織金縣水稻生長氣象適宜性指標分析

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105°20′～106°11′，北緯26°21′～26°58′。全縣屬高海拔巖溶地區，地形復雜，地勢由西向東逐漸降低，境內群山起伏，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，年平均日照時數1，118.4 h，屬于亞熱帶高原季風溫潤氣候，四季分明，無霜期長，立體氣候特點顯著。

水稻作為中國主要的糧食作物，分布廣泛，品種多樣，受自然環境條件影響在不同地域其栽培技術有所差異。在水稻生育期內，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，有利于水稻灌漿結實和提高稻米品質。空氣質量優良，適合發展無公害水稻生產。隨著織金縣水稻種植面積穩步擴大，全縣32個鄉鎮均種植有水稻，平均種植面積6，073.15公頃，平均總產量32，812.91噸。因此，加強對當地水稻與氣象服務的研究，對提高其產量和質量都具有十分重要的價值和意義。

近年來，有多名學者就水稻生長與氣象方面的關系做了大量的應用研究。李靜[1]分析了河南省原陽縣種植水稻的氣象條件，認為當地氣溫等氣象條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生與特殊農業氣象條件的聯系，提出應對的防治措施。曹慧晴[3]等結合湖南省衡南縣的氣象資料，針對水稻生長發育中的氣象災害提出相應的防御對策。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氣象因子進行分析評價，并定量計算出各氣象因子與3類水稻氣象產量的相關系數。侯鵬[5]總結氣象條件對水稻高產的影響，結果表明可以從栽培技術上創造一個適合水稻高產的生長環境來獲得高產。夏明安[6]等對勉縣優質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業生產的影響，其光照、溫度和水的條件匹配較好，利于秋收作物生長發育和產量形成。朱懷衛[8]結合水稻生長習性，基于廣東省農業氣象試驗站日照等氣象資料和雙季稻生育期觀測資料，統計分析了2019年雙季稻(早稻、晚稻)生育期內氣象條件及其遭遇的災害性天氣影響。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業氣象條件。陳文燕[11]等對2010年龍門縣水稻生長發育期氣象條件對水稻生長發育的影響進行分析，其結果顯示：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育及產量高低。文章利用織金農氣站2010—2020年的水稻農氣觀測資料及同時期氣溫、日照、降水等氣象資料，采用數理統計法，對織金水稻生長發育與氣象條件的關系進行研究，確定適宜織金水稻生長的氣象指標。

2 水稻生育期農業氣象條件分析

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，水稻要經歷播種、出苗、三葉、移栽、返青、分蘗、拔節、孕穗、抽穗、乳熟和成熟共9個生育期。通過統計和分析2010—2020年水稻全生育期天數及產量可知織金縣農氣站水稻成熟大約需要167 d左右，歷時5～6個月，平均產量為528.7 g/m2，其中2013年農氣站水稻生長速度最快，成熟時間最短，為150 d，但2013年產量最低，僅有451.0 g/m2；2014年水稻生長至成熟歷時最長，為182 d，產量為460.0 g/m2，低于平均產量。水稻產量最高的是2010年，為675 g/m2，高于平均產量，其水稻生長歷時165 d，生長時長低于平均天數。

2.1 溫度條件

水稻屬于喜溫性作物，適宜的溫度區間有利于水稻的生長發育。在水稻的全生育期內，適宜水稻生長的溫度為12～31 ℃。1)幼苗時期：水稻播種時，在12～21 ℃較適宜水稻浸種萌芽；當水稻出苗后，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片葉子便進入三葉期，也是幼苗發育最重要的時期，溫度區間在13～27 ℃適宜幼苗的成長；幼苗適合在17～24 ℃進行移栽，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：水稻秧苗進行移栽后，根系會受到不同程度的損傷，需要5～7 d進行生長恢復，等待根部重新長出根系，此為返青期，適宜溫度在18～26 ℃；隨后進入水稻的分蘗期，根系恢復的水稻秧苗會正常進行分蘗生長，將會抽穗結實，即為有效分蘗，而一部分水稻秧苗根系恢復較遲，分蘗以后不能抽穗結實甚至死亡，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。以上為水稻的營養生長期，此時水稻的營養器官已經基本成型，為以后水稻的生長發育提供堅實的物質基礎。

分蘗期結束、拔節期開始標志著水稻正式進入生殖生長期。1)拔節孕穗期：水稻基部第1個伸長節的長度達2 cm，且由扁變圓，節間相繼分化，意味著分蘗基本結束，正式進入拔節期，拔節期田間管理很重要，是降低無效分蘗和加速有效分蘗的重要時期，其適宜生長溫度區間為19～30 ℃；水稻孕穗是指幼穗開始分化到長出穗為止，一般需1個月左右，幾乎與拔節期同步進行，氣溫在19～31 ℃更加有利于水稻孕穗。拔節孕穗期是每畝稻穗的鞏固期，也是決定每穗粒數多少的關鍵時期，對水稻產量有著直接影響。2)抽穗揚花期：稻穗從頂端莖鞘里抽出到開花齊穗，一般稻穗抽出后當天就能開花，該時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)灌漿結實期：水稻授粉結束并開始灌漿，灌漿后期谷粒基本變硬，仍能擠壓出白色米漿，水稻達到乳熟期，水稻灌漿與溫度關系密切，適宜溫度為19～26 ℃；谷粒內部成熟到一定程度，米粒已經變硬，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，3條氣溫曲線均呈現雙峰型變化趨勢。移栽前，水稻出苗對氣溫需求較高，平均氣溫可達20 ℃，為第1個氣溫峰值；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31 ℃。當溫度超出水稻的適宜生長范圍時，極端(極高或極低)的氣溫會對水稻的產量造成不良影響，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，出穗時間延遲，結實率、穗粒數下降等，致使水稻減產。

