1961—2021 年天门市年代际气候变化特征及对再生稻品质的影响

帅文卫，李胜军，吴梓瑞

（天门市气象局，湖北天门 431700）

再生稻是利用头季稻收割后稻桩上的腋芽萌发成苗，经过科学管理，使其抽穗结实再收获1 季的稻作制度，在中国已有上千年的历史［1］。由于农村劳动力转移，水稻的生产成本增加，大部分农田水稻的种植为1 季。由于再生能力较强的水稻品种、温室育秧等新的耕作技术推出，再生稻生育期短、产量高、米质优、省种省工节水、调节劳力、生产成本低和效益高等优点再次被人们所关注，再生稻的种植逐渐被广大农民所接受［2-5］。天门市位于湖北省中部，地处江汉平原北部，市境北缘与大洪山余脉的低丘相连，西、南面有汉水环绕，依山带水。整个地势自西北向东南倾斜，形成低丘、岗状平原和河湖平原3 种地貌，总面积2 622 km2。天门市因其所处的地理位置及其亚热带季风气候特征，有种植水稻的传统。天门市水稻种植总面积约6.7 万hm2，其中再生稻生产规模约5 333～6 000 hm2，种植双季稻的稻田占比很少，主要是因为农村劳动力不足和种植成本高。再生稻利用头季收获后的休眠芽萌发成穗再收获1 季，具有生育期短、产量高、优质、省种、省水、省工和增收等优势。天门市华丰农业合作社和天门市农村农业工作局等单位进行了栽培和试验。

天门市气候变化对再生稻的研究还鲜见报道。本研究对天门市61 年再生稻生殖生长期气温、降水和日照时数的变化特征及对再生稻的影响进行了统计分析，从气象的角度分析了开展该再生稻生产的可行性，为天门市再生稻的优质高产提供气候依据，以期为指导天门市农业经济稳定发展和合理利用气候资源发展再生稻种植提供理论支撑。

1 资料与方法

选取天门市1960—2021 年共61 年的气温和降水资料，包括平均气温、气温日较差和降水量。分析的时间尺度包括抽穗扬花期（9 月11—31 日）、灌浆结实期（10 月1—31 日），分析方法主要采用一元线性回归法。

利用一元线性回归法分析气象要素的变化率，即y（t）某气象要素序列与年序数（t）建立一元回归方程，

式中，b×10 为气象要素变化的气候倾向率，b＞0表示呈上升趋势，b＜0 表示呈下降趋势。b值可由最小二乘法得到［3］。计算公式为，

2 结果与分析

2.1 再生稻主要生育期及影响时段和气象因子

天门市再生稻主要生育期如表1 所示。播种时间为3 月18 日，第二茬成熟收获时间为10 月27 日，全生育期时长224 d［6］。

再生稻主要是相对于头季稻而言，并将再生稻生殖生长期分为抽穗扬花期和灌浆结实期，选取抽穗扬花期的平均气温、高温日数和日照时数进行分析，选取灌浆结实期的平均气温、平均最低气温、日较差、降水量和日照时数进行统计分析。

2.2 再生稻抽穗扬花期气象因子年代际变化

水稻孕穗期和抽穗扬花期均为水稻敏感期，对高温、低温、连阴雨天气尤其敏感。研究发现，高温天气会对花药发育、花粉育性及花药开裂等产生不利影响，最终表现为空秕率升高和千粒重降低［7］。李先雄［8］研究发现，水稻抽穗前后10 d 是对温度最敏感时期，在抽穗扬花期以25～30 ℃为宜，低于25 ℃或高于30 ℃会出现大量的空秕粒。袁应泽［9］研究发现，抽穗扬花期日平均气温＜23 ℃空秕率迅速上升。伍智文［10］研究发现，抽穗开花期遇大雨或绵绵阴雨能使花粉粒吸水破裂，且会冲洗掉柱头上的分泌物，造成花粉萌发、受精障碍，形成空秕粒。

2.2.1 抽穗扬花期温度的特征量分析 1961—2020

年天门市再生稻抽穗扬花期气象要素分布特征见表2 和图1。由表2 和图1 可知，天门市再生稻抽穗扬花期平均气温整体上呈线性趋势，变化速率为0.43 ℃/（10 年），大于年平均气温变化速率0.32 ℃/（10 年），也远大于天门市夏季平均气温变化速率0.12 ℃/（10 年）［11］。2011—2020 年平均气温最高，为23.8 ℃；高温日数也呈线性上升趋势，从20 世纪90 年代中后期高温日数开始上升，进入21 世纪后迅速增加，21 世纪10 年代平均气温明显高于20 世纪60 年代，且高温日数达到年代际历史极值，为11 d。

