雜交中秈稻年度間產(chǎn)量與氣象要素的相關(guān)性分析

丁宏大　余華強(qiáng)　彭賢力　田永宏　陳波　房振兵　范兵　趙沙沙　孫永建　曹國(guó)長(zhǎng)

摘要：以1990-2004年湖北省中稻區(qū)域試驗(yàn)匯總資料及武漢、荊州、襄陽(yáng)氣象站的氣象要素測(cè)報(bào)資料為依據(jù)，分析了各氣象要素與雜交中秈稻年度間產(chǎn)量的相關(guān)性。結(jié)果表明，各氣象要素均對(duì)雜交中秈稻產(chǎn)量產(chǎn)生了不同程度的影響，從氣象要素與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性分析結(jié)果可以看出，高產(chǎn)年份要求雜交中秈稻在生殖期間日平均日照時(shí)間不少于6.4h，日平均蒸發(fā)量不低于5.5mm，日平均地溫在30.0～32.5℃，日平均氣溫在27.0～28.3℃，日平均晝夜溫差大于7.5℃，日平均空氣相對(duì)濕度在70%～80%，累計(jì)降雨量應(yīng)在100～220mm范圍內(nèi)。高產(chǎn)年份必須是各種氣象要素都處在適宜范圍的最佳組合，若一項(xiàng)或多項(xiàng)氣象要素指標(biāo)沒(méi)有達(dá)到上述適宜范圍就會(huì)導(dǎo)致低產(chǎn)或中產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：雜交中秈稻；氣象要素；產(chǎn)量；相關(guān)性；日照時(shí)間；最佳組合

中圖分類號(hào)：S511.2⁺1；S162.5+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）09-2222-05

氣候因素諸如日照時(shí)間、大氣溫度、地面溫度、氣溫晝夜溫差、降水量、蒸發(fā)量、空氣相對(duì)濕度等要素對(duì)水稻產(chǎn)量具有重要的影響。水稻生長(zhǎng)發(fā)育的起點(diǎn)溫度要求在日平均氣溫10℃以上，而且當(dāng)熱量條件累積到一定程度后，才能完成其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程并獲得產(chǎn)量。孕穗期水稻穎花發(fā)育與低溫時(shí)間有關(guān)，孕穗期低溫會(huì)使倒2葉細(xì)胞膜受到傷害，光合作用受阻。光合同化產(chǎn)物減少。致使處于孕穗期的稻穗獲取的養(yǎng)分量減少，導(dǎo)致水稻穎花發(fā)育不良?；ǚ勰讣?xì)胞減數(shù)分裂期（幼小孢子階段及減數(shù)分裂細(xì)線期）最低溫度低于15℃，會(huì)造成穎花退化，空癟粒增加和抽穗延遲。抽穗開(kāi)花期適宜溫度為25-32℃（雜交稻25-30℃），當(dāng)連續(xù)3d平均氣溫低于20℃（粳稻）或2-3d低于22℃（秈稻）時(shí)易形成空殼和癟粒，當(dāng)氣溫在35-37℃時(shí)（雜交稻32℃以上）會(huì)造成結(jié)實(shí)率下降。灌漿結(jié)實(shí)期要求日平均氣溫在23-28℃，溫度低時(shí)物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)減慢，溫度高時(shí)呼吸消耗增加。當(dāng)土壤濕度低于田間持水量的57%時(shí)，水稻光合作用效率開(kāi)始下降：當(dāng)空氣相對(duì)濕度為50%-60%時(shí)。稻葉光合作用最強(qiáng)。隨著濕度增加，光合作用逐漸減弱。長(zhǎng)江中下游地區(qū)雜交中秈稻由于生育期相對(duì)較長(zhǎng)，積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相對(duì)較慢。生物學(xué)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量也是相對(duì)較高且稻米品質(zhì)較好的地區(qū)。因此，筆者之前通過(guò)1990-2004年湖北省中秈稻區(qū)域試驗(yàn)及同期氣象要素資料，分析了氣象要素對(duì)雜交中秈稻年度間產(chǎn)量變動(dòng)的影響以及雜交中秈稻生殖期間氣象要素與結(jié)實(shí)率的相關(guān)性。本試驗(yàn)想通過(guò)進(jìn)一步深入分析研究，找出影響雜交中秈稻高產(chǎn)形成的各種氣象要素適宜指標(biāo)范圍的最佳組合和導(dǎo)致低產(chǎn)的某個(gè)或某些氣象災(zāi)害性要素指標(biāo)，為制定雜交中秈稻高產(chǎn)、盡力避免低產(chǎn)的形成或減輕產(chǎn)量降低程度和可持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)中產(chǎn)栽培管理技術(shù)措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源

