江學(xué)海,李剛?cè)A,陸波,羅德強(qiáng),劉正輝,李敏,蔣明金,陳永蓮,丁艷鋒*

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物生理生態(tài)與生產(chǎn)管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/江蘇現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心,江蘇 南京210095; 2.貴州省水稻研究所,貴州 貴陽(yáng) 550006;3.麻江縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站,貴州 麻江 557600)

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)(IPCC)在2021年的報(bào)告中指出,隨著全球變暖,降水減少、干旱發(fā)生頻率和強(qiáng)度持續(xù)增加,受影響的范圍也將隨之?dāng)U大[1]。全球氣候升溫1.5 ℃時(shí),我國(guó)大部分地區(qū)的極端氣候事件增加,降雨量與降雨頻率變異加大[2]。氣候變暖引起降水量的分布不均衡,降水格局發(fā)生變化,西南地區(qū)降水量減少[3],帕默爾干旱指數(shù)(PDSI)降低,干旱發(fā)生加劇[4]。隨著氣溫升高,作物蒸散速率增大[5],安全播種期提前[6],生長(zhǎng)季可利用率增加,但實(shí)際生長(zhǎng)期縮短,需水量隨之發(fā)生變化[7]。水分虧缺是指作物需水量與有效降水量的差值[8],可反映作物生產(chǎn)水分的供需平衡關(guān)系[9]。彭曼公式計(jì)算作物需水量被廣泛應(yīng)用,三江平原[10]、江蘇[11]、云南[12]等地研究得出水分虧缺的變化特征,對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源高效利用具有重要意義。

貴州作為中國(guó)山地農(nóng)業(yè)的典型地區(qū),水稻產(chǎn)區(qū)多為梯田和山間田壩,水稻種植對(duì)降水的依賴程度高。貴州雖年降水量豐富,但因氣候變化使降水量呈減少的趨勢(shì),加之時(shí)空分布不均,極易發(fā)生季節(jié)性干旱,是影響水稻生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害。隨著氣候變化干旱發(fā)生頻率增加[13-14],造成水稻大幅度減產(chǎn)[15]。貴州從20世紀(jì)80年代推廣應(yīng)用雜交秈稻品種至今,除西北冷涼地區(qū)外各稻區(qū)均以種植雜交秈稻為主[16]。為適應(yīng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,不同稻區(qū)種植制度發(fā)生改變,黔南、黔北、黔東雙季稻區(qū)轉(zhuǎn)為一季中稻區(qū),稻田輪作高效模式通過(guò)早播提高農(nóng)業(yè)氣候資源利用效率。因此,需要進(jìn)一步研究貴州不同生態(tài)區(qū)域水稻生育期變化對(duì)水分時(shí)空分布的影響。

在氣候變化加劇的背景下,分析貴州雜交秈稻水分虧缺時(shí)空分布特征是應(yīng)對(duì)干旱災(zāi)害、保證產(chǎn)量的基礎(chǔ),但目前主要針對(duì)氣象干旱的研究較多,而基于不同生態(tài)區(qū)域雜交秈稻階段水分虧缺的研究較少。本研究在黔中、黔東、黔北、黔西南和黔南5個(gè)生態(tài)區(qū)域以中遲熟雜交秈稻為材料,根據(jù)水分需求劃分生育階段,結(jié)合1986—2015年氣象資料分析不同生態(tài)稻區(qū)階段有效降水量、需水量和水分虧缺的時(shí)空分布規(guī)律,明確不同階段需水量與降水量的協(xié)同程度,以期為貴州山地水稻灌溉策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 氣象數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究將貴州雜交秈稻水稻種植主要區(qū)域,根據(jù)氣候地理生態(tài)條件分為黔中、黔東、黔北、黔西南和黔南5個(gè)生態(tài)稻區(qū)。氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于各生態(tài)區(qū)域的33個(gè)氣象站點(diǎn)(圖1),范圍為25°3′0″N～28°34′48″N,104°32′24″E～109°7′12″E,各稻區(qū)海拔高度258.1～1 649.4 m,平均海拔分別為1 039.3、459.9、633.5、1 430.5 和395.9 m。收集各氣象站點(diǎn)1986—2015年來(lái)的逐日最高溫度(Tmax)、最低溫度(Tmin)、平均溫度(Tmean),日照時(shí)數(shù)(Sn)、降水量(P)、平均相對(duì)濕度(RH)、平均風(fēng)速(u2)等數(shù)據(jù)。

