張崇華 段里成,2 王尚明 張清霞 王成孜 吳風雨 楊 林

（1江西南昌農(nóng)業(yè)氣象試驗站，330200，江西南昌；2江西省農(nóng)業(yè)氣象中心，330096，江西南昌）

全球氣候變暖已成為不容置疑的事實[1]。近百年全球平均氣溫上升0.85℃（0.65℃～1.06℃）[2]；中國年平均氣溫上升（0.78±0.27）℃[2-3]。江西[4]和湖南[5]等雙季稻區(qū)在近50年，特別是從20世紀80年代后期開始，年平均氣溫和冬季平均氣溫均呈穩(wěn)步上升的趨勢。江西是我國雙季稻優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，雙季稻種植面積占水稻種植面積的90%，是全國雙季稻種植比例最高的省份，在保障國家糧食安全方面占有極其重要的地位[6]。目前針對早稻播種期已經(jīng)做了大量研究，結(jié)果表明，適時早播有利于延長早稻生育期，提早成熟，提高早稻產(chǎn)量[7-8]，且江西省部分地區(qū)農(nóng)戶已經(jīng)開始了提早播種[9]。在此基礎上，晚稻作為早稻下一茬作物，研究晚稻播期對選用適宜生長期的品種、提高溫光資源利用和產(chǎn)量、保障江西乃至中國糧食安全具有重要意義。

目前，針對晚稻播期研究主要集中在新品種適宜播種期確定、播期對晚稻產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響及晚稻安全生長期等方面。李誠永等[10]研究認為，甬優(yōu)1540作晚稻種植在浙江衢州地區(qū)適宜播種期為6月25日。薛占奎等[11]研究發(fā)現(xiàn)，隨著播期推遲，移栽秧苗素質(zhì)下降，抽穗期推遲，安全齊穗風險加大。盧依靈等[12]研究浙江臨海晚稻種植極限播期發(fā)現(xiàn)，以甬優(yōu)1540為試驗材料，其臨界播期為7月24-25日。成臣等[13]研究表明，隨著播期推遲，秈粳稻產(chǎn)量均呈下降趨勢，光照利用率因品種不同存在差異。汪本福[14]也發(fā)現(xiàn)，隨水稻播期的推遲，不同類型品種生育期縮短，成熟期葉面積指數(shù)、干物質(zhì)積累量和水稻產(chǎn)量均呈下降趨勢。綜上，前人研究主要集中在適宜播期的選擇及播期對晚稻產(chǎn)量及相關性狀的影響上，而播期對晚稻生長影響、安全生長期內(nèi)溫光資源利用及氣候變化背景下江西安全齊穗期和成熟期變化趨勢等系統(tǒng)研究較少。本研究基于2018-2019年晚稻大田分期播種試驗及江西1991-2020年氣候變化資料，研究播期對江西地區(qū)晚稻生育期、產(chǎn)量及溫光資源利用的影響，為江西晚稻種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018-2019年晚稻季在江西省南昌縣塔城鄉(xiāng)芳湖村試驗田（116°04′E，28°31′N）進行，該地屬亞熱帶溫暖濕潤季風氣候區(qū)，年均氣溫17.9℃，年降水量1599.2mm，無霜期273.9d，年均日照時數(shù)1732.4h。試驗前茬為雙季早稻，土壤肥力中等。試驗前耕層（0～20cm）土壤基本理化性質(zhì)為全氮1.85g/kg、速效氮129.40mg/kg、有機質(zhì)29.82g/kg、速效磷25.54mg/kg、速效鉀139.56mg/kg、pH 5.73。供試水稻品種為雜交秈型榮優(yōu)華占。

1.2 試驗設計

2018年試驗設置6月10日（第Ⅰ播期）、6月20日（第Ⅱ播期）、6月30日（第Ⅲ播期）和7月10日（第Ⅳ播期）4個播期；2019年試驗設置6月13日（第Ⅰ播期）、6月22日（第Ⅱ播期）、7月2日（第Ⅲ播期）和7月12日（第Ⅳ播期）4個播期。每個播期設置3次重復，每個小區(qū)100m2，每個小區(qū)獨立作埂，并用塑料薄膜包埂防止串肥。

