双季超级晚稻生育进程对气候条件的响应

宁金花 陆魁东 宋忠华

摘要：利用2011—2013年超级稻岳优6135的分期播种发育期长度资料，分析气候因子与超级晚稻发育进程的关系，并基于不同的温光因子组合，建立温光因子与不同发育进程之间的模型。结果表明，不同阶段发育进程与温光因子的关系均达到极显著水平。积温-日照与气温日较差累积-日照时数2个组合与播种至移栽生育期的长度关系极显著，积温780 ℃左右，气温日较差累积230 ℃左右，日照时数200 h以上时，对该品种该阶段的生长较有益。移栽至拔节生育期的长度与日最高温度累积-日照时数及积温-日照时数2个组合的关系极显著，最佳的生育长度在29～33 d之间，所需的积温约为880 ℃。气温日较差累积对移栽至抽穗阶段的影响较大，气温日较差累积达442.2 ℃，日照时数达374.0 h时，该阶段的长度约为54 d。日最低温度累积-日照时数对抽穗至成熟期阶段的影响最明显，日最低温度累积达805.8 ℃，总日照时数达262 h时，该生育期模拟长度约为43 d。本试验的研究结果可为长江中下游地区超级晚稻根据气候资源状况进行本地化推广提供依据。

关键词：双季超级晚稻;分期播种;气候因子;温光组合;生育期;发育进程;指标

針对水稻与气候条件，许多学者基于气候指标、种植措施、群体结构和生产水平等开展了相关的研究[1-4]。超级稻产量与生育期温光因子的关系也得到了国内外很多专家的重视和研究[5-6]。研究结果表明，农业气象条件是制约和影响超级杂交稻高产、稳产的关键因素，主要包括温度、光照、降水等[7]。另外农业气象灾害如5月低温、倒春寒、高温热害等[8-10]都会直接或间接影响超级杂交稻高产、稳产。但在农业气象条件与生育期长度的关系方面前人的研究较少涉及。

水稻生育期长度是气候条件、品种栽培等多种因素共同作用的结果。虽然一些学者就气候条件与水稻生育期之间的关系进行了研究，高孟霜等分析了东北地区水稻生育期的变化规律及其与气温变化、水稻品种调整的关系[11]，王斌等分析了气候变暖对海南水稻生育期的影响[12]，叶清等研究了气候变暖背景下中国南方主要熟制水稻生长季可利用率的空间分布特征及演变趋势[13];但更多是针对气候条件与产量和生长发育关系的研究[14-20]。较少研究是针对气候因子与不同生育期长度之间关系的探讨和模拟，特别是温光组合与不同生育期组合之间的关系模型化研究更是少见报道。本研究基于超级晚稻品种岳优6135在湖南省长沙地区2011—2013年12期的分期播种数据，对播种、三叶、移栽、分蘖、拔节、孕穗、抽穗、乳熟、成熟等发育期进行合理组合，分析不同生育期的长度与该时间段温光因子的关系，以期明确不同生育期对温光因子的需求，准确把握品种的温光需求特性，为长江中下游地区超级稻生长发育、种植推广及有效适应气候变化的研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点位于湖南省长沙市长沙县春华镇（113°05′E，28°12′N）海拔66.1 m，属于亚热带季风性湿润气候。年平均气温为17.2 ℃，年均日照总时数为1 600 h，年平均降水量为1 361 mm，在超级杂交晚稻整个生育期内，温光资源基本能满足其生长发育的需要，但个别年份，温光条件不足，导致成熟受影响，主要气象灾害有播种至拔节期的高温干旱和抽穗开花期的寒露风。

1.2 试验设计

供试品种为超级稻岳优6135，该品种属三系迟熟杂交晚籼组合，作双季晚稻栽培，全生育期119 d左右，株高97 cm左右，株型松紧适中，茎秆坚韧，耐肥抗倒，叶色淡绿，剑叶直立，叶鞘无色，后期落色好。于2011—2013年连续3年进行分期播种试验，播种期见表1。每期试验设4个重复小区，每个小区的面积为42 m2（7 m×6 m）。试验小区病虫害防治和水肥等田间管理与当地稻区一致。

