贵州西部近6 a温度变化对水稻大田生育期的影响

陈金梅，池再香，汤 翠，陈翱章，李贵琼

(1.贵州省六盘水市气象局，贵州 六盘水 553000；2.贵州省六盘水市农业农村局，贵州 六盘水 553000；3.贵州省盘州市气象局，贵州 盘州 553537)

0 引言

气温是气候变化的一个主要因子，气温变化是影响作物生育期变化的主要因素，气温升高会引起一系列生态环境的变化，植物物候出现时间和各物候期间隔的日数都发生较大的变化[1]。张福春[2]通过对北京春季树木开花期研究认为，春季气温是影响当地开花期变化的主要影响因子，气温升高1 ℃，造成当地开花期提前0.73 d。物候对全球变暖的响应研究正在成为物候研究新的热点领域[3]。目前，全球正经历以增温为主要特征的变化，春季物候期和开花期提前，秋季物候期推迟、植物生长季延长已成为一种全球的变化趋势[4-6]。常佩静等[7]研究指出，气温是影响短脚锦鸡儿返青和猫头刺各生育期变化最主要的气候因子，短脚锦鸡儿返青、开花前50 d平均气温以及黄枯前80 d平均气温对其影响最大，而猫头刺返青前30 d平均气温，开花、黄枯前70 d和80 d的平均气温是最主要的影响因子。气温被认为是影响植物物候的重要气候因子，植物物候的提前或推迟主要受气温的影响[8]。低温连阴雨对农业生产也会造成一定的危害，尤其是4月下旬—6月上旬的低温阴雨对农业生产的危害最大[9]。李春生等[10]研究低温对草莓生理特性的影响，指出适宜程度的低温胁迫能够锻炼植株的逆境适应程度，促进草莓的生理反应，刺激叶片叶绿素的产生，对光合作用有利，但过度的低温迫害会使草莓光合作用能力受到摧残。贵州西部地处长江水系和珠江水系分水岭地带，具有典型的喀斯特地形地貌，山高坡陡，海拔高低悬殊大，山体切割明显，相对高差一般在600 m左右，境内耕地面积约30.85 万hm2，其中，水田2.77 万hm2，水浇地109.7 hm2，旱地28.0 万hm2。因此，贵州西部粮食作物以马铃薯、玉米为主，马铃薯约8.33 万hm2，玉米约6.67万hm2，其次是小麦，约1.87 万hm2，水稻种植面积最少，仅1.33 万hm2。因而，气候变化对水稻生产影响的研究少，而气候变化对马铃薯生产影响的研究较多[11-14]，并指出贵州西部降水存在时空分布不均状况，降水在春季马铃薯各生育期的分配不均是导致春薯产量不稳定的主要因素[15-16]。左晋等[17]分析了夏收粮油作物生长季内气候条件对农业生产的影响，指出作物生长季内热量条件好，有利于作物稳健生长和产量形成。吴俊铭等[18]指出贵州海拔较高地区由于温度较低，水稻生育期长，在其播种和抽穗期间容易受低温危害，影响水稻高产、稳产，但温度变化对贵州西部水稻各生育期的影响定量化研究尚未开展。本文根据近6 a来对水稻生育期的观测，结合同期逐日平均温度资料，对温度因子影响水稻生育期变化进行定量描述，以期对贵州西部粮食安全生产、趋利避害提供科学合理的技术指导。

1 资料与方法

1.1 温度资料收集

2016—2021年5月11日—11月10日的逐日平均温度来源于贵州西部水稻主要种植乡镇自动气象站实时监测资料，并进行均一性处理，水稻种植区海拔800～1300 m。

1.2 水稻生育期观测方法

水稻生育期的观测依据中国气象局农业气象观测规范[19]。选取贵州西部海拔800 m的牂牁镇，海拔900 m的月亮河乡、都格乡，海拔1000 m的猴场乡、米箩镇、花夏乡、发耳镇、淤泥乡，海拔1100 m的新窑乡、大用镇、落别乡、木岗镇、龙河镇、岩脚镇、新华乡、蟠龙镇、新街乡、英武镇、保田镇、响水镇，海拔1200 m的郎岱镇、普古乡、新民镇，海拔1300 m的旧营乡、普田乡，共25个乡镇作为水稻生育期观测点(图1)，多年重复观测。水稻大田生育期观测方法如下[19]：