各處理均采用濕潤方式育秧，秧齡30d，采用人工栽插方式，株行距栽插規(guī)格為16.7cm×20.0cm，每穴栽插2～3苗。施肥水平：氮肥用尿素（含N 46%），折合純氮為150kg/hm2，按基肥:分蘗肥:穗肥為5:2:3分次施用；磷肥用鈣鎂磷肥（含P2O512%），折合成P2O5為90kg/hm2，全部作基肥施用；鉀肥用氯化鉀（含K2O 60%），折合成K2O為150kg/hm2，按基肥:穗肥為6:4施用。水分管理及其他大田栽培措施均按高產(chǎn)田栽培進行。2018和2019年晚稻季氣候均正常，無重大氣象災害發(fā)生，溫度和降水量變化如圖1所示。

1.3 測定項目與方法

按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》標準，精確記錄拔節(jié)期（拔節(jié)高度距最高生根節(jié)長度1.0cm）、穗分化期（幼穗分化程度達3～4期）、抽穗普期（80%抽穗）和成熟期（80%以上的谷粒呈黃色）等發(fā)育期的準確日期。

每個小區(qū)進行實割測產(chǎn)，稻谷曬干揚凈，實測干谷產(chǎn)量。

按照《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》標準，取50穗測定總粒數(shù)、實粒數(shù)和空粒數(shù)等。

1.4 氣象數(shù)據(jù)來源

分析試驗地2018-2019年氣象條件所需要的氣象數(shù)據(jù)，包括日均氣溫、日最低氣溫和日照時數(shù)等，來源于試驗點氣象觀測站6-11月的氣象觀測資料。

根據(jù)江西省第1次經(jīng)濟普查數(shù)據(jù)，對江西進行贛北、贛中和贛南的地理區(qū)域劃分，用于分析各區(qū)域各年代不同氣象因子平均終日的區(qū)域分布特征。具體為，贛北指九江、宜春、南昌、上饒、景德鎮(zhèn)、鷹潭、萍鄉(xiāng)和新余，贛中指吉安和撫州，贛南指贛州市。各區(qū)域各年代平均終日所需氣象資料取自江西省85個氣象站1981-2020年的日平均氣溫資料。

1.5 數(shù)據(jù)處理

釆用5日滑動平均法對各點逐日日均溫度進行分析，確定大于晚稻安全齊穗與安全成熟的界限溫度的起始日期。以不連續(xù)出現(xiàn)3d以上低于該界限溫度的標準確定相應安全生產(chǎn)日期，其中晚稻齊穗與成熟的界限溫度分別為22℃與15℃[15]。參照艾治勇等[16]的方法計算80%保證率的安全生產(chǎn)日期和氣候變化傾向率。

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 7.5軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 江西雙季晚稻安全齊穗期和安全成熟期及其變化

由表1可知，在保證80%抽穗率下，1991-2020年晚稻安全齊穗期總體變化不大，贛北2006-2020年較1991-2005年基本無變化，贛中和贛南2006-2020年較1991-2005年分別推遲2和3d，全省2006-2020年較1991-2005年平均僅推遲1d。與安全齊穗期相比，晚稻安全成熟期變化趨勢更為明顯，30年間全省明顯推遲，2006-2020年較1991-2005年推遲9d。分區(qū)域分析可知，安全成熟期變化贛北較贛中和贛南更為明顯，其中2006-2020年較1991-2005年贛北延遲11d，贛中和贛南均延遲6d。對比江西晚稻各區(qū)安全齊穗期和安全成熟期變化可知，安全齊穗期由北向南隨年份變化與安全成熟期推遲變化相反。

表1 江西雙季晚稻安全齊穗期和安全成熟期及其變化（80%抽穗率）Table 1 Safe production dates with 80% heading rate and change of double late-rice in Jiangxi province

2.2 播期對雙季晚稻生育期的影響

由表2可知，隨播期推遲，成熟期相應推遲。受播期推遲影響，晚稻生育期呈縮短趨勢，不同年份間存在一定差異，其中2018年第Ⅳ播期較第Ⅰ播期縮短3d，2019年第Ⅳ播期較第Ⅰ播期縮短6d。全生育期天數(shù)的縮短主要表現(xiàn)在播種-抽穗階段，而在抽穗至成熟階段縮短天數(shù)較少。

(2) 借助Matlab軟件對數(shù)據(jù)進行擬合，得到優(yōu)化后的助力特性曲線和表達式.通過對比改進前后的三維曲面圖，在保證節(jié)能減排的基礎上，使助力的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向平衡性等得到顯著提高.