表2 抽穗扬花期气象要素的年代际统计

图1 天门市1961—2021 年再生稻抽穗扬花期的平均气温年际分布及变化速率

2.2.2 抽穗扬花期日照时数的特征量分析 天门市1961—2021 年再生稻抽穗扬花期的日照时数年际分布及变化速率见图2。由表2 和图2 可知，1961—2020 年再生稻抽穗扬花期天门市日照时数明显减少，其中2021 年日照时数最长，为182.4 h，2020 年日照时数最短，为38.0 h。 2011—2020 年日照时数只有87.9 h，而1961—1970 年日照时数有108.4 h，相差20.5 h，2011—2020 年日照时数减少最为明显。

图2 天门市1961—2021 年再生稻抽穗扬花期的日照时数年际分布及变化速率

2.3 再生稻灌浆结实期气象因子年代际变化

2.3.1 灌浆结实期温度的特征量分析 1961—2020年再生稻灌浆结实期气象要素的年代际分布特征和平均气温变化见表3 和图3。由表3、图3 可知，1961—2020 年灌浆结实期平均气温整体上呈线性上升趋势，由一次线性拟合的变化倾向率可知，平均气温变化速率为0.25 ℃/（10 年），远小于年平均气温变化速率0.32 ℃/（10 年），也远小于天门市秋季气温变化速率0.37 ℃/（10 年），21 世纪10 年代平均值上升最为明显，且达到年际历史极值（19.1 ℃）；天门市1961—2020 年灌浆结实期日较差呈线性下降趋势，1971—1980 年最大，为9.3 ℃，1981—1990年最小，为8.0 ℃，21 世纪后日较差有所增加，灌浆结实期日较差下降的原因是灌浆结实期最低气温的上升大于平均气温的上升，平均气温变化速率为0.25 ℃/（10 年），最低气温变化速率为0.25 ℃/（10年），见图4。

表3 灌浆结实期气象要素的分时段年代际分布统计

图3 天门市1961—2021 年再生稻灌浆结实期的平均气温年际分布及变化速率

图4 天门市1961—2021 年再生稻灌浆结实期的平均最低气温年际分布及变化速率

2.3.2 降水量特征量分析 天门市1961—2021 年再生稻灌浆结实期的降水量年际分布及变化速率见图5。 由图5 可知，1961—2020 年天门市再生稻灌浆结实期降水量整体上呈线性下降趋势，再生稻灌浆结实期降水量呈微弱下降趋势，降水量变化速率为-1.4 mm/（10 年），小于秋季的-13.5 mm/（10 年），其中1983 年降水量最大，为334.1 mm，1979 年最小，为0 mm；1961—2020 年期间天门市年降水有2 个时间段变化较为明显，1973—1983 年累积距平曲线趋势上升，降水偏多；1984—2004 年曲线呈明显上升趋势，降水偏多。

图5 天门市1961—2021 年再生稻灌浆结实期的降水量年际分布及变化速率

2.1.3 日照时数特征量分析 天门市1961—2021年再生稻灌浆结实期的日照时数分布特征见图6。由图6 可知，天门市5 个年代际日照时数呈明显的减少趋势，2011—2020 年减少迅速，1979 年日照时数最长，为290.5 h，2016 年日照时数最段，为72.4 h；2001—2010 年平均日照时数有123.4 h，而1961—1970 年日照时数有166.2 h，相差42.8 h。

