德清县水稻生产气象服务技术的研究与应用

钱晖，魏丽华，陈进红

(1.浙江大学 农业与生物技术学院，浙江 杭州 310058； 2.德清县气象局，浙江 德清 313200； 3.长兴县气象局，浙江 长兴 313100)

德清县位于长江三角洲杭嘉湖平原西部，地属亚热带湿润季风区，气候条件较为优越。全县耕地保有量23 600 hm2，2017年粮食播种面积约13 400 hm2，其中，单季稻种植面积约8 710 hm2(机插面积1 540 hm2)，占粮食播种面积的65%以上；水稻生产合作社和规模种植大户134户。

当前，粮食生产靠天吃饭的局面并未得到根本性的改变，热量和水分条件仍旧是影响水稻产量的关键因子[1]。特别是近几年大力推进水稻种植机械化作业，温室集中育秧、机械移栽秧苗、水肥管理、病虫害监控等生产作业过程对气象科技服务的需求越来越迫切。德清县农业技术推广中心对常规晚粳稻嘉58品种机插产量开展过研究[2]；德清县新安镇农业公共服务中心也对甬优538品种开展过机插高产栽培技术的研究[3]。

目前已有不少气象部门针对水稻生产气象服务开展各个方面的研究。例如，湖南长沙市气象局2014年开展了水稻大棚集中育秧模式下的气象服务研究，提出了包括日平均气温、大棚温湿监测与调控大棚集中育秧气象服务的四个重点[4]；安徽南陵县气象局以南陵县为例，开展气象条件水稻生产影响的研究，发现水稻产量具有明显的年际变化[5]；广东饶平县气象局根据水稻生长期对气候条件的需求，分析了当地气象条件，得出影响水稻的不利气象灾害，并提出种植建议[6]；江苏徐州市气象局通过对多年农业气象观测记录分析，阐述了气温、降水量、日照时间等气象条件对水稻发育的影响[7]。

但针对德清本地水稻生产的气象服务技术研究仍为空白。本研究依托气象部门的监测数据，分析水稻生长期间的气候条件，从气候适宜性和气象灾害规避性优劣的角度比较水稻直播与机插2种种植方式的适宜性；研究水稻种植过程中温室育秧、移栽、收割等关键生产环节的气象指标，开发水稻生产的气象服务产品，以期为水稻生产提供及时、可靠的气象服务。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本研究采用的气象数据主要来源于德清县国家气象观测站和农业气象试验基地自动监测站；水稻生长数据主要来源于定期人工田间观测、走访调查及文献引证等。

1.1.1 农业气象试验基地

选择具有代表性的新安镇下舍村粮食生产功能区现代农业气象科研试验基地。该功能区位于德清县东部平原水乡地区，种植面积共100 hm2，种植区周边皆农田，环境优美无污染，土层深厚、土壤肥沃，光、温、水等条件好，有利于水稻生长。试验田平面图如图1所示。

图1 试验田块的情况

1.1.2 气象要素观测

该基地内建设有农田小气候六要素气象自动观测站，主要观测气温、雨量、风向、风速、积温、积光；温室气象特种观测仪主要观测气温、空气相对湿度、土壤温度、土壤含水量、光合有效辐射。

1.1.3 水稻生长要素观测

该基地内安装了作物生长视频监控，定期组织田间观测，收集整理水稻生长的生理数据。观测项目有株高、穗长、叶面温度、叶面积、秕谷率等，掌握作物生长状况。

1.2 研究方法

根据上述观测数据，利用气象统计方法，研究其相关性，通过对比分析对其进行数理验证，获得相应的气象指标，并开展服务。

2 结果与分析

2.1 德清县水稻生长全生育期气象条件

2.1.1 不同种植方式的水稻各生育时段

目前德清县的水稻主要为单季稻，种植方式主要有2种，一是直播栽培。将经过消毒、催芽等处理的种子直接抛洒在翻耕、施肥、喷药之后的田块。这种方式主要适用于播种面积较小或分散的田块，一般种粮散户采用的较多。二是机插栽培，种子在育秧温室内出芽后，经温室内气象环境的调节，使其在一个适宜生长的环境中成长至3叶期，再通过插秧机直接插种在田间。这种方式适用于种植面积较大且连接成片、适宜机械化作业的田块，一般粮食生产功能区与种植大户或合作社采用较多。