圖1 氣象數(shù)據(jù)來(lái)源站點(diǎn)位置Fig.1 Location of meteorological data source site

1.2 安全播種期的確定

貴州各稻區(qū)采用農(nóng)膜拱棚保溫旱育秧和濕潤(rùn)育秧,安全播種期界限溫度確定為10 ℃[17],對(duì)各氣象站點(diǎn)逐日平均溫度采用5日滑動(dòng)平均法[18],以穩(wěn)定通過(guò)界限溫度的初日作為各年份的氣象安全播種期,以日序(DOY)建立線性回歸方程并分析其變化趨勢(shì)特征。

1.3 各稻區(qū)生育期劃分

1.3.1 田間試驗(yàn)地點(diǎn)及基本情況2014—2015年,根據(jù)面積和海拔分布,在5個(gè)生態(tài)區(qū)域選擇6個(gè)代表地點(diǎn)進(jìn)行雜交秈稻生育進(jìn)程觀察試驗(yàn),試驗(yàn)點(diǎn)情況見(jiàn)表1。貴陽(yáng)、湄潭(黔中稻區(qū))、思南(黔東稻區(qū))、正安(黔北稻區(qū))、興義(黔西南稻區(qū))、荔波(黔南稻區(qū)),試驗(yàn)地點(diǎn)的海拔為402～1 287 m,可較好反映各生態(tài)區(qū)水稻種植主要垂直分布實(shí)際。各點(diǎn)試驗(yàn)田的土壤地力相近,肥力為中上等。

表1 不同生態(tài)區(qū)域雜交秈稻生育期觀測(cè)試驗(yàn)地點(diǎn)的地理位置Table 1 Geographical location of observation test site for growth period of hybrid indica rice in different ecological regions

1.3.2 供試品種試驗(yàn)以貴州生產(chǎn)中常用的10個(gè)中遲熟雜交秈稻品種:金優(yōu)785、紫優(yōu)93、奇優(yōu)894、黔優(yōu)790、川香優(yōu)6203、成優(yōu)489、F優(yōu)498、兩優(yōu)585、香兩優(yōu)875、兩優(yōu)662為材料,其中前6個(gè)為三系法雜交秈稻、后4個(gè)為兩系法雜交秈稻。10個(gè)品種的生育期接近,適合各生態(tài)區(qū)種植。

1.3.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)1986—2013年5個(gè)稻區(qū)安全播種期的平均值采用經(jīng)驗(yàn)頻率方法,按保證率80%計(jì)算確定各試驗(yàn)點(diǎn)播期[7]。貴陽(yáng)、湄潭、思南、正安、興義、荔波的實(shí)際播期分別為4月2日、4月1日、3月24日、3月24日、3月24日、3月17日,與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)相近。育秧方式為旱育秧,秧齡30 d,單本移栽,行距29.7 cm、株距16.5 cm。以品種為變量進(jìn)行完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),小區(qū)面積13.3 m2,3次重復(fù)。施肥按照總氮150 kg·hm-2,氮、磷、鉀肥質(zhì)量比為1∶0.5∶1,氮肥運(yùn)籌按基蘗肥與穗肥6∶4(質(zhì)量比)施用,磷肥全做底肥,鉀肥分底肥和穗肥2次等量施用。為準(zhǔn)確比較生育期進(jìn)程,水分管理本田期保持淺水,收割前7 d排水。

1.3.4 生育期觀察按照《農(nóng)業(yè)品種區(qū)域試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范:NY/T 1300—2007》觀測(cè)記錄移栽期、有效分蘗臨界期、拔節(jié)期、抽穗期、齊穗期、成熟期[19]。按照雜交秈稻的水分需求規(guī)律將本田期劃分為4個(gè)階段:有效分蘗階段為移栽(T)至有效分蘗臨界期(PT);無(wú)效分蘗階段為有效分蘗臨界期(PT)至拔節(jié)期(J);孕穗開(kāi)花階段為拔節(jié)期(J)至齊穗開(kāi)花期(F);灌漿成熟階段為齊穗開(kāi)花(F)至成熟期(M)。

