影響紫稻產(chǎn)量的主要氣象因子對比分析

周珍丹，賴麗娜，陳思藝，伍小紅

（1.珠海市斗門區(qū)氣象局，廣東珠海 519125；2.三門縣氣象局，浙江三門 317100；3.云浮市氣象局，廣東云浮 527300；4.新興縣氣象局，廣東新興 527400）

新興縣是廣東的糧倉，其盛產(chǎn)的“新興白”和“油粘米”聞名珠三角。天堂鎮(zhèn)位于新興縣西南部，風景秀美，農(nóng)田肥沃，天堂鎮(zhèn)出產(chǎn)的紫米食味香甜、清香柔軟、軟糯適口，含有豐富的維生素、礦物質和人體所需的氨基酸，更含有大量的花青素和鋅，集食用和藥用于一身，榮獲“首屆廣東好大米特色品牌”稱號。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與氣象條件息息相關，作物產(chǎn)量和質量易受氣候變化與氣象災害的影響，尤其是水稻生產(chǎn)對當?shù)丶Z食生產(chǎn)安全和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟有著舉足輕重的作用。氣象因子作為一種資源和一項風險與農(nóng)作物生長生產(chǎn)密切相關。眾多學者們對普通水稻展開了多角度、多層次的研究，王華等［1］指出廣東早稻生產(chǎn)季的氣象災害變化與氣候變化密切相關，可以看作是對全球和中國氣候變暖的一種響應。但針對有色稻如紫稻生產(chǎn)的氣象因子仍欠缺深入系統(tǒng)的研究，周東［2］指出墨江縣發(fā)展紫米的優(yōu)越自然條件和較好的區(qū)位優(yōu)勢，但沒有深入分析主要氣象因子對紫米產(chǎn)量的影響。有色稻作為一種特殊的種質資源，其獨特的營養(yǎng)價值及藥用價值使其具有很大的市場發(fā)展?jié)摿?，同時隨著新興紫稻的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，地方政府和紫稻生產(chǎn)企業(yè)對氣象服務需求也在增加。

本研究利用2004—2019年新興縣天堂鎮(zhèn)氣象觀測站的氣溫、降水資料，2004—2019年新興縣基本氣象觀測站日照資料，選取有代表性的稻米種植站點作為對比分析，即選取羅定（廣東省重要的產(chǎn)糧區(qū)和全國首個綠色食品原料（水稻）標準化生產(chǎn)基地）、云南墨江（中國紫米之鄉(xiāng)）同時期氣象資料，對影響稻米產(chǎn)量的主要氣象因子進行對比分析，得出3個站點的主要氣象因子對稻米產(chǎn)量的影響優(yōu)劣，并選取新興站點作為試驗點，利用回歸分析建立趨勢產(chǎn)量三元回歸模型，為預測稻米產(chǎn)量提供參考，對于今后的推廣種植提供氣象技術支撐。

1 資料與方法

1.1 資料

本研究所用資料為2004—2019年新興縣天堂鎮(zhèn)、羅定市泗綸鎮(zhèn)、云南省墨江縣國家觀測站的逐日氣溫、降水資料；2004—2019年新興、羅定、墨江基本氣象觀測站逐日日照資料。本研究有效積溫定義為日平均氣溫≥10℃作為有效溫度，紫稻種植期內(nèi)各日有效溫度的總和即為有效積溫。稻米產(chǎn)量資料和生育期分別來自新興、羅定、墨江的稻米種植基地。由于云南墨江紫稻為中稻，故本研究采用新興、羅定的早稻與云南墨江紫稻中稻作分析。

1.2 方法

本研究主要運用數(shù)理統(tǒng)計、相對氣象產(chǎn)量等方法概念進行研究。關于水稻產(chǎn)量，以水稻每公頃單產(chǎn)來反映，實際水稻氣象單產(chǎn)產(chǎn)量［3］可分解為Y＝Yt＋Yw＋Ye，其中，Y為水稻的實際單產(chǎn)（kg／hm2），Yt為趨勢比例（kg／hm2），主要由農(nóng)業(yè)技術措施的提高等原因引起的，用三次多項式法擬合趨勢產(chǎn)量，Ye是隨機因素，是由社會因素或政策波動等引起的，很難定量計算。本研究主要研究氣象要素對水稻產(chǎn)量的影響，因此Ye取為零，Yw為氣象比例（%），表達式為Yw＝Y－Yt。