1990-2004年氣象要素資料分別由湖北省荊州市氣象局、襄陽(yáng)市氣象局、武漢江夏區(qū)氣象站提供：1990-2004年湖北省中稻區(qū)域試驗(yàn)匯總資料分別由湖北省種子管理局、湖北省種子集團(tuán)公司、湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

統(tǒng)計(jì)參數(shù)：①中秈稻汕優(yōu)63單產(chǎn)（y）：湖北省中稻區(qū)域試驗(yàn)統(tǒng)一對(duì)照品種汕優(yōu)63的匯總單產(chǎn)：⑦日平均氣溫（X₁）：7-8月（中稻幼穗分化至抽穗開(kāi)花期）日平均氣溫；③日平均地溫（X₂）：7-8月日平均地溫；④空氣相對(duì)濕度（X₃）：7-9月（中稻幼穗分化至灌漿結(jié)實(shí)期）日平均空氣相對(duì)濕度：⑤降雨量（X₄）：8-9月（中稻抽穗至灌漿結(jié)實(shí)期）累計(jì)降雨量；⑥蒸發(fā)量（X₅）：7-8月累計(jì)蒸發(fā)量；⑦氣溫晝夜溫差（X₆）：7-8月日平均晝夜溫差；⑧日照時(shí)間（X₇）：7～8月累計(jì)日照時(shí)間。

1.2 統(tǒng)計(jì)方法

應(yīng)用DPS v6.55軟件分析氣象要素間、氣象要素與產(chǎn)量間的直線相關(guān)系數(shù)、偏相關(guān)系數(shù)和通徑系數(shù)并進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)，求得偏回歸方程和氣象要素及對(duì)照產(chǎn)量的平均數(shù)、年度變化的標(biāo)準(zhǔn)差。采用折線圖及主、次縱坐標(biāo)的方式直觀分析雜交中秈稻年度間產(chǎn)量與各個(gè)氣象要素的相關(guān)性等。

1.3 高低產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域的劃定及目的

以1990-2004年湖北省中秈稻區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種汕優(yōu)63的15年產(chǎn)量平均數(shù)（Y）及加減1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差（S）作為對(duì)照產(chǎn)量變動(dòng)的總區(qū)間；產(chǎn)量（y）大于或等于對(duì)照產(chǎn)量平均數(shù)加上0.33（取0.3）個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差（y≥Y+0.3S）的年份為高產(chǎn)年，產(chǎn)量小于或等于對(duì)照產(chǎn)量平均數(shù)Y減去0.33（取0.3）個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差（y≤Y-0.3S）的年份為低產(chǎn)年，產(chǎn)量介于二者之間（Y-0.3SY≤y≤Y+0.3S）的年份為中產(chǎn)年：在高產(chǎn)年份分析各個(gè)氣象要素的適宜范圍及其各個(gè)氣象要素適宜范圍的最佳組合。在低產(chǎn)年份中找出導(dǎo)致低產(chǎn)的某個(gè)或某些氣象災(zāi)害性要素指標(biāo)范圍。

2 結(jié)果與分析

2.1 自變量與變量的取值范圍及高、低產(chǎn)年份

2.1.1 自變量與變量的取值范圍 ①X₁。7-8月日平均氣溫為25.7-28.3℃。平均為27.3℃：②X₂。7-8月日平均地溫為27.8-32.9℃。平均為30.6℃：③X₃。7-9月日平均空氣相對(duì)濕度為74.0%-85.7%，平均為79.3%：④X₄。8-9月累計(jì)降雨量為57.4-466.9mm。平均為206.4mm：⑤X₅。7-8月累計(jì)蒸發(fā)量為381.4-643.8mm，平均為509.3mm；⑥X₆。7-8月日平均晝夜溫差為5.9-9.2℃，平均為7.8℃：⑦X₇。7～8月累計(jì)日照時(shí)間為253，0-464.7h，平均為383.3h：⑧Y。湖北省中稻區(qū)域試驗(yàn)統(tǒng)一對(duì)照品種汕優(yōu)63的匯總單產(chǎn)為7723.5-9440.0kg/hm²，平均為8684.0kg/hm²。

2.1.2 高、中、低產(chǎn)年份 根據(jù)高低產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)劃定原則，在1990-2004年湖北省中秈稻區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照汕優(yōu)63的15年產(chǎn)量中，有6年為高產(chǎn)年，即1990、1992、1994、1995、1999、2001年；2年為中產(chǎn)年，即1991年和1997年；7年為低產(chǎn)年，即1993、1996、1998、2000、2002、2003、2004年。

