1961—2021 年天門市年代際氣候變化特征及對再生稻品質(zhì)的影響

帥文衛(wèi)，李勝軍，吳梓瑞

（天門市氣象局，湖北天門 431700）

再生稻是利用頭季稻收割后稻樁上的腋芽萌發(fā)成苗，經(jīng)過科學(xué)管理，使其抽穗結(jié)實(shí)再收獲1 季的稻作制度，在中國已有上千年的歷史［1］。由于農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移，水稻的生產(chǎn)成本增加，大部分農(nóng)田水稻的種植為1 季。由于再生能力較強(qiáng)的水稻品種、溫室育秧等新的耕作技術(shù)推出，再生稻生育期短、產(chǎn)量高、米質(zhì)優(yōu)、省種省工節(jié)水、調(diào)節(jié)勞力、生產(chǎn)成本低和效益高等優(yōu)點(diǎn)再次被人們所關(guān)注，再生稻的種植逐漸被廣大農(nóng)民所接受［2-5］。天門市位于湖北省中部，地處江漢平原北部，市境北緣與大洪山余脈的低丘相連，西、南面有漢水環(huán)繞，依山帶水。整個地勢自西北向東南傾斜，形成低丘、崗狀平原和河湖平原3 種地貌，總面積2 622 km2。天門市因其所處的地理位置及其亞熱帶季風(fēng)氣候特征，有種植水稻的傳統(tǒng)。天門市水稻種植總面積約6.7 萬hm2，其中再生稻生產(chǎn)規(guī)模約5 333～6 000 hm2，種植雙季稻的稻田占比很少，主要是因?yàn)檗r(nóng)村勞動力不足和種植成本高。再生稻利用頭季收獲后的休眠芽萌發(fā)成穗再收獲1 季，具有生育期短、產(chǎn)量高、優(yōu)質(zhì)、省種、省水、省工和增收等優(yōu)勢。天門市華豐農(nóng)業(yè)合作社和天門市農(nóng)村農(nóng)業(yè)工作局等單位進(jìn)行了栽培和試驗(yàn)。

天門市氣候變化對再生稻的研究還鮮見報道。本研究對天門市61 年再生稻生殖生長期氣溫、降水和日照時數(shù)的變化特征及對再生稻的影響進(jìn)行了統(tǒng)計分析，從氣象的角度分析了開展該再生稻生產(chǎn)的可行性，為天門市再生稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供氣候依據(jù)，以期為指導(dǎo)天門市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展和合理利用氣候資源發(fā)展再生稻種植提供理論支撐。

1 資料與方法

選取天門市1960—2021 年共61 年的氣溫和降水資料，包括平均氣溫、氣溫日較差和降水量。分析的時間尺度包括抽穗揚(yáng)花期（9 月11—31 日）、灌漿結(jié)實(shí)期（10 月1—31 日），分析方法主要采用一元線性回歸法。

利用一元線性回歸法分析氣象要素的變化率，即y（t）某氣象要素序列與年序數(shù)（t）建立一元回歸方程，

式中，b×10 為氣象要素變化的氣候傾向率，b＞0表示呈上升趨勢，b＜0 表示呈下降趨勢。b值可由最小二乘法得到［3］。計算公式為，

2 結(jié)果與分析

2.1 再生稻主要生育期及影響時段和氣象因子

天門市再生稻主要生育期如表1 所示。播種時間為3 月18 日，第二茬成熟收獲時間為10 月27 日，全生育期時長224 d［6］。

再生稻主要是相對于頭季稻而言，并將再生稻生殖生長期分為抽穗揚(yáng)花期和灌漿結(jié)實(shí)期，選取抽穗揚(yáng)花期的平均氣溫、高溫日數(shù)和日照時數(shù)進(jìn)行分析，選取灌漿結(jié)實(shí)期的平均氣溫、平均最低氣溫、日較差、降水量和日照時數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2.2 再生稻抽穗揚(yáng)花期氣象因子年代際變化

