海南水稻生育期的時空變化特征及對氣候變暖的響應(yīng)

王斌 陳小敏 鐘曼茜 鄒海平 錢昆 劉少軍

摘 要 基于海南6個農(nóng)業(yè)氣象觀測站點(diǎn)的水稻生育期資料和1961～2014年歷史氣象數(shù)據(jù)，分析了海南不同地區(qū)水稻生育期的時空分布特征，以及氣候變暖對海南水稻生育期的影響。結(jié)果表明，近54 a海南水稻生長季內(nèi)平均氣溫呈上升趨勢，早稻氣候傾向率為0.21～0.3 ℃/10 a，以苗期最為明顯，晚稻為0.18～0.24 ℃/10 a，以成熟期最為明顯。不同地區(qū)水稻生育期差異較大，東部地區(qū)早于西部地區(qū)，早稻播種時間最大相差55 d，早稻收獲和晚稻播種最大間隔42 d，降水和高溫可能是造成這一差異的主要原因。隨著氣候變暖，海南大部分地區(qū)早稻生育期提前，晚稻生育期延遲，苗期和成熟期持續(xù)時間縮短，與該階段平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，但全生育期持續(xù)時間變異較大，部分站點(diǎn)略有延長。在未來氣候變暖背景下，海南早稻播期可適當(dāng)提前，晚稻播期可適當(dāng)延遲，并選用耐高溫和抗干旱品種，以減輕高溫的不利影響。

關(guān)鍵詞 氣候變暖；雙季稻；平均氣溫；生育期；海南

中圖分類號 S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

Abstract Based on historical meteorological data from 1961 to 2014 and rice（Oryza sative L.）growth observations from 6 agro-meteorological stations in Hainan， the impacts of climate warming on double rice growth period and its spatiotemporal variations were analyzed. The results indicated that the mean temperature during rice growing season increased in last 54 years in Hainan， with a rate of 0.21-0.3 ℃/10 a in early rice（especially for seedling stage）， and a rate of 0.18-0.24 ℃/10 a in late rice（especially for mature stage）. The rice growth periods in different areas varied significantly， the sowing date of early rice in eastern region was earlier than that in western region with a maximum interval of 55 days. After the harvest of early rice， it lasted 42 days at most when late rice began sowing. The precipitation and high temperature might be an explanation for the variation of rice sowing time. With temperature increased， the growth periods of early rice in most stations advanced， while the growth periods of late rice delayed. The duration of seedling stage and mature stage presented a shorten trend and had a negative correlation with the increased mean temperature. But the whole growth duration presented a slightly prolonged trend in some stations and a large variation existed. On the background of climate warming， the sowing date for early rice and late rice in Hainan may further advance and delay respectively in the future， rice varieties resistance to high temperature and drought are favored， which is benefit to relieving the heat injury.

Key words climate warming； double rice； mean temperature； growth period； Hainan

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.03.005

氣候變暖已成為不爭的事實(shí)，IPCC第五次評估報告明確指出2011年全球平均溫度比工業(yè)革命前提高了0.85 ℃[1]。中國是變暖最顯著的國家之一，1952～2001年全國地表年平均溫度增加1.1 ℃，增溫速率為0.22 ℃/10 a[2]。海南作為中國最具代表性的熱帶省份，其增溫速率高于全國平均值，達(dá)到0.28 ℃/10 a[3]，變暖趨勢更為明顯。農(nóng)業(yè)是對氣候變暖最為敏感的行業(yè)之一[4]，溫度升高對作物生長的影響不容忽視，特別是生育期的變化。水稻是中國主要糧食作物，圍繞氣候變暖對水稻生長的影響前人做了大量的研究工作，通常認(rèn)為溫度升高會縮短水稻生育期天數(shù)[5-8]，然而近20 a的實(shí)際觀測數(shù)據(jù)表明溫度升高對不同地區(qū)水稻生育期的影響并不一致[9]。海南地處熱帶，光溫條件優(yōu)越，全年可種植水稻[10-11]，雙季稻是當(dāng)?shù)刂饕咀髂Ｊ?，但由于不同市縣播種育秧時間存在差別，海南水稻生育期的時空分布與其他省份相比差異巨大，氣候變暖對其影響也區(qū)別于其他稻作區(qū)。

