建宁县烟后水稻制种主要农业气象灾害分析

余春华 游宇琦 姜建萍 吴淋娣

(1.福建省三明市气象局,福建 三明 365000；2.福建省惠安县气象局，福建 泉州 362100；3.福建省建宁县气象局，福建 三明 354500 )

1 概述

建宁县自1976年开始杂交水稻“三系”制种，1986年被认定为福建省杂交水稻繁育制种基地县，2013年7月被农业部认定为国家级杂交水稻种子生产基地县，位列全国杂交水稻种子生产基地县首位。近年来，全县杂交水稻制种面积稳定在15万亩以上，年产杂交水稻种子3500万公斤以上，约占全国杂交水稻用种量的10%以上，在我国杂交水稻制种产业发展中占有重要地位，为保障我国粮食安全和农民增收做出了积极贡献。但气候条件在一定程度上仍影响和制约着建宁水稻种子产业的发展，尤其是在气候变化背景下，春季倒春寒，夏季高温热害、暴雨和洪涝，秋季低温等农业气象灾害频发，突发性加强，难以防御和灾后补救，常造成水稻种子质量和产量下降；同时，随着建宁县种子企业入驻增加，制种面积扩大，组合更新加快，灾害性天气和病虫危害影响加重，每年至少 10% 以上制种面积列入理赔对象，严重影响到种子产业的健康发展。

目前，国内学者对建宁县水稻制种农业气象灾害的研究不多，也不够深入，主要侧重在栽培技术、灾害影响和防御措施等方面。黄得裕针对建宁县种子产业发展的现状及其存在的问题提出相关对策[1]。饶泉根、曾雪华等针对当地水稻制种，总结了主要气象灾害及影响，并提出了对应的防御措施[2-3]。鲁伟林等介绍了信阳地区灾害性天气发生规律及其对杂交稻制种的影响,并提出了应对措施[4]。孙瑞建等分析了高温热害、低温连阴雨、台风等常见灾害性气候对杂交水稻制种不同生育时期产生的影响[5]。缪文华等分析了全球变暖气候背景下，气象灾害对父母本播期的安排、花期相遇以及病、虫、草害的消长，对制种的稳产、高产、优质的不利影响，以及杂交稻制种生产过程中主要气象灾害的成因和影响，并提出了应对措施[6]。张翊等分析影响福建省杂交水稻种子生产的主要气象灾害因子和发生规律，提出了利用气候规律规避气象灾害的对策和措施，得到福建理想制种区域和最佳制种时间[7]。胡凝等基于杂交稻制种过程中的花期相遇和气象灾害问题，设计杂交稻制种播期预测虚拟仿真实验，实现了水稻生长发育过程的虚拟展示和模拟灾害的影响[8]。但对于影响建宁县烟后水稻制种的主要农业气象灾害变化规律还未有研究，水稻制种生产中尚无科学技术参考和指导。因此，研究当前气候变化背景下建宁县烟后水稻制种农业气象灾害发生规律，对于趋利避害合理安排生产，确保水稻制种产业高质量发展具有重要意义。

本文以建宁县水稻种植面积最多的烟后水稻制种为研究对象，确定其主要农业气象灾害指标，研究主要农业气象灾害发生规律，分析其对烟后水稻制种的影响，并提出趋利避害措施，以提升建宁县水稻制种气象防灾减灾能力，为制种生产和政策性保险提供气象参考，促进建宁县制种产业的发展。

2 数据与方法

2.1 数据

采用建宁县基本气象观测站1961—2020年每年6—10月的逐日气象观测资料，包括平均气温、最低气温、最高气温、降水量、日照时数。

2.2 灾害指标

建宁县杂交水稻制种分为早制、中制和秋制(烟后水稻制种)，其中秋制面积最大。早制杂交水稻3月中下旬播种，7月下旬到8月上旬收割；中制4月中下旬播种，8月中旬到9月中旬收割，秋制生育期较长，一般于6月中下旬播种，9月底到10月份收割。建宁县烟后水稻制种主要农业气象灾害有低温、高温、连阴雨、暴雨等，其中影响最大的是育性敏感期(幼穗分化期)和抽穗扬花期低温、高温热害、连阴雨、暴雨等，其灾害指标见表1。

表1 建宁县烟后水稻制种主要农业气象灾害指标

2.3 方法

在分析气候要素变化趋势时，采用气候倾向率来表示。利用最小二乘法，建立要素Xi与时间Ti的一元线性回归方程：

Xi=aTi+b(i=1,2,3,…,n)