1.4 生育階段作物需水量

根據(jù)2年生育期觀測(cè)試驗(yàn)結(jié)果,以不同生態(tài)稻區(qū)的雜交秈稻生育時(shí)期的起止日期作為節(jié)點(diǎn)劃分生育階段,應(yīng)用Penman-Monteith公式,將各生育階段內(nèi)逐日參考作物蒸散量(ET0)累加計(jì)算水稻各生育階段的需水量。計(jì)算公式如下:

(1)

式中:ET0為參考作物蒸散量(mm·d-1);Rn為作物冠層表面的太陽(yáng)凈輻射量(MJ·m-2·d-1);G為土壤熱通量密度(MJ·m-2·d-1);T為日均氣溫(℃);u2為地面2 m高度的日均風(fēng)速(m·s-1);es為空氣飽和水汽壓;ea為空氣實(shí)際飽和水汽壓(kPa);Δ為飽和水汽壓與空氣溫度關(guān)系曲線斜率(kPa·K-1);γ為濕度計(jì)常數(shù)(kPa·K-1)。

作物需水量(ETc,mm)根據(jù)FAO推薦方法計(jì)算。計(jì)算公式如下:

ETc=ET0×Kc

(2)

式中:Kc為作物系數(shù)。本研究生育階段的作物系數(shù),根據(jù)貴州水稻生產(chǎn)實(shí)際,采用貴州水利部門(mén)推薦值和前人[20-21]在西南區(qū)域研究結(jié)果的平均值,T-PT、PT-J、J-F、F-M階段的作物系數(shù)分別為1.13、1.26、1.40和1.20。

1.5 有效降水量

根據(jù)2014和2015年對(duì)應(yīng)生育階段的逐日降水量整理和計(jì)算各生育階段的有效降水量(Pe)。水稻各生育階段的有效降水量采用美國(guó)土壤保持局(USDA)公式計(jì)算[22]:

(3)

式中:Pe為日有效降水量(mm);Pi為日降水量(mm)。

1.6 作物需水量與有效降水量協(xié)同程度

參考聶堂哲等[23]的方法,比較水稻生育階段有效降水量和需水量的協(xié)同匹配程度。公式如下:

(4)

式中:Cd為水稻各生育階段有效降水的協(xié)同指數(shù);Pe為階段有效降水量。

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019整理數(shù)據(jù),用SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)方差分析。對(duì)ET0、Pe和Cd等逐步回歸擬合分析傾向率;比較不同生態(tài)試點(diǎn)品種和地點(diǎn)間、年度間生育時(shí)期、ETc、水分虧缺(WD)的變異系數(shù)(CV),應(yīng)用SIMPLOT 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 貴州山地雜交秈稻安全播種期和生育時(shí)期的時(shí)空分布

2.1.1 不同稻區(qū)氣溫和降雨的時(shí)空變化1986—2015年5個(gè)生態(tài)稻區(qū)在水稻主要生長(zhǎng)季3月至9月的日均溫在空間分布上依次為黔南23.1 ℃、黔東21.1 ℃、黔北20.7 ℃、黔中19.5 ℃、黔西南19.0 ℃,整體表現(xiàn)出黔南最高、黔西南最低,由南向北、由東向西逐漸降低;在時(shí)間上呈現(xiàn)出隨年際升溫的趨勢(shì),升溫的傾向率依次為黔北0.36 ℃·10 a-1、黔東0.29 ℃·10 a-1、黔南0.28 ℃·10 a-1、黔西南0.27 ℃·10 a-1、黔中0.19 ℃·10 a-1(圖2-a)。30 a各稻區(qū)降雨量在空間分布上差別較大,以黔西南最高為1 086.4 mm,黔南、黔中、黔東相近,分別為989.7、960.1、937.4 mm,黔北最低為887.4 mm;在時(shí)間變化上黔東、黔北稻區(qū)呈增加趨勢(shì),傾向率分別為16.1、3.9 mm·10 a-1,黔西南、黔南和黔中呈降低趨勢(shì),傾向率分別為-38.5、-11.7、-2.0 mm·10 a-1(圖2-b)。

