湘中地区双季稻生长期内气候变化特征

刘文祥，郑 宏，易睿鹏，刘学文，周华林

（1. 湖南省农业信息与工程研究所，湖南 长沙 410125；2. 衡阳市第二中学，湖南 衡阳 421001；3. 湖南亚华种子有限公司，湖南 长沙 410205；4. 湘潭县农业农村局，湖南 湘潭 411228）

近年来极端气候事件频发，气候变化已经对全球粮食生产造成影响，严重时将威胁国家粮食安全。全球气候变化以升温为主要特征，20世纪的100 a内，全球平均气温升高0.6℃，2000—2005年又上升了0.1℃[1]。气温升高对农业生产带来的影响利弊共存，不利的方面表现为作物生长发育速度加快从而使生育期缩短、降水不均衡以及高温热害所导致的产量下 降[2-6]；有利的方面主要表现为早稻播种期和晚稻安全齐穗期适当提前，而水稻生长季延长和生育期缩短后，将给品种搭配提供更多的余地，因此复种指数得到提高、双季早晚稻种植面积也得以扩大[7-8]。

随着经济的飞速发展，人口在很长一段时间仍将继续保持增长，而耕地面积无法增加。因此，充分利用气候变化给水稻生产带来的温光资源优势，同时，削弱其不利因素的影响，这对于提高水稻单产以稳定或增加总产至关重要。笔者以湘中地区1960—2019年的双季早、晚稻生育期内逐日地面气象观测数据为研究对象，比较分析近60 a早晚稻生长期内各生育时期的温、光、水等气候资源变化趋势，探讨在区域气候变化的背景下，双季早晚稻生产如何充分利用气候变化所带来的优势以及避开气候变化所带来的不利影响，以期为该区域及相邻地区双季早晚稻适应气候变化下的高产高效生产提供指导。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

湖南水稻种植区域根据地域等特点可以划分为湘北平湖区、湘南丘岗区、湘中、湘东高产区和湘西山区；湘中地区的水稻种植水平高，该区域以双季稻超高产生产模式为主，其单产水平也相对较高，是湖南省水稻的高产集中区[9]。

1.2 气象数据的来源与处理方法

1.2.1 数据来源研究数据均来源于中国气象局国家气象信息中心，区域范围为长沙、湘潭、衡阳、娄底等4市，时间段取1960—2019年，依据全球气候变化特征划分为2个时段：时段I（1960— 1989年）、时段II（1990—2019年）[1,10]。气象数据主要包括区域内双季稻各生长期内逐日气象资料的平均气温、平均 日最高气温、平均日最低气温、日照时数和降水量等。

1.2.2 气象数据处理方法（1）早晚稻全生育期以及各生育时期的界定。首先从时间上界定3—7月为早稻生长期，6—10月为晚稻生长期；为便于统计分析又将研究地区双季早稻的生长期分别划分为播种育秧期（3月20日—4月15日）、移栽返青分蘖期（4月15日—5月15日）、孕穗期（5月15日—6月10日）、抽穗期（6月10日—6月20日）、灌浆成熟期（6月20日—7月15日）5个时期；双季晚稻的生长期也依次划分为播种育秧期（6月15日—7月10日）、移栽返青分蘖期（7月10日—8月10日）、孕穗期（8月10日—9月5日）、抽穗期（9月5日—9月15日）、灌浆成熟期（9月15日—10月20日）5个时期。（2）水稻各生长期区域内气候资源变化特点及其气候倾向率。对湘中地区1960—2019年气象台站的早、晚稻5个生长时期内5个农业气候要素数据进行处理，采用最小二乘法计算气候要素与时间的线性回归系数a，用一次线性方程表示使气候要素的变化，a×10为气候倾向率。

2 结果与分析

2.1 湘中地区双季稻生长期内平均气温变化趋势

由表1可知，早稻播种育秧期平均气温时段Ⅱ为13.72℃，较时段Ⅰ升高了1.25℃，早稻播种育秧期平均气温上升幅度较大，其气候倾向率为0.433℃/10a；晚稻播种育秧期平均气温时段Ⅱ为25.88℃，较时段Ⅰ升高了0.35℃，晚稻播种育秧期平均气温气候倾向率为0.125℃/10a。1960—2019年，早晚稻移栽返青分蘖期平均气温持续上升，但早稻增幅比晚稻大，早晚稻增加速率分别为0.337和0.058℃/10a。早晚稻孕穗期平均气温变化趋势显示，早稻略有升高，晚稻略有下降，二者平均气温气候倾向率分别为0.091和-0.086℃/10a。1960—2019年，早晚稻抽穗期平均气温均为持续上升，平均气温气候倾向率分别为0.159和0.124℃/10a；早晚稻灌浆成熟期平均气温变化趋势表现为早稻略有上升，晚稻时段Ⅱ较时段Ⅰ上升了0.56℃，早晚稻平均气温气候倾向率分别为0.081和0.192℃/10a。