水稻孕穗期和抽穗揚(yáng)花期均為水稻敏感期，對高溫、低溫、連陰雨天氣尤其敏感。研究發(fā)現(xiàn)，高溫天氣會對花藥發(fā)育、花粉育性及花藥開裂等產(chǎn)生不利影響，最終表現(xiàn)為空秕率升高和千粒重降低［7］。李先雄［8］研究發(fā)現(xiàn)，水稻抽穗前后10 d 是對溫度最敏感時期，在抽穗揚(yáng)花期以25～30 ℃為宜，低于25 ℃或高于30 ℃會出現(xiàn)大量的空秕粒。袁應(yīng)澤［9］研究發(fā)現(xiàn)，抽穗揚(yáng)花期日平均氣溫＜23 ℃空秕率迅速上升。伍智文［10］研究發(fā)現(xiàn)，抽穗開花期遇大雨或綿綿陰雨能使花粉粒吸水破裂，且會沖洗掉柱頭上的分泌物，造成花粉萌發(fā)、受精障礙，形成空秕粒。

2.2.1 抽穗揚(yáng)花期溫度的特征量分析 1961—2020

年天門市再生稻抽穗揚(yáng)花期氣象要素分布特征見表2 和圖1。由表2 和圖1 可知，天門市再生稻抽穗揚(yáng)花期平均氣溫整體上呈線性趨勢，變化速率為0.43 ℃/（10 年），大于年平均氣溫變化速率0.32 ℃/（10 年），也遠(yuǎn)大于天門市夏季平均氣溫變化速率0.12 ℃/（10 年）［11］。2011—2020 年平均氣溫最高，為23.8 ℃；高溫日數(shù)也呈線性上升趨勢，從20 世紀(jì)90 年代中后期高溫日數(shù)開始上升，進(jìn)入21 世紀(jì)后迅速增加，21 世紀(jì)10 年代平均氣溫明顯高于20 世紀(jì)60 年代，且高溫日數(shù)達(dá)到年代際歷史極值，為11 d。

表2 抽穗揚(yáng)花期氣象要素的年代際統(tǒng)計

圖1 天門市1961—2021 年再生稻抽穗揚(yáng)花期的平均氣溫年際分布及變化速率

2.2.2 抽穗揚(yáng)花期日照時數(shù)的特征量分析 天門市1961—2021 年再生稻抽穗揚(yáng)花期的日照時數(shù)年際分布及變化速率見圖2。由表2 和圖2 可知，1961—2020 年再生稻抽穗揚(yáng)花期天門市日照時數(shù)明顯減少，其中2021 年日照時數(shù)最長，為182.4 h，2020 年日照時數(shù)最短，為38.0 h。 2011—2020 年日照時數(shù)只有87.9 h，而1961—1970 年日照時數(shù)有108.4 h，相差20.5 h，2011—2020 年日照時數(shù)減少最為明顯。

圖2 天門市1961—2021 年再生稻抽穗揚(yáng)花期的日照時數(shù)年際分布及變化速率

2.3 再生稻灌漿結(jié)實(shí)期氣象因子年代際變化

2.3.1 灌漿結(jié)實(shí)期溫度的特征量分析 1961—2020年再生稻灌漿結(jié)實(shí)期氣象要素的年代際分布特征和平均氣溫變化見表3 和圖3。由表3、圖3 可知，1961—2020 年灌漿結(jié)實(shí)期平均氣溫整體上呈線性上升趨勢，由一次線性擬合的變化傾向率可知，平均氣溫變化速率為0.25 ℃/（10 年），遠(yuǎn)小于年平均氣溫變化速率0.32 ℃/（10 年），也遠(yuǎn)小于天門市秋季氣溫變化速率0.37 ℃/（10 年），21 世紀(jì)10 年代平均值上升最為明顯，且達(dá)到年際歷史極值（19.1 ℃）；天門市1961—2020 年灌漿結(jié)實(shí)期日較差呈線性下降趨勢，1971—1980 年最大，為9.3 ℃，1981—1990年最小，為8.0 ℃，21 世紀(jì)后日較差有所增加，灌漿結(jié)實(shí)期日較差下降的原因是灌漿結(jié)實(shí)期最低氣溫的上升大于平均氣溫的上升，平均氣溫變化速率為0.25 ℃/（10 年），最低氣溫變化速率為0.25 ℃/（10年），見圖4。