圖2 貴州不同雜交秈稻區(qū)3—9月日均溫(a)和降水量(b)的時(shí)空變化Fig.2 Temporal and spatial variations of daily mean temperature(a)and precipitation(b) in different indica hybrid rice areas from March to September in Guizhou

2.1.2 雜交秈稻的安全播種期時(shí)空分布從1986—2015年,全省5個(gè)雜交秈稻區(qū)的安全播種期均表現(xiàn)出提前的趨勢(shì)(圖3-a),黔南、黔東、黔北、黔西南和黔中稻區(qū)安全播種期的傾向率分別為-6.5、-5.4 、-4.9、-4.7和-4.1 d·10 a-1。不同試點(diǎn)的安全播種期年際間差異較大(圖3-b),總體以黔南最早,黔西南、黔東、黔北次之,黔中較晚,30 a安全播種期平均值比黔南稻區(qū)依次延長(zhǎng)6.4、7.9、10.6、19.1 d。6個(gè)試點(diǎn)與代表生態(tài)區(qū)的安全播種期日序變化趨勢(shì)相近,兩者平均值的比值為94.4%,說(shuō)明試驗(yàn)點(diǎn)的生態(tài)區(qū)域代表性較好。

圖3 不同稻區(qū)安全播種期的時(shí)空變化趨勢(shì)(a)和代表地安全播種期的時(shí)間分布(b)Fig.3 The temporal and spatial variation trend of safe sowing date in different rice areas(a) and the temporal distribution of safe sowing date in representative sites(b)

2.1.3 不同生態(tài)稻區(qū)生育時(shí)期的時(shí)間分布雜交秈稻生育期受種植區(qū)域的光、溫、水等氣候因素影響。2014和2015年貴陽(yáng)、湄潭、思南、正安、興義和荔波6個(gè)地點(diǎn)10個(gè)雜交秈稻品種全生育期分別為169.3和165.0 d、161.6和157.8 d、153.8和151.4 d、152.0和151.5 d、179.7和177.0 d、141.7和138.9 d,品種間差異不顯著,生態(tài)點(diǎn)間差異達(dá)顯著水平(圖4);生態(tài)點(diǎn)間全生育期的差異變幅為0.5%～2.9%,品種間CV為0.2%～0.9%,年度間CV為0.1%～2.0%。荔波點(diǎn)有效分蘗臨界期、拔節(jié)期、齊穗期和成熟期早于其他試點(diǎn);貴陽(yáng)點(diǎn)有效分蘗臨界期、拔節(jié)期最遲,興義點(diǎn)齊穗開(kāi)花期和成熟期最遲,有效分蘗臨界期、拔節(jié)期、齊穗開(kāi)花期和成熟期生態(tài)點(diǎn)間極差分別為23.4、28.0、35.0、32.8 d,對(duì)應(yīng)的4階段相差7.3 d(P<0.01)、17.2 d(P<0.01)、6.0 d(P<0.01)和10.7 d(P<0.01)。2014和2015年有效分蘗臨界期、拔節(jié)期、齊穗開(kāi)花期和成熟期各品種兩年平均差異為1.3%、0.3%、0.8%、1.1%。同一生態(tài)點(diǎn)雜交秈稻生育時(shí)期較為穩(wěn)定,參試品種的平均值可作為該生態(tài)稻區(qū)生育階段的劃分時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

圖4 2014—2015年貴州不同生態(tài)區(qū)域雜交秈稻生育時(shí)期的時(shí)間分布Fig.4 Date of growth stage of 10 indica Hybrid rice varieties in different ecological regions of Guizhou in 2014 and 2015 PT、J、F、M分別代表有效分蘗臨界期、拔節(jié)期、齊穗開(kāi)花期、成熟期。下同。PT,J,F,M represent productive tillering critical stage,jointing stage,full heading flowering stage and maturity stage respectively. The same below.