表2 播期對晚稻生育期的影響Table 2 Effects of sowing date on the growth period of late-rice

2.3 播期對雙季晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

隨播期推遲，雙季晚稻產(chǎn)量呈下降趨勢（表3），2年結(jié)論基本一致。與第Ⅰ播期相比，第Ⅲ播期產(chǎn)量在2018和2019年分別降低16.0%和26.0%，第Ⅳ播期分別降低16.8%和38.2%。由表3可知，第Ⅰ播期和第Ⅱ播期產(chǎn)量無明顯差異，至第Ⅲ播期，雙季晚稻產(chǎn)量顯著降低，在第Ⅳ播期達到最低。

表3 播期對晚稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 3 Effects of sowing date on the yield and its components of late-rice

從產(chǎn)量構(gòu)成因素（表3和表4）來看，隨著播期推遲，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)呈顯著下降趨勢，結(jié)實率呈先升高后降低的趨勢，千粒重無明顯變化。對比各產(chǎn)量構(gòu)成與產(chǎn)量相關性可知，有效穗數(shù)與產(chǎn)量呈顯著或極顯著正相關關系；穗粒數(shù)和結(jié)實率受年際影響差異較大，其中穗粒數(shù)與產(chǎn)量在2018年呈顯著正相關關系，2019年相關性不顯著，結(jié)實率與產(chǎn)量在2019年呈極顯著正相關關系，2018年相關性不顯著；千粒重與產(chǎn)量無顯著相關性。

表4 產(chǎn)量與其構(gòu)成因素之間相關性分析Table 4 Relative coefficient among yield and its components

2.4 播期對雙季晚稻溫光資源利用的影響

隨著播期推遲，全生育期積溫和日照時數(shù)均呈下降趨勢（表5）。以第Ⅰ播期的積溫為100%計算，2018和2019年全生育期積溫隨著播期推遲，全生育期積溫利用率呈明顯下降趨勢，第Ⅳ播期較第Ⅰ播期分別降低10.6%和9.8%。以第Ⅰ播期的日照時數(shù)為100%計算，2018年日照時數(shù)利用率明顯下降，第Ⅳ播期較第Ⅰ播期下降8.9%；2019年日照時數(shù)利用率各播期之間差異不明顯。

表5 播期對雙季晚稻溫光資源利用的影響Table 5 Effects of seeding date on accumulative temperatures and light hours of double late-rice

用2018和2019年2年數(shù)據(jù)分析各全生育期氣象要素與生育期和產(chǎn)量的相關性（表6）可知，晚稻各播期全生育期積溫與全生育期天數(shù)和產(chǎn)量有極顯著正相關關系，相關系數(shù)分別達0.849和0.949；總?cè)照諘r數(shù)和總降雨量與全生育期天數(shù)和產(chǎn)量無顯著相關關系。由此可知，積溫對全生育期天數(shù)和產(chǎn)量有顯著影響。

表6 各氣象要素與生育期和產(chǎn)量之間的相關性分析Table 6 Correlation coefficient among various meteorological elements and growth period and yield

3 討論

播期能改變水稻各生育階段的氣候生態(tài)條件及其持續(xù)時間，進而影響水稻生長發(fā)育過程中溫光資源的利用和群體干物質(zhì)的積累量，最終影響水稻產(chǎn)量形成[17]。因土壤肥力、供試品種和播期設置等不同，研究播期對水稻產(chǎn)量的影響結(jié)果不盡相同[18-19]。成臣等[13]研究表明，隨著播期推遲，秈稻和粳稻全生育天數(shù)和總積溫均降低，秈稻產(chǎn)量下降，粳稻產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢。許軻等[20]研究表明，隨著播期推遲，各品種水稻生育進程延遲，生育期縮短，全生育期積溫和日照時數(shù)均極顯著減少，產(chǎn)量顯著降低。姚義等[21]發(fā)現(xiàn)，隨著播期推遲，不同品種水稻生育期縮短，成熟期葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量遞減，水稻產(chǎn)量呈下降趨勢。綜上可知，對于秈稻而言，隨著播期推遲，晚稻全生育期縮短，溫光資源利用率降低，產(chǎn)量下降，這與本研究結(jié)果基本一致。本研究中，隨著播期推遲，有效穗數(shù)和穗粒數(shù)逐漸減少，結(jié)實率呈先增加后降低的趨勢。研究[22]表明，穗開花結(jié)實期高溫會影響花粉活性，導致結(jié)實率下降，進一步解釋了本研究第Ⅰ播期較第Ⅱ播期結(jié)實率低的原因。本研究中，雖然第Ⅰ播期結(jié)實率相對較低，但有效穗數(shù)和穗粒數(shù)均明顯較高，因此產(chǎn)量仍最高。

