劉逸群 劉存

[摘 要] 本文以長江中下游地區(qū)為研究對象，假設(shè)水稻空殼率僅受低溫災害影響，則空殼率成為確定安全齊穗期的重要因子，基于此建立水稻障礙型冷害損失及預測動態(tài)模型，推算水稻的安全齊穗期?？紤]不同水稻品種的低溫耐寒性差異，設(shè)置四類水稻模擬組合，分別為耐寒性最弱的秈稻、耐寒性較弱的粳稻、耐寒性較強的粳稻、耐寒性強的粳稻。研究結(jié)果可得四類水稻安全齊穗期主要呈現(xiàn)隨緯度提前的變化態(tài)勢，四類不同耐寒性水稻安全齊穗期的空間差異不明顯。但是，在推算安全齊穗期上，本研究假設(shè)水稻空殼率的增加只因為低溫冷害的作用，因此，利用水稻障礙型冷害損失及預測動態(tài)模型反推空殼率等于生理空殼率（5%）時的水稻出穗期，并以此日期作為安全齊穗期確立的依據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 水稻;安全齊穗期;空殼率;長江中下游

[中圖分類號] S435.11 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2020）23-96-3

1 研究背景

水稻是僅次于小麥的世界第二大糧食作物，世界上有50%以上的人口以稻米為主食。水稻是我國重要的糧食作物之一，在國民經(jīng)濟中占有非常重要的地位，單位面積產(chǎn)量和總產(chǎn)量均居我國糧食作物的前列，水稻種植面積占糧食作物總面積的30%，總產(chǎn)量則占糧食作物總產(chǎn)量的40%。水稻生產(chǎn)直接關(guān)系著我國經(jīng)濟社會的穩(wěn)定和人們的生活水平，水稻生產(chǎn)是農(nóng)業(yè)工作的重中之重。而洪澇、干旱、低溫冷害是影響水稻生產(chǎn)的主要氣象災害，環(huán)境溫度過低會導致障礙型冷害的發(fā)生，及時準確地監(jiān)測水稻冷害及預報冷害造成水稻減產(chǎn)數(shù)量，對于水稻生產(chǎn)全預警及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

國內(nèi)外許多學者主要專注于研究水稻障礙型冷害生理變化[1，2]，如日本學者基本確定冷害導致水稻雄蕊花粉不充實，導致穎花不育。王連敏等認為減數(shù)分裂期的15 ℃低溫處理可使水稻不育率提高50%～80%，低溫造成的花粉不育和花粉粒發(fā)育畸形與淀粉粒積累較少有關(guān)[3]。孟昭河等認為開花期遇到低溫，花粉發(fā)芽能力喪失，會產(chǎn)生不實粒;在水稻幼穗形成期，遭受低溫冷害多發(fā)生穎花畸形，穎花不能形成正常的籽粒，產(chǎn)生不實粒[4]。Pessarakli認為低溫可使花藥絨氈層細胞膨大，影響藥壁向花粉的營養(yǎng)供給，進而影響花藥開裂，使其開裂不良或無法開裂，最終導致穎花不育[5]。

2 材料與方法

2.1 長江中下游水稻安全齊穗期

由于長江中下游一季稻生長季內(nèi)氣候條件存在地域差異，因此，確定研究區(qū)一季稻安全齊穗期成為合理安排水稻播栽期的重要依據(jù)。當前，水稻安全齊穗期是根據(jù)水稻減數(shù)分蘗期和抽穗開花期的低溫指標來確定的，通常指水稻必須在秋季某個期限以前齊穗或齊花，有80%以上的年份可以避開低溫影響的日期。

2.1.1 資料來源。氣象資料為對應臺站的氣象常規(guī)觀測資料，從中國氣象科學數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)獲取。水稻資料來源從中國氣象局資料中心取得研究區(qū)域1981—2010年各個農(nóng)業(yè)氣象站的水稻田間試驗資料，包括水稻品種、生育期、產(chǎn)量和田間管理等。

2.1.2 安全齊穗期的溫度指標。耐寒性最弱的秈稻安全齊穗期指標為日平均氣溫穩(wěn)定在22 ℃以上，不連續(xù)出現(xiàn)3 d平均氣溫低于22 ℃的天氣。根據(jù)南京市氣象資料分析，其80%保證率的安全齊穗期為9月10日。耐寒性較弱的粳稻安全齊穗指標為日平均氣溫穩(wěn)定在20 ℃以上，不連續(xù)出現(xiàn)3 d平均氣溫低于20 ℃的天氣。

2.2 水稻障礙型冷害損失及預測動態(tài)模型

水稻進入生殖生長低溫敏感期后，遇低溫天氣而使生殖生長過程受阻，雌性不育產(chǎn)生空殼，這是障礙型冷害形成的主要機制，也是建立障礙型冷害損失及預測動態(tài)模型的理論依據(jù)。因每日溫度條件和水稻群體進入敏感期數(shù)量比例均不同，因而每天低溫對水稻減產(chǎn)的影響程度有很大差別，不能用某一時段的平均值來代替。

2.2.1 安全齊穗期的推算。水稻障礙型冷害損失評估及預測動態(tài)模型能模擬水稻生殖生長敏感期低溫冷害造成的水稻空殼率。為了推算安全齊穗期，本研究假設(shè)水稻空殼率僅受低溫災害影響，則空殼率成為確定安全齊穗期的重要因子。另外，考慮到研究區(qū)氣候特征的空間差異，安全齊穗期的推算需要結(jié)合各地一季稻生長季的氣候特征來實現(xiàn)。