2.2 不同生育階段ET0和有效降水量的時(shí)空變化

黔西南、黔中、黔東、黔北和黔南稻區(qū)本田期ET0依次為612.5、544.2、482.8、479.8和453.4 mm。不同稻區(qū)生長(zhǎng)前期的ET0差異和30 a變化趨勢(shì)大于生長(zhǎng)后期。有效分蘗階段黔西南稻區(qū)的ET0最高為158.1 mm,其次是黔中稻區(qū)135.9 mm,黔南、黔東和黔北稻區(qū)為101.4～116.0 mm;黔中和黔東生態(tài)區(qū)降低趨勢(shì)大,傾向率分別為-4.7和-3.5 mm·10 a-1(圖5-a)。無(wú)效分蘗階段黔西南稻區(qū)的ET0為158.8 mm,高于其他稻區(qū),30 a降低趨勢(shì)也最高,傾向率為-14.4 mm·10 a-1;其他稻區(qū)的ET0為89.2～100.8 mm,傾向率為 -0.7～-4.3 mm·10 a-1(圖5-b)。孕穗開(kāi)花階段各稻區(qū)ET0為117.9～155.4 mm,黔中稻區(qū)最高;30 a表現(xiàn)出微弱升高的趨勢(shì),傾向率為0.1～2.9 mm·10 a-1(圖5-c)。灌漿成熟階段的各稻區(qū)的ET0為130.2～162.0 mm,黔中稻區(qū)最高;30 a黔中、黔北、黔南和黔東呈上升趨勢(shì),傾向率為1.1～4.1 mm·10 a-1,黔西南稻區(qū)呈微弱下降趨勢(shì),傾向率為-0.4 mm·10 a-1(圖5-d)。

圖5 有效分蘗階段(a)、無(wú)效分蘗階段(b)、孕穗開(kāi)花階段(c)和灌漿成熟階段(d) 參考作物蒸散量(ET0)的時(shí)空變化Fig.5 Spatial and temporal variations of the reference crop evapotranspiration(ET0)from transplanting to critical period of productive tillering(a),critical period of nonproductive tillering(b), booting flowering(c)and grain filling maturity(d)

有效分蘗階段的有效降水量以黔中稻區(qū)最高為75.3 mm,其他稻區(qū)相近平均為51.2 mm;近30 a來(lái),各稻區(qū)均表現(xiàn)為升高的趨勢(shì),黔東、黔中稻區(qū)傾向率分別為3.5和2.1 mm·10 a-1(圖6-a)。無(wú)效分蘗階段的有效降水量以黔西南稻區(qū)最高為108.8 mm,高于其他稻區(qū);30 a黔北、黔南稻區(qū)表現(xiàn)為上升趨勢(shì),傾向率分別為3.6和3.4 mm·10 a-1,黔中、黔西南稻區(qū)呈下降趨勢(shì),傾向率為-3.6和-3.1 mm·10 a-1(圖6-b)。不同稻區(qū)孕穗開(kāi)花階段有效降水量的差異縮小,黔西南稻區(qū)為85.1 mm,略高于其他稻區(qū);30 a除黔南稻區(qū)略有增加外,其他稻區(qū)均表現(xiàn)為下降的趨勢(shì),其中黔中、黔東和黔北稻區(qū)最為明顯,傾向率分別為-3.1、-2.5和-2.5 mm·10 a-1(圖6-c)。灌漿成熟階段各稻區(qū)的有效降水量相近,黔西南稻區(qū)為75.7 mm,略高于其他稻區(qū),各稻區(qū)30 a均表現(xiàn)為降低的趨勢(shì)。在4個(gè)生育階段中,灌漿成熟階段有效降雨量下降趨勢(shì)最大,平均傾向率為-5.1 mm·10 a-1,黔西南稻區(qū)達(dá)-9.3 mm·10 a-1(圖6-d)。

圖6 有效分蘗階段(a)、無(wú)效分蘗階段(b)、孕穗開(kāi)花階段(c)和灌漿成熟階段(d)有效降水量的時(shí)空變化Fig.6 Spatiotemporal variation of effective precipitation from transplanting to critical period of productive tillering(a),critical period of nonproductive tillering(b),booting flowering(c) and grain filling maturity(d)