1.3 测定项目及数据分析

1.3.1 观测项目 在供试品种整个生育期内进行发育期准确观测，所有发育期及其他项目观测方法均按照《农业气象观测规范》进行，所记录发育期日期均是普遍期。

1.3.2 数据处理 统计分析中使用的气象数据为2011—2013年超级稻播种至成熟期间的57 679条气象数据（马坡岭地面观测站数据），其中积温是日平均温度≥0 ℃的平均温度累积之和，日最高温度累积、日最低温度累积、气温日较差累积分别是晚稻生长发育期间日最高温度、日最低温度、气温日较差（日最高温度与日最低温度的差）累积之和。试验数据的整理、分析以及简单图标绘制在Excel 2010中进行，三维绘图、模型建立在DPS数据处理系统中进行。

2 结果与分析

2.1 生育期进程与温光因子关系

2.1.1 生育期长度和温光因子的相关性 根据超级晚稻生育期特点，分为8个不同生育期，分别是播种至移栽、移栽至拔节、拔节至抽穗、抽穗至成熟、移栽至抽穗、移栽至孕穗、孕穗至成熟、全生育期。分别分析各生育期阶段长度与温光因子之间的相关性，分析结果（表2）表明，各发育期长度与其阶段内温光因子之间的相关性因生育期的不同及温光因子的不同存在一定的差异，但无论哪个生育期，其长度与温光因子的相关性均达到显著水平（P<0.05）。其中积温、最高温度累积、最低温度累积与播种至移栽、移栽至拔节、移栽至抽穗、移栽至孕穗这4个生育期的长度呈极显著相关关系（P<0.01）。气温日较差累积与移栽至拔节、抽穗至成熟、移栽至抽穗、全生育期长度的相关性极显著（P<0.01）。日照时数与移栽至拔节、移栽至孕穗、孕穗至成熟、全生育期长度相关性最好。相关系数的大小反映同一生育期对不同温光因子的敏感性存在差异，相关系数越大，说明对该因子的敏感性越高，对该温光资源的要求越高。

2.1.2 不同生育期温光因子理论值 对2011—2013年超级晚稻不同生育期与温光因子进行相关性分析，建立曲线方程，并对方程求极值，结果见表3。从表3中气象要素值的大小可知，不同生育期对温光的需求是不同的，且差异较大。如播种至移栽期间，积温约达到825.0 ℃时，比较有利于晚稻秧苗的生长发育。而抽穗至成熟期间的积温需要达到 1 065.0 ℃ 左右，才最有利于晚稻的灌浆成熟。对日照时数的需求也存在较大的差异，如播种至移栽期间需要的最佳日照条件是390.5 h，抽穗至成熟期间是244.0 h，全生育期是1 073.8 h。需要特别指出的是，在所分析的8个生育期中，只有移栽至孕穗期间需要的5个气象要素值是最低值，其他均是最大值。即在移栽至孕穗期间，积温最低要在 1 189.0 ℃ 左右，日照时数要在274.8 h左右，才能保证该生育期的作物正常生长。表中的数据都是模拟的理想数值，且每个温光要素值单独分析，而在实际的生产实践中温光要素与其他要素共同影响作物的生长发育，且实际温光条件与模拟值存在一定差距。

2.2 生育期长度与温光因子关系的综合模拟分析

“2.1”節中分别就温光因子与超级杂交稻不同生育期长度的相关性进行了单因子分析，为探讨多因子与超级杂交稻不同生育期长度的关系，本研究利用DPS数据处理系统，通过逐步回归分析等多种数据分析方法对不同温光组合与生育期长度的关系进行综合量化分析。

2.2.1 播种至移栽 利用逐步回归分析方法，将积温、日最高温度累积、日最低温度累积、气温日较差累积分别与日照时数进行组合，分析不同温光组合与超级稻播种至移栽的生育期长度之间的关系。分析结果表明，4个温光组合只有积温-日照时数、气温日较差累积-日照时数2个组合和该生育期长度之间的关系通过了0.01水平的显著性检验。P值分别是0.000 7和0.005 6，其中气温日较差累 积-日照时数组合的模拟方程如下，其他组合的模拟方程略。

模拟结果显示，超级杂交晚稻在播种至移栽的生育期长度达最佳时，各个因素组合见表4。由表4可知，超级晚稻品种岳优6135播种至移栽的最佳生育期长度是29 d，所需的积温为780 ℃左右，气温日较差累积为230 ℃左右，日照时数在200 h以上。