考慮到水稻品種對低溫耐寒性的差異，對模型中的臨界溫度T0、敏感期長度n和敏感高峰期系數(shù)d進行調(diào)整，形成四類水稻的模擬參數(shù)組合，如表1所示。對于耐寒性強的粳稻，T0設(shè)定為本研究修訂的指標閾值。敏感期長度越長，則表明水稻生殖生長階段對低溫越敏感。d則用于反映敏感高峰期偏前的程度，該值越小表示相同低溫環(huán)境下敏感階段前期受低溫影響越大。

2.2.2 安全齊穗期指標的修訂。首先利用現(xiàn)有指標計算1981—2014年研究區(qū)各站逐年安全齊穗期，然后計算80%保證率下的安全齊穗期，將該結(jié)果與模型推算的各站80%保證率下的安全齊穗期進行比較，為了減少兩者的差異，對現(xiàn)有指標中的溫度閾值、連續(xù)天數(shù)進行調(diào)整，再利用調(diào)整后的指標重新計算所有站80%保證率下的安全齊穗期，直至與模型推算的80%保證率下的安全齊穗期誤差最小。記錄此時的溫度閾值和連續(xù)天數(shù)，并以此對現(xiàn)有指標進行修訂。

3 結(jié)果與分析

利用上述四類不同低溫耐寒性水稻的安全齊穗期指標，計算了1981—2014年研究區(qū)所有氣象站逐年安全齊穗期和80%保證率下的安全齊穗期。四類水稻安全齊穗期主要呈現(xiàn)隨緯度提前的變化態(tài)勢，空間上差異最大在60 d左右。其中，在江蘇中北部、鄱陽湖區(qū)域、湖南中東部及湖北西部明顯提前，這與局地氣候有密切關(guān)系，這些地區(qū)的安全齊穗期大多早于270 d。

就耐寒性最弱的秈稻來看，整個研究區(qū)安全齊穗期在225～260 d，平均為242 d。其中，最早進入安全齊穗期的主要在湖北省西部山區(qū)。對于耐寒性較弱的粳稻，安全齊穗期在231～264 d，平均為253 d。耐寒性較強的粳稻進入安全齊穗期的時間與耐寒性較弱的粳稻大體相似，差異在2 d左右。對于耐寒性強的粳稻，安全齊穗期在234～276 d，平均為263 d。

圖1顯示了由模型推算的部分站點耐寒性較弱粳稻的安全齊穗期的年變化。4個站點推算的水稻安全齊穗期只有興化站點表現(xiàn)出隨年份增加而逐漸推遲的趨勢。據(jù)推算，興化水稻安全齊穗期平均每10 a推后約1.8 d，而壽縣為平均每10 a提前0.2 d，幾乎保持不變，荊州為平均每10 a提前3.2 d，湖州為平均每10 a提前3.1 d。年之間的波動較大，如安徽壽縣的變化波動平均達到10 d，表明安全齊穗期隨各年的熱量條件差異變化明顯。

由模型推算出的結(jié)果與現(xiàn)有指標計算的安全齊穗期有一定的差異，如圖2所示。盡管安全齊穗期的空間變化大體一致，且相關(guān)性較好，但安全齊穗期之間差別-36～8 d。圖3顯示了各站模型推算的安全齊穗期與現(xiàn)有指標推算的安全齊穗期的差異，其中誤差最小的為耐寒性強粳稻的安全齊穗期，平均誤差在7 d，模型推算的較現(xiàn)有指標計算的結(jié)果提取約7 d。誤差最大的為耐寒性最弱秈稻，模型推算的較現(xiàn)有指標計算的結(jié)果提前較多，平均誤差達到23 d。這表明模型推算的安全齊穗期普遍早于現(xiàn)有指標結(jié)果。據(jù)分析，現(xiàn)有指標是根據(jù)水稻抽穗開花的溫度要求約束安全齊穗期的，而模型是從溫度和空殼率2個方面共同約束安全齊穗期，因此，在安全齊穗期的確定上，模型推算的結(jié)果更能保障水稻安全出穗和安全生產(chǎn)。

4 討論

模型推算的安全齊穗期更貼近水稻生產(chǎn)實際，并從溫度和空殼率兩方面約束水稻安全齊穗期較現(xiàn)有指標僅從溫度上約束水稻安全齊穗期更可靠。因為現(xiàn)有安全齊穗期指標是以常年的特定的氣候保證率（一般為80%）條件下日平均氣溫降至20、22 ℃的穩(wěn)定出現(xiàn)的終日為溫度條件指標分別確定不同地區(qū)粳稻與秈稻的安全齊穗期。但生產(chǎn)實踐上常常出現(xiàn)一些生育期偏長的水稻品種因生育期內(nèi)有效積溫不足造成不安全成熟而減產(chǎn)的情況，因此水稻安全抽穗期的確定除依據(jù)水稻抽穗開花的溫度及生理指標外，還應兼顧不同類型水稻品種生育期對溫光條件反應的敏感程度，才能有效確保不同類型水稻品種獲得安全的生育成熟。

參考文獻

[1]宋廣樹，孫忠富，孫蕾，等.東北中部地區(qū)水稻不同生育時期低溫處理下生理變化及耐冷性比較[J].生態(tài)學報，2011（13）：3788-3795.

[2]Tokita H，Sasaki J，Itou O. Relation between sterility due to cool-summer damage and standing crop of rice [Oryza sativa] plant in 1993 [Japan][J].Tohoku Journal of Crop ence，1995（38）：13-14.

[3]王連敏，于智深.水稻障礙型冷害機理的研究：Ⅰ花粉不育原因初探[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學，1989（1）：23-27.

[4]孟昭河，王玉菊，孫中勝，等.水稻障礙型冷害機理的研究[J].中國農(nóng)學通報，2005（6）：197-201.

[5]Pessarakli M. Handbbook of Plantand Crop Stress[M].2nded. NewYork：Marcel Dekker Press，1999.