錢暉，魏麗華，陳進(jìn)紅

(1.浙江大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310058； 2.德清縣氣象局，浙江 德清 313200； 3.長(zhǎng)興縣氣象局，浙江 長(zhǎng)興 313100)

德清縣位于長(zhǎng)江三角洲杭嘉湖平原西部，地屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)區(qū)，氣候條件較為優(yōu)越。全縣耕地保有量23 600 hm2，2017年糧食播種面積約13 400 hm2，其中，單季稻種植面積約8 710 hm2(機(jī)插面積1 540 hm2)，占糧食播種面積的65%以上；水稻生產(chǎn)合作社和規(guī)模種植大戶134戶。

當(dāng)前，糧食生產(chǎn)靠天吃飯的局面并未得到根本性的改變，熱量和水分條件仍舊是影響水稻產(chǎn)量的關(guān)鍵因子[1]。特別是近幾年大力推進(jìn)水稻種植機(jī)械化作業(yè)，溫室集中育秧、機(jī)械移栽秧苗、水肥管理、病蟲害監(jiān)控等生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程對(duì)氣象科技服務(wù)的需求越來(lái)越迫切。德清縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心對(duì)常規(guī)晚粳稻嘉58品種機(jī)插產(chǎn)量開展過(guò)研究[2]；德清縣新安鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)公共服務(wù)中心也對(duì)甬優(yōu)538品種開展過(guò)機(jī)插高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究[3]。

目前已有不少氣象部門針對(duì)水稻生產(chǎn)氣象服務(wù)開展各個(gè)方面的研究。例如，湖南長(zhǎng)沙市氣象局2014年開展了水稻大棚集中育秧模式下的氣象服務(wù)研究，提出了包括日平均氣溫、大棚溫濕監(jiān)測(cè)與調(diào)控大棚集中育秧氣象服務(wù)的四個(gè)重點(diǎn)[4]；安徽南陵縣氣象局以南陵縣為例，開展氣象條件水稻生產(chǎn)影響的研究，發(fā)現(xiàn)水稻產(chǎn)量具有明顯的年際變化[5]；廣東饒平縣氣象局根據(jù)水稻生長(zhǎng)期對(duì)氣候條件的需求，分析了當(dāng)?shù)貧庀髼l件，得出影響水稻的不利氣象災(zāi)害，并提出種植建議[6]；江蘇徐州市氣象局通過(guò)對(duì)多年農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)記錄分析，闡述了氣溫、降水量、日照時(shí)間等氣象條件對(duì)水稻發(fā)育的影響[7]。

但針對(duì)德清本地水稻生產(chǎn)的氣象服務(wù)技術(shù)研究仍為空白。本研究依托氣象部門的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析水稻生長(zhǎng)期間的氣候條件，從氣候適宜性和氣象災(zāi)害規(guī)避性優(yōu)劣的角度比較水稻直播與機(jī)插2種種植方式的適宜性；研究水稻種植過(guò)程中溫室育秧、移栽、收割等關(guān)鍵生產(chǎn)環(huán)節(jié)的氣象指標(biāo)，開發(fā)水稻生產(chǎn)的氣象服務(wù)產(chǎn)品，以期為水稻生產(chǎn)提供及時(shí)、可靠的氣象服務(wù)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用的氣象數(shù)據(jù)主要來(lái)源于德清縣國(guó)家氣象觀測(cè)站和農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)基地自動(dòng)監(jiān)測(cè)站；水稻生長(zhǎng)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于定期人工田間觀測(cè)、走訪調(diào)查及文獻(xiàn)引證等。

1.1.1 農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)基地

選擇具有代表性的新安鎮(zhèn)下舍村糧食生產(chǎn)功能區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)氣象科研試驗(yàn)基地。該功能區(qū)位于德清縣東部平原水鄉(xiāng)地區(qū)，種植面積共100 hm2，種植區(qū)周邊皆農(nóng)田，環(huán)境優(yōu)美無(wú)污染，土層深厚、土壤肥沃，光、溫、水等條件好，有利于水稻生長(zhǎng)。試驗(yàn)田平面圖如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)田塊的情況

1.1.2 氣象要素觀測(cè)

該基地內(nèi)建設(shè)有農(nóng)田小氣候六要素氣象自動(dòng)觀測(cè)站，主要觀測(cè)氣溫、雨量、風(fēng)向、風(fēng)速、積溫、積光；溫室氣象特種觀測(cè)儀主要觀測(cè)氣溫、空氣相對(duì)濕度、土壤溫度、土壤含水量、光合有效輻射。