目前已有研究中海南只是選取一個水稻種植站點(diǎn)作為華南稻作區(qū)的代表[12-13]，不能滿足當(dāng)?shù)厮痉N植如何合理利用氣候資源和應(yīng)對氣候變化的精確分析要求，而關(guān)于海南不同市縣雙季稻生育期時空變化特征的研究鮮有報道，早稻和晚稻不同生長季的氣溫變化特征也少有提及，且缺乏對水稻生育期與氣溫變化關(guān)系進(jìn)行整合分析。本研究采用海南省6個不同市縣農(nóng)業(yè)氣象觀測站水稻生育期歷史資料以及氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)，分析早稻和晚稻不同生育期內(nèi)氣溫升高趨勢以及生育期長短變化趨勢，討論水稻生育期存在較大地域差異的原因，得出海南水稻生育期對氣候變暖的響應(yīng)特征，以期為當(dāng)?shù)氐咀髟耘嗵峁┲笇?dǎo)作用，并為熱帶地區(qū)水稻生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化的策略制定提供一定參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

海南島（18°10′～20°10′N，108°37′～111°03′E）位于中國最南端，屬熱帶季風(fēng)氣候，長夏無冬，年平均氣溫23.1～27.0 ℃，年降水量940.8～2 388.2 mm，年日照時數(shù)為1 827.6～2 810.6 h，光熱充足，氣溫年較差小，干季、雨季明顯，種植制度可一年三熟[14]。

1.2 材料

水稻生育期資料來自海南省6個農(nóng)業(yè)氣象觀測站，包括早稻和晚稻播種、移栽、乳熟和成熟日期，具體分布位置及經(jīng)緯度如圖1所示。其中，?？诖肀辈康貐^(qū)，水稻品種均屬雜交秈稻中熟，數(shù)據(jù)為1983～2014年；瓊海代表東部地區(qū)，水稻品種主要為雜交秈稻中熟，數(shù)據(jù)為1990～2014年；瓊中代表中部地區(qū)，早稻品種主要為雜交秈稻晚熟，晚稻為雜交秈稻中熟，數(shù)據(jù)為1991～2014年；儋州代表西部地區(qū)，水稻品種均屬雜交秈稻中熟，數(shù)據(jù)為1989～2014年；陵水代表東南地區(qū)，水稻品種均屬雜交秈稻早熟，數(shù)據(jù)為1997～2014年；樂東代表西南地區(qū)，水稻品種主要為雜交秈稻中熟，數(shù)據(jù)為1992～2014年。氣象資料來自海南省氣象信息中心，包括以上6個市縣國家氣象基本站1961～2014年的逐日平均氣溫、最高氣溫和降水量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

水稻觀測資料時間跨度為18～32 a，不同站點(diǎn)水稻品種存在差異，同一品種連續(xù)種植年長不超過5 a。本研究主要針對氣溫變化與水稻生育期關(guān)系進(jìn)行分析，因此無法全面考慮品種對生育期帶來的影響。部分年份水稻為直播未移栽，該年的數(shù)據(jù)不計入觀測樣本數(shù)N。

海南不同地區(qū)早稻和晚稻生育期時間跨度不一致，且差異較大，為分析不同時段氣溫變化對其影響，根據(jù)研究需要將水稻生長季區(qū)分為苗期（播種到移栽階段）、成熟期（乳熟到成熟階段）和全生育期（播種到成熟階段）3個時段。生育期的多年平均值根據(jù)日期進(jìn)行日序值轉(zhuǎn)化求出。線性回歸方法用于分析氣溫、生育期日期及持續(xù)時間的隨著多年時間序列的變化趨勢，氣候傾向率或年際變化率（10 a計）即為線性回歸率的10倍，Person相關(guān)分析法用于分析水稻生育期變化與該時段氣溫變化的相關(guān)關(guān)系，二者均需進(jìn)行p<0.05的顯著性檢驗(yàn)[15]。數(shù)據(jù)計算和分析使用Excel 2007和SPSS 18.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 海南水稻生育期的月平均氣溫變化