不同种植方式的水稻生育进程也各不相同。通过田间调查、人工观测、与文献资料的引证，获得了德清县不同种植方式的水稻生育进程(表1)。机插水稻播种一般始于5月，而直播水稻一般始于6月，扬花期以前生育进程往往比直播水稻快1月以上；而抽穗扬花期之后，两者之间的生育期接近同步，相差约10天左右。分析其原因，是因为机插水稻采用了温室育秧技术，生长环境适宜，出苗后生长较快，而水稻是短日照作物，其开花时间必须经历一个日照时间短于临界值的时段，因此扬花期普遍均在8月底至9月。

表1 水稻各生育期的起始日期 月-日

2.1.2 水稻生长期间新安粮食功能区的农田小气候特征

农田小气候是指农田贴地气层、土层与作物群体之间的物理过程和生物过程相互作用所形成的小范围气候环境。常以农田贴地气层中的辐射、空气温度和湿度、风、二氧化碳以及土壤温度和湿度等农业气象要素的量值表示，是影响农作物生长发育和产量形成的重要环境条件。

观测表明(图2)，2013—2014年，在水稻的生育期内，新安粮食功能区试验田块平均气温22.8 ℃，比德清本站略偏高，平均总雨量934.8 mm与常年基本持平；时段内出现的极端最高气温为2013年8月7日的41.2 ℃，比德清本站历史最高值偏高1.0 ℃，极端最低气温-1.8 ℃，比德清本站历史最低值偏高1.6 ℃。

图2 新安粮食功能区2013—2014年水稻 生育期的气候情况

2.2 水稻生长适宜气象指标体系及预警指标的建立

2.2.1 不同种植方式的水稻各生育时段

农田小气候是农田土壤—植物—大气所构成的连续体中各组成部分之间物质输送和能量转换的最终体现。在这个连续体(或系统)中，作物的生长发育和农业技术措施作用的充分发挥，需要适宜的农田小气候条件；同时，作物的生长发育状况和农业技术措施也反过来影响农田小气候。它们互为条件、互相制约。对水稻生长、发育及产量影响较大的气象因子有温度、水分、光照、风。本文只对影响水稻生长的气象要素进行分析。

温度。水稻种子萌动的温度范围为10～40 ℃，温度越高，萌动越快；出苗生长要求日平均气温≥10 ℃，温度越高，出苗越快；移植期间，容易遇到连续高温烈日的天气，≥35 ℃高温最易引起败苗，影响返青；产生分蘖的温度以25～30 ℃较适宜；稻穗正常发育要求日平均气温18～20 ℃，秋季低温对水稻产量形成十分不利，当抽穗前10～14 d，日最低气温<15 ℃时，稻谷空瘪率增加；当平均气温连续3 d或以上日平均气温≤20 ℃时影响水稻抽穗扬花期；在水稻乳熟期，气温过早的下降到15 ℃以下，不利于灌浆。

水分。水稻对水分条件要求比较严格，其生育期不同，需水量也不同。播种至一叶期应保持秧田湿润，不要长期灌水或积水，播种期间遇到高温天气，秧田不宜灌水，要排除秧田积水，以防烫死谷芽，但是在不灌水的情况下，遇大雨也影响秧苗生长；2～4叶期，保持秧田湿润，四叶期以后不再灌水，控制秧苗生长；分蘖前期浅水勤灌，分蘖末期，适时排水搁田，控制无效分蘖。进入幼穗分化期，是需水量最多的时期，稻田内要保证一定的水量以便于养胎；在抽穗扬花期，大雨或空气湿度过小，都对抽穗扬花不利；灌浆期如遇连续低温阴雨，湿度较大，则易引发病虫害，影响产量。