1.1.3 水稻生長(zhǎng)要素觀測(cè)

該基地內(nèi)安裝了作物生長(zhǎng)視頻監(jiān)控，定期組織田間觀測(cè)，收集整理水稻生長(zhǎng)的生理數(shù)據(jù)。觀測(cè)項(xiàng)目有株高、穗長(zhǎng)、葉面溫度、葉面積、秕谷率等，掌握作物生長(zhǎng)狀況。

1.2 研究方法

根據(jù)上述觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用氣象統(tǒng)計(jì)方法，研究其相關(guān)性，通過(guò)對(duì)比分析對(duì)其進(jìn)行數(shù)理驗(yàn)證，獲得相應(yīng)的氣象指標(biāo)，并開展服務(wù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 德清縣水稻生長(zhǎng)全生育期氣象條件

2.1.1 不同種植方式的水稻各生育時(shí)段

目前德清縣的水稻主要為單季稻，種植方式主要有2種，一是直播栽培。將經(jīng)過(guò)消毒、催芽等處理的種子直接拋灑在翻耕、施肥、噴藥之后的田塊。這種方式主要適用于播種面積較小或分散的田塊，一般種糧散戶采用的較多。二是機(jī)插栽培，種子在育秧溫室內(nèi)出芽后，經(jīng)溫室內(nèi)氣象環(huán)境的調(diào)節(jié)，使其在一個(gè)適宜生長(zhǎng)的環(huán)境中成長(zhǎng)至3葉期，再通過(guò)插秧機(jī)直接插種在田間。這種方式適用于種植面積較大且連接成片、適宜機(jī)械化作業(yè)的田塊，一般糧食生產(chǎn)功能區(qū)與種植大戶或合作社采用較多。

不同種植方式的水稻生育進(jìn)程也各不相同。通過(guò)田間調(diào)查、人工觀測(cè)、與文獻(xiàn)資料的引證，獲得了德清縣不同種植方式的水稻生育進(jìn)程(表1)。機(jī)插水稻播種一般始于5月，而直播水稻一般始于6月，揚(yáng)花期以前生育進(jìn)程往往比直播水稻快1月以上；而抽穗揚(yáng)花期之后，兩者之間的生育期接近同步，相差約10天左右。分析其原因，是因?yàn)闄C(jī)插水稻采用了溫室育秧技術(shù)，生長(zhǎng)環(huán)境適宜，出苗后生長(zhǎng)較快，而水稻是短日照作物，其開花時(shí)間必須經(jīng)歷一個(gè)日照時(shí)間短于臨界值的時(shí)段，因此揚(yáng)花期普遍均在8月底至9月。

表1 水稻各生育期的起始日期 月-日

2.1.2 水稻生長(zhǎng)期間新安糧食功能區(qū)的農(nóng)田小氣候特征

農(nóng)田小氣候是指農(nóng)田貼地氣層、土層與作物群體之間的物理過(guò)程和生物過(guò)程相互作用所形成的小范圍氣候環(huán)境。常以農(nóng)田貼地氣層中的輻射、空氣溫度和濕度、風(fēng)、二氧化碳以及土壤溫度和濕度等農(nóng)業(yè)氣象要素的量值表示，是影響農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的重要環(huán)境條件。

觀測(cè)表明(圖2)，2013—2014年，在水稻的生育期內(nèi)，新安糧食功能區(qū)試驗(yàn)田塊平均氣溫22.8 ℃，比德清本站略偏高，平均總雨量934.8 mm與常年基本持平；時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的極端最高氣溫為2013年8月7日的41.2 ℃，比德清本站歷史最高值偏高1.0 ℃，極端最低氣溫-1.8 ℃，比德清本站歷史最低值偏高1.6 ℃。

圖2 新安糧食功能區(qū)2013—2014年水稻 生育期的氣候情況

2.2 水稻生長(zhǎng)適宜氣象指標(biāo)體系及預(yù)警指標(biāo)的建立

2.2.1 不同種植方式的水稻各生育時(shí)段

農(nóng)田小氣候是農(nóng)田土壤—植物—大氣所構(gòu)成的連續(xù)體中各組成部分之間物質(zhì)輸送和能量轉(zhuǎn)換的最終體現(xiàn)。在這個(gè)連續(xù)體(或系統(tǒng))中，作物的生長(zhǎng)發(fā)育和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施作用的充分發(fā)揮，需要適宜的農(nóng)田小氣候條件；同時(shí)，作物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況和農(nóng)業(yè)技術(shù)措施也反過(guò)來(lái)影響農(nóng)田小氣候。它們互為條件、互相制約。對(duì)水稻生長(zhǎng)、發(fā)育及產(chǎn)量影響較大的氣象因子有溫度、水分、光照、風(fēng)。本文只對(duì)影響水稻生長(zhǎng)的氣象要素進(jìn)行分析。