由于水稻生產(chǎn)技術水平前后變化較大，氣象條件的適宜與否引起的水稻產(chǎn)量的波動差異較大，為了消除差異的影響，采用產(chǎn)量波動的相對值來進行研究，即相對氣象產(chǎn)量（%）為Yw′＝Yw／Yt×100%

2 主要氣象因子對比分析

2.1 基礎資料

新興地處北回歸線南側，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，氣候溫和、熱量豐富、光照充足、雨量充沛、霜期短；年平均氣溫21.8℃，年日照1 608.5 h，無霜期336 d，年平均降雨量為1 686.4 mm，有效積溫為8 023.8℃。羅定市地處北回歸線以南，屬亞熱帶季風氣候區(qū)，年平均氣溫22.6℃，年日照1 560.9 h，無霜期350 d，年平均降雨量為1 347.6 mm，有效積溫為8 150.7℃。墨江縣地處北回歸線上［4］，屬低緯度高海拔地區(qū)，境內(nèi)最高海拔為2 278 m，最低海拔478 m，常年光照充足，四季溫和，夏無酷暑、冬無嚴寒，雨量充沛，年平均氣溫17.9℃，年日照2 161.2 h，無霜期215 d，年平均降雨量為1 338.0 mm，有效積溫為6 627.0℃。對比可看出新興、羅定、墨江各站點種植稻米的基礎資料，其中墨江的有效積溫比新興、羅定站點的要低。表1可看出墨江地處紙緯度、高海拔地區(qū)，北回歸線穿城而過，由于受太陽直射角度影響，太陽輻射強烈，氣溫終年變化不大，使得種植于北回歸線兩側的墨江紫谷，受光照時間比其它地方種植的紫谷較長，其生長周期長于一般稻米，一年一熟（中稻）。

表1 不同地點紫稻和水稻種植生育期

2.2 氣溫

許多學者對稻種與氣象因子進行分析時，主要是以雙季稻或中稻為研究對象［5－6］。目前沒有單獨對紫色稻種與氣象因子的影響作分析，因此，本研究的主要氣象因子采用適宜溫度、生理需水以雙季稻或中稻來劃分。對新興、羅定、墨江早稻（中稻）各生育期內(nèi)各旬的平均氣溫與賴純佳［5］的研究成果雙季稻各生育期的臨界溫度進行對比分析（表2和圖1）。對于早稻，秧苗期和返青期，新興、羅定、墨江的平均氣溫均比適宜溫度低，羅定、墨江平均氣溫都較低，且平均最低氣溫低于適宜溫度的下限，很不利于秧苗生長；新興的平均氣溫最接近適宜溫度，平均最低、最高氣溫均在上下限溫度區(qū)間內(nèi)，比較有利于秧苗生長。分蘗期，羅定、新興的平均氣溫與適宜溫度相接近，平均最低、最高氣溫均在上下限溫度區(qū)間內(nèi)，這說明白天溫度條件很適合早稻的分蘗，而且不會過高造成分蘗過于活躍。拔節(jié)孕穗期，新興的平均氣溫與適宜溫度一致，平均最低、最高氣溫均在上下限溫度區(qū)間內(nèi)，十分有利水稻的生長發(fā)育；到了關鍵的抽穗開花期，新興、羅定的平均氣溫與適宜溫度一致，平均最低、最高氣溫均在上下限溫度區(qū)間內(nèi)，十分有利于灌漿，保證結實率較高。乳熟期，新興、羅定的平均氣溫比適宜溫度偏高，不利水稻生長發(fā)育。綜合分析可知，新興除了乳熟期溫度偏高外，其余各生育期與適宜溫度一致或相接近，溫度氣候資源總體上十分適合紫稻各生育期的生長，適宜度很高，這說明新興的紫稻早稻種植在氣溫條件上是十分優(yōu)越的。適宜的溫度使得新興紫米外觀呈紫黑色，顏色均勻，色澤光亮，造就了新興紫米營養(yǎng)豐富、香味獨特、軟糯適口的獨特品質。

表2 早稻各生育期適宜最低、平均、最高氣溫與各站氣溫對比 ℃

圖1 早稻各生育期適宜平均氣溫與各站平均氣溫對比

2.3 降水

水稻的生長發(fā)育需要充足的水分，各階段的需水是不同的。統(tǒng)計新興、羅定、墨江多年早稻（中稻）各生育期旬累計平均降水量如表3所示，與各生育期生理需水［6－7］作對比分析，秧苗期，各站降水量是充足的，均能滿足秧苗期生理需水要求；返青期，除了墨江站降水量少于生理需水外，新興、羅定均能滿足返青期生理需水要求；分蘗期至乳熟期，新興、羅定、墨江降水量是充足的，均能滿足生理需水要求，但墨江站乳熟期降水過于充足的，側面反映出墨江暴雨災害對乳熟期生長的威脅。