移栽返青期：移栽后叶色转青，心叶重新展开或出现新叶(上午叶尖有水珠出现)，用手将植株轻轻上提，有阻力，说明根已扎入泥中。

分蘖期：叶鞘中露出新生分蘖的叶尖，叶尖露出长约0.5～1.0 cm。

拔节孕穗期：茎基部茎节开始伸长，形成有显著茎秆的茎节为拔节，剑叶全部露出叶鞘为孕穗。

抽穗开花期：穗子顶端从剑叶叶鞘中露出，稻穗抽出后当天或1～2 d伴有开花。

灌浆成熟期：稻穗颖壳内充满白色乳浆状为灌浆，灌浆之后稻穗上有80%以上的谷粒呈现该品种固有的颜色为成熟。

收获期：谷壳变黄，米粒水分减少，干物重达定值，籽粒变硬，不易破碎。

图1 贵州西部水稻生育期观测点(灰色)Fig.1 Observation points of rice growth period in western Guizhou (gray)

1.3 数据处理方法

贵州西部25个水稻观测点2016—2021年5月11日—11月10日的逐日平均温度以及水稻生育期等相关统计和分析均在Excel上进行。

2 结果与分析

水稻从种子萌发到新的种子成熟，需要经过种子萌发、幼苗生长、移栽返青、分蘖、拔节孕穗、抽穗开花、灌浆成熟等生长发育过程[19]。在水分条件保证的情况下，温度是影响水稻生育期的主要因素。因此，本文主要分析水稻移栽大田后各生育期与温度的关系。

2.1 水稻生育期情况

近6 a来(表1)，贵州西部水稻大多在5月下旬开始移栽大田，6月中旬开始分蘖，7月上旬开始拔节，大多年份8月上旬开始抽穗，8月下旬开始进入灌浆期，除2021年9月15日开始收获外，其余年份基本在9月下旬开始收获。从水稻移栽至大田到收获完毕(简称大田全生育期，下同)，历经145～178 d；从水稻移栽至大田到开始收获(简称大田生育期，下同)平均需要125 d，比贵州东部偏长22 d[20-23]。

表1 贵州西部2016—2021年水稻大田生育期分布Tab.1 Distribution of rice growth period in western Guizhou from 2016 to 2021

2.2 温度对水稻不同生育期的影响

温度是重要的气象要素之一，与农业生产关系密切，作物的生长发育在很大程度上取决于当地的热量条件[23]。积温是热量资源的主要指标之一，可以根据积温的多少，确定某种作物在某地能否成熟，并预计能否高产优质[21]。

2.2.1 移栽返青期 由表2看出，近6 a来，从移栽到返青，其积温在430 ℃·d以上，平均温度在20 ℃以上(表略)；2017—2018年，移栽返青期只需要21 d，是因为此期间日平均温度大多在22 ℃左右，而其余年份，此期间日平均温度持续7～16 d在20 ℃以下，导致移栽返青期比2017—2018年偏长9～10 d。由此可知，水稻移栽之后返青时间的长短与日平均温度高低的持续时间有密切关系，这与吴俊铭等[18]研究结果一致。

2.2.2 分蘖期 近6 a来(表2)，分蘖期需要20 d，其积温在450 ℃·d左右，平均温度在22 ℃左右(表略)，这与吴俊铭等[18]研究结果一致。但2020年，分蘖期用了30 d，其积温在700 ℃·d以上，原因是此期间日平均温度变化不稳定，变幅较大、较快，如从6月17日的25.5 ℃降到20.1 ℃(18日)，持续2 d，20日升至25.4 ℃，随后又开始降温，24日降至21.7 ℃，随之又开始升温，29日升到26.2 ℃，紧接着又降至23.2 ℃(30日)，到7月2日降至21.5 ℃。由此可知，2020年水稻分蘖期间温度变化较大、较快，是造成其分蘖缓慢的主要因素。