溫度。水稻種子萌動(dòng)的溫度范圍為10～40 ℃，溫度越高，萌動(dòng)越快；出苗生長(zhǎng)要求日平均氣溫≥10 ℃，溫度越高，出苗越快；移植期間，容易遇到連續(xù)高溫烈日的天氣，≥35 ℃高溫最易引起敗苗，影響返青；產(chǎn)生分蘗的溫度以25～30 ℃較適宜；稻穗正常發(fā)育要求日平均氣溫18～20 ℃，秋季低溫對(duì)水稻產(chǎn)量形成十分不利，當(dāng)抽穗前10～14 d，日最低氣溫<15 ℃時(shí)，稻谷空癟率增加；當(dāng)平均氣溫連續(xù)3 d或以上日平均氣溫≤20 ℃時(shí)影響水稻抽穗揚(yáng)花期；在水稻乳熟期，氣溫過(guò)早的下降到15 ℃以下，不利于灌漿。

水分。水稻對(duì)水分條件要求比較嚴(yán)格，其生育期不同，需水量也不同。播種至一葉期應(yīng)保持秧田濕潤(rùn)，不要長(zhǎng)期灌水或積水，播種期間遇到高溫天氣，秧田不宜灌水，要排除秧田積水，以防燙死谷芽，但是在不灌水的情況下，遇大雨也影響秧苗生長(zhǎng)；2～4葉期，保持秧田濕潤(rùn)，四葉期以后不再灌水，控制秧苗生長(zhǎng)；分蘗前期淺水勤灌，分蘗末期，適時(shí)排水?dāng)R田，控制無(wú)效分蘗。進(jìn)入幼穗分化期，是需水量最多的時(shí)期，稻田內(nèi)要保證一定的水量以便于養(yǎng)胎；在抽穗揚(yáng)花期，大雨或空氣濕度過(guò)小，都對(duì)抽穗揚(yáng)花不利；灌漿期如遇連續(xù)低溫陰雨，濕度較大，則易引發(fā)病蟲害，影響產(chǎn)量。

光照。水稻為喜光植物，對(duì)短日照很敏感，在短日照條件下才能通過(guò)光照階段，抽穗結(jié)實(shí)。水稻秧苗對(duì)日照要求嚴(yán)格，日照充足，秧苗生長(zhǎng)青綠健壯；日照不足，秧苗容易發(fā)黃，甚至變白。分蘗的速度和數(shù)量，隨光照強(qiáng)度變化，光照不足容易出現(xiàn)死苗現(xiàn)象。日照對(duì)水稻幼穗發(fā)育有明顯影響，日照多，光照強(qiáng)，可促進(jìn)幼穗分化，發(fā)育良好，產(chǎn)量高，反之，則容易引起穎華退化，每穗粒數(shù)減少，產(chǎn)量下降，同時(shí)溫高光足對(duì)水稻開花授粉最有利。

風(fēng)力。風(fēng)力1～2級(jí)，對(duì)水稻開花授粉有利，5級(jí)以上，則影響水稻授粉，莖葉也會(huì)受到損傷。在水稻抽穗開花期間，遇到臺(tái)風(fēng)大風(fēng)侵襲，產(chǎn)量明顯降低。

根據(jù)田間觀測(cè)并結(jié)合文獻(xiàn)資料與以上分析，建立了德清縣單季稻生長(zhǎng)期間各生育階段的適宜氣象指標(biāo)(表2)。

表2 德清縣單季稻生長(zhǎng)期間各生育階段的氣象

注：TL,最低氣溫；TH,最高氣溫；〒,日平均溫度(表4同)。

2.2.2 水稻生長(zhǎng)期間氣象災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)

在水稻各生長(zhǎng)階段遭遇不適氣候條件是造成水稻減產(chǎn)減收的重要因素。因此，做好水稻生產(chǎn)期間氣象災(zāi)害的預(yù)報(bào)預(yù)警工作及防御措施，對(duì)保障水稻生產(chǎn)具有重要意義。影響水稻生長(zhǎng)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害有以下幾種。

