?？谑袣夂蜃兓瘜?duì)水稻生育期和產(chǎn)量的影響

侯 偉，楊昌賢，官滿元，王立俊，李偉光

（1. 海口市氣象局，海南 ?？?571100；2. 海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?570203；3. 海南省氣象信息中心，海南 海口 570203）

?？谑袣夂蜃兓瘜?duì)水稻生育期和產(chǎn)量的影響

侯 偉1，2，楊昌賢1，官滿元1，王立俊3，李偉光2

（1. ?？谑袣庀缶?，海南 海口 571100；2. 海南省南海氣象防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 ?？?570203；3. 海南省氣象信息中心，海南 ?？?570203）

基于?？谑修r(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站1983—2016年水稻生育期、產(chǎn)量和歷史氣象資料，分析了氣候變化對(duì)水稻生育期和產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，海口市水稻生育期呈現(xiàn)不同程度推遲，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期縮短，生殖生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，各生育期內(nèi)氣溫總體升高，其中最高氣溫升高最顯著，日照時(shí)數(shù)總體減少。影響早稻產(chǎn)量的主要?dú)庀笠蜃邮巧畴A段的最高氣溫，故應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)早稻生殖階段的高溫防范；晚稻生育期氣溫和日照時(shí)數(shù)與產(chǎn)量關(guān)系不顯著，臺(tái)風(fēng)暴雨氣象災(zāi)害可能是造成晚稻產(chǎn)量波動(dòng)大的主要因素。

海口；氣候變化；水稻；生育期；產(chǎn)量；相關(guān)分析

根據(jù)IPCC第五次評(píng)估報(bào)告，全球氣候變暖的事實(shí)是毋庸置疑的，1880—2012年全球平均溫度已升高0.85℃（0.65～1.06℃），在過去30年中，每10年溫度增幅均高于1850年以來(lái)任何時(shí)期，強(qiáng)降水頻率、強(qiáng)度和降水量均在增加［1］。農(nóng)業(yè)是對(duì)氣候變化最敏感的行業(yè)之一，以全球變暖為特征的氣候變化趨勢(shì)以及極端氣候/天氣事件的增多造成農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的發(fā)生頻率和危害程度逐年增大，這對(duì)我國(guó)糧食作物的平穩(wěn)高產(chǎn)提出了越來(lái)越大的挑戰(zhàn)，并極大地威脅到我國(guó)的糧食生產(chǎn)安全戰(zhàn)略［2］。周曙東等研究認(rèn)為在未來(lái)氣候變暖背景下，我國(guó)華北、華東、中南、西南、西北等5個(gè)地區(qū)的糧食產(chǎn)量將減少，唯有東北地區(qū)糧食產(chǎn)量有小幅增加［3］。因此，研究氣候變化對(duì)糧食作物生育期和產(chǎn)量的影響機(jī)理并提出應(yīng)對(duì)措施對(duì)保障我國(guó)糧食安全具有重大意義，并成為目前農(nóng)業(yè)氣象學(xué)界研究的熱點(diǎn)。

我國(guó)是世界上最大的水稻生產(chǎn)國(guó)，水稻是我國(guó)最主要的糧食作物，全國(guó)有65%以上的人口以稻米為主食，研究分析氣候變化對(duì)水稻生育期和產(chǎn)量的影響機(jī)制引起了廣大科學(xué)家的濃厚興趣。目前，有關(guān)氣候變化對(duì)水稻生產(chǎn)影響研究的文獻(xiàn)已有很多，主要包括以全球視角、全國(guó)范圍、局部區(qū)域等不同空間尺度的長(zhǎng)時(shí)間序列研究［4-7］、氣候變化對(duì)水稻生育期［8-10］、產(chǎn)量［11-12］和種植結(jié)構(gòu)等［13］的研究、氣候變化背景下水稻種植過程中受到的氣象災(zāi)害及病蟲害發(fā)生發(fā)展趨勢(shì)的研究等［14-16］，而有關(guān)熱帶地區(qū)氣候變化對(duì)兩季稻生育期和產(chǎn)量影響的研究文獻(xiàn)較少，因此，研究小區(qū)域性氣候變化對(duì)早稻和晚稻的生長(zhǎng)影響具有較大意義。