根據(jù)海南省6個農(nóng)業(yè)氣象觀測站點(diǎn)早稻和晚稻不同生育期的時間跨度（以月計），計算出1961～2014年水稻生長季所在月份的平均氣溫及氣候傾向率（表1），可看出海南水稻生長季氣溫變暖趨勢顯著。各地早稻苗期平均氣溫為17～20.3 ℃，氣候傾向率為0.21～0.38 ℃/10 a，以?？?、儋州變暖趨勢最明顯；晚稻苗期平均氣溫為26.9～28.6 ℃，氣候傾向率為0.14～0.3 ℃/10 a，以瓊中變暖最明顯，但整體變暖趨勢低于早稻。早稻成熟期平均氣溫為26.1～28.4 ℃，氣候傾向率為0.12～0.29 ℃/10 a，以儋州變暖最明顯；晚稻成熟期平均氣溫為23.3～27.9 ℃，氣候傾向率為0.21～0.31 ℃/10 a，以?？谧兣蠲黠@，整體變暖趨勢也高于早稻。就全生長季而言，晚稻平均氣溫比早稻高2.0～5.7 ℃，氣候傾向率略低于早稻，但二者均以瓊中變暖趨勢最明顯。對不同生長階段而言，早稻苗期和晚稻的成熟期的變暖趨勢更為明顯。

2.2 海南水稻生育期的時空分布及年際變化

海南不同站點(diǎn)水稻主要生育期及持續(xù)時間的歷史平均值如表2和表3所示，年際變化趨勢如表4和表5所示（負(fù)值表示提前，正值表示推遲）。不同地區(qū)間水稻種植時間差異巨大，早稻以東部的瓊海播種最早，西部的儋州最晚，二者平均播種日期相差55 d；而成熟日期以陵水最早，儋州最遲，相差45 d。早稻各生育期空間分布整體呈現(xiàn)出東南向西北推遲的趨勢。因?yàn)椴シN時間差異較大，不同站點(diǎn)生育期持續(xù)時間也存在較大變異，早稻苗期平均持續(xù)時間為22～40 d，成熟期為14～19 d，全生育期為124～147 d。從年際變化來看，除儋州和樂東生育期出現(xiàn)延遲外，其余站點(diǎn)生育期均呈現(xiàn)不同程度的提前，以陵水最為明顯，播種日期提前12.9 d/10 a，移栽提前11.5 d/10 a，成熟日期提前了8.9 d/10 a。大部分站點(diǎn)早稻苗期和成熟期持續(xù)天數(shù)縮短，但全生育期天數(shù)變化不一致，其中瓊中、瓊海和陵水有所延長。

晚稻播種和成熟日期均以瓊海最早，樂東最遲，分別相差45 d和56 d，晚稻各生育期從東向西逐漸推遲。晚稻苗期平均持續(xù)時間為17～24 d，成熟期為15～22 d，全生育期為107～123 d，均低于早稻。從年際變化來看，大部分站點(diǎn)生育期均有所延遲，以陵水最為明顯，移栽延遲6.8 d/10 a，成熟日期提前4.5 d/10 a。大部分站點(diǎn)晚稻苗期持續(xù)天數(shù)縮短，成熟期和全生育期變異較大，但主要表現(xiàn)為縮短的趨勢。

綜上所述，海南雙季稻種植與國內(nèi)其他雙季稻作區(qū)相比存在較大的差異，主要體現(xiàn)在早稻播種時間極大地提前，在早稻收獲后與晚稻播種時間間隔較大（表2），其中以樂東間隔最長（42 d）。而早稻和晚稻生育期的年際變化特征也表現(xiàn)出較大的不一致性，早稻種植的農(nóng)事時間整體傾向于提前，晚稻傾向于延遲；大部分站點(diǎn)水稻苗期和成熟期持續(xù)時間呈現(xiàn)縮短的趨勢，但全生育期持續(xù)時間變異較大，部分站點(diǎn)呈現(xiàn)延長的趨勢。