将气温日较差累积、日照时数、播种至移栽的生育期长度三者之间的关系绘制成三维立体图形，结果如图1所示。由图1可知，三者之间的关系呈“斜坡”形状。结合模拟方程可知，日照时数和气温日较差累积2因子的系数一正一负，而2因子综合系数为正，说明2因子在影响生育期长度时有一定的相互补偿作用，但综合起来对该生育期是有利的。

2.2.2 移栽至拔节 利用逐步回归分析方法，分别将积温、日最高温度累积、日最低温度累积、气温日较差累积与日照时数进行组合。分析不同温光组合与移栽至拔节生育期长短之间的关系，结果发现，4个温光组合只有气温日较差累积-日照时数组合和该阶段的长度关系不显著。其中日最低温度累积-日照时数组合与该阶段长度的相关性达到0.05显著水平，日最高温度累积-日照时数和积温-日照时数2个组合与该阶段长度的相关性通过0.01水平的显著性检验，P值分别是0.023、0.003 4和0.000 48。其中日最高温度累 积- 日照时数回归分析模拟方程如下，其他模拟方程略。

将日最高温度累积、日照时数以及播种至移栽的生育期长度之间的关系绘制成三维立体图形，结果如图2所示。由图2可知，三者之间的关系呈“谷坡”形状，日最高温度累积较小、日照时数较大或者日最高温度累积较大、日照时数较小，都会形成“谷”，反之形成“坡”。“坡”代表该生育期时间较长，“谷”表示时间较短，但坡顶和谷底对应的都不是最佳的温光条件。由表5的模拟数据可知，日最高温度累积为668.6 ℃，日照时数为340.4 h的时候，该生育期的模拟长度为32.9 d。即达到这个温光条件时，该生育期长度较理想，晚稻开始进入拔节期。积温-日照时数及日最低温度累积-日照时数的三维立体图形分析略。

2.2.3 移栽至抽穗 利用同样的方法，分别分析日最高温度累积-日照时数、日最低温度累积-日照时数、积 温- 日照时数、气温日较差累积-日照时数4个不同温光组合与超级稻移栽至抽穗生育期长度的关系。四个温光组合只有气温日较差累积-日照时数组合和该生育期的长度之间达到0.05显著相关水平，P值为0.020 3，其他组合均不显著，模拟方程如下：

将气温日较差累积-日照时数与移栽至抽穗的生育期长度三者之间的关系绘制成三维立体图形，如图3所示。由图3可知，三者之间呈“缓坡”状关系。气温日较差累积较小、日照时数较小时是“谷”，随着两者增加，逐渐呈“坡”状，坡的顶端即该生育时段的最长时间， 低于60 d。较理想的组合是气温日较差累积为442.2 ℃，日照时数达374.0 h时，生育期长度为54 d。

2.2.4 抽穗至成熟 利用同样的方法，分别分析日最高温度累 积- 日照时数、日最低温度累积-日照时数、积温-日照时数、气温日较差累积-日照时数4个温光组合与超级杂交晚稻岳优6135抽穗至成熟阶段长度的关系。分析结果显示，4个温光组合只有日最低温度累积-日照时数组合和该生育期的长度之间达到0.05显著相关水平，P值为0.043 9，其他温光组合均不显著。回归分析模拟方程如下：

式中：y4为抽穗至成熟的生育期长度，d;xs4为日照时数，h;xmin为日最低温度累积，℃。由模拟结果可知，该时段日最低温度累积达805.8 ℃，日照时数达262 h时，生育期长度为43 d。从分析结果可知，灌浆期的超级晚稻对低温最敏感，该时段内如遇低温阴雨天气或寒露风天气，将对灌浆期的晚稻产量造成严危害。

将日最低温度累积-日照时数与抽穗至成熟阶段长度之间的关系绘制成三维立体图形，如图4所示。其中x轴表示日照时数（h），y轴表示日最低温度累积（℃），z轴表示移栽至抽穗的生育期长度（d）。从三维立体图形可知，三者之间呈“坡”状关系，但坡度较小。该生育期的长度最大值不会超过45 d，由模拟结果可知，超级杂交晚稻岳优6135日最低温度累积达805.8 ℃，日照时数达262 h时，生育期长度较理想，为43 d。根据超级晚稻实际生长环境可知，长沙地区灌浆成熟期的寒露风、低温阴雨天气是影响该阶段长度的主要气候因子[21]，与本研究的分析结果吻合。