2.3 雜交秈稻不同生育階段水分虧缺的時(shí)空變化

如圖7所示:黔西南稻區(qū)需水量(ETc)最高為761.8 mm,黔中稻區(qū)為680.1 mm,黔北和黔東稻區(qū)分別為602.0和600.4 mm,黔南最低為564.8 mm。本田期水分虧缺量以黔西南稻區(qū)最高為440.9 mm,黔中、黔北、黔東和黔南稻區(qū)依次為417.1、387.1、382.2和349.2 mm。

圖7 貴州雜交秈稻不同生育階段水分虧缺的空間分布Fig.7 Spatial distribution of water deficit in different growth periods of indica hybrid rice in Guizhou

不同生育階段的需水量總體以孕穗開(kāi)花和灌漿成熟階段高于前期兩階段。有效分蘗和無(wú)效分蘗階段黔西南稻區(qū)需水量為178.6和200.1 mm,略大于其他稻區(qū)。孕穗開(kāi)花和灌漿成熟階段黔南稻區(qū)分別為165.0、156.3 mm,略低于其他稻區(qū)的180.0～215.5 mm和178.9～194.4 mm。

總體來(lái)看,5個(gè)生態(tài)稻區(qū)的4個(gè)階段水分虧缺值分別為83.5、70.2、120.5和121.1 mm;孕穗開(kāi)花和灌漿成熟階段的水分虧缺量占比為61%,其中黔中、黔東和黔北稻區(qū)后兩階段水分虧缺量占比分別為68%、68%和65%。

雜交秈稻階段需水量和水分虧缺在時(shí)空分布上差異較大,前者的時(shí)空變化小于后者(表2)。需水量的變異系數(shù)為9.3%～27.3%,有效分蘗、無(wú)效分蘗和孕穗開(kāi)花階段需水量在空間分布上的差異大于時(shí)間分布,灌漿成熟階段需水量時(shí)空分布差異相近;水分虧缺時(shí)空分布變異系數(shù)為25.1%～37.5%,有效分蘗階段水分虧缺時(shí)間分布差異高于空間分布,無(wú)效分蘗和孕穗開(kāi)花階段水分虧缺時(shí)空差異相近,灌漿成熟階段水分虧缺在時(shí)間分布上的差異高于空間分布。

表2 貴州山地雜交秈稻生育階段需水量(ETc)和水分虧缺(WD)時(shí)空變異系數(shù)Table 2 Spatial-temporal variation coefficient of crop water requirement(ETc)and water deficit(WD) at growth period of hybrid indica rice in Guizhou mountain %

2.4 降水協(xié)同指數(shù)的時(shí)空變化

貴州山地雜交秈稻區(qū)本田期需水量與有效降水量協(xié)同程度指數(shù)(Cd)30 a的平均值為0.39,有效分蘗、無(wú)效分蘗、孕穗開(kāi)花、灌漿成熟階段分別為0.41、0.49、0.36、0.34。有效分蘗階段,黔東、黔中、黔北、黔南和黔西南稻區(qū)的Cd分別為0.53、0.50、0.42、0.35和0.29;在時(shí)間變化上,30 a來(lái)5個(gè)雜交秈稻區(qū)呈微弱上升趨勢(shì),傾向率為0.01～0.05·10 a-1(圖8-a)。無(wú)效分蘗階段,黔西南、黔中、黔北、黔東和黔南的Cd分別為0.55、0.51、0.50、0.47和0.38;30 a黔中稻區(qū)Cd表現(xiàn)為微弱降低趨勢(shì)(-0.03·10 a-1),其他稻區(qū)呈微弱上升,傾向率為0.03～0.05·10 a-1(圖8-b)。孕穗開(kāi)花階段,黔西南、黔南、黔北、黔東和黔中稻區(qū)的Cd依次為0.44、0.35、0.33、0.31和0.30,30 a表現(xiàn)出微弱的降低趨勢(shì)(圖8-c)。灌漿成熟階段,Cd以黔西南稻區(qū)最高,為0.44;黔南和黔中稻區(qū)的Cd次之,分別為0.37和0.35;黔北和黔東稻區(qū)較低,分別為0.29和0.27;隨著年際呈現(xiàn)降低的趨勢(shì),傾向率為-0.05～-0.01·10 a-1(圖8-d)。