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育，光照對水稻生長的急緩快慢、生育成熟時間長短、開花結實的好壞以及產量的高低起著決定性作用，也是影響水稻的主要氣象要素。

移栽前，水稻幼苗在薄膜內生長，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”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，每天日照時間在1～2 h更有利于水稻幼苗的發育；而水稻出苗后，對日照時間要求略高一些，在1～3 h為最佳；三葉期的秧苗日照時間處于2～3 h更能促進秧苗的生長，影響成苗移栽的時間。水稻幼苗移栽后，部分根系會有不同程度損壞，水稻移栽至返青時期，2～4 h的光照會有效提高水稻的成活率；水稻進入返青期之后，維持每天3～5 h的光照時間將加快水稻生長速率；水稻分蘗時期最適宜的光照時間為4～8 h，能有效促進分蘗期的光合作用。

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

在圖2中，最低日照時數總體呈現梯形變化，從播種開始至分蘗期一直呈現上升趨勢，分蘗至抽穗期最低日照時數穩定在4 h，抽穗期后開始迅速下降；最高日照時數呈現明顯的先增加后減少的單鋒型變化，以分蘗期為分割點，前期波動型上升，在分蘗期達峰值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生長發育階段的生長速率得到提高，且使得稻米充實飽滿，單粒重量有所增加，水稻的產量及稻米品質均與光照息息相關。長期多云陰天天氣會造成光照的不足，水稻單莖的干物質積累量和積累速率均會不斷降低，造成水稻收獲時的空粒比例增加，結實率下降，導致單穗產量的降低。

圖2 織金縣水稻生育期內日照時數變化趨勢

2.3 水分條件

水稻是好濕農作物，在不同的生長周期內，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，原生質呈現凝膠狀態，呼吸微弱，呈休眠狀態。因為種子內的細胞原生質屬于親水膠體，當種子浸入水中后，能很快吸收且膨脹，此時自由水分增加，酶活性增加，原生質轉為溶膠狀態，為種子內的物質轉化提供了條件；呼吸增加，產生能量，為種子萌發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較為封閉的生長環境，生長所需水分可人工進行干預，但育苗期間應盡可能少澆水，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，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創造最佳條件，加快胚細胞分裂和伸長，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；當水稻進入三葉期后，每日噴灑的水分在6 mm左右為宜。

秧苗移栽至大田內，根系部分有受損現象，此時雖需要水分，但不宜過多，過多會導致水稻呼吸困難，根系壞死，日降水在9 mm左右最好；秧苗成活后進入返青時期，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；水稻分蘗完成后進入拔節階段，維持日降水在24 mm左右更有利水稻枝梗的增加；當水稻至孕穗期后，幼穗分化到抽穗期稻穗分化開始是水稻需水量最大的時期，幼穗分化時若缺水或干旱，會嚴重影響器官發育，使穎花不孕及退化數量增加，日降水在28 mm為宜；抽穗揚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，造成不實的現象，抽穗期日降水維持在20 mm較好。在8月水稻揚花期時，織金縣常年降水量適宜，即使有降水也是以夜雨居多，有利于水稻授粉結實。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；當谷殼顏色逐漸由青綠變黃，水稻漸熟，接近收獲時期，對水分的需求逐步下降，日降水維持在3 mm即可。

根據圖3，降水前期幾乎呈現直線上升趨勢，達頂點后迅速下降。水稻前期發育(播種至返青)所需水分較小，水稻達返青階段后，需水量迅速增大，孕穗期達最大值28 mm，孕穗期后，總體所需降水逐漸降低。整體來看，水稻生長發育中，分蘗至乳熟階段是水稻對水分最為敏感的時期，需水量也最大，均在20 mm以上。抽穗揚花期缺水，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。灌漿結實期的水分狀況與結實率、籽粒飽滿度以及稻米品質等密切相關。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，促進葉片光合作用、灌漿物質的順利運輸和減輕病害。

圖3 織金縣水稻生育期適宜降水趨勢

3 結束語

文章利用織金縣農氣站2010—2020年的水稻農氣資料，基于織金國家站同時期氣象資料數據，詳細分析了各階段氣象要素對水稻生長發育的影響，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，得到以下結論：

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

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

3)水稻屬于喜光性作物，光照對水稻生長的快慢、生育成熟時間長短、開花結實的好壞以及產量的高低起著決定性作用。最低日照時數總體呈現梯形變化，最高日照時數以分蘗期為分割點呈現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期。

4)水稻為好濕性作物，在不同的生長周期內，對于水分的需求存在較大差異，降水曲線整體呈現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，其耗水量最大的應當屬分蘗至乳熟階段。

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

6)水稻分蘗期至抽穗揚花期，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，有利于水稻的揚花傳粉，各種氣象條件俱佳，適宜水稻生長。