再生稻種植的氣候適宜性研究

顧忠良,榮裕良,毛瑗璇,高慧莉,計(jì)天岑,何瑋杰,沈 寒

(1 上海市松江區(qū)氣象局,上海 201620；2 上海市松江區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,上海 201613)

近幾十年來,全球氣候變暖幾乎已成定論[1-4]。以上海松江為例,自20 世紀(jì)90年代起,松江地區(qū)的年平均氣溫有明顯的上升趨勢,1991—2018年達(dá)到16.8 ℃,比1955—1990年上升了1.4 ℃；水稻生長期間4—11月份10 ℃以上有效積溫(下文簡稱積溫),1991—2018年為2 894.6 ℃·d,比1955—1990年增長了299.9 ℃·d,這為再生稻的種植創(chuàng)造了有利條件。

再生稻是指水稻收割后,在夏秋季節(jié)充足的溫光條件下,稻樁的潛伏芽萌發(fā),長成稻株,隨后抽穗長成成熟的水稻[5-7],由此實(shí)現(xiàn)水稻一次種植兩次收獲的目的。再生稻播種早,后茬收獲晚,生育期較長,從而可以充分地利用光熱資源,且總產(chǎn)量明顯高于一季稻；再生稻前茬稻收獲較一般早熟稻早,能使市民更早品嘗到新米,后茬稻灌漿期氣溫適宜、日較差大,無需施用農(nóng)藥和除草劑,因此米質(zhì)特佳、無污染,兩茬稻米在市場上銷售價格都較高,農(nóng)民增收明顯；同時其播種、移栽和兩次收割時間都與其他水稻錯開,從而改善了收割時勞力和農(nóng)機(jī)等設(shè)備使用緊張的狀況；其采用移栽方式,肥料、農(nóng)藥的施用比直播稻少,可有效地減少農(nóng)業(yè)面源污染。因此,再生稻種植是一種高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、增收、省工、環(huán)保的栽培模式。

再生稻種植與氣象條件的關(guān)系,前人做了不少研究[8-10]。但由于各地的氣候條件差異較大、不同水稻品種的光溫反應(yīng)不同、水稻生產(chǎn)習(xí)慣和水平差異,各地在再生稻種植中遇到的氣象問題也有較大差異。為探索上海地區(qū)再生稻種植的氣象適宜性,找出制約上海地區(qū)再生稻種植的主要?dú)庀笾萍s因素,并采取相應(yīng)對策,課題組于2018—2019年在松江區(qū)開展再生稻生產(chǎn)與氣象條件的試驗(yàn)研究。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地點(diǎn):2018年在上海佰路農(nóng)產(chǎn)品專業(yè)合作社(30°59′N,121°06′E,海拔4 m),2019年在上海匯民農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社(30°56′N,121°10′E,海拔5 m)。

試驗(yàn)品種為‘松早香1 號’,該品種具有感光性較弱、感溫性強(qiáng)的特性。

氣象數(shù)據(jù)來自松江國家氣象觀測站(31°01′N,121°11′E,海拔8 m)。

1.2 方法

試驗(yàn)實(shí)行平行觀測原則,水稻生育狀況和氣象資料同步平行觀測；為了比較再生稻與直播一季稻的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)、成熟期和成本收益差異,設(shè)直播一季稻作為對照；再生稻后茬抽穗開花期定穗觀測抽穗程度。

栽培方式采用盤育苗,機(jī)械移栽和收割。2018年為露地育秧,再生稻4月18日育秧盤移入秧田,5月5日移栽,試驗(yàn)田面積2.1 hm2,9月5日前茬收割,12月13日后茬收割；直播一季稻4月26日機(jī)直播,9月10日收割。2019年為塑料大棚育秧,3月31日浸種,4月8日秧盤移到秧田中,5月5日移栽,試驗(yàn)田面積1.7 hm2,前茬于9月2日收割,12月5日后茬收割。