3 討論

明確貴州不同生態(tài)區(qū)域雜交秈稻生育期的時(shí)空分布特征是制訂各稻區(qū)水稻高產(chǎn)栽培技術(shù)的重要依據(jù)。本研究以田間試驗(yàn)雜交秈稻生育期與長(zhǎng)期氣象數(shù)據(jù)結(jié)合的方法分析貴州5個(gè)生態(tài)區(qū)雜交秈稻不同生育階段水分的時(shí)空變化規(guī)律。各稻區(qū)安全播種期均有提前,這與陳超等[6]研究結(jié)果相似。不同生態(tài)區(qū)域安全播種期的時(shí)間分布與緯度和海拔密切相關(guān)[24],貴州山地氣候在垂直方向受海拔的影響,高海拔地區(qū)比低海拔地區(qū)增溫幅度小,黔南、黔東和黔北等低海拔稻區(qū)的安全播種期提前早于黔中稻區(qū),黔西南稻區(qū)為低緯度高海拔地區(qū),因升溫早,安全播種期比黔中稻區(qū)提前。各生態(tài)稻區(qū)熟期相近品種的生育期穩(wěn)定,這與呂偉生等[25]研究結(jié)果相同,可將同一區(qū)域雜交秈稻生育時(shí)期作為時(shí)間節(jié)點(diǎn)分析階段水分虧缺的時(shí)空特征。貴州不同生態(tài)稻區(qū)的生育階段時(shí)間分布差異較大是影響ET0和Pe的主要因素。黔西南無(wú)效分蘗階段顯著長(zhǎng)于其他生態(tài)稻區(qū)而ET0較高,黔南稻區(qū)的灌漿成熟階段短而ET0較低,需水量與階段歷時(shí)呈正相關(guān)。與氣溫升高相比,不同稻區(qū)因生育階段時(shí)間分布和長(zhǎng)度差異導(dǎo)致ET0空間分布差異大,低海拔稻區(qū)生育期短,降低了階段蒸散耗水的時(shí)間,即使因溫度升高和輻射增強(qiáng)引起水分蒸散增加,但低于其對(duì)水稻生育期的影響,需水量仍表現(xiàn)為降低[26]。

不同生態(tài)稻區(qū)需水量時(shí)空分布差異還與貴州山地的地形地貌特征密切相關(guān)。需水量隨著海拔升高而增加,這與云南受低緯高原山川三維氣候影響的結(jié)果相似[27]。黔西南稻區(qū)因海拔較高,日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)、風(fēng)速大[28],表現(xiàn)出較高的需水量。近60 a來(lái)中國(guó)水稻的需水量由東南向西北減少[29],貴州地處中國(guó)西南,總體也表現(xiàn)出減少的趨勢(shì),但各稻區(qū)需水量的變化不同,黔南和黔北稻區(qū)表現(xiàn)出增加的趨勢(shì),黔西南、黔東和黔中稻區(qū)表現(xiàn)出減小的趨勢(shì)。水稻需水量在空間分布上的差異增大,因此可按需水量特征分為:西南部高需水量區(qū),包括興義、興仁、安龍等地;中部中高需水量區(qū)域包括貴陽(yáng)、遵義、湄潭、安順等地,東部和北部為中需水量區(qū),前者包括銅仁、思南、鎮(zhèn)遠(yuǎn)、三穗等地,后者包括正安、赤水、沿河、務(wù)川等地;南部低需水量區(qū),包括望謨、羅甸、荔波、從江、榕江等地。此外,巖溶地貌因降低了水分利用效率(WUE)而需水量增加[30],貴州山地屬典型的喀斯特地貌,不同稻區(qū)在估算需水量時(shí),應(yīng)考慮其影響。大氣環(huán)流異動(dòng)加劇了水分虧缺區(qū)域分布差異[31],以致水分虧缺的時(shí)空變化大。30 a溫度變化對(duì)各稻區(qū)水分虧缺的影響較小,主要與降水量的空間分布關(guān)系緊密,不同生育階段有效降水量在各稻區(qū)表現(xiàn)出不同的趨勢(shì),總體表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期升高,生殖生長(zhǎng)期降低。有效降水量降低和分布不均增加了水分虧缺的發(fā)生頻率和程度,黔中、黔北和黔東稻區(qū)表現(xiàn)突出。黔西南稻區(qū)有效分蘗階段需水量高于其他稻區(qū),有效降水量低,因此水分虧缺較大;生殖生長(zhǎng)階段需水量雖大,但有效降水量高,即使表現(xiàn)為降低趨勢(shì),但水分虧缺卻低于其他稻區(qū)。