图6 天门市1961—2021 年再生稻灌浆结实期的日照时数年际分布及变化速率

3 讨论

稻米品质形成主要取决于灌浆结实期的温光条件，灌浆结实期间温度是稻米品质最显著的影响因子。抽穗至成熟期遇高温会加速灌浆速率，缩短灌浆持续期，影响子粒的充实度，稻米的糙米率、精米率和整精米率下降，其中整精米率下降幅度最大；天门市抽穗扬花期高温日数呈线性上升趋势，进入21世纪后迅速增加，对抽穗扬花期再生稻的生长不利，会使再生稻不能正常灌浆，但1961—2021 年再生稻抽穗扬花期的9 月中下旬间还没有出现日最高气温≥37 ℃的现象，所以影响不会很明显。灌浆结实期温度的上升对再生稻的生长有利，灌浆结实期平均气温日较差整体上呈线性下降趋势，原因是灌浆结实期最低气温呈升高趋势。李天［12］研究表明，灌浆结实时期昼夜温差较大有利于优质米的形成，日较差对蛋白质、氨基酸等形成有一定影响。低温常导致稻米不能安全齐穗或正常灌浆，影响同化产物的积累和运转，使稻米“青米率”增加，从而影响碾米品质。寒露风对处于抽穗扬花期的再生稻可能造成较大危害，造成部分颖花终生不灌浆，千粒重下降，对产量和米质都有较大影响，依据中国气象局发布的水稻等级标准所规定的“寒露风”标准，以再生稻移栽成活期（9 月10 日至9 月30 日）为时间段，结合天门市1961—2021 年61 年的气象资料进行统计分析，平均气温逐渐上升的趋势，对再生稻抽穗扬花期（9 月1 日至9 月20 日）天门市“寒露风”出现频次分析可知，有9 个年份出现轻度的“寒露风”、3 个年份出现中度的“寒露风”、1981 年9 月9 日至9 月14日连续6 d 日平均气温≤20 ℃，9 月12 日日平均气温只有18.6 ℃，为历史上同期持续时间最长的“寒露风”天气。天门市61 年间没有出现重度的“寒露风”，寒露风总的出现概率为21.3%，中度“寒露风”出现的概率仅为4.9%。再生稻抽穗扬花需要20 ℃以上的日平均气温才能顺利完成受精，根据天门地区40 年气候资料统计，9 月上、中、下旬的平均气温分别为25.4、23.7、21.9 ℃，都能满足再生稻抽穗扬花温度需求。天门地区再生稻头季通常于8 月上旬收获，抽穗扬花通常在9 月中旬，比双季晚稻至少要早1 周以上，在温度方面非常安全。

光照是于温度后第二个对稻米品质有较大影响的气候因子。研究表明，生育后期光照不足，光合作用受阻，导致垩白米发生多；但光照太强，温度也相应提高，使成熟过程缩短，形成高温逼熟，也使垩白面积提高。天门市6 个年代际日照时数呈明显的减少趋势，仅21 世纪10 年代稍有回升，2011—2020 年减少迅速，并创新低，对再生稻的品质不利。

再生稻抽穗扬花期和灌浆结实期降水量整体上呈微弱下降趋势，小于秋季-13.5 mm/10 年［11］，对再生稻的生长和品质的影响不明显。

4 结论

1）天门市气候变化在再生稻发育后期，主要表现在天门市再生稻生育后期气候变暖明显，平均气温均呈上升趋势，抽穗扬花期变化速率为0.43 ℃/（10年），大于年平均气温变化速率0.32 ℃/（10 年），灌浆结实期变化速率为0.33 ℃/（10 年）；抽穗扬花期高温日数也呈线性上升趋势，21 世纪10 年代明显高于20 世纪60 年代，2001—2010 年代最多，达到了11 d，而灌浆结实期日较差整体上呈线性下降趋势，其中1971—1980 年最大，为9.3 ℃，1981—1990 年最小，为8.0 ℃，进入21 世纪后日较差有所增加，灌浆结实期日较差下降的原因是灌浆结实期最低气温的上升速率大于平均气温的上升速率。灌浆结实期降水量呈弱减少趋势，日照时数呈明显的减少趋势，抽穗扬花期变化速率为-1.7 h/（10 年），灌浆结实期变化速率为-7.9 h/（10 年）。

2）气候变暖使得有效积温增加导致再生稻生育后期热量充足，而日较差上升和日照时数减少对再生稻的生长和品质有不利影响针，抽穗扬花期≥35 ℃高温日数、降水量和寒露风对再生稻生长和品质没有明显影响。

3）水稻灌浆结实期不同系列水稻品种稻米品质形成过程的适宜温光条件有范围，子粒形成过程中淀粉、糖类和蛋白质的积累量达到多少时，稻米碾米品质、外观品质、蒸煮食味品质和营养品质最佳［13］，这些方面的研究还需深入。