三明市水稻制种安全期气候条件分析*

游良德 纪嘉雯 李仁忠

(1.福建省尤溪县气象局,福建 三明 365100； 2.福建省三明市气象局，福建 三明 365000)

我国对制种水稻气象问题的研究很早，早在上世纪五六十年代就有水稻产区的广大气象台站和农业气象工作者，积极开展杂交水稻气象条件的分析研究和服务，揭示了杂交水稻生长和气象条件的关系，取得了可喜成绩，也为后人提供了研究方向。但当时主要以世界主流的“三系”法品种选育为研究对象，且随着我国水稻生产技术的进步和对粮食产量的重视，对杂交水稻制种的气象技术研究趋减，对大宗粮食作物的研究较为集中。目前杂交制种主要以“两系”法选育为主，两系法杂种优势利用因不受恢保关系的限制，配组自由，更容易选配出高产优质的强优势组合[1-2]，这是我国独创的国际领先科技成果。

国内对“两系”杂交水稻育种研究颇多，集中在气象条件、气象安全和资源利用等方面。汪扩军等[3]以“两系”杂交稻的首要不育系—培矮64S育性的温光敏性与临界指标，分析了培两优组合制种的几个气象问题。唐文邦等[4]较为系统地论述了两系安全繁殖制种中存在的主要问题，其中制种基地选择和季节安排不合理、不育系繁殖产量不稳定都和气象紧密相关。缪文华等[5]指出，灾害性天气频发，气象灾害对杂交水稻制种生产的影响越来越重。杂交水稻制种生产中，最重要的就是父本、母本播期的确定，决定了花期是否适合，影响最终的种子质量和产量。周世怀等[6]研究了广东和海南的两系法水稻制种安全期，制作了两省的制种安全期区划图，为生产提供技术支撑。但全国水稻制种基地分散，常受到区域性气候影响，每年仍然遭受重大的经济损失，改变不了靠天吃饭的局面，尤其是水稻不育系育性转换关键期，低温、连阴雨等易导致不育系败育，父母本花期和花时不遇，扬花授粉不利等，是制约两系杂交稻大面积推广应用的技术瓶颈问题[7]。因此，在杂交水稻制种过程中，若不了解当地的气候规律，出现低于水稻临界值的温度，就容易造成种子混杂而导致制种失败，造成重大经济损失。

近年来，政府越来越重视种子安全和质量问题，出台了一系列政策文件和规划，有力推动了我国农作物种业的快速发展。三明市位于福建西北部，处于武夷山脉和戴云山脉之间，具有水稻制种得天独厚的自然条件。建宁、尤溪等地水稻制种历史悠久，产业基础深厚，尤其是建宁县于2013年被农业部认定为国家级杂交水稻种子生产基地县。近年来，三明市制种水稻面积有所增加，为了保障水稻制种安全，确保种业又好又快、长久发展，亟需对三明市杂交水稻制种安全期进行气候研究。

本文拟以“两系”杂交水稻制种的不育系品种临界气象指标，分析三明市制种水稻安全日期及其分布规律，以期为制种水稻父母本播期的确定提供技术参考，为制种产业发展提供气象保障服务。

1 数据与方法

1.1 数据来源

本文研究数据来源于三明市从东到西6个气象观测站(尤溪、大田、永安、明溪、宁化、建宁)1961—2019年的逐日气象数据，包括日平均气温、日最高气温等。

1.2 研究方法

1.2.1 可照时数

可照时数即理论日长，是在没有天气气象和地理因素影响的条件下，日出到日落的可能光照持续小时数，与当地的纬度、时间有关。

某站逐日可照时数(理论日长)[8]由式(1)计算[8]:

(1)

式(1)中，S为可照时数(h) ，φ为气象站纬度，δ为太阳赤纬，γ为太阳上缘恰好在地平线时的曲折率，取γ= 34′为蒙气差。

1.2.2 保证率

为了确定育性转换安全期的可能时段，可以统计各气象站逐日平均气温高于临界温度的保证率[9]。计算公式见式(2)：

Pk=Nk/N×100%

(2)

式(2)中，Pk为≥k℃的保证率(k为临界温度)，N为资料总年数，Nk为某日在N年中气温≥k℃的年数。例如建宁站7月1日1961—2018年共58a资料(N=58) ，其中有57a气温≥24℃(N24=40) ，则建宁站7月1日≥24℃的保证率为：

P24=N24/N×100%=57/58×100%=98.2%

显然，保证率越高，表示制种时安排育性转换期越安全。例如建宁站数据共58a，如出现1日气温低于24℃，其不出现日数为57，安全保证率>98%；出现2日，安全保证率>95%；出现5日，安全保证率>90%，出现6次，安全保证率<90%。

2 结果与分析

2.1 水稻制种安全期气象指标

“两系”杂交水稻制种育性转换安全期是指两用核不育系在其育性敏感阶段(一般指幼穗分化4～6期)的日平均气温必须在临界温度以上，而且(或者)可照时数在临界光长以上，确保不育系花粉败育，避免自交结实，保证制种的纯度。“两系”杂交水稻制种中广泛使用的光温敏核不育系品种主要是培矮64S。

培矮64S属光温互作型，其育性同时受光照长度和温度控制，临界温度约为24.0℃，临界光长约为12.5h。因此,本文选取主要以日平均气温≥24.0℃，可照时数≥12.5h为育性转换安全期的指标[10]。育性转换敏感期一般在抽穗前15d内，从育性转换敏感期到抽穗扬花期结束，大约是20d。抽穗扬花安全期的气象条件，以不出现连续3d以上日平均气温≤23.0℃为指标。因此，“两系”杂交稻制种安全期要求同时满足下列条件:第一，日平均气温≥24℃，且可照时数≥12.5h，持续期20d以上。第二，符合第一条件的终日其后20d内，无连续≥3d日平均气温≤23℃的天气。