(1)

式(1)中：Xi为样本量为n的某一气候变量，Ti为Xi所对应的时间，a、b为回归常数。气候倾向率以回归系数a的10倍表示[9]。

3 结果分析

3.1 敏感期低温

杂交水稻制种育性敏感期确保足够高的温度，促使不育系败育，是杂交制种成功的关键。8月上旬立秋后，建宁县气温开始下降，就有可能出现低于烟后水稻制种雄性不育系育性安全的起点临界温度，影响杂交水稻制种纯度。因此，立秋后水稻制种安全风险随着时间推移，风险越大。对于大多数雄性不育性品种来说，有比较一致的观点，认为光温敏型不育系的育性转换是抽穗前5～20d的光温条件综合作用的结果，而温敏型不育系的育性主要由抽穗前5～20d的温度主控，大部分不育性品种的育性临界温度为23.5℃。8月份为建宁县制种水稻不育系育性敏感期，8月下旬到9月为抽穗扬花期的关键期，以一年当中8月以后第一次出现敏感期低温的日期为初日，且一年只计算一次。

3.1.1 敏感期低温初日次数

从建宁县1961—2020年烟后水稻制种敏感期不同低温出现次数可以看出(表2)，建宁县杂交水稻制种敏感期低温初日最早出现在8月上旬和中旬，其中23.5℃育性转换敏感期低温初日最早出现在8月上旬，8月份共出现13次，占22%，9月份共出现45次，占75%；22℃抽穗杨花敏感期低温初日最早出现在8月中旬，近60年有且仅有1次，发生在1966年8月19日，其余大部分都出现在9月中旬，占近40%，再次为9月上旬和下旬，最迟出现在10月份。20℃抽穗杨花敏感期低温最早出现在9月10日，且仅有一次，大部分都在9月中旬及之后，对杂交水稻制种生产基本无影响。

表2 建宁县1961—2020年烟后水稻制种

3.1.2 育性敏感期初日变化趋势

从近60年连续3d日平均气温≤23.5℃的初日变化趋势来看(图1)，最早出现在8月上旬，但概率极小，为3.33%，初日呈往后推迟的趋势，10年推迟约0.9d。近年来初日明显推迟，在2002年之后，初日出现日期均在8月25日之后。对于建宁县杂交水稻制种来说，日平均气温≥23.5℃的时间长，适宜大多数杂交水稻制种。

图1 建宁县1961—2020年连续3d日平均气温≤23.5℃的初日变化趋势

3.1.3 抽穗敏感期秋季低温初日变化趋势

抽穗敏感期连续3d日平均气温≤22.0℃是大部分籼型水稻抽穗扬花期的秋季低温指标。从近60年连续3d日平均气温≤22.0℃的初日变化趋势来看(图2)，最早出现在8月中旬，仅有1次，出现概率为1.67%，大多数出现在9月份，除了1984年出现在9月2日，其他年份均出现在9月5日之后；初日呈往后推迟的趋势，每10年推迟约1d；但近年来初日明显推迟，2008年开始，初日出现日期均在9月中旬及之后。对于建宁县杂交水稻制种而言，连续3d日平均气温≥22℃结束日期晚，范围宽，绝大多数杂交水稻不育系能保持不育，正常进行杂交和扬花授粉，表明气候对杂交水稻制种非常有利。“22型”秋季低温的初日在9月中旬出现25次，约2年出现1次，而且最长持续时间达到10d。由此可知，建宁县9月份开始，气温下降速度快，9月中旬气温就会下降到22℃以下，因此，对“22型”秋季低温敏感的水稻品种而言，抽穗杨花期最好安排在9月中旬之前。

图2 建宁县1961—2020年“22型”秋季低温初日变化趋势

抽穗敏感期连续3d日平均气温≤20℃，是比较耐寒的粳型水稻品种的灾害指标。从近60年来建宁县8月份和9月上旬均没有出现“20型”秋季低温，9月中旬开始出现，共12次，9月下旬18次，其余均出现在10月份，此时杂交水稻已经抽穗扬花授粉完毕，无不利影响。从初日变化趋势来看(图3)，亦呈往后推迟的趋势，每10年推迟0.6d，和气候变暖趋势相一致。2015年之后连续5年均出现在10月份，对晚制的杂交水稻制种抽穗扬花非常有利。