光照。水稻为喜光植物，对短日照很敏感，在短日照条件下才能通过光照阶段，抽穗结实。水稻秧苗对日照要求严格，日照充足，秧苗生长青绿健壮；日照不足，秧苗容易发黄，甚至变白。分蘖的速度和数量，随光照强度变化，光照不足容易出现死苗现象。日照对水稻幼穗发育有明显影响，日照多，光照强，可促进幼穗分化，发育良好，产量高，反之，则容易引起颖华退化，每穗粒数减少，产量下降，同时温高光足对水稻开花授粉最有利。

风力。风力1～2级，对水稻开花授粉有利，5级以上，则影响水稻授粉，茎叶也会受到损伤。在水稻抽穗开花期间，遇到台风大风侵袭，产量明显降低。

根据田间观测并结合文献资料与以上分析，建立了德清县单季稻生长期间各生育阶段的适宜气象指标(表2)。

表2 德清县单季稻生长期间各生育阶段的气象

注：TL,最低气温；TH,最高气温；〒,日平均温度(表4同)。

2.2.2 水稻生长期间气象灾害预警指标

在水稻各生长阶段遭遇不适气候条件是造成水稻减产减收的重要因素。因此，做好水稻生产期间气象灾害的预报预警工作及防御措施，对保障水稻生产具有重要意义。影响水稻生长的主要农业气象灾害有以下几种。

低温冷害。抽穗前10～14 d，若日最低气温<15 ℃时，则不利于花粉发育，使花粉失去受精能力，而造成空壳。 抽穗开花期，秋季冷空气南下，第一次日平均气温连续3 d或以上，日平均气温≤20 ℃时，影响水稻抽穗扬花期。水稻在进入灌浆期后，若气温过早地下降到15 ℃以下，灌浆将会受到阻滞，严重影响粒重，且灌浆期日平均气温<15 ℃的天气超过半个月，可致使该年水稻歉收。

高温。插秧时，出现35 ℃以上高温天气，易引起败苗。

低温连阴雨。9月下旬至10月上旬，连续低温阴雨，雨量过多，日照不足，日平均气温低于21 ℃，易引发穗颈瘟、褐飞虱等病虫害的流行，不利于水稻高产。

洪涝。暴雨造成的洪涝，会导致稻田被洪水淹没，积水还会引发渍害。

台风。台风影响期间，易出现大风和暴雨洪涝灾害，引起水稻被淹、倒伏。

德清县水稻生长期间易遭遇的主要气象灾害总结如表3所示。针对德清水稻生产的实际情况，结合水稻生长的适宜气象指标，总结了德清县单季稻生长期间的气象灾害预警指标。从表3～4中可以看出，6月正值德清县梅汛期，降雨量丰沛，易导致农田涝害。由于雨水多、光照差，造成未播种的直播水稻，催芽后芽变长，有的甚至造成闷芽，影响出苗率等；已播种的直播水稻秧苗细长、瘦弱、超秧龄、秧苗素质下降。而机插秧苗此时已移栽，苗体较高，已稳定扎根，不易造成苗体上浮、缺氧坏死等状况。因此，在这点上，机插水稻的抗灾性更强。

表3 水稻不同生育期及其主要气象灾害

表4 德清县单季稻生长期间的气象灾害预警指标

2.3 水稻生产全程化气象服务

为发挥气象保障服务在水稻生产中的作用，同时也为了以上研究结果在实际生产过程中的效果，本文作者通过及时、准确地为水稻生产者提供气象信息等方式，将初步研究结果应用于该粮食生产功能区的水稻全程化生产中。