2.2 氣象要素與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性

2.2.1 累計(jì)日照時(shí)間與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性據(jù)分析，7-8月累計(jì)日照時(shí)間與雜交中秈稻產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)為0.8567，在所有氣象要素與產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)中最高。達(dá)極顯著正相關(guān)：偏相關(guān)系數(shù)為0.9002，在所有氣象要素與產(chǎn)量的偏相關(guān)系數(shù)中也是最高，也為極顯著正相關(guān)：直接通徑系數(shù)為1.5256，為最高正效應(yīng)：其他氣象要素通過(guò)累計(jì)日照時(shí)間產(chǎn)生的間接效應(yīng)除空氣相對(duì)濕度、累計(jì)降雨量為負(fù)效應(yīng)外均為正效應(yīng)且數(shù)值較大，為1.3141～1.4364。

從圖1可以看出，1990、1992、1994、1995、1997、1999、2001、2002年8年間累計(jì)日照時(shí)間高于多年累計(jì)日照時(shí)間均值，除1997年為中產(chǎn)年、2002為低產(chǎn)年外，其余6年均為高產(chǎn)年。1991、1993、1996、1998、2000、2003、2004年7年間累計(jì)日照時(shí)間低于或接近多年累計(jì)日照時(shí)間平均值，除1991年為中產(chǎn)年外，其余6年均為低產(chǎn)年。

2.2.2 累計(jì)蒸發(fā)量與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性分析 據(jù)分析，7-8月累計(jì)蒸發(fā)量與雜交中秈稻產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)為0.7304，在所有氣象要素與產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)中位居第二，達(dá)極顯著正相關(guān)：偏相關(guān)系數(shù)為0.6403，在所有氣象要素與產(chǎn)量的偏相關(guān)系數(shù)中也是位居第二，也是正相關(guān)。但未達(dá)顯著水平：直接通徑系數(shù)為0.9338，為正效應(yīng)，排名第二：其他氣象要素通過(guò)累計(jì)蒸發(fā)量產(chǎn)生的間接效應(yīng)除空氣相對(duì)濕度、累計(jì)降雨量為負(fù)效應(yīng)外均為正效應(yīng)，數(shù)值為0.7712-0.8731。

從圖2可以看出，1990、1992、1994、1995、1997、1998、1999、2001、2002年9年間累計(jì)蒸發(fā)量高于多年累計(jì)蒸發(fā)量均值，除1997年為中產(chǎn)年，1998、2002年為低產(chǎn)年外。其余6年均為高產(chǎn)年。1991、1993、1996、2000、2003、2004年6年間累計(jì)蒸發(fā)量均低于多年累計(jì)蒸發(fā)量平均值，除1991年為中產(chǎn)年外，其余5年均為低產(chǎn)年。

2.2.3 氣溫晝夜溫差與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性 7-8月氣溫晝夜溫差與雜交中秈稻產(chǎn)量高低的直接相關(guān)系數(shù)為0.7177，在所有氣象要素與產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)中排第三。達(dá)極顯著正相關(guān)：偏相關(guān)系數(shù)、直接通徑系數(shù)均為正值。數(shù)值較小，其他氣象要素通過(guò)氣溫晝夜溫差產(chǎn)生的間接效應(yīng)除空氣相對(duì)濕度、累計(jì)降雨量為負(fù)效應(yīng)外均為正效應(yīng)且數(shù)值較小。

從圖3可以看出，1990、1991、1992、1994、1995、1997、1999、2001、2002年9年間氣溫晝夜溫差高于或接近多年氣溫晝夜溫差均值，除1991、1997年為中產(chǎn)年，2002為低產(chǎn)年外，其余6年均為高產(chǎn)年。1993、1996、1998、2000、2003、2004年6年間氣溫晝夜溫差低于多年氣溫晝夜溫差平均數(shù)，均為低產(chǎn)年。

2.2.4 日平均地溫與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性 7-8月日平均地溫與雜交中秈稻產(chǎn)量高低的直接相關(guān)系數(shù)為0.7159，在所有氣象要素與產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)中排名第四。達(dá)極顯著正相關(guān)：偏相關(guān)系數(shù)為0.3071、直接通徑系數(shù)為0.6233，均為正值，其他氣象要素通過(guò)日平均地溫產(chǎn)生的間接效應(yīng)除空氣相對(duì)濕度、累計(jì)降雨量為負(fù)效應(yīng)外均為正效應(yīng)。數(shù)值在0.5102-0.5830。但日平均地溫高的年份，產(chǎn)量并不是太高，高產(chǎn)年份適宜的日平均地溫范圍應(yīng)在30.0-32.5℃。