表3 灌漿結(jié)實(shí)期氣象要素的分時段年代際分布統(tǒng)計

圖3 天門市1961—2021 年再生稻灌漿結(jié)實(shí)期的平均氣溫年際分布及變化速率

圖4 天門市1961—2021 年再生稻灌漿結(jié)實(shí)期的平均最低氣溫年際分布及變化速率

2.3.2 降水量特征量分析 天門市1961—2021 年再生稻灌漿結(jié)實(shí)期的降水量年際分布及變化速率見圖5。 由圖5 可知，1961—2020 年天門市再生稻灌漿結(jié)實(shí)期降水量整體上呈線性下降趨勢，再生稻灌漿結(jié)實(shí)期降水量呈微弱下降趨勢，降水量變化速率為-1.4 mm/（10 年），小于秋季的-13.5 mm/（10 年），其中1983 年降水量最大，為334.1 mm，1979 年最小，為0 mm；1961—2020 年期間天門市年降水有2 個時間段變化較為明顯，1973—1983 年累積距平曲線趨勢上升，降水偏多；1984—2004 年曲線呈明顯上升趨勢，降水偏多。

圖5 天門市1961—2021 年再生稻灌漿結(jié)實(shí)期的降水量年際分布及變化速率

2.1.3 日照時數(shù)特征量分析 天門市1961—2021年再生稻灌漿結(jié)實(shí)期的日照時數(shù)分布特征見圖6。由圖6 可知，天門市5 個年代際日照時數(shù)呈明顯的減少趨勢，2011—2020 年減少迅速，1979 年日照時數(shù)最長，為290.5 h，2016 年日照時數(shù)最段，為72.4 h；2001—2010 年平均日照時數(shù)有123.4 h，而1961—1970 年日照時數(shù)有166.2 h，相差42.8 h。

圖6 天門市1961—2021 年再生稻灌漿結(jié)實(shí)期的日照時數(shù)年際分布及變化速率

3 討論

稻米品質(zhì)形成主要取決于灌漿結(jié)實(shí)期的溫光條件，灌漿結(jié)實(shí)期間溫度是稻米品質(zhì)最顯著的影響因子。抽穗至成熟期遇高溫會加速灌漿速率，縮短灌漿持續(xù)期，影響子粒的充實(shí)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；天門市抽穗揚(yáng)花期高溫日數(shù)呈線性上升趨勢，進(jìn)入21世紀(jì)后迅速增加，對抽穗揚(yáng)花期再生稻的生長不利，會使再生稻不能正常灌漿，但1961—2021 年再生稻抽穗揚(yáng)花期的9 月中下旬間還沒有出現(xiàn)日最高氣溫≥37 ℃的現(xiàn)象，所以影響不會很明顯。灌漿結(jié)實(shí)期溫度的上升對再生稻的生長有利，灌漿結(jié)實(shí)期平均氣溫日較差整體上呈線性下降趨勢，原因是灌漿結(jié)實(shí)期最低氣溫呈升高趨勢。李天［12］研究表明，灌漿結(jié)實(shí)時期晝夜溫差較大有利于優(yōu)質(zhì)米的形成，日較差對蛋白質(zhì)、氨基酸等形成有一定影響。低溫常導(dǎo)致稻米不能安全齊穗或正常灌漿，影響同化產(chǎn)物的積累和運(yùn)轉(zhuǎn)，使稻米“青米率”增加，從而影響碾米品質(zhì)。寒露風(fēng)對處于抽穗揚(yáng)花期的再生稻可能造成較大危害，造成部分穎花終生不灌漿，千粒重下降，對產(chǎn)量和米質(zhì)都有較大影響，依據(jù)中國氣象局發(fā)布的水稻等級標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的“寒露風(fēng)”標(biāo)準(zhǔn)，以再生稻移栽成活期（9 月10 日至9 月30 日）為時間段，結(jié)合天門市1961—2021 年61 年的氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計分析，平均氣溫逐漸上升的趨勢，對再生稻抽穗揚(yáng)花期（9 月1 日至9 月20 日）天門市“寒露風(fēng)”出現(xiàn)頻次分析可知，有9 個年份出現(xiàn)輕度的“寒露風(fēng)”、3 個年份出現(xiàn)中度的“寒露風(fēng)”、1981 年9 月9 日至9 月14日連續(xù)6 d 日平均氣溫≤20 ℃，9 月12 日日平均氣溫只有18.6 ℃，為歷史上同期持續(xù)時間最長的“寒露風(fēng)”天氣。天門市61 年間沒有出現(xiàn)重度的“寒露風(fēng)”，寒露風(fēng)總的出現(xiàn)概率為21.3%，中度“寒露風(fēng)”出現(xiàn)的概率僅為4.9%。再生稻抽穗揚(yáng)花需要20 ℃以上的日平均氣溫才能順利完成受精，根據(jù)天門地區(qū)40 年氣候資料統(tǒng)計，9 月上、中、下旬的平均氣溫分別為25.4、23.7、21.9 ℃，都能滿足再生稻抽穗揚(yáng)花溫度需求。天門地區(qū)再生稻頭季通常于8 月上旬收獲，抽穗揚(yáng)花通常在9 月中旬，比雙季晚稻至少要早1 周以上，在溫度方面非常安全。