2.3 氣溫對水稻生育期的影響

海南水稻各生育期持續(xù)時間與該階段平均氣溫主要表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)關(guān)系（表6），其中早稻階段瓊海的苗期和樂東的全生育期表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)，晚稻階段瓊海的苗期、?？诤土晁某墒炱诒憩F(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)?？傮w而言，氣候變暖對海南水稻生育期的影響具有較大的空間變異性，隨著氣溫升高，大部分站點(diǎn)水稻的苗期和成熟期會呈現(xiàn)不同程度的縮短趨勢，但對全生育期而言不同站點(diǎn)的響應(yīng)特征不一致，特別是早稻的全生育期。

3 討論

3.1 海南水稻生育期的時空變異性

海南島地勢中間高聳，四周低平，中部地區(qū)氣溫低于四周，北部地區(qū)低于南部，同緯度下西部地區(qū)低于東部地區(qū)[14]。通常認(rèn)為水稻最低生長溫度為10 ℃[16]，這也是種子發(fā)芽所需溫度，而海南最冷月（1月）平均氣溫17.4～23.5 ℃[14]，均大于10 ℃，可見溫度不是影響早稻播期的主要限制因素。從降水來看，海南降水總量多，但時空分布不均，旱雨季分明，降水量東多西少[14]。通過對海南省6個農(nóng)氣觀測站點(diǎn)歷史降水量的統(tǒng)計（1961～2014年），?？?、儋州和樂東12月、1月和2月的平均降水量為10.3～37.3 mm，低于其他站點(diǎn)，但進(jìn)入3月和4月后雨量逐漸增多。根據(jù)海南島干濕氣候區(qū)劃結(jié)果[17]，12～2月海南島易發(fā)生冬旱，此時西部處于干旱狀態(tài)，農(nóng)業(yè)用水主要依靠水庫蓄水，北部和南部處于半濕潤半干旱狀態(tài)，東部和中部依然保持較高的濕潤度。水稻生長需要消耗大量水分，特別是移栽后返青和分蘗階段，因此水分的虧缺可能是導(dǎo)致海南西部和北部早稻播期遲于東部的原因。從表2可以看出，儋州和?？谠绲疽圃匀掌谠?月，此時降水增多，充沛的雨量有助于早稻的返青和分蘗。綜上所述，早稻播期的不同導(dǎo)致了后續(xù)生育期的不一致，而降水能較好地解釋這一差異變化。

海南最熱月份一般出現(xiàn)在6月，月平均氣溫為26.4～29.6 ℃，西部地區(qū)最高，南部次之，但日最高氣溫大于35℃出現(xiàn)頻次較多[14]，高溫能一定程度解釋海南早稻收獲后與晚稻播種間隔較長的原因。水稻種子發(fā)芽溫度一般要求不超過40 ℃，而日最高氣溫大于35℃會對水稻生長造成不利影響[18-19]，為了避開早稻收獲后的高溫?zé)岷ρ砻绲牟焕绊懀鞑亢湍喜康貐^(qū)晚稻的播種時間相比東部有所推遲，除瓊海外，其余站點(diǎn)均在7月份以后才開始晚稻移栽，這與中國其他雙季稻種植區(qū)早稻收獲后半月內(nèi)完成晚稻移栽差異巨大。臺風(fēng)也是影響晚稻生長的重要因素，海南臺風(fēng)季主要集中在7月中旬到10月上旬[14]，晚稻播種推遲后可在10月中下旬成熟收獲，能較好避開臺風(fēng)對成熟期水稻的不利影響。此外，海南不同站點(diǎn)種植水稻早中晚熟品種不一致，品種的不同也會導(dǎo)致生育期的差異。