服务内容。农田小气候数据监测、水稻定量气象条件评述、基于天气预报的农田小气候预报、灾害性天气预警、农产品气候品质认证等。

服务方式。手机短信、服务产品书面材料、微信、微博、网络等。

服务案例。以德清鑫禾粮油专业合作社为例，该合作社种植区位于新安镇粮食生产功能区内，水稻种植区总面积33.33 hm2。2012年、2013年试验区水稻种植品种为嘉优5号；2014年起试验区水稻种植品种为甬优538。

以2013年播种试验为例，该合作社在试验区采用机插播种，其他田块采用露天直播，各生育期如表5所示。2013年6月7日德清进入梅汛期，随后的3轮强降水导致部分田区发生渍涝，此时试验区已完成移栽，直播田块处于播种期和出苗始期，扎根未稳的秧苗浮于水面，农户利用降水间歇及时排出田间积水开展补插工作，6月底最后一轮暴雨结束后，试验区保持较浅水位，适当落干田块，以促进分蘖；7月初旱涝急转，试验区即将进入拔节期，直播田块处于分蘖期，少雨的天气一定程度上利于控制无效分蘖和株高，但直至8月中旬，天气仍以晴热为主，这对水分需求较大的拔节孕穗十分不利，试验区需根据天气状况增加灌溉水量和次数，保温保墒；进入9月后出现阶段性的连晴天气，十分有利于晚稻抽穗扬花；10月初遭遇1 223号台风“菲特”，全县普降大暴雨，风力达5～6级，部分直播田块出现倒伏，试验区提前采用深水灌溉，增加晚稻倒伏阻力，过程影响结束后及时排水晒田，未出现倒伏；10月中下旬至11月为阶段性晴好天气，十分利于晚稻成熟和收晒，但11月底有强冷空气影响，气温较低，试验区提前完成收晒。试验区的整个生育期比直播田块长约20 d，根据德清县农作物技术推广站产量监测，该合作社种植田块每667 m2产量737.7 kg，其中试验区每667 m2产量786.2 kg，比直播田块增产7%。

表5 鑫禾粮油专业合作社2种晚稻种植方式对比 月-日

此外，通过全程化跟踪的气象服务，2014年甬优538品种也根据气象信息采取一些趋利避害的有效措施，获得了较明显的效益。根据德清县农作物技术推广站产量监测数据显示，2014年甬优538品种试验区每667 m2产量858.0 kg，比直播田块增产4%。

3 小结与讨论

机插水稻在扬花期前生育进程比直播水稻快1个月左右，而在扬花期后，两者生育期接近同步，进一步印证了水稻是短日照作物。在农业气象抗灾性方面，机插水稻对于梅汛期强降水具有更好的抗灾能力。通过提供全程化气象服务，对水稻生产者提前做好防范措施，减轻水稻气象灾害损失效果明显。

3.1 存在问题

由于德清针对粮食作物生产方面的农业气象服务刚刚起步，服务的方案、技术指标及流程等尚未有成熟的研究。本研究属于探索性研究与初次尝试，尚有一些不完善的地方，主要有：

仍处于针对水稻机械化生产提供气象服务的初级研究阶段，未排除肥药施用和病虫害等因素的影响，面向温室集中育秧、病虫害监控等的气象服务指标尚未完善。

水稻生长气候适宜性评价模型目前仍处于人工判断和订正的阶段，需要进一步提高评价指标的客观程度和准确性。

在水稻产量预测和病虫害监测预报方面仍有极大需求，需要进一步探索和服务。

3.2 前景预测

通过研究的深化，进一步提升农田小气候监测能力、农业气象灾害预警能力和农业气象技术服务示范能力，为种粮大户做好粮食生产管理工作提供及时、有效、可靠的气象服务；水稻生长适宜度指标的建立和进一步完善，将提高农业气象服务的针对性，降低农业气象灾害对水稻生产带来的危害，保障水稻生产安全。