8），晚稻（標記為L）選取鎮稻18、鎮稻16、南粳9108 和安選晚1 號等10 個常規品種（分別標記為C9—C18），相同田塊連續3 a（2015—2017 年，分別標記為Y1—Y3）進行人工定位栽插，栽植行株距均為16.7 cm×13.3 cm，小區面積14.2 m2。早稻季全生育期施N 200.0 kg/hm2，P2O590.0 kg/hm2，純K2O 180.0 kg/hm2，晚稻季全生育 期 施N 250.0 kg/hm2，P2O590.0 kg/hm2，純K2O 180.0 kg/hm2，不同年份間參試品種、施肥水平和田間管理均保持一致。

1.3 測定項目與數據處理

1.3.1 生育特征 參照國家水稻品種區域試驗觀察標準記載品種生育期，本研究將水稻全生育期劃分為4 個階段，即移栽期至移栽后7 d（M1）、移栽期至始穗期（M2）、始穗期至齊穗期（M3）和齊穗期至完熟期（M4）。

1.3.2 產量結構與產量 每品種選取60 穴調查葉齡莖蘗消長動態，成熟期每品種選取150 蔸測定單位面積有效穗數，根據平均有效穗數取9 蔸測定每穗總粒數和結實率；成熟期收割、去雜測定標準產量，取樣晾干測定千粒重。

1.3.3 氣象數據 廬江縣近40 年（1980—2019 年）的日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫、日均降水量和日光照時數等氣象參數由廬江縣氣象局提供。

1.3.4 數據處理 采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 22.0 軟件進行數據處理。

2 結果與分析

2.1 沿江地區雙季稻周年氣象要素分布

通過對近40 年該地區主要氣象要素的分析發現（圖1），該地區全年氣溫變化為“倒V”字形，降水量分布不均勻；3 月中下旬為該地區早稻播種時間，這段時期日平均氣溫穩定在10 ℃以上；6 月中旬至7月上旬為該地區早稻抽穗揚花期，這段時期降水量達到全年降雨高峰；高溫極值出現在7 月中下旬，最高氣溫超過35 ℃，該時期為雙季晚稻移栽期；9 月中下旬氣溫快速下降，最低氣溫低于20 ℃，該時期雙季晚稻處于抽穗揚花期；10 月中旬氣溫降至20 ℃以下，該時期為雙季晚稻灌漿初期；11 月氣溫逐漸降至10℃以下，該時期為雙季晚稻灌漿末期。

圖1 沿江雙季稻北緣區雙季稻生產季節主要氣象要素動態變化

通過對不同生育時期連續3 年氣象要素的統計分析發現（表1、表2），早稻M2、M3 和M4 期2015—2017 年日平均氣溫分別為23.01、25.10、27.05 ℃，3年日平均降水量分別為3.31、12.62、8.33 mm，3 年平均日照時數分別為4.48、2.48、4.01 h；雙季晚稻M2、M3 和M4 期3 年 日 平均 氣 溫分 別 為27.33、23.15、18.20 ℃，日降水量分別為2.78、2.22、4.21 mm，日照時數分別為5.74、4.86、3.17 h。

2.2 沿江地區雙季稻產量及其構成指標

由表1、表2 可知，早稻季參試品種2015—2017年有效穗數為382.50×104～400.78×104/hm2，結實率為63.38%～77.84%，千粒重為24.24～25.36 g，每穗粒數為114.48～118.73 粒，實測產量為6.21～8.38 t/hm2，其中結實率和理論產量不同年份間均存在顯著差異；晚稻季參試品種單位面積有效穗數為341.23×104～407.91×104/hm2，結實率為74.07%～84.59%，千粒重為25.85～27.00 g，每穗粒數為96.94～110.27 粒，實測產量為6.29～8.38 t/hm2。

表1 雙季早稻產量構成指標及關鍵生育時期氣象要素

表2 雙季晚稻產量構成指標及關鍵生育時期氣象要素

續表1

續表2

2.3 主要氣象要素與雙季稻生長發育的相關性

通過對雙季稻生長發育特征與氣象要素相關性分析發現（表3），在M1 期，早稻緩苗時間與移栽后7 d 的日平均氣溫（-0.725**）、日最高氣溫（-0.691**）和日最低氣溫（-0.895**）呈極顯著負相關，晚稻緩苗時間與移栽后7 d 日平均氣溫（0.787**）、日最高氣溫（0.776**）、日最低 氣溫（0.683**）和日照時數（0.713**）呈極顯著正相關。在M2 期，早稻日最低氣溫與單位面積有效穗數（0.564**）和產量（0.805**）呈極顯著正相關，日平均氣溫與產量（0.645**）極顯著正相關。在M3 期，早稻和晚稻日降水量與結實率均呈極顯著負相關（r=-0.695**、-0.741**），晚稻抽穗揚花期日降水量與產量（-0.565**）呈極顯著負相關。在M4 期，早稻和晚稻灌漿期日降水量與結實率均呈極顯著負相關（r=-0.663**、-0.601**），早稻灌漿期日平均氣溫與產量（-0.501**）呈極顯著負相關，日照時數與產量（0.535**）呈極顯著正相關，晚稻灌漿期日照時數與結實率（0.682**）呈極顯著正相關，日平均氣溫（0.504**）、日 最 高 氣 溫（0.710**）和 日 照 時 數（0.718**）與產量極顯著正相關，日降水量與產量（-0.666**）呈極顯著負相關。

