楊明偉，劉志雄，肖瑋鈺，韓 杳

（1.孝感市氣象局，湖北 孝感 432000；2.武漢區(qū)域氣候中心，武漢 430000）

水稻是江漢平原主要糧食作物之一，自古就有“湖廣熟，天下足”的說法，說明了江漢平原糧油作物在中國糧食生產(chǎn)中的重要地位。環(huán)境因子與水稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)密不可分，有研究［1］表明光、溫、水是影響稻米品質(zhì)重要的自然因素。研究發(fā)現(xiàn)，水稻環(huán)境溫度對其干物質(zhì)的積累有著重要作用，溫度過高或過低對稻米外觀和食味均有不利影響［2-4］。劉博等［5］對水稻生長和子粒形成期極端溫度脅迫情況進行研究，發(fā)現(xiàn)短時（甚至幾個小時）的極端溫度條件下，水稻生理功能就有可能遭受嚴重損傷，進而影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，開展孝感市特色香米黃毛粘定量化的氣候影響評價，對地域水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和糧食安全有著重要意義。

農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)氣候影響評價是研究其品質(zhì)與氣候的關(guān)系，通過建立氣候品質(zhì)評價模型，綜合評價確定農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)等級［6，7］。隨著經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和老百姓生活品質(zhì)提高，消費者對產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)注需求日益提升，2020年湖北省氣象部門印發(fā)了《湖北省農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認證業(yè)務規(guī)定（暫行）》，湖北省農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)評價工作得以迅速展開。但是，目前氣候品質(zhì)影響評價工作還普遍停留在人為主觀認證階段，缺乏定量化的標準和科學理論依據(jù)，這一現(xiàn)狀阻礙了農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)定量評價工作的發(fā)展［8］。本研究以江漢平原地級市孝感地區(qū)特色香米黃毛粘為例，通過建立黃毛粘氣候品質(zhì)評價模型，對2010—2020年黃毛粘氣候品質(zhì)開展定量評價，通過討論建立定量的評價模型，為農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)氣候影響定量化的評價提供有益參考。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 評價區(qū)概況

黃毛粘香米主產(chǎn)區(qū)地處江漢平原東北部的孝感市孝南區(qū)袁湖村，種植面積近400 hm2。種植區(qū)屬中緯度地帶的亞熱帶溫濕季風區(qū)，無霜期長，雨熱同季，雨量充沛，是中國光、熱、水條件配合的最佳地帶。境內(nèi)年平均降水量為1 152.2 mm，年平均氣溫為15.8℃，極端最低氣溫為-16.5℃，極端最高氣溫為43.1℃。年平均日照時數(shù)為2 045.5 h，≥10℃的活動積溫為5 081.0℃，是全國水稻生長發(fā)育溫光條件最好地區(qū)之一［9］。

1.2 數(shù)據(jù)來源

按照“氣象站與評價區(qū)距離近，經(jīng)緯度、海拔高度、地形地貌等特征相似”的原則，黃毛粘氣候品質(zhì)評價氣象數(shù)據(jù)選取了孝感市國家基準氣候站（站號57 482，113°56′46″E，30°54′12″N）和陡崗自動觀測站（站號Q7 622，113°51′20″E，31°02′23″N）資料作為氣候品質(zhì)評價氣象數(shù)據(jù)來源。

2 評價指標及模型構(gòu)建

2.1 水稻品質(zhì)氣候評價認證指標選取及分析

影響稻米品質(zhì)的氣象因子是溫、光等條件，尤其是灌漿期溫度條件，被認為是影響品質(zhì)的最主要因子［10］。抽穗到灌漿乳熟，高溫會加速生育期，縮短灌漿持續(xù)時間，使得稻米充實度受到影響；低溫常常導致水稻不能正常灌漿，增加“青米率”，從而影響碾米品質(zhì)。光照是對稻米品質(zhì)有較大影響的第2個氣候因子，有研究表明［11］，生育后期光照太強，溫度相應較高，容易造成水稻高溫逼熟，光照不足則導致光合作用受阻，影響稻米優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。另外，相對濕度、降水等也對稻米品質(zhì)造成影響［12］。大量的分期播種及不同地點栽培試驗證實，相對濕度與直鏈淀粉含量呈負相關(guān)關(guān)系，與糊化溫度、膠稠度和堊白面積則一般呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系［13］。

李辰彥等［14］開展了抽穗揚花期低溫脅迫對雙季晚稻生理特性的影響研究，在此基礎(chǔ)上，本研究選擇了齊穗后15 d平均氣溫、灌漿期平均最高氣溫、最低氣溫、日較差、日最高氣溫35℃以上高溫日數(shù)、日平均氣溫30℃以上高溫日數(shù)等因子，以灌漿期溫度適宜度因子、濕度適宜度因子、光照適宜度因子作為稻米氣候品質(zhì)評價因子。