3 结论与讨论

3.1 生育期长度与温光因子

薛昌颖等研究气候变暖对信阳地区水稻生育期的影响时指出，4—5月温度的显著升高使水稻播种和移栽日期呈显著提前的变化趋势等[22]。符冠富等的研究结果表明，有效积温、日照时数和生育期天数在播种至齐穗期和全生育期均随着播期的延长而逐渐下降[23]。其他学者也做了气候变化与生育期关系的相关研究[24-26]，但并没有详细分析不同生育期与温光因子的关系，更没有对其进行量化分析。

本研究的分析结果表明，不同的生育期长度与温光因子之间的相关性因生育期的不同及温光因子的不同而存在一定的差异。生育期长度与温光因子的相关性均达到显著水平。同一生育期对不同的温光因子的敏感性也存在差异。另外通过分析8个生育期与5个气象要素值的关系可知，不同生育期对温光的需求是不同的，且差异较大，此外只有移栽至孕穗期间需要的气象要素值是最低值，其他阶段均是最大值。

3.2 生育期长度与温光因子之间关系的综合分析

本试验尝试将超级杂交晚稻岳优6135发育期分为了8个生育期，并利用逐步回归等分析方法分析不同的生育期与温光因子组合之间的数据模型关系。选择的4个温光因子组合分别是积温-日照时数、日最低温度累积-日照时数、日最高温度累积-日照时数、日较差累积-日照时数。本试验分析的播种-移栽、移栽-拔节、抽穗-成熟、移栽-抽穗4个生育期与温光组合之间存在显著或极显著的回归关系，且不同生育期之间又存在差异。

超级晚稻品种岳优6135播种至移栽生育期只有积温-日照时数与气温日较差累积-日照时数2个组合与其生育期长度呈极显著相关关系，积温780 ℃左右，气温日较差累积230 ℃左右，日照时数200 h以上时，对该品种该阶段的生长最有益，生育期长度约为29 d。尹朝静等对生育期与气候变化之间的关系进行了研究，系统考察了气候因素对水稻单产的非线性及区域差异性影响程度[27]，但并没有对气候因子与生育期长度的关系进行深入探讨。

移栽至拔节生育期是水稻进入大田后的最初生长阶段，该生育期长度与日最低温度累积-日照时数组合关系显著，与日最高温度累积-日照时数及积温-日照时数2个组合的关系极显著，最佳的生育长度在29～33 d之间，所需的积温为880 ℃左右。该生育期温度因子和日照因子与水稻生长发育存在明显相互补偿关系。

气温日较差累积对移栽至抽穗阶段的影响较大，该阶段长度与气温日较差累积-日照时数组合之间的关系显著，与其他温光因子组合的关系不显著。最佳温光组合是气温日较差时数达442.2 ℃，日照时数达374.0 h时，该阶段的长度约为54 d。刘艳红等就潍坊市冬小麦生育期气候因子变化特征及其影响进行了分析研究[28]，但没有精确分析小麦各生育期长度与温光因子的关系。水稻方面的研究暂无人涉及。

日最低温度累积对抽穗至成熟期阶段的影响最明显，抽穗至成熟是晚稻生长的关键季节，该阶段气候因子的优劣直接影响晚稻成熟与收获，本研究结果表明，该时段日最低温度累积达805.8 ℃，总日照时数达262 h时，该生育期长度约为43 d，即 43 d 是超级晚稻品种岳优6135的较佳灌浆时间。

本研究利用超级晚稻品种岳优6135 3年的分期播種试验数据，分析不同生育期长度与温光因子的关系。透过分析可知，不同生育期长度与温光因子的关系不尽相同，各阶段的限制因子存在较大差异，而且不是所有的温光因子都与生育期的长短存在显著相关关系。结果表明，从播种至成熟的最佳生育期长度是126 d，和品种介绍的119 d左右较吻合。值得注意的是，本研究只是考虑了温光因子，没有考虑其他气候因子和种植措施等，所以如果考虑多方面的因子，研究结果可以更深入、更准确。

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