?？谑呛Ｄ鲜∈?huì)城市，地處熱帶北緣，屬熱帶季風(fēng)氣候，水稻是最主要的糧食作物，2015年水稻播種面積占據(jù)糧食作物播種總面積的79%以上，但海口屬自然災(zāi)害多發(fā)區(qū)域，臺(tái)風(fēng)、暴雨、高溫、干旱等氣象災(zāi)害對(duì)水稻生產(chǎn)影響突出，且由溫度和濕度氣象因素造成各類病蟲害發(fā)生發(fā)展迅速，對(duì)產(chǎn)量同樣構(gòu)成威脅［17］。本研究利用?？谑协偵睫r(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站1983—2016年對(duì)水稻的生育期觀測(cè)以及相應(yīng)歷史氣候資料，對(duì)早、晚稻的生育期和產(chǎn)量進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，研究氣候變化對(duì)水稻生育的影響機(jī)理，以期為?？谒痉N植應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)合理的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源

本研究將水稻生育期劃為兩個(gè)主要階段，分別為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段（播種至分蘗期，P1）和生殖生長(zhǎng)階段（幼穗分化至成熟期，P2）。?？诃偵睫r(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站以早稻和晚稻為主（海南種植水稻可一年三熟，但以早、晚稻為主），自1983年開始，觀測(cè)站歷史氣候資料序列（包括氣溫、日照時(shí)數(shù)等）以有水稻觀測(cè)記錄時(shí)間為準(zhǔn)，水稻生育期資料和氣候資料數(shù)據(jù)均來(lái)源于海南省氣象局氣象信息中心，所有數(shù)據(jù)經(jīng)過均一化檢驗(yàn)和質(zhì)量控制。水稻種質(zhì)有直播和移栽兩種栽培方式，本研究?jī)H統(tǒng)計(jì)移栽水稻的數(shù)據(jù)。水稻總產(chǎn)量和種植面積數(shù)據(jù)來(lái)源于1987—2015年海南省統(tǒng)計(jì)年鑒。

1.2 分析方法

對(duì)瓊山觀測(cè)站早、晚稻劃定生育階段的起始日期、持續(xù)時(shí)間、相應(yīng)時(shí)段歷史氣象資料和最終單產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，氣候產(chǎn)量與水稻全生育期、不同生育階段的氣候因子的關(guān)系采用Pearson相關(guān)性分析，水稻各生育階段起始日期、持續(xù)時(shí)間與相應(yīng)時(shí)段內(nèi)的氣候因子開展線性回歸分析和相關(guān)性分析，采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。水稻有效積溫統(tǒng)計(jì)以15℃為下限溫度，35℃為上限溫度（15℃以下氣溫不利于出苗和分蘗，35℃以上高溫影響抽穗結(jié)實(shí)期）。

水稻產(chǎn)量受氣候和非氣候因素的影響，不能直接利用產(chǎn)量數(shù)據(jù)與氣候資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。為此，在較長(zhǎng)時(shí)間序列水稻產(chǎn)量與氣候因子關(guān)系的研究，可把水稻產(chǎn)量分解為趨勢(shì)產(chǎn)量、氣候產(chǎn)量和隨機(jī)誤差3部分，趨勢(shì)產(chǎn)量是反映歷史時(shí)期生產(chǎn)力發(fā)展水平的長(zhǎng)周期產(chǎn)量分量，氣候產(chǎn)量是受氣候要素為主的短周期變化因子影響的波動(dòng)產(chǎn)量分量。目前多數(shù)研究成果都是將多年的產(chǎn)量變化分解為社會(huì)、技術(shù)因素導(dǎo)致的產(chǎn)量變化和氣候因素導(dǎo)致的產(chǎn)量變化［18］。本研究采用直線滑動(dòng)均值法求得趨勢(shì)產(chǎn)量，進(jìn)而求得水稻氣候產(chǎn)量。計(jì)算公式為：

式中，Y為水稻實(shí)際產(chǎn)量，Yw為趨勢(shì)產(chǎn)量，Yt為氣候產(chǎn)量，e為受隨機(jī)因素影響的產(chǎn)量分量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻生育期氣候變化特征分析

由表1可知，從生育期來(lái)看，?？谠绲疽话阍?月初（春節(jié)前后）播種，6月上旬成熟，其中播種、拔節(jié)期具有顯著推遲的趨勢(shì)；晚稻一般在6月底播種（即早稻成熟后20 d左右），播種、拔節(jié)期也有推遲趨勢(shì)，但變化不顯著。從生育階段來(lái)看，?？谠绲緺I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段的生育期有縮短趨勢(shì)，而生殖生長(zhǎng)階段生育期表現(xiàn)為極顯著的延長(zhǎng)趨勢(shì)，全生育期略微延長(zhǎng)；晚稻各生育期的變化趨勢(shì)與早稻類似，表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)階段縮短，生殖階段延長(zhǎng)。