光照是于溫度后第二個對稻米品質(zhì)有較大影響的氣候因子。研究表明，生育后期光照不足，光合作用受阻，導(dǎo)致堊白米發(fā)生多；但光照太強(qiáng)，溫度也相應(yīng)提高，使成熟過程縮短，形成高溫逼熟，也使堊白面積提高。天門市6 個年代際日照時數(shù)呈明顯的減少趨勢，僅21 世紀(jì)10 年代稍有回升，2011—2020 年減少迅速，并創(chuàng)新低，對再生稻的品質(zhì)不利。

再生稻抽穗揚(yáng)花期和灌漿結(jié)實(shí)期降水量整體上呈微弱下降趨勢，小于秋季-13.5 mm/10 年［11］，對再生稻的生長和品質(zhì)的影響不明顯。

4 結(jié)論

1）天門市氣候變化在再生稻發(fā)育后期，主要表現(xiàn)在天門市再生稻生育后期氣候變暖明顯，平均氣溫均呈上升趨勢，抽穗揚(yáng)花期變化速率為0.43 ℃/（10年），大于年平均氣溫變化速率0.32 ℃/（10 年），灌漿結(jié)實(shí)期變化速率為0.33 ℃/（10 年）；抽穗揚(yáng)花期高溫日數(shù)也呈線性上升趨勢，21 世紀(jì)10 年代明顯高于20 世紀(jì)60 年代，2001—2010 年代最多，達(dá)到了11 d，而灌漿結(jié)實(shí)期日較差整體上呈線性下降趨勢，其中1971—1980 年最大，為9.3 ℃，1981—1990 年最小，為8.0 ℃，進(jìn)入21 世紀(jì)后日較差有所增加，灌漿結(jié)實(shí)期日較差下降的原因是灌漿結(jié)實(shí)期最低氣溫的上升速率大于平均氣溫的上升速率。灌漿結(jié)實(shí)期降水量呈弱減少趨勢，日照時數(shù)呈明顯的減少趨勢，抽穗揚(yáng)花期變化速率為-1.7 h/（10 年），灌漿結(jié)實(shí)期變化速率為-7.9 h/（10 年）。

2）氣候變暖使得有效積溫增加導(dǎo)致再生稻生育后期熱量充足，而日較差上升和日照時數(shù)減少對再生稻的生長和品質(zhì)有不利影響針，抽穗揚(yáng)花期≥35 ℃高溫日數(shù)、降水量和寒露風(fēng)對再生稻生長和品質(zhì)沒有明顯影響。

3）水稻灌漿結(jié)實(shí)期不同系列水稻品種稻米品質(zhì)形成過程的適宜溫光條件有范圍，子粒形成過程中淀粉、糖類和蛋白質(zhì)的積累量達(dá)到多少時，稻米碾米品質(zhì)、外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)最佳［13］，這些方面的研究還需深入。