2.2.3 拔节孕穗期 水稻拔节孕穗期对温度反应非常敏感。此期间要求适宜温度为25～30 ℃。温度过低或过高对拔节孕穗均有不利的影响[18]。

由表2看出，近6 a来，贵州西部水稻拔节孕穗期需要21 d，此期间积温在490 ℃·d以上，平均温度在23 ℃以上(表略)，生育期时间与吴俊铭等[18]研究成果(20～24 d)基本一致，但平均温度比其研究结果偏低1 ℃左右。2017年，水稻拔节孕穗期历经31 d，比其余年份偏多10～11 d，这主要是7月7—9日、11—13日的逐日平均温度在23 ℃以下和20—22日逐日平均温度在22 ℃以下所造成(表略)。

表2 贵州西部2016—2021年水稻各生育期时间(单位：d)及其同期积温(单位： ℃·d)Tab.2 Time of each growth period of rice (unit: d) and accumulated temperature in the same period (unit: ℃·d) in western Guizhou from 2016 to 2021

2.2.4 抽穗开花期 水稻抽穗开花期对温度反应十分敏感，最适宜温度为25～30 ℃。温度高于35 ℃或低于20 ℃对抽穗开花均不利，日平均温度超过35 ℃，会影响花的开放和授粉，日平均温度低于20 ℃，会造成开花时间推迟，温度越低，影响越大[18]。

近6a来，贵州西部水稻抽穗开花期需要20 d以上，此期间平均温度在23.5 ℃左右(表略)，积温在470 ℃·d以上(表2)，其平均温度比要求的最适宜温度偏低1.5 ℃左右。在水稻抽穗开花期，2018年历经了42 d、2021年31 d，分别比其余年份偏多21～22 d和10～11 d。2018年水稻提早到7月下旬开始抽穗，比其它年份偏早10 d，而9月上旬才开花结束，比2017年、2019—2020年延长10 d，结合图2看出，7月24—29日持续6 d、8月3—12日持续10 d和8月16—20日持续5 d的日平均温度基本在24 ℃以下，尤其是8月4—9日持续6 d日平均温度基本在23 ℃以下，这是导致2018年水稻抽穗开花期比其他年份偏长20 d以上的主要原因。2021年水稻抽穗开花开始时间与其他年份相同，但结束时间比其他年份推迟了10 d，结合图2看出，8月13—19日、24—30日均持续7 d的日平均温度基本在24 ℃以下，尤其是8月14—17日持续4 d和26—30日持续5 d的日平均温度基本在23 ℃以下，并且在8月14日出现了20.9 ℃和8月27日出现了19.2 ℃的日平均温度，达到3 d低温冷害指标[18]，是造成2021年水稻抽穗开花期比其它年份偏长10 d以上的主要因素。

图2 贵州西部2016—2021年水稻抽穗开花期逐日平均温度变化Fig.2 Daily average temperature change during heading and flowering of rice in western Guizhou from 2016 to 2021

2.2.5 灌浆成熟期 温度与水稻灌浆结实的关系密切，灌浆成熟期的适宜温度为20～25 ℃，以日平均温度21～23 ℃最为适宜[18]。

由表1看出，贵州西部水稻于8月下旬开始灌浆，基本在9月下旬成熟开始收获，此期间大概需要30 d左右，且平均温度在20 ℃以上(表略)和积温在330 ℃·d以上(表2)。由表2看出，2017—2020年，水稻灌浆成熟期的日平均温度在21.2～22.4 ℃之间(表略)，属于此期间最适宜温度范围，其生育期在25～35 d之间，积温在530 ℃·d以上，而2016年，水稻灌浆成熟期只需要20 d，主要原因是此期间的9月1—6日持续6 d、14—17日持续4 d的日平均温度超过24 ℃，尤其是9月2—5日持续4 d的日平均温度超过25 ℃(图3)，导致2016年水稻灌浆成熟期时间缩短。2021年水稻灌浆成熟期所需时间为近6 a来最短，即14 d，结合图3看出，14 d的日平均温度均在22 ℃以上，尤其是9月1—5日持续5d的日平均温度在25 ℃以上，是造成2021年水稻灌浆成熟期时间缩短的主要原因。