表1 ?？谑?983—2016年早、晚稻生育期的年際變化

由表2可知，海口早稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段有效積溫和日照時(shí)數(shù)均呈顯著降低趨勢(shì)，生殖生長(zhǎng)階段有效積溫和最高氣溫呈極顯著上升趨勢(shì)，最低氣溫表現(xiàn)為極顯著下降，全生育期的最高氣溫極顯著上升；晚稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段平均氣溫和最高氣溫均表現(xiàn)為極顯著上升，生殖階段的最低氣溫和最高氣溫均表現(xiàn)為顯著上升，全生育期的平均氣溫、最低氣溫亦表現(xiàn)為顯著上升，最高氣溫表現(xiàn)為極顯著上升。

表2 ?？谑?983—2016年早、晚稻生育期的氣候變化

2.2 水稻生育期與氣候相關(guān)性分析

由表3可知，?？谠绲緺I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段生育期與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)，即平均氣溫和最低氣溫的升高會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段生育期的縮短；生殖生長(zhǎng)階段生育期與日照時(shí)數(shù)呈極顯著正相關(guān)；全生育期與平均氣溫、最低氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)，這與營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段變化類似。?？谕淼緺I(yíng)養(yǎng)階段生育期與日照時(shí)數(shù)、生殖階段生育期與最高氣溫和日照時(shí)數(shù)、全生育期與日照時(shí)數(shù)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明日照時(shí)數(shù)增多可能會(huì)導(dǎo)致晚稻各生育期延長(zhǎng)，最高氣溫升高可能會(huì)延長(zhǎng)晚稻生殖階段生育期。

2.3 水稻產(chǎn)量與氣候相關(guān)性分析

由圖1可知，海口早稻氣候產(chǎn)量占實(shí)際產(chǎn)量的百分比較晚稻低，主要原因可能在于早稻生育期主要集中在2～6月，氣候條件較為適宜，氣候?qū)Ξa(chǎn)量影響相對(duì)較?。欢淼旧谥饕性?～11月，期間臺(tái)風(fēng)暴雨發(fā)生頻繁，不利氣象災(zāi)害對(duì)晚稻產(chǎn)量的影響較大。此外，?？谠?、晚稻氣候產(chǎn)量波動(dòng)總體上呈逐年上升趨勢(shì)，特別是不利氣象條件造成的減產(chǎn)幅度逐漸增大。

表3 海口市早、晚稻各生育期與氣候因子相關(guān)性分析

圖1 ?？谑?987—2015年水稻氣候產(chǎn)量占實(shí)際產(chǎn)量百分比

總體來(lái)看，?？谑衅骄鶜鉁睾妥畹蜌鉁嘏c氣候產(chǎn)量的關(guān)系并不顯著。由表4可知，早稻生殖階段的最高氣溫與氣候產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即生殖階段最高氣溫的升高會(huì)導(dǎo)致早稻氣候產(chǎn)量顯著減少，而晚稻各生育期氣溫和日照時(shí)數(shù)與氣候產(chǎn)量關(guān)系不顯著。

表4 氣候產(chǎn)量與水稻各生育期氣象要素的相關(guān)性

3 結(jié)論與討論

近年來(lái)，?？谑性?、晚稻各生育時(shí)期均有不同程度推遲，其中以早稻更明顯。生育期的持續(xù)時(shí)間僅有營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期是縮短的，而生殖生長(zhǎng)和全生育期的持續(xù)時(shí)間是延長(zhǎng)的，其中早稻生殖階段的生育期延長(zhǎng)達(dá)到極顯著水平。對(duì)?？谑?983—2016年的氣候分析表明，12月至翌年2月的降水偏少，而3月份降水明顯增多，5～7月份的高溫日數(shù)（≥35℃）也明顯增多，早稻播種-分蘗期對(duì)降水量需求較大，播期延遲可能是為滿足降水量的需求；晚稻播期為6月底，抽穗結(jié)實(shí)期一般處于9月份左右，此時(shí)高溫對(duì)晚稻的影響較小，而海南臺(tái)風(fēng)主要集中在7月中旬至10月上旬，適當(dāng)推遲播期可使晚稻在10月下旬成熟以減輕臺(tái)風(fēng)的影響，這與王斌等對(duì)海南水稻生育期對(duì)氣候變化相應(yīng)的結(jié)論一致［19］。