低溫冷害。抽穗前10～14 d，若日最低氣溫<15 ℃時(shí)，則不利于花粉發(fā)育，使花粉失去受精能力，而造成空殼。 抽穗開花期，秋季冷空氣南下，第一次日平均氣溫連續(xù)3 d或以上，日平均氣溫≤20 ℃時(shí)，影響水稻抽穗揚(yáng)花期。水稻在進(jìn)入灌漿期后，若氣溫過(guò)早地下降到15 ℃以下，灌漿將會(huì)受到阻滯，嚴(yán)重影響粒重，且灌漿期日平均氣溫<15 ℃的天氣超過(guò)半個(gè)月，可致使該年水稻歉收。

高溫。插秧時(shí)，出現(xiàn)35 ℃以上高溫天氣，易引起敗苗。

低溫連陰雨。9月下旬至10月上旬，連續(xù)低溫陰雨，雨量過(guò)多，日照不足，日平均氣溫低于21 ℃，易引發(fā)穗頸瘟、褐飛虱等病蟲害的流行，不利于水稻高產(chǎn)。

洪澇。暴雨造成的洪澇，會(huì)導(dǎo)致稻田被洪水淹沒(méi)，積水還會(huì)引發(fā)漬害。

臺(tái)風(fēng)。臺(tái)風(fēng)影響期間，易出現(xiàn)大風(fēng)和暴雨洪澇災(zāi)害，引起水稻被淹、倒伏。

德清縣水稻生長(zhǎng)期間易遭遇的主要?dú)庀鬄?zāi)害總結(jié)如表3所示。針對(duì)德清水稻生產(chǎn)的實(shí)際情況，結(jié)合水稻生長(zhǎng)的適宜氣象指標(biāo)，總結(jié)了德清縣單季稻生長(zhǎng)期間的氣象災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)。從表3～4中可以看出，6月正值德清縣梅汛期，降雨量豐沛，易導(dǎo)致農(nóng)田澇害。由于雨水多、光照差，造成未播種的直播水稻，催芽后芽變長(zhǎng)，有的甚至造成悶芽，影響出苗率等；已播種的直播水稻秧苗細(xì)長(zhǎng)、瘦弱、超秧齡、秧苗素質(zhì)下降。而機(jī)插秧苗此時(shí)已移栽，苗體較高，已穩(wěn)定扎根，不易造成苗體上浮、缺氧壞死等狀況。因此，在這點(diǎn)上，機(jī)插水稻的抗災(zāi)性更強(qiáng)。

表3 水稻不同生育期及其主要?dú)庀鬄?zāi)害

表4 德清縣單季稻生長(zhǎng)期間的氣象災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)

2.3 水稻生產(chǎn)全程化氣象服務(wù)

為發(fā)揮氣象保障服務(wù)在水稻生產(chǎn)中的作用，同時(shí)也為了以上研究結(jié)果在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的效果，本文作者通過(guò)及時(shí)、準(zhǔn)確地為水稻生產(chǎn)者提供氣象信息等方式，將初步研究結(jié)果應(yīng)用于該糧食生產(chǎn)功能區(qū)的水稻全程化生產(chǎn)中。

服務(wù)內(nèi)容。農(nóng)田小氣候數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、水稻定量氣象條件評(píng)述、基于天氣預(yù)報(bào)的農(nóng)田小氣候預(yù)報(bào)、災(zāi)害性天氣預(yù)警、農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認(rèn)證等。

服務(wù)方式。手機(jī)短信、服務(wù)產(chǎn)品書面材料、微信、微博、網(wǎng)絡(luò)等。

服務(wù)案例。以德清鑫禾糧油專業(yè)合作社為例，該合作社種植區(qū)位于新安鎮(zhèn)糧食生產(chǎn)功能區(qū)內(nèi)，水稻種植區(qū)總面積33.33 hm2。2012年、2013年試驗(yàn)區(qū)水稻種植品種為嘉優(yōu)5號(hào)；2014年起試驗(yàn)區(qū)水稻種植品種為甬優(yōu)538。