表1 湘中地区双季稻生长期内平均气温变化特征及其气候倾向率

2.2 湘中地区双季稻生长期内平均日最高气温变化趋势

由表2可知，早晚稻播种育秧期平均日最高气温变化呈上升趋势，早稻上升幅度较晚稻大，早稻时段Ⅱ较时段Ⅰ上升了2.44℃，晚稻时段Ⅱ较时段Ⅰ上升了0.14℃；早晚稻播种育秧期平均日最高气温气候倾向率分别为0.808和0.074℃/10a。1960—2019年，早稻移栽返青分蘖期平均日最高气温呈上升趋势，晚稻则略有下降；早晚稻移栽返青分蘖期平均日最高气温气候倾向率分别为0.421和-0.002℃/10a；早稻孕穗期平均日最高气温呈上升趋势，而晚稻却下降，早稻时段Ⅱ较时段Ⅰ上升了1.83℃；晚稻时段Ⅱ较时段Ⅰ下降了0.56℃；早晚稻孕穗期平均日最高气温气候倾向率分别为0.520和-0.194℃/10a。1960—2019年，早晚稻抽穗期和灌浆成熟期平均日最高气温变化趋势均为上升，其中，早晚稻抽穗期时段Ⅱ较时段Ⅰ分别上升了0.48和0.43℃；早稻灌浆成熟期时段Ⅱ较时段Ⅰ平均日最高气温下降了0.04℃，晚稻的上升了0.44℃；早稻抽穗期和灌浆成熟期平均日最高气温气候倾向率分别为0.156和0.018℃/10a；晚稻抽穗期和灌浆成熟期平均日最高气温气候倾向率分别为0.140和 0.158℃/10a。

表2 湘中地区双季稻生长期内平均日最高气温变化特征及其气候倾向率

2.3 湘中地区双季稻生长期内平均日最低气温变化趋势

1960—2019年，区域内早晚稻生长期内不同生育时期平均日最低气温变化呈上升趋势（表3），升幅最大的为早稻播种育秧期，其次是早稻移栽返青分蘖期，增幅最小的是晚稻孕穗期；表明双季稻生长期内平均日最低气温在持续上升，尤其是早稻播种育秧期和移栽返青分蘖期平均日最低气温的升高有利于提早播种和提前移栽。早晚稻播种育秧期平均日最低气温时段Ⅱ较时段Ⅰ分别上升了1.27和0.51℃；早晚稻播种育秧期平均日最低气温气候倾向率分别为0.428和0.180℃/10a。早晚稻移栽返青分蘖期平均日最低气温时段Ⅱ较时段Ⅰ分别上升了1.00和0.45℃；早晚稻移栽返青分蘖期平均日最低气温气候倾向率分别为0.307和0.151℃/10a。与其他生育期相比，早稻孕穗期段Ⅱ较时段Ⅰ平均日最低气温增幅较小，仅为0.55℃，而晚稻却下降了0.02℃；早稻孕穗期平均日最低气温气候倾向率为0.172℃/10a，晚稻仅为0.022℃/10a。1960—2019年，早晚稻抽穗期平均日最低气温均持续上升，二者平均日最低气温气候倾向率分别为0.178和0.154℃/10a。早晚稻灌浆成熟期平均日最低气温时段Ⅱ较时段Ⅰ分别上升了0.40和0.65℃，平均日最低气温气候倾向率分别为0.162和0.226℃/10a。

表3 湘中地区双季稻生长期内平均日最低气温变化特征及其气候倾向率

2.4 湘中地区双季稻生长期内日照时数变化趋势

由表4可知，时段Ⅱ较时段Ⅰ而言，早稻的播种育秧期、移栽返青分蘖期和抽穗期以及晚稻的灌浆成熟期的日照时数增加，其余时期均为减少；从早晚稻各生育期日照时数气候倾向率来看，仅早稻的播种育秧期、移栽返青分蘖期为增加，其他均为减少；早稻的移栽返青分蘖期增幅最大，为2.922 h/10a，降幅最大的是晚稻的孕穗期，为11.020 h/10a。区域内早稻移栽返青分蘖期的日照时数增加利于其返青和分蘖，而晚稻孕穗期日照时数大幅减少则对光合生产极为不利，影响干物质积累和运转，不利于结实率的提高，最终影响晚稻高产目标的实现。