图3 建宁县1961—2020年“20型”秋季低温初日变化趋势

3.2 高温热害

建宁县烟后水稻制种生育期较迟，幼穗分化早期(8月上中旬)可能遭遇高温热害，但概率很小，约为5%；幼穗分化中后期(不育系育性转换关键期)和抽穗开花期无高温热害影响。1961年—2020年8月共出现3次高温热害，分别是2003年8月8—10日，日最高气温分别为40℃、38.8℃、39.1℃，2010年8月14—17日，日最高气温分别为38.7℃、40℃、37.2℃、39.2℃，2011年8月14—16日，日最高气温分别为36.9℃、37.2℃、37.9℃。由此可知，建宁县8月上中旬出现过高温热害，但出现次数少，概率低。8月下旬到9月份建宁县没有出现过高温热害，虽然日最高气温≥35℃的日数总计达153d，但没有出现日平均气温≥30℃的天气，对烟后水稻制种没有影响。

3.3 连阴雨

水稻生长过程中需要大量的水分，但在关键期又不能受到阴雨天气影响。如水稻开花期，整个开花授粉过程只有7～10d，不能有连续降水或强降水，否则会导致水稻开花授粉不利，影响结实率，降低最终产量；在灌浆成熟期，连阴雨则会导致杂交水稻光合作用不足，灌浆不充分，长期阴雨会延长杂交水稻成熟期，已经成熟的水稻不能及时收割，出现腐烂、发芽等现象，造成重大经济损失。气象上，通常将日雨量≥0.1mm且日照时数<3h定义为一个阴雨日，连续3d以上阴雨天就定义为连阴雨灾害，其中3～4d为轻度，5～6d为中度，7d以上为重度(8d及以上中间允许间隔1d不是阴雨日)。

表3列出了建宁县1961—2020年每年8—10月连阴雨灾害次数和出现频率，共出现200次连阴雨灾害，大部分为轻度连阴雨灾害，占总出现次数的68.5%，其次为中度连阴雨灾害，出现35次，占17.5%，重度连阴雨出现频率小，且大部分出现在10月份。从月份来看，8月份出现连阴雨次数最少，占24.5%，差不多每年有一次3d以上的连阴雨，发生程度轻；9月份和10月份次数接近，分别占总次数的38%和37.5%。

表3 建宁县烟后水稻制种8—10月连阴雨次数和出现频率

3.4 暴雨

建宁县处于福建省西北部，武夷山脉西南端，地理位置特殊，暴雨主要出现在春夏季。1961—2020年每年6—10月共出现184d日雨量≥50mm以上的暴雨日，大部分集中在6—8月，其中6月份105d、7月份32d、8月份32d；9、10月份非常少，分别只有6d和9d。

从6—10月的暴雨日数年变化趋势来看(图6)，总体呈现增加趋势，约每10年增加1.5d，且年际间差异越来越大，但阶段性特征较明显，1976年之前呈增加趋势，1976—1985年呈减少趋势，1985年之后又呈增加趋势，2000年之后又呈减少趋势，年际间变幅大。

图6 1961—2020年每年6—10月暴雨日数变化趋势

4 结论

①建宁县杂交水稻制种敏感期低温23.5℃初日最早出现在8月上旬，8月份出现13次，占22%，9月份出现45次，占75%；初日呈往后推迟的趋势，10年推迟约0.9d，2002年之后，初日出现日期均在8月25日之后。22℃抽穗杨花敏感期低温初日最早出现在8月中旬，近60年有且仅有1次，大部分都出现在9月中旬，占近40%，初日呈往后推迟的趋势，每10年推迟约1d；2008年开始初日明显推迟，初日出现日期均在9月中旬及以后。烟后水稻制种生育期间，连阴雨次数、天数变化趋势阶段性特征明显，20世纪60、70年代和2003年之后变化平稳，次数、天数较少，20世纪80、90年代明显增加，且变化幅度大，年际间差异显著；暴雨日呈增加趋势，降水多、雨日多。

②烟后水稻制种育性敏感期临界温度在23.5℃的，穗分化期最好安排在8月25日之前，其他临界温度可根据气温变化规律，育性敏感期临界温度比23.5℃高0.5℃，提早5d，低0.5℃，推迟5d，再考虑抽穗扬花期和发育期天数，可确定最佳的播期，确保杂交水稻制种成功率。但播种较早的烟后水稻制种，要注意8月上中旬高温热害的不利影响；抽穗扬花期安排在8月下旬及之后，9月中旬之前的，一般无高温热害和秋季低温影响。另外烟后水稻制种生产受到水分的不利影响将加大，除了要合理安排播期，还要增加收割、烘干等机器设备的投入，以应对中长期阴雨天气的不利影响。