3.2 海南稻作栽培的氣候適應(yīng)性

海南水稻生長季氣溫升高趨勢明顯，除西部地區(qū)外早稻播種時間均有所提前，對應(yīng)的成熟時間也提前。隨著氣候變暖，海南5～7月日最高氣溫大于35 ℃日數(shù)明顯增多，最高可達(dá)30頻次以上，顯著提高了早稻遭受高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險，而該時期海南早稻處于揚(yáng)花灌漿階段，容易導(dǎo)致穎花不育和灌漿受阻，不利產(chǎn)量形成[20]。針對氣溫升高選擇提前播種，在一定程度上有助于避開后期成熟階段高溫的不利影響，這是海南早稻應(yīng)對氣候變化的一種適應(yīng)措施。但西部地區(qū)（儋州和樂東）由于12～2月處于干旱狀態(tài)，隨著氣候變暖該階段降水量呈減少的趨勢，但3～7月降水量呈增多趨勢[14]，可能是因?yàn)樗值南拗撇灰诉x擇提前播種，為了保證早稻移栽后的水分需求而選擇進(jìn)一步延遲播期。對于晚稻而言，大部分站點(diǎn)播種期均有所延遲，這主要也是為了避開秧苗期和移栽后的高溫影響?？傮w而言，海南大部分站點(diǎn)早稻生育期提前，晚稻生育期推遲，這與廣東潮州地區(qū)早稻和晚稻受氣溫升高影響所表現(xiàn)的趨勢基本一致，但生育期持續(xù)時間變化與之不同[21]。

隨著氣溫升高，海南大部分站點(diǎn)的水稻苗期和成熟期持續(xù)時間表現(xiàn)出不同程度的縮短趨勢，但對全生育期而言變異性較大，部分站點(diǎn)呈現(xiàn)出延長的趨勢。這與中國其他區(qū)域水稻生育期對氣候變暖的響應(yīng)特征有所差別，一般認(rèn)為氣候變暖導(dǎo)致水稻積溫增加，加快生長發(fā)育從而縮短生育期長度[5-8，21-22]，同時氣候變暖導(dǎo)致高溫日數(shù)增多，對水稻生殖生長表現(xiàn)為不利影響，出現(xiàn)高溫催熟，縮短成熟期[19，22]。海南地處熱帶，水稻生長季一直維持較高氣溫，適合本地栽培的水稻品種具備一定的耐高溫性，在氣候變暖的影響下其全生育期持續(xù)時間變化可能不如中國溫帶或者亞熱帶稻作區(qū)域敏感，從而呈現(xiàn)不同的響應(yīng)特征，品種的差異可能是造成這一現(xiàn)象的原因。此外，隨著育種技術(shù)的進(jìn)步，各站點(diǎn)采用的水稻品種每隔3～5 a會進(jìn)行正常的更替，不同品種對氣候變暖的響應(yīng)特征難以定量化說明，這也是后續(xù)研究需要關(guān)注的重要方面。而且海南部分站點(diǎn)農(nóng)業(yè)氣象觀測起步較晚，實(shí)測數(shù)據(jù)年限較短，更為準(zhǔn)確的結(jié)論仍需進(jìn)一步的數(shù)據(jù)積累。

4 結(jié)論

海南不同地區(qū)水稻生育期空間分布不一致，東部地區(qū)早于西部地區(qū)，早稻和晚稻種植間隔較大，降水和高溫可能是造成這一差異的主要原因?；诋?dāng)前觀測年限的數(shù)據(jù)分析表明，隨著水稻生長季氣溫的升高，海南大部分地區(qū)早稻生育期提前，晚稻生育期推遲，苗期和成熟期持續(xù)時間縮短，但全生育期持續(xù)時間變異較大。在未來氣候變暖背景下，海南稻作栽培應(yīng)選用耐高溫和抗干旱的品種，早稻可適當(dāng)提前播種，晚稻可適當(dāng)延遲播種，這有利于避開關(guān)鍵生育期的高溫?zé)岷Α?/p>

致 謝 感謝海南省氣象信息中心吳名杰和蔡宇凌在資料收集和分析過程中給予的幫助！

參考文獻(xiàn)

[1] IPCC. Climate change 2013： The physical science basis. Working group I contribution to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[M]. UK： Cambridge University Press， 2014.