從圖4可以看出，1990、1992、1994、1995、1997、1998、1999、2001、2002年9年間日平均地溫高于或接近多年日平均地溫均值，除1997年為中產(chǎn)年，1998、2002為低產(chǎn)年外，其余6年均為高產(chǎn)年。1991、1993、1996、2000、2003、2004年6年間日平均地溫低于多年日平均地溫均值，除1991年為中產(chǎn)年外，其余5年為低產(chǎn)年。

2.2.5 日平均氣溫與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性 7-8月日平均氣溫與雜交中秈稻產(chǎn)量高低的直接相關(guān)系數(shù)為0.6613，在所有氣象要素與產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)中排名第五，為極顯著正相關(guān)：偏相關(guān)系數(shù)為-0.4966、直接通徑系數(shù)為-1.1086，均為負(fù)值，其他氣象要素通過(guò)日平均氣溫產(chǎn)生的間接效應(yīng)除空氣相對(duì)濕度、累計(jì)降雨量為正效應(yīng)外均為負(fù)效應(yīng)，數(shù)值在-1.0164～-0.8105。數(shù)值的絕對(duì)值較大，說(shuō)明氣溫高不一定產(chǎn)量高，甚至相反，只有在適宜的溫度范圍內(nèi)才能獲得高產(chǎn)，高產(chǎn)年份適宜日平均氣溫范圍應(yīng)在27.0-28.3℃。

從圖5可以看出，1990、1994、1995、1997、1998、1999、2000、2001年8年日平均氣溫高于多年日平均氣溫均值，除1997年為中產(chǎn)年，1998、2000為低產(chǎn)年外，其余5年均為高產(chǎn)年。1991、1993、1996、2002、2003、2004年6年間氣溫晝夜溫差低于多年日平均地溫平均值，除1992年為高產(chǎn)年、1991年為中產(chǎn)年外，其余5年均為低產(chǎn)年。

2.2.6 空氣相對(duì)濕度與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性 7-9月空氣相對(duì)濕度與雜交中秈稻產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)為-0.6986，在所有氣象要素與產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)中負(fù)值絕對(duì)值最大。達(dá)極顯著負(fù)相關(guān)：偏相關(guān)系數(shù)為-0.3566。不顯著：直接通徑系數(shù)為-0.4251，為負(fù)相應(yīng)：其他氣象要素通過(guò)空氣相對(duì)濕度產(chǎn)生的間接效應(yīng)除累計(jì)降雨量為負(fù)效應(yīng)外均為正效應(yīng)，但數(shù)值較小，且均在0.3012-0.3825。從分析數(shù)據(jù)看出，空氣相對(duì)濕度較低有利于高產(chǎn)，空氣相對(duì)濕度較高會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)，但并不是空氣相對(duì)濕度越低越好。而要在一定范圍內(nèi)才能獲得高產(chǎn)，高產(chǎn)年份的空氣相對(duì)濕度多在70%-80%。

從圖6可以看出，1990、1992、1994、1995、1997、1999、2001、2002年8年間7-9月空氣相對(duì)濕度低于多年7-9月空氣相對(duì)濕度均值，除1997年為中產(chǎn)年、2002為低產(chǎn)年外，其余6年均為高產(chǎn)年。1991、1993、1996、1998、2000、2003、2004年7年間7-9月空氣相對(duì)濕度高于多年7-9月空氣相對(duì)濕度均值，除1991年為中產(chǎn)年外，其余6年均為低產(chǎn)年。

2.2.7 累計(jì)降雨量與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性 8-9月累計(jì)降雨量與雜交中秈稻產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)為-0.5076，在所有氣象要素與產(chǎn)量的直接相關(guān)系數(shù)中負(fù)值絕對(duì)值最小，未達(dá)顯著水平：偏相關(guān)系數(shù)為0.4393，未達(dá)顯著水平：直接通徑系數(shù)為0.2449。為正效應(yīng)：其他氣象要素通過(guò)8-9月累計(jì)降雨量產(chǎn)生的間接效應(yīng)除空氣相對(duì)濕度為正效應(yīng)外均為負(fù)效應(yīng)，但數(shù)值極小，為-0.1343～-0.0515。說(shuō)明降雨量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致水稻減產(chǎn)：偏相關(guān)系數(shù)、直接通徑系數(shù)均為正效應(yīng)且數(shù)值較小，說(shuō)明一定數(shù)量的降雨量有利于水稻高產(chǎn)，適宜范圍應(yīng)為100-220mm。