表4 湘中地区双季稻生长期内日照时数变化特征及其气候倾向率

2.5 湘中地区双季稻生长期内降水量变化趋势

1960—2019年，区域内早晚稻生长期内不同生育时期降水量变化特征不完全相同（表5）。其中，早稻播种育秧期、移栽返青分蘖期降水量均呈减少趋势，其余生育期均为增加；灌浆成熟期的降水量时段Ⅱ较时段Ⅰ增加了14.63 mm。晚稻季降水量仅移栽返青分蘖期表现为增加，为43.43 mm；降幅最大的是灌浆成熟期，时段Ⅱ较时段Ⅰ减少了5.51 mm。根据早晚稻5个不同生长时期的降水量气候倾向率分析，该区域早稻生育后期降水量增加可能会导致减产；晚稻生育前期降水量增加有利于分蘖，但后期降水量的减少则不利于结实率的提高。

表5 湘中地区双季稻生长期内降水量变化特征及其气候倾向率

3 结论与讨论

水稻是一种喜高温、多湿、短日照的作物，温、光、水等资源的变化会对其产生较大影响[1]。张宇等[11]研究报道，随着温光资源的增加，若水稻品种、播期和移栽期继续保持不变，将会加速水稻发育进程，从而相应缩短其生育期。有研究表明，气温若升高l℃，水稻生育期将会缩短7~8 d[12]；韩芳玉等[13]研究报道，水稻生长季平均气温每增加1%，则其产量将减产0.32%。关于降水量对水稻结实率的影响，有研究认为早稻结实率随其生长后期降水量的增加而减 少[13]；水稻结实期若发生干旱胁迫，也会影响其结实率[14]。有研究报道，早稻每穗总粒数与始穗前10~5 d的日照时数正相关[15]；水稻分蘖期日照时数减少将导致分蘖数减少和生育期延迟[16]。研究结果表明，早稻生长期内平均气温、平均日最高气温、平均日最低气温均表现为一定幅度的增加，且均以播种育秧期增幅最大，灌浆成熟期增幅最小；而晚稻生长期内平均气温除孕穗期略有下降外，其余生育时期均呈上升趋势；晚稻播种育秧期、抽穗期和灌浆成熟期3个时期平均日最高气温均呈升高趋势，增幅最大的是灌浆成熟期，其次是抽穗期，而移栽返青分蘖期和孕穗期却呈下降趋势；晚稻生长期内平均日最低气温表现为持续上升，增幅最大的为灌浆成熟期，增幅最小的是孕穗期。早、晚稻生长期内日照时数仅早稻的播种育秧期和移栽返青分蘖期表现出增加趋势，其他生育时期均为减少；增幅最大的为早稻的移栽返青分蘖期，降幅最大的为晚稻孕穗期，其次为晚稻的移栽返青分蘖期。早稻的播种育秧期和移栽返青分蘖期内降水量减少，其余时期均为增加；晚稻播种育秧期、移栽返青分蘖期和孕穗期内降水量变化均为增加，而抽穗期和灌浆成熟期则减少；早稻增幅最大的为灌浆成熟期，为9.353 mm/10a；晚稻增幅最大的是播种育秧期，为6.391 mm/10a。

气候变化对湘中地区早稻生长而言是利弊共存，生育前期的升温利于水稻育秧、移栽的提前和分蘖的发生，而生殖生长时期日照时数的减少以及降水量的增加则会影响其干物质积累最终导致减产。对晚稻生长而言，前期日照时数的减少不利于分蘖发生，导致无法满足高产所需的足量有效穗；结实期的日照减少以及降水量的增加均会影响其光合生产，最终导致结实率下降。因此对于早晚稻生产，既要充分利用气候变化所带来的优势，即早稻可适当提前播种，晚稻尽可能选搭迟熟品种；又要采取相应调控措施应对气候变化给水稻生产带来的不利影响，如优化群体构建来延缓叶片衰老、提高生长后期干物质积累量，最终实现高产与高效协同发展的目标。