2.2 稻米品質(zhì)氣候定量化模型構(gòu)建

采用線性判別法分別建立堊白度、糙米率、整精米率、堿消值、膠稠度、直鏈淀粉、透明度的判別方程（表1）。

表1 判別方程系數(shù)及檢驗

表中tmax為灌漿期平均最高氣溫、tmin為灌漿期平均最低氣溫、dt為灌漿期平均日較差、nth30為灌漿期日平均氣溫≥30℃高溫日數(shù)、ntmax35為日最高氣溫≥35℃高溫日數(shù)、Ct、Cu、Cfs分別為灌漿期日氣溫適宜度、濕度適宜度、光照適宜度平均值，sumt、sumu、sumfs分別為灌漿期日氣溫適宜度、濕度適宜度、光照適宜度的累計值。其中，溫度適宜度因子、濕度適宜度因子、光照適宜度構(gòu)建方法如下：

利用建立判別方程，計算各水稻品質(zhì)性狀的等級，根據(jù)NY-593標準（表2）確定水稻氣候品質(zhì)等級，當?shù)燃夁_到二級及以上確定氣候品質(zhì)為特優(yōu)，模型計算水稻品質(zhì)為三級時氣候品質(zhì)確定為優(yōu)，三級以下氣候品質(zhì)為良或差。

表2 品質(zhì)等級劃分標準

3 結(jié)果與分析

3.1 2010—2019年評價區(qū)水稻品質(zhì)氣候影響評價

近10年灌漿期平均氣溫18.7～21.4℃，平均最低氣溫15.0～18.0℃，平均最高氣溫23.9～27.5℃（圖1），平均氣溫在品質(zhì)形成基本適宜范圍內(nèi)。灌漿前期（齊穗后15 d）平均氣溫是堊白度的主要控制因子，評價區(qū)域歷年灌漿前期平均氣溫21.0～25.8℃（圖2），此溫度范圍有利于堊白度達標和優(yōu)質(zhì)米形成。

圖1 評價區(qū)域2010—2019年灌漿期氣溫變化

圖2 評價區(qū)域2010—2019年齊穗后15 d平均氣溫

在灌漿成熟期，僅2010、2019年2年出現(xiàn)日平均氣溫≥30℃或日最高氣溫≥35℃高溫，2010年、2019年日平均氣溫≥30℃高溫日數(shù)分別為2、4 d，日最高氣溫≥35℃高溫分別為4、5 d（圖3）。灌漿期高溫少利于降低堊白度、堊白率粒，增加出糙率、整精米率，對直鏈淀粉含量形成也較為有利，是區(qū)域稻米品質(zhì)形成的有利氣象條件之一［15］。

圖3 評價區(qū)域2010—2019年灌漿成熟期高溫日數(shù)變化

評價區(qū)域近10年灌漿成熟期日較差2017年最低為7.1℃（圖4），2019年最高達10.5℃，大多數(shù)年份為8.0℃以上。日較差對蛋白質(zhì)、氨基酸等形成有一定影響，隨著關(guān)鍵期溫度日較差的增大，直鏈淀粉、蛋白質(zhì)、氨基酸總量及17種氨基酸分量有降低的趨勢，稻米口感品質(zhì)提高，營養(yǎng)成分卻有所下降［16］。

圖4 評價區(qū)域2010—2019年灌漿成熟期日較差變化

評價區(qū)域近10年灌漿成熟期平均相對濕度66.8%～81.3%，其中2018年最低，2017年最高，大多數(shù)年份在70%以上（圖5）；平均日輻射量8.97～13.739 MJ/（m2·d），其中2017年最少，2013年最多，大多數(shù)年份平均日輻射量10.0 MJ/（m2·d）以上（圖6）。

圖5 評價區(qū)域2010—2019年灌漿成熟期平均相對濕度變化

圖6 評價區(qū)域2010—2019年灌漿期平均日輻射量變化

根據(jù)灌漿期平均氣溫、平均相對濕度、日輻射強度計算逐日氣溫適宜度，濕度適宜度、光照適宜度，統(tǒng)計得到歷年灌漿期平均氣溫適宜度、濕度適宜度、光照適宜度，各適宜度逐年變化（圖7）。大多數(shù)年份的適宜度數(shù)值,濕度適宜度最高，氣溫適宜度最低；灌漿期平均日氣溫適宜度不足0.5，平均日濕度適宜度大多在0.55～0.75之間，平均光照適宜度2012、2016、2017、2018等4年低于0.5，其他年份均高于0.5，最高年份為2013年，高達0.72。