图3 贵州西部2016—2021年水稻灌浆成熟期逐日平均温度变化Fig.3 Daily average temperature change of rice during grain filling maturity in western Guizhou from 2016 to 2021

2.2.6 收获期及大田生育期 水稻收获期的时间长短除了与温度有一定的关系外，与种植面积亦有一定的关系。

由表2看出，近6 a来，贵州西部水稻从开始收获到收获结束，历经28～43 d，以2021年的28 d为最少，2017年的43 d为最长；此期间以2021年平均温度21.4 ℃为最高，2018年平均温度14.8 ℃为最低(表略)，且2018年收获期亦有40 d，表明此期间积温达到540 ℃·d时，即可满足水稻成熟可以收获。由表2还可以看出，水稻在大田生育期需要112～138 d，积温超过2500 ℃·d即可满足水稻在大田里生长发育需求。结合表3发现，2021年水稻种植面积最少，且收获期平均温度最高，是近6 d来收获时间最短的主要原因；2016年水稻种植面积虽然比2018年偏多660 hm2，但2016年收获期平均温度比2018年偏高4 ℃(表略)，导致2016年收获期所需时间与2018年相同。由表3还可以看出，贵州西部水稻在大田全生育期需要145 d以上，积温3300 ℃·d以上即可满足水稻在大田全生育期需求，以2021年大田全生育期145 d、积温3300 ℃·d为最少，2017年大田全生育期178 d、积温3600 ℃·d为最多。总体上，温度高、种植面积少，水稻在大田生育期所需要的时间就短；反之，所需要的时间就长。

表3 贵州西部2016—2021年水稻种植面积、全生育期及其同期积温分布Tab.3 Rice planting area,whole growth period and cumulative temperature distribution in western Guizhou from 2016 to 2021

3 结论与讨论

通过近6 a对贵州西部牂牁镇等25个乡镇的水稻大田生育期观测，并结合同期热量条件，分析温度变化对水稻各生育期的影响，得到如下结论：

①贵州西部水稻一般是在5月下旬开始移栽大田，9月下旬开始收获，从移栽到收获完毕需要145～178 d；水稻在大田生育期平均需要125 d，比贵州东部偏长22 d[20-23]。近 6 a来，水稻移栽返青期需要21 d及以上、分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期均需要20 d及以上，灌浆成熟期需要14 d及以上，收获期需要28 d及以上。

②近6 a来，日平均温度20 ℃以上或积温430 ℃·d以上，可以满足水稻移栽返青生长需求；日平均温度22 ℃左右或积温450 ℃·d左右时，可以满足水稻分蘖需求；日平均温度23 ℃以上或积温490 ℃·d以上，可以满足水稻拔节孕穗需求；日平均温度23.5 ℃左右或积温470 ℃·d以上，可以满足水稻抽穗开花需求；日平均温度20 ℃以上或积温在330 ℃·d以上，可以满足水稻灌浆成熟需求；积温超过2500 ℃·d即可满足水稻在大田生长发育需求；积温超过3300 ℃·d以上即可满足水稻在大田全生育期需求。

③ 水稻移栽之后返青时间的长短与日平均温度高低的持续时间有密切关系；在水稻分蘖期间，如果温度变化不稳定，其变幅较大、变化较快，容易造成水稻分蘖缓慢；在水稻抽穗开花期，如果出现持续5 d日平均温度在23 ℃以下时，容易造成水稻抽穗开花期时间延长；在水稻灌浆成熟期，如果持续4 d日平均温度超过25 ℃时，容易造成水稻灌浆成熟期时间缩短。总之，温度高、种植面积少，水稻在大田生育期所需要的时间就短；反之，所需要的时间就长。

水稻生育期的变化不仅与温度条件有关，还与农业经济投入和管理水平等社会综合因素有关。在水稻栽培中，应充分考虑其生育期所需的光、温、水等气候条件以及栽培技术、肥水管理、病虫害防御等，才可能达到高产增效的目的。由于本试验研究时间较短，其研究结果有待进一步验证。