表3 早稻各生育期生理需水和累計平均降水對比 mm

2.4 日照

日照是植物進行光合作用的基礎條件，水稻各個生育期都需要一定日照時數(shù)，以確保正常生長發(fā)育。由圖2可知，墨江由于地處低緯度、高海拔地區(qū)，中稻的生長天數(shù)172 d比新興、羅定的122 d多50 d，比早稻（中稻）生育期平均生長天數(shù)［7］119 d多53 d，這樣墨江才有足夠的熱量促進中稻的生長發(fā)育，故墨江中稻整個生育期的日照累計年平均日照時數(shù)均比新興、羅定高出很多；新興前期即秧苗期、返青期、分蘗期的日照時數(shù)均比羅定多，表明日照充足，更加有利于光合作用，能提供給根系充足的養(yǎng)分，有利于早稻固根和根系發(fā)育；從拔節(jié)孕穗期至乳熟期，新興日照偏少，不利于早稻灌漿成熟。

圖2 早稻（中稻）各生育期累計平均日照時數(shù)對比

3 氣象要素對水稻產(chǎn)量的影響

運用相對氣象產(chǎn)量概念對新興氣象要素與紫稻早稻產(chǎn)量之間的關系作分析［8－10］，結合新興紫稻早稻的生長期，對早稻的拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期、乳熟期這3個關鍵時期的日平均氣溫、降水量、日照時數(shù)與水稻產(chǎn)量的相關分析，即以5月10日至6月30日作為統(tǒng)計時段。以新興紫稻實際產(chǎn)量為因變量（Y），主要氣象因子溫度（t）、降雨量（R）和日照時數(shù)（S）為自變量，選取2014—2019年新興實際產(chǎn)量為訓練用數(shù)據(jù)。采用SPSS、Excel等軟件進行統(tǒng)計分析，利用數(shù)據(jù)求算得到新興紫稻預測模型［11］：

Y＝232.799＋5.26t＋0.11R－0.29S （1）

方程（1）復相關系數(shù)r＝0.971，說明回歸方程對樣本觀測值的擬合程度較好。由于新興紫稻于2010年開始試驗種植，故選取2011—2013年穩(wěn)定的氣象資料和稻米產(chǎn)量作回代檢驗分析，通過式（1）擬合的2011—2013年新興紫稻預測產(chǎn)量與實際產(chǎn)量數(shù)據(jù)對比見表4。由表4可見，整體上3次多項式法建立的回歸模型在預測產(chǎn)量上的擬合較好，預測產(chǎn)量總體上比實際產(chǎn)量稍微偏大，誤差率在6% ～23%范圍內(nèi)，預測效果較好，對于今后紫稻的推廣種植提供氣象技術支撐。

表4 新興紫稻預測產(chǎn)量值與實際值對比 kg

4 結論

1）在氣溫因子方面，新興除了乳熟期溫度偏高外，其余各生育期與適宜溫度一致或相接近，溫度氣候資源總體上十分適合紫稻各生育期的生長，適宜度很高。

2）在降水因子方面，新興、羅定、墨江降水量是充足的，均能滿足生理需水要求，但墨江站乳熟期降水過于充足，側面反映出墨江暴雨災害對乳熟期生長的威脅。

3）在日照因子方面，墨江中稻整個生育期的日照累計年平均日照時數(shù)均比新興、羅定高出很多；新興前期即秧苗期、返青期、分蘗期的日照時數(shù)均比羅定多，表明日照充足，更加有利于光合作用，能提供給根系充足的養(yǎng)分，有利于早稻固根和根系發(fā)育；從拔節(jié)孕穗期至乳熟期，新興日照偏少，不利于早稻灌漿成熟。

對影響新興紫稻的主要氣象因子與實際產(chǎn)量建立三元回歸模型，是本研究進行的一個新的嘗試，整體上三元回歸模型在預測產(chǎn)量上的擬合較好，預測產(chǎn)量總體上比實際產(chǎn)量稍微偏大，誤差率在6%～23%范圍內(nèi)，預測效果較好。本研究是初步探討，模式的效果還有待在實際業(yè)務、服務中進一步檢驗和完善。