圖7 評價區(qū)域2010—2019年灌漿期氣候適宜度變化

利用評價模型，對近10年香米黃毛粘氣候品質(zhì)進行評價，評價結(jié)果見表3。近10年氣候品質(zhì)為優(yōu)的年份有4年，氣候品質(zhì)為良的有6年，氣候品質(zhì)為良的年份主要是當年氣候不利于整精米率達到優(yōu)質(zhì)等級。

表3 評價區(qū)域2010—2019年黃毛粘氣候品質(zhì)評價結(jié)果

3.2 2020年水稻品質(zhì)氣候影響評價

2020年評價區(qū)域黃毛粘于8月底至9月初抽穗，9月7日齊穗，10月26日左右成熟收割。灌漿期初期出現(xiàn)了1 d日平均氣溫≥35℃高溫天氣，灌漿期分別于9月20—22日、10月3—7日、10月14—21日出現(xiàn)3段日平均氣溫18℃以下低溫天氣，其他時段日平均氣溫均在適宜范圍內(nèi)。灌漿期平均氣溫19.8℃，較同期平均偏低0.4℃，灌漿前期（9月7—21日）平均氣溫23.4℃，為堊白度達標的適宜溫度；平均日較差7.1℃，較同期偏低1.7℃。

圖8 評價區(qū)域2020年灌漿期氣溫變化

2020年灌漿期日平均相對濕度62.5%～99%，平均為81.8%，較同期偏高6.3%（圖9）；灌漿期多陰雨，平均日輻射量仍達8.6 MJ/（m2·d），較同期僅偏少2.2 MJ/（m2·d），灌漿期分別于9月13—17日、19—23日、10月2—7日、14—18日出現(xiàn)了4段連陰雨天氣，光照偏少，陰雨期間日平均輻射量不足5 MJ/（m2·d）（圖10），不利于千粒重形成，對品質(zhì)形成有一定不利影響。

圖9 評價區(qū)域2020年灌漿期相對濕度變化

圖10 評價區(qū)域2020年灌漿期日平均輻射量變化圖

根據(jù)評價區(qū)域本年度氣候特征值和水稻品質(zhì)性狀氣候判別模型，計算各品質(zhì)性狀的等級。按2020年氣候特征值，評價區(qū)域堊白度可達三級，糙米率可達二級，整精米率可達一級，堿消值可達一級，膠稠度可達三級，透明度可達二級或三級，綜合評定2020年評價區(qū)域水稻氣候品質(zhì)為優(yōu)（表4）。

表4 評價區(qū)域2020年黃毛粘氣候品質(zhì)評價結(jié)果

4 小結(jié)

以湖北香潤生態(tài)農(nóng)業(yè)合作社特色香米黃毛粘為評價對象，利用構(gòu)建的水稻品質(zhì)評價模型對其2010—2020年氣候品質(zhì)等級進行定量化的評價，結(jié)果顯示氣候品質(zhì)為優(yōu)的年份有5年，氣候品質(zhì)為良的有6年，2020年綜合評定結(jié)果為優(yōu)，與江漢平原為中國優(yōu)質(zhì)稻米主要種植區(qū)相符。評價區(qū)溫度日較差大多在8℃以上，相對濕度大多在70%以上，平均日輻射量大多超過10.0 MJ/（m2·d），平均氣溫、濕度以及日照適宜度大多數(shù)高于0.5，最高達0.72，與湖北省水稻氣候適宜性區(qū)劃基本吻合。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，灌漿期高溫少有利于降低出糙率和整精米率，對優(yōu)質(zhì)稻米形成較為有利，評價區(qū)僅2010、2019年灌漿期出現(xiàn)短時期高溫天氣，是優(yōu)質(zhì)稻米形成較為適宜的區(qū)域之一。2020年雖然出現(xiàn)了4段階段性陰雨天氣，但低溫冷害影響較低，影響程度尚在可接受范圍，最終模型認證2020年氣候品質(zhì)等級為優(yōu)，與孝感市農(nóng)業(yè)氣象觀測分析記錄相符，表明該模型在一定的擾動下仍具備可操作性。

本模型可以為水稻品質(zhì)氣候定量評價提供一定的參考，但僅對江漢平原東北部孝南區(qū)適用，且適用的氣象資料范圍小、時間短，存在著一定的局限性，其他地區(qū)應用時需根據(jù)地域特點對模型參數(shù)進行修訂和驗證，以便更好地開展稻米品質(zhì)的氣候定量化評價。