?？谒驹谏成L(zhǎng)階段和全生育期內(nèi)的有效積溫是增加的，營(yíng)養(yǎng)階段的有效積溫減少，尤其以早稻表現(xiàn)最明顯。說(shuō)明水稻生殖階段對(duì)有效積溫的需求逐漸增加，而營(yíng)養(yǎng)階段對(duì)有效積溫的需求在減少，這與水稻營(yíng)養(yǎng)階段持續(xù)時(shí)間縮短、生殖階段持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)有關(guān)。水稻各生育期氣溫呈上升趨勢(shì)，其中以最高氣溫的上升最明顯，因此應(yīng)關(guān)注對(duì)水稻生育期可能出現(xiàn)的高溫影響。

早稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段和全生育期持續(xù)時(shí)間與平均氣溫、最低氣溫呈極顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明平均氣溫和最低氣溫的升高會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段和全生育期時(shí)間縮短，而早稻生殖生長(zhǎng)階段日照時(shí)數(shù)增加會(huì)導(dǎo)致其生育期延長(zhǎng)。此外，晚稻生殖階段最高氣溫的升高會(huì)造成該生育期的延長(zhǎng)。

海口早稻氣候產(chǎn)量與生殖階段最高氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即最高氣溫的升高會(huì)導(dǎo)致氣候產(chǎn)量減少，主要原因可能在于早稻生殖階段處于5～6月份，此時(shí)期高溫日數(shù)是一年中最多的，極端最高氣溫可達(dá)37℃以上，最高氣溫的持續(xù)升高對(duì)水稻抽穗結(jié)實(shí)危害很大，特別是影響開花結(jié)實(shí)，并造成空秕粒率上升而導(dǎo)致減產(chǎn)，因此早稻栽培期間應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注抽穗結(jié)實(shí)期的高溫天氣，及時(shí)采取有效措施進(jìn)行降溫。晚稻氣候產(chǎn)量的波動(dòng)較明顯，特別是由不利氣象條件造成的減產(chǎn)波動(dòng)較大，這可能主要在于晚稻生育期主要集中在7～11月，此期間臺(tái)風(fēng)暴雨對(duì)水稻產(chǎn)量的影響很大，造成產(chǎn)量波動(dòng)也會(huì)很大，例如2011年9月29日登陸海南文昌的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“納沙”對(duì)?？谕淼驹斐闪司薮笥绊?，此時(shí)正值晚稻拔節(jié)-結(jié)實(shí)期，直接造成?？谕淼颈?010年減產(chǎn)53.6%。另外，本研究未考慮水稻品種的更替問題，且?？谵r(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)建設(shè)較晚，觀測(cè)年份有限，研究結(jié)果還需要進(jìn)一步開展科學(xué)論證。

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Effects of climate change on rice growth period and production in Haikou

HOU Wei1，2，YANG Chang-xian1，GUAN Man-yuan1，WANG Li-jun3，LI Wei-guang2
（1. Haikou Meteorological Bureau，Haikou 571100，China；2. South China Sea Meteorology and Disaster Mitigation Research Key Laboratory，Haikou 570203，China；3. Hainan Meteorological Information Center，Haikou 570203，China）

Based on the rice growth period，production and meteorological element data from 1983 to 2016 observed at Haikou agro-meteorological stations，the effects of climate change on rice growth period and production were analyzed. The results indicated that rice growth period showed a delay in different degree，vegetative growth period shortened，reproductive growth period presented a prolonged trend. The temperatures during rice growth period increased，the highest temperature was most significant，sunshine duration decreased. Highest temperature was the main meteorological factor affecting the yield of early rice，so more attention should be paid to the high temperature prevention in the reproductive stage of early rice. The relationship between temperatures，sunshine duration and yield was not significant during growth periods of late rice，while typhoon storm may be the major cause of large fluctuations in late rice yield.

Haikou ；climate change；rice；growth period ；production ；correlation analysis

S162.5+3

A

1004-874X（2017）08-0145-06

侯偉，楊昌賢，官滿元，等. 海口市氣候變化對(duì)水稻生育期和產(chǎn)量的影響［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，44（8）：145-150.

2017-05-06

海南省氣象局科研項(xiàng)目（HNQXQN201609）；國(guó)家公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY 201206019-4）

侯偉（1989-），男，碩士，工程師，E-mail：houwei89@outlook.com

（責(zé)任編輯 鄒移光）