以2013年播種試驗(yàn)為例，該合作社在試驗(yàn)區(qū)采用機(jī)插播種，其他田塊采用露天直播，各生育期如表5所示。2013年6月7日德清進(jìn)入梅汛期，隨后的3輪強(qiáng)降水導(dǎo)致部分田區(qū)發(fā)生漬澇，此時(shí)試驗(yàn)區(qū)已完成移栽，直播田塊處于播種期和出苗始期，扎根未穩(wěn)的秧苗浮于水面，農(nóng)戶利用降水間歇及時(shí)排出田間積水開展補(bǔ)插工作，6月底最后一輪暴雨結(jié)束后，試驗(yàn)區(qū)保持較淺水位，適當(dāng)落干田塊，以促進(jìn)分蘗；7月初旱澇急轉(zhuǎn)，試驗(yàn)區(qū)即將進(jìn)入拔節(jié)期，直播田塊處于分蘗期，少雨的天氣一定程度上利于控制無(wú)效分蘗和株高，但直至8月中旬，天氣仍以晴熱為主，這對(duì)水分需求較大的拔節(jié)孕穗十分不利，試驗(yàn)區(qū)需根據(jù)天氣狀況增加灌溉水量和次數(shù)，保溫保墑；進(jìn)入9月后出現(xiàn)階段性的連晴天氣，十分有利于晚稻抽穗揚(yáng)花；10月初遭遇1 223號(hào)臺(tái)風(fēng)“菲特”，全縣普降大暴雨，風(fēng)力達(dá)5～6級(jí)，部分直播田塊出現(xiàn)倒伏，試驗(yàn)區(qū)提前采用深水灌溉，增加晚稻倒伏阻力，過(guò)程影響結(jié)束后及時(shí)排水曬田，未出現(xiàn)倒伏；10月中下旬至11月為階段性晴好天氣，十分利于晚稻成熟和收曬，但11月底有強(qiáng)冷空氣影響，氣溫較低，試驗(yàn)區(qū)提前完成收曬。試驗(yàn)區(qū)的整個(gè)生育期比直播田塊長(zhǎng)約20 d，根據(jù)德清縣農(nóng)作物技術(shù)推廣站產(chǎn)量監(jiān)測(cè)，該合作社種植田塊每667 m2產(chǎn)量737.7 kg，其中試驗(yàn)區(qū)每667 m2產(chǎn)量786.2 kg，比直播田塊增產(chǎn)7%。

表5 鑫禾糧油專業(yè)合作社2種晚稻種植方式對(duì)比 月-日

此外，通過(guò)全程化跟蹤的氣象服務(wù)，2014年甬優(yōu)538品種也根據(jù)氣象信息采取一些趨利避害的有效措施，獲得了較明顯的效益。根據(jù)德清縣農(nóng)作物技術(shù)推廣站產(chǎn)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，2014年甬優(yōu)538品種試驗(yàn)區(qū)每667 m2產(chǎn)量858.0 kg，比直播田塊增產(chǎn)4%。

3 小結(jié)與討論

機(jī)插水稻在揚(yáng)花期前生育進(jìn)程比直播水稻快1個(gè)月左右，而在揚(yáng)花期后，兩者生育期接近同步，進(jìn)一步印證了水稻是短日照作物。在農(nóng)業(yè)氣象抗災(zāi)性方面，機(jī)插水稻對(duì)于梅汛期強(qiáng)降水具有更好的抗災(zāi)能力。通過(guò)提供全程化氣象服務(wù)，對(duì)水稻生產(chǎn)者提前做好防范措施，減輕水稻氣象災(zāi)害損失效果明顯。

3.1 存在問(wèn)題

由于德清針對(duì)糧食作物生產(chǎn)方面的農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)剛剛起步，服務(wù)的方案、技術(shù)指標(biāo)及流程等尚未有成熟的研究。本研究屬于探索性研究與初次嘗試，尚有一些不完善的地方，主要有：

仍處于針對(duì)水稻機(jī)械化生產(chǎn)提供氣象服務(wù)的初級(jí)研究階段，未排除肥藥施用和病蟲害等因素的影響，面向溫室集中育秧、病蟲害監(jiān)控等的氣象服務(wù)指標(biāo)尚未完善。

水稻生長(zhǎng)氣候適宜性評(píng)價(jià)模型目前仍處于人工判斷和訂正的階段，需要進(jìn)一步提高評(píng)價(jià)指標(biāo)的客觀程度和準(zhǔn)確性。

在水稻產(chǎn)量預(yù)測(cè)和病蟲害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)方面仍有極大需求，需要進(jìn)一步探索和服務(wù)。

3.2 前景預(yù)測(cè)

通過(guò)研究的深化，進(jìn)一步提升農(nóng)田小氣候監(jiān)測(cè)能力、農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害預(yù)警能力和農(nóng)業(yè)氣象技術(shù)服務(wù)示范能力，為種糧大戶做好糧食生產(chǎn)管理工作提供及時(shí)、有效、可靠的氣象服務(wù)；水稻生長(zhǎng)適宜度指標(biāo)的建立和進(jìn)一步完善，將提高農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)的針對(duì)性，降低農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害對(duì)水稻生產(chǎn)帶來(lái)的危害，保障水稻生產(chǎn)安全。