谈气候要素对水稻产量的影响

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比较水稻总产与平均单产年际变化,1993年之前二者均为持续波动增加,1993年达到最高水平;1994年二者同时巨幅减少,1994年后二者趋势一致,总体呈现增—减—增趋势。1994年是个十分特殊的年份,与1993年相比,水稻面积、技术水平没有较大变化的情况下,气象条件是影响产量的最大因素。

水稻气候产量特征依据产量和气候要素的特点和时间尺度,将作物的单产划分为两部分,即时间趋势产量(主要受长期要素如耕作技术、管理标准影响)和气候产量(主要受短期气候要素的影响),其表达式为[3]YAi=YTi+YCi,(1)YAi为单位面积作物的实际产量,YTi为产量的时间趋势项即趋势产量,YCi为产量的波动项(气候产量),i为年份。气候产量YCi用来分析作物产量随时间波动的影响,可表达为YCi=YAi-YTi。计算汉中市逐年水稻气候产量(图2),可以看出,1970—1993年气候产量多为正值,说明气象条件对形成产量有利,为正影响;1993年后负值年份明显增多,正负影响交替出现,气象条件对水稻产量的影响变得复杂。尤其是1981年、1994年影响分别达到-1540.5kg/hm2和-1986kg/hm2。

气候要素与水稻气候产量的相关性分析

作物单产主要受土壤类型、品种、农业投入、环境气象因子等因素的影响,其中土壤类型、品种、农业投入在一定区域内相对较稳定。大量研究表明[4-10],一定区域内,年际间单位面积产量的波动主要是由气象因素引起的,因此在研究气象条件对粮食作物产量的影响时,主要研究气象条件对粮食作物平均单产的影响。汉中市水稻种植模式为一季稻,4月播种,9月成熟收获,影响作物生长进程的主要气象因子是4—9月的光、温、水条件,而4—9月分别对应的物候期为:4月为幼苗期,5月为分蘖期,6月为分蘖期,7月为孕穗期,8月为抽穗灌浆期,9月为收获期。选取1971—2010年汉中盆地年降水量、年平均气温、年日照时数,水稻全生育期4—9月的月气温、月降水量、月日照时数、农业气象灾害进行相关分析,研究影响水稻产量的主要气侯因素。

光照与水稻气候产量的相关性水稻属于热带喜光植物,汉中市水稻在4月上旬到中旬播种,9月中旬到下旬成熟收获,这一阶段光照总体充足,但有年际、月际变化。分析气候产量与全生育期日照时数、各月日照时数的相关性,发现4、8、9月及4—9月总日照时数与气候产量呈正相关,5、6、7月日照时数与气候产量呈负相关。回归分析可得方程YC=42.03-0.31S5-0.05S6-0.41S7+0.53S8+0.08S9,(2)式中S5、S6、S7、S8、S9分别为5、6、7、8、9月日照时数。5、6、7月日照时数每增加1h,每公顷气候产量将分别减少4.65、0.75、6.15kg;8、9月日照时数每增加1h,每公顷气候产量将分别增加7.95、0.4kg,且8月日照增产效应较明显。说明水稻抽穗—灌浆期光照充足利于增产。

降水与水稻产气候产量的相关性分析各时段降水量与水稻气候产量的相关系数,4、5、6、7、9月降水量和4—9月总降水量与气候产量均呈正相关,8月降水量与气候产量呈负相关,5月、8月降水与气候产量相关显著,且8月降水对水稻气候产量的影响极其显著。回归方程为YC=-19.724+0.41R5+0.01R6+0.14R7-0.25R8,(3)式中R5、R6、R7、R8分别为5、6、7、8月降水量,5、6、7月降水量各增加1mm,气候产量每公顷分别增加6.15、0.15、2.1kg,并且有5月降水量对水稻增产贡献最大,即说明水稻分蘖和移栽需水量大,降水充足利于水稻分蘖、移栽成活和苗期营养生长积累干物质。而8月降水量增加1mm,气候产量每公顷减产3.75kg,即说明水稻抽穗扬花、结实灌浆期降水天气对产量产生不利影响。

温度与水稻气候产量的相关性分析各时段气温与水稻气候产量的相关系数,所有时段的气温与气候产量呈负相关。回归方程为YC=487.5-8.81T5-4.03T6-9.04T7,(4)式中T5、T6、T7分别为5、6、7月气温,5、6、7月温度每升高1oC,每公顷气候产量分别减少132.15、60.45、135.6kg,说明营养生长期温度增高,发育期提前,对营养积累和产量产生不利影响。

旱涝灾害对气候产量的影响汉中市水稻主要生长期在5—9月,旱涝灾害对其正常生长和产量影响较大。将逐年的旱、涝程度与气候产量做相关分析,相关系数分别为-0.2461、-0.2549,均呈较明显的负相关,即旱、涝程度越重,产量减产越严重。经普查气候减产每公顷300kg以上的年份有1976、1981、1994、1995、2001和2003年,都发生严重的农业气象灾害,尤其是1981年和1994年,特涝特旱年水稻减产特别严重。

气候对水稻产量的影响

水稻气候产量是光、温、水气候因子综合影响的结果,而不是单一的光照、降水或者温度影响的结果。选择与气候产量相关性较强的7、8月日照时数、5、8月降水量,5、7月温度做回归分析,得到回归方程YC=167.33-0.31S7+0.23S8+0.33R5-0.18R8-6.44T5-1.11T7。(5)回归方程的判定系数为0.6289,明显高于单独用日照、降水和气温的回归效果。方程表明:增温对产量的影响是减产,5月降水增加可增产,8月降水减少、光照增加可增产。

结论与讨论

汉中市水稻单产年际变化呈增—减—增趋势,但年际气候产量波动较大。1970—1993年气候产量多为正值,1993年以后负值年份明显增多,气候条件对水稻产量的影响变得复杂。水稻生育期7月日照、8月降水、5月温度、7月温度对产量的影响为负效应,5月降水、8月日照为正效应。即有增温对产量的影响是减产,5月增加降水可以增产,8月减少降水增加光照时间可以增产。5—9月的旱、涝程度与气候产量呈明显的负相关,即旱、涝程度越重,产量减产越严重。1981年和1994年,特涝特旱年水稻减产特别严重每公顷减产1500kg以上。气候异常是导致大幅减产的直接原因。水稻生育关键期内的天气气候条件、积温对产量的影响有待于今后深入研究。

作者：杨利霞袁再勤孟茹周晓丽单位：汉中市气象局铜川市气象局