[2] 丁一匯， 任國玉， 石廣玉， 等. 氣候變化國家評估報告Ⅰ： 中國氣候變化的歷史和未來趨勢[J]. 氣候變化研究進(jìn)展， 2006， 2（1）： 3-8.

[3] 張明潔， 張京紅， 劉少軍， 等. 海南島1961～2011年氣候變化特征分析[J]. 熱帶作物學(xué)報， 2014， 35（12）： 2 488-2 495.

[4] Wreford A， Moran D， Adger N. Climate change and agriculture[M]. OECD， 2010.

[5] 崔讀昌. 氣候變暖對水稻生育期影響的情景分析[J]. 應(yīng)用氣象學(xué)報， 1995， 6（3）： 361-365.

[6] 葛道闊， 金之慶， 石春林， 等. 氣候變化對中國南方水稻生產(chǎn)的階段性影響及適應(yīng)性對策[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2002， 18（1）： 1-8.

[7] 許信旺， 孫滿英， 方宇媛， 等. 安徽省氣候變化對水稻生產(chǎn)的影響及應(yīng)對[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報， 2011， 30（9）： 1 755-1 763.

[8] 葉 清， 楊曉光， 解文娟， 等. 氣候變暖背景下中國南方水稻生長季可利用率變化趨勢[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2013， 46（21）： 4 399-4 415.

[9] Tao F， Yokozawa M， Xu Y， et al. Climate changes and trends in phenology and yields of field crops in China， 1981-2000[J]. Agricultural & Forest Meteorology， 2006， 138（s1-4）： 82-92.

[10] 譚偉瑞. 海南島氣候與稻作[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象， 1980， 1（4）： 30-34.

[11] 鄒海平， 張京紅， 陳小敏， 等. 海南島農(nóng)業(yè)氣候資源的時空變化特征[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象， 2015， 36（4）： 417-427.

[12] 楊 修， 孫 芳， 林而達(dá)， 等. 我國水稻對氣候變化的敏感性和脆弱性[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報， 2004， 13（5）： 85-89.

[13] 姚鳳梅， 張佳華， 孫白妮， 等. 氣候變化對中國南方稻區(qū)水稻產(chǎn)量影響的模擬和分析[J]. 氣候與環(huán)境研究， 2007， 12（5）： 659-666.

[14] 王春乙. 海南氣候[M]. 北京： 氣象出版社， 2014.

[15] 魏鳳英. 現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷預(yù)測技術(shù)[M]. 北京： 氣象出版社， 1999： 69-73.

[16] 謝佰承， 羅伯良， 殷劍敏， 等. 我國南方水稻孕穗期適宜溫度和全生育期≥10 ℃積溫指標(biāo)鑒定[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2008， 36（32）： 14 014-14 015.

[17] 李偉光， 易 雪， 車秀芬， 等. 海南島干濕概況與干旱發(fā)生特征[J]. 氣象研究與應(yīng)用， 2011， 32（2）： 62-63.

[18] 張克勤， 馮玉強(qiáng)， 吳榮梁， 等. 不同水稻品種種子在高溫高濕條件下的發(fā)芽率變化[J]. 中國稻米， 2011， 17（6）： 49-52.

[19] 任義方， 高 蘋， 王春乙. 江蘇高溫?zé)岷λ镜挠绊懠俺梢蚍治鯷J]. 自然災(zāi)害學(xué)報， 2010， 19（5）： 101-107.

[20] 況慧云， 徐立軍， 黃英金. 高溫?zé)岷λ镜挠绊懠皺C(jī)制的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]. 中國水稻科學(xué)， 2006， 20： 219-222.

[21] 丁麗佳， 謝松元. 氣候變暖對潮州水稻主要生育期的影響和對策[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象， 2009， 30（S1）： 97-102.

[22] 葉 清， 楊曉光， 李勇， 等. 氣候變化背景下中國農(nóng)業(yè)氣候資源變化Ⅷ. 江西省雙季稻各生育期熱量條件變化特征[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2011， 22（8）： 1 817-1 824.