2.2 可照时数

光照是水稻生长的必要因子之一，也是引诱水稻生长特性转换的重要因子。三明市各站逐日可照时数，取决于所处纬度与太阳赤纬。根据式(1)，计算出各站逐日可照时数≥12.5h、≥13.0h、≥13.5h的起止日期列于表1。

表1 三明市各站可照时数大于不同界限值的起止日期

由表1可见，三明地区光照资源充足，理论上可照时数≥12.5h可达5个月，初日出现在4月5日前后，终日在9月7日前后，但受地形和海拔等地理条件和天气条件影响，实际上的日照时数都比可照时数少。

2.3 育性敏感安全期

水稻喜温，生长期需要良好的温度条件。两用核不育系要求在育性敏感期，日平均气温≥24℃持续20d以上。从表2近59a高于临界温度24℃且保证率在95%以上的起止日期来看，三明市各县差异较大，同属三明市东南部的尤溪县和永安市日平均气温≥24℃的安全期最长，达到62d，大田县只有20d，西北部的建宁县育性敏感期足够长，达到42d，明溪县刚好达到20d，宁化县的育性敏感期最短，只有18d，不能满足制种水稻育性敏感期安全的要求；假如只要求90%的保证率，则各地育性敏感安全期都能达到50d以上，可以满足制种水稻的育性要求。

表2 三明市各代表站两系不育系敏感期日平均气温≥24℃起止日期

2.4 抽穗扬花安全期

“两系”杂交水稻制种除了在抽穗前要确保不育系败育的必要条件外，在抽穗扬花期则要求不能受到低温的影响，秋季低温是影响水稻扬花授粉的主要气象灾害。因此，要确保杂交水稻顺利制种，一般要求其安全抽穗扬花的保证率在80%以上，现在为了种植户的经济利益和种业发展安全，要求则更加严格。

表3列出了各代表站两系不育系抽穗扬花期连续3d日平均气温≤23℃的起始日期，可见在95%保证率条件下，东南部和中部地区日平均气温≤23℃初日基本出现在9月上旬后期，西北部在8月下旬；在90%保证率条件下，三明各县市初日出现在9月9日前后，东南部推后几天，西北部提前几天；在80%保证率条件下，三明各县市初日出现在9月14日前后。

表3 三明市各代表站两系不育系抽穗扬花期连续3d日平均气温≤23℃起始日期

2.5 制种安全期

“两系”法杂交水稻制种安全期，同时要考虑其育性安全和扬花安全。因此，综合这两方面的分析结果，在不考虑水稻高温热害影响的情况下，得到各站不同保证率下的制种安全期的起止日期(见表4)。

表4 不考虑水稻扬花期高温影响条件下的制种安全期

由表4可见，三明市各县制种水稻安全期东南部长于西北部。东南部的尤溪县、永安市，热量资源非常丰富，安全期长达62d，从6月下旬后期开始，直到8月下旬后期，但有高温热害影响的大概率风险，其中大田县由于海拔和地形影响，安全期较短，和西北部的明溪县接近；西北部县市热量资源足够满足水稻制种需要，安全期也足够长，高温热害影响的风险概率小，其中建宁县安全期较长。

2.6 抽穗扬花期高温热害

水稻制种育性敏感期和抽穗扬花安全期都处于一年最热的时段，极易出现水稻高温热害，不利水稻幼穗分化和扬花授粉，影响最终的结实率和产量。水稻高温热害主要影响的时期是幼穗分化期和扬花期，其中以抽穗扬花期的高温危害影响最大。不育系的主要品种矮培64s的花期大约7～10d左右。水稻扬花期高温热害指标，日最高气温≥35℃，且日平均气温≥30℃为1个高温日，连续3d即达到轻度水稻高温热害，连续7d以上就达到重度高温热害。

表5列出了三明市近59a水稻高温热害发生情况，可见三明市水稻高温热害东南部明显多于西北部，永安市高温热害发生次数最多，达到64次，304个高温日，出现时间最早，结束时间最晚，最长持续天数达到18d；其次尤溪县发生次数15次，高温日数75d；其余各县高温热害发生次数不多，均在3次以下，且发生时间基本在7月下半月至8月上半月。

表5 三明市水稻高温热害发生情况

在上述制种安全期的基础上，结合考虑高温热害对水稻制种的影响和危害，建宁县和尤溪县气候条件最适宜水稻制种，永安市虽然热量条件好，但高温热害风险也大，其余各县市热量条件较好，高温热害风险小，在合理安排品种和播期的情况，气候资源适宜水稻制种。

3 结论与讨论

制种水稻的育性敏感安全期和抽穗杨花安全期均表现为东南部长、西北部短、高海拔地区短的特点，制种水稻安全期东南部长于西北部，但永安市高温热害发生风险高，不宜开展水稻制种，最优制种产地是建宁县和尤溪县，其余各县在合理安排品种和播期的条件下，气候资源适宜水稻制种。

父母本花期能否相遇，扬花授粉良好与否，是杂交水稻制种成败的关键。因此，在确定制种最佳抽穗扬花期日期的条件下，应根据父母本历年在当地从播种到始穗的天数之差，定出父母本相应的播种期及母本与第一期父本播种相差的天数，它比“三系”制种播差期要求更为严格，不能随意变更。