表3 主要氣象要素與產量及其構成要素之間的相關性

3 討論

3.1 氣象要素對移栽期至始穗期水稻生長發育的影響

研究發現，移栽后溫度適度升高可以促進水稻分蘗，增加植株干物質積累，當溫度低于16 ℃時分蘗停滯［14，15］。本研究發現，雙季稻兩季移栽后1 周內日均氣溫與緩苗時間顯著相關，早稻季移栽期溫度越高緩苗越快，晚稻季移栽期溫度越高緩苗越慢，早稻季移栽期至始穗期日均氣溫與有效穗數、產量顯著正相關。通過對近40 年早稻移栽期氣溫分析發現，早稻季移栽期（4 月25 日左右）日平均氣溫約18 ℃，日最低氣溫低于12 ℃，移栽期至始穗期光溫條件逐漸向好，該時期溫度逐步升高趨近于最適分蘗生長溫度，從而促進分蘗產生，增加單位面積有效穗數。晚稻季移栽期為該地區全年高溫時段，日均溫高于29 ℃，日最高氣溫大于35 ℃。移栽期高溫是雙季晚稻生產主要的逆境因子，移栽后“高溫煮苗”現象嚴重，阻礙秧苗緩苗分蘗，極大縮短了有效分蘗時間，本研究中晚稻季移栽期高溫顯著影響緩苗進程但未影響最終單位面積有效穗數和產量。

3.2 氣象要素對抽穗揚花期水稻生長發育的影響

研究發現，水稻生殖生長期降水對結實率會產生不利影響，降雨會影響水稻開花受精，陰雨寡照不利于光合產物積累，導致結實率下降，結實率與始穗前9～14 d 日均溫、始穗后5～10 d 相對濕度均呈負相關關系［16-18］。始穗期至齊穗期氣象因子對雙季稻產量影響尚未見報道，本研究中雙季稻抽穗揚花期日降水量與結實率均為負相關，通過對氣象數據的分析發現，本地區雙季早稻抽穗揚花期一般在6 月中下旬，全年降水量極值出現在6 月底（梅雨季節），抽穗揚花期與降雨高峰存在重疊，晚稻季抽穗揚花期一般在9 月上中旬，9 月份本地降雨呈前少后多分布，降雨高峰與抽穗揚花重疊面較小，該時期日降水量與產量呈負相關。

3.3 氣象要素對灌漿期水稻生長發育的影響

研究發現，水稻灌漿期異常高溫或低溫阻礙養分傳輸和子粒灌漿充實，日照不足和弱光條件不利于干物質積累［19-22］。在雙季稻北緣區生產應用中，早稻灌漿后期易面臨極端高溫，晚稻灌漿中后期有較大低溫風險。本研究發現，早稻灌漿期日均溫與產量呈負相關，灌漿期日照時數與產量呈正相關，這與前人研究結果一致［16］。本地早稻灌漿期在6 月下旬至7 月上中旬，最高溫度超過35 ℃，晚稻灌漿期在9 月下旬至10 月下旬，平均氣溫從23.2 ℃（9 月15日）降至14.4 ℃（10 月31 日），該時期溫度和日照時數、產量均呈顯著正相關，因此增加灌漿期溫度和日照時數有利于充實子粒。

3.4 氣象要素與雙季稻周年高效生產

雙季稻北緣生產區，光溫資源有限，如何高效利用和配合氣象要素是保證雙季稻生產安全和優質豐產的核心問題［23-25］，基于本研究對雙季稻生長季氣象要素分布規律及其與水稻生長發育相關關系分析和現有雙季稻栽培研究進展，通過農藝栽培等措施科學規避或降低雙季稻生產風險。早稻宜選擇生育期115 d 以內光溫高效利用優質高抗品種，搶抓“冷尾暖頭”播種，結合增保溫措施培育壯秧，充分利用前期光溫資源，在溫度穩定上升后移栽，早稻爭取在6 月20 日前完成齊穗，規避降雨高峰時段，提高早稻結實率，大田期通過合適肥水運籌構建優質群體，在7 月20 日前成熟收割，為雙季晚稻預留優質光溫資源。晚稻季宜選用生育期135 d 以內光溫高效利用優質高抗品種，在雙季稻生產重疊期利用充裕光溫資源增加秧苗干物質積累，早稻收割后快速完成茬口銜接，采用缽苗擺栽或有序機拋秧等低損栽培，降低7 月底移栽后高溫逆境傷害，利用生育前期優質光溫資源“早發快發”增加單位面積有效穗數，在9月15 日前安全齊穗，生育后期光溫資源快速減弱，通過強化栽培措施防止后期植株快速衰弱，保障灌漿期光合產物生成和積累。

4 小結

本研究發現，早稻季移栽期日均溫與緩苗時間呈負相關，移栽期至始穗期日最低溫度與單位面積有效穗數和產量呈正相關，抽穗揚花期日降水量與結實率呈負相關，灌漿期日照時數與產量呈正相關；晚稻季移栽期日均溫與緩苗時間呈正相關，抽穗揚花期日降水量與結實率和產量呈負相關，灌漿期日降水量與結實率和產量呈負相關，灌漿期日均溫和日照時數與產量呈正相關。因此，可以通過熟期適宜、光溫利用高效、優質高抗品種篩選和周年高效搭配，適當早播培育壯秧，采用機拋秧或缽苗擺栽等低損栽培，強化促控栽培管理，構建健壯植株和優質群體，降低關鍵生育時期與不利氣象要素重疊幾率，從而提高稻米品質與產量。