需水量和有效降雨量的協(xié)同指數(shù)可較好地反映貴州山地水稻的降雨利用效率。本研究發(fā)現(xiàn)水稻生殖生長(zhǎng)階段的需水量隨年際增加,有效降水量減少,協(xié)同指數(shù)低于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段,這使依靠播期調(diào)整提高水稻生育期與降水相匹配的技術(shù)措施增加了難度,因此,根據(jù)不同稻區(qū)協(xié)同指數(shù)制訂水分管理技術(shù)對(duì)提高水分生產(chǎn)效率尤為重要。孕穗開(kāi)花和有效分蘗階段發(fā)生水分虧缺可導(dǎo)致產(chǎn)量顯著降低[32]。黔西南稻區(qū)有效分蘗階段Cd較低,應(yīng)通過(guò)淺水促分蘗,保證在有效分蘗臨界期達(dá)到高產(chǎn)預(yù)期穗數(shù);5個(gè)稻區(qū)無(wú)效分蘗階段的水分虧缺較小,栽培上需要注意高峰苗控制,避免因成穗率低影響產(chǎn)量,采取排水?dāng)R田等水分管理進(jìn)行調(diào)節(jié),黔西南稻區(qū)此階段較長(zhǎng),可加大擱田程度;黔中、黔東和黔北稻區(qū)在孕穗開(kāi)花階段增加灌溉,保持淺水;黔東、黔北、黔南稻區(qū)的灌漿成熟階段的Cd較低,應(yīng)通過(guò)建立薄水層和濕潤(rùn)露田控制用水量,增加間歇灌溉周期,改善稻田土壤通氣,發(fā)揮養(yǎng)根壯根增產(chǎn)作用。通過(guò)減少無(wú)效分蘗和灌漿成熟階段的灌溉用水量,提高水分生產(chǎn)效率。本研究計(jì)算需水量采用的作物系數(shù)(Kc)取值為經(jīng)驗(yàn)推薦值,但因其受區(qū)域氣候、地理、土壤、水分管理方式的影響差異較大[33],因此,需要進(jìn)一步在不同生態(tài)稻區(qū)開(kāi)展作物系數(shù)的研究,提高模型估算需水量的準(zhǔn)確度。

貴州山地雜交秈稻生育期由西向東、由中部向南北方向縮短,不同稻區(qū)生育階段的時(shí)空分布與需水量、水分虧缺和協(xié)同指數(shù)密切相關(guān)。需水量的空間分布特征與生育期分布一致;水分虧缺時(shí)空變化大,黔南稻區(qū)的水分虧缺最小,黔西南稻區(qū)有效分蘗階段的水分虧缺較大,黔中、黔東和黔北稻區(qū)孕穗開(kāi)花階段水分虧缺較大,降水協(xié)同指數(shù)低,對(duì)水稻產(chǎn)量影響最大。各稻區(qū)水稻生殖生長(zhǎng)階段的降水協(xié)同指數(shù)呈現(xiàn)降低趨勢(shì),發(fā)生水分虧缺的風(fēng)險(xiǎn)增大。生產(chǎn)上應(yīng)根據(jù)需水量時(shí)空分布規(guī)律和階段降水協(xié)同指數(shù)制訂適宜的區(qū)域水分管理技術(shù)。