從圖7可以看出，1990、1991、1992、1993、1994、1995、1997、1999、2001、2003年10年間8-9月累計(jì)降雨量均低于多年8～9月累計(jì)降雨量均值，除1991、1997年為中產(chǎn)年，1993、2003為低產(chǎn)年外，其余6年均為高產(chǎn)年。1996、1998、2000、2002、2004年5年間8-9月累計(jì)降雨量高于多年8-9月累計(jì)降雨量均值，均為低產(chǎn)年。

3 小結(jié)與討論

從雜交中秈稻年度間產(chǎn)量與氣象要素的相關(guān)性分析結(jié)果可以看出，各氣象要素都對(duì)雜交中秈稻年度間產(chǎn)量產(chǎn)生不同程度的影響，但生殖期間的氣象要素與雜交中秈稻產(chǎn)量的相關(guān)性最為顯著。高產(chǎn)年份要求在7-8月雜交中秈稻幼穗分化至抽穗開(kāi)花期間的累計(jì)日照時(shí)間多于383.3h，日平均日照時(shí)間不少于6h：累計(jì)蒸發(fā)量多于357.0min，日平均蒸發(fā)量不低于5.5mm：日平均地溫為30.0-32.5℃；日平均氣溫為27.0-28.3℃：氣溫日平均晝夜溫差大于7.5℃。同時(shí)要求7-9月雜交中秈稻幼穗分化至抽穗開(kāi)花灌漿結(jié)實(shí)期間日平均空氣相對(duì)濕度應(yīng)在70%-80%：8-9月雜交中秈稻抽穗至灌漿結(jié)實(shí)期間累計(jì)降雨量應(yīng)在100-220mm。高產(chǎn)年份必須是各種氣象要素都處在適宜范圍內(nèi)的最佳組合，若一項(xiàng)或多項(xiàng)氣象要素沒(méi)有達(dá)到適宜范圍就會(huì)出現(xiàn)低產(chǎn)或中產(chǎn)年。

1990-2004年湖北省中秈稻區(qū)域試驗(yàn)中，對(duì)照品種一直使用汕優(yōu)63（近10年來(lái)由于對(duì)照品種頻繁更換，不便于統(tǒng)計(jì)分析，很難找出有價(jià)值的規(guī)律），15年試驗(yàn)中對(duì)照產(chǎn)量有6年為高產(chǎn)年，即1990、1992、1994、1995、1999、2001年，這6年在雜交中秈稻生殖期間的各種氣象要素都滿足了在適宜范圍內(nèi)的最佳組合。兩年中產(chǎn)年和7年低產(chǎn)年，即1991、1993、1996、1997、1998、2000、2002、2003、2004年，這9年在雜交中秈稻生殖期間的各種氣象要素都沒(méi)有完全達(dá)到在適宜范圍內(nèi)的最佳組合，而是有1項(xiàng)或多項(xiàng)氣象要素指標(biāo)沒(méi)有達(dá)到理想范圍，特別是8月在雜交中秈稻生育關(guān)鍵期遭受高溫?zé)岷?、低溫冷害、?yán)重干旱、狂風(fēng)暴雨、低溫陰雨寡照等氣象災(zāi)害因素影響，導(dǎo)致試驗(yàn)對(duì)照品種減產(chǎn)的年份居多。

從充分利用有利自然氣候資源、躲避和抵御自然災(zāi)害、盡量減輕災(zāi)害損失的目的出發(fā)，首先應(yīng)選育或引進(jìn)推廣抵御自然災(zāi)害能力較強(qiáng)的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)型品種：其次是增施有機(jī)質(zhì)肥料，恢復(fù)和培肥地力，提高土壤的生產(chǎn)力：再次是通過(guò)增加栽插密度和基本苗，采用寬行窄株栽培，充分利用光能；最后采用濕潤(rùn)的好氣性灌溉模式，特別在水稻生育的中期一定要搞好結(jié)扎曬田，控制無(wú)效分蘗，生育后期采用干干濕濕灌溉，適度降低土壤和水稻冠層的空氣相對(duì)濕度，增大晝夜溫差，提高光能利用率和光合產(chǎn)物的積累。改善土壤的通透性。保證一定數(shù)量的葉面蒸騰和土壤蒸發(fā)量，提高根系和葉片的活力并延長(zhǎng)其功能期，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)栽培的目標(biāo)。