水稻在其全生育期利用區(qū)域內(nèi)溫光資源進行光合轉(zhuǎn)化是水稻生產(chǎn)的本質(zhì)，而晚稻不同播期下溫光資源利用能力存在一定差別[13]。將水稻生育進程與生育進程區(qū)域內(nèi)溫光資源協(xié)調(diào)高效同步，并充分利用品種本身的溫光特性是實現(xiàn)品種高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關鍵[23]。本研究中，播期調(diào)控對晚稻的溫光效應存在明顯差異，隨著播期推遲，晚稻溫光資源利用率逐漸降低。播期提早，生育期延長，全生育期積溫增加，溫光資源利用率提高，產(chǎn)量越高，說明適時早播有利于溫光資源利用優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)量優(yōu)勢。本研究還發(fā)現(xiàn)，各播期之間產(chǎn)量穩(wěn)定性較差，這可能與品種特性有關。這與成臣等[13]得出的秈稻產(chǎn)量穩(wěn)定性較低結(jié)論相一致。

對晚稻而言，其播期主要受前茬作物的影響，在江西則主要受雙季早稻播種及收割時間的影響。大量研究[24-25]表明，在全球氣候變暖的大背景下，雙季早稻安全播種期呈提前趨勢。王學林等[26]研究表明，長江中下游地區(qū)雙季早稻適播期呈提早趨勢，晚稻安全齊穗期呈推遲趨勢，雙季稻安全生產(chǎn)期時間變長。郭瑞鴿等[9]分析了江西省雙季早稻早播可行性發(fā)現(xiàn)，1960-2019年江西早春時期熱量資源呈現(xiàn)出平均氣溫上升、有效積溫增多和晴暖天氣增多為主的變化特征，具備提早播種雙季早稻的氣候可行性，在金溪縣、吉安縣、鄱陽縣和進賢縣等地早稻播種期明顯提前。因此，早稻合理早播已成為一種趨勢。適時地早播早稻有利早稻提早收割，為晚稻合理安排播種期、延長晚稻生長期爭取了時間[25]。本研究發(fā)現(xiàn)，晚稻適時早播早栽有利于提高溫光資源利用，提高晚稻產(chǎn)量。從1991-2020年江西晚稻季溫光資源變化來看，抽穗期和成熟期安全生長日期均有所推遲，安全齊穗期2006-2020年與1991-2005年相比，贛北無變化，贛南推遲3d，安全成熟期2006-2020年與1991-2005年相比，贛北推遲11d，贛南推遲6d；且安全成熟期較安全齊穗期推遲更為明顯。因此，晚稻播栽期提前和成熟期延遲有利于選用生育期更長的晚稻品種，以提高溫光資源利用，提高產(chǎn)量。因本試驗選用一個雜交秈稻品種參與研究，而隨著秈粳雜交稻及晚粳稻在江西的逐漸推廣[13]，秈粳雜交稻、粳稻及常規(guī)秈稻與本試驗選用的品種溫光資源利用特性是否相同還有待進一步深入研究。

4 結(jié)論

本試驗條件下，雙季晚稻產(chǎn)量隨播種期推遲呈下降趨勢，其中第Ⅰ播期和第Ⅱ播期產(chǎn)量無明顯差異，在第Ⅱ播期和第Ⅲ播期出現(xiàn)顯著下降，這主要是由于有效穗數(shù)降低所致；同時播期越早，全生育期積溫越高，溫光資源利用率增加，對提高晚稻產(chǎn)量有利。本試驗條件下在6月20日及以前播種有利于晚稻產(chǎn)量的提高。

氣候變化背景下，江西省安全齊穗期和安全成熟期均呈推遲趨勢。相較于安全齊穗期，晚稻安全成熟期推遲更為明顯，全省安全成熟期2006-2020年較1991-2005年平均推遲9d。這將有利于選用灌漿期更長的晚稻品種，以達到增產(chǎn)的目的。