觀測水稻生育期觀測:播種、移栽、拔節(jié)、抽穗、成熟等,成熟后取樣分析產(chǎn)量結(jié)構(gòu),烘干后稱千粒重。水稻生育狀況觀測按照中國氣象局《農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范》(1992)執(zhí)行。掛牌試驗(yàn)依稻穗抽出劍葉的程度分為全部抽出、抽出1∕2、抽出1∕3 和未抽穗(孕穗)4 個處理。生育期觀測分4 個點(diǎn)各固定5 穴,共20 穴；產(chǎn)量結(jié)構(gòu)取樣分8 個點(diǎn)各取5 穴,共40 穴。每穗結(jié)實(shí)?！? 粒為有效穗,否則為無效穗。成熟日期以該品種的成熟特性和產(chǎn)量指標(biāo)綜合確定。

后茬由于收割機(jī)碾壓造成有效穗數(shù)減少,經(jīng)測定面積訂正系數(shù)為0.7,后茬理論產(chǎn)量為經(jīng)面積訂正后的產(chǎn)量。水稻分蘗期及以后,再生稻與對照一季稻的肥料施用和水漿管理基本保持一致。

后茬抽穗期間氣溫較低,抽穗過程明顯延長,同一稻穗基部開花較晚,較易受低溫冷害影響而不能受精,因此,本研究把后茬稻穗全部抽出劍葉作為抽穗標(biāo)準(zhǔn),80%的稻穗全部抽出作為齊穗。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析

2018年試驗(yàn)在收割前0—1 d 對一季稻、再生稻前茬和后茬進(jìn)行取樣分析(表1)。再生前茬與一季稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)相似,理論產(chǎn)量略低；再生稻后茬與前茬比,有效穗略少,穗粒數(shù)明顯偏少,結(jié)實(shí)率偏低,千粒重略偏低。再生稻前后2 茬產(chǎn)量合計(jì)1 141.6 g∕m2,比直播一季稻高173 g∕m2。

表1 再生稻與一季直播稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)Table 1 Yield structure of ratoon rice and single-season rice

2019年再生稻分別于8月31日和12月3日對前后茬取樣,進(jìn)行穗粒結(jié)構(gòu)分析(表2)。后茬與前茬比,有效穗數(shù)明顯高,總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和理論產(chǎn)量明顯低,千粒重接近,前后2 茬理論產(chǎn)量合計(jì)為1 034.9 g∕m2。

表2 2019年再生稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)Table 2 Yield structure of ratoon rice in 2019

2.2 后茬開花期低溫冷害指標(biāo)

于2018年10月8日在試驗(yàn)田塊對不同抽穗程度的稻穗進(jìn)行掛牌試驗(yàn),隨著抽穗程度的降低,稻穗的空粒率明顯提高(表3)。

表3 10月8日掛牌的再生稻后茬不同抽穗程度稻穗結(jié)實(shí)狀況Table 3 Fructification of aftercrop rice with different earing level listed on October 8th

分析2018年后茬孕穗后期到抽穗開花期的氣象資料:2018年9月25日到10月9日,日平均氣溫均在20 ℃以上,最低氣溫均超過14 ℃,最高氣溫均不超過28 ℃,適宜于穎花開花受精；受冷空氣影響,10月10日起日平均氣溫下降到20 ℃以下,10月11日到13日連續(xù)3 d 最低氣溫≤14.0 ℃。10月8日對試驗(yàn)田塊的稻穗抽穗程度進(jìn)行調(diào)查,取樣10 穴共233 穗,全部抽出的有57 穗,正在抽穗的127 穗,孕穗的49 穗。對于已經(jīng)全部抽出的稻穗,到10日基本完成了開花授粉過程,這部分稻穗上的穎花沒有受到低溫冷害影響,結(jié)實(shí)率較高；對于正在抽穗的和尚未抽穗的稻穗,由于此時氣溫較低,抽穗進(jìn)程較慢,多數(shù)穎花尚未在10日前完成開花授粉過程,這是造成2018年后茬高空殼率、高無效穗的原因。

近年研究[11-12]認(rèn)為,水稻孕穗后期到開花期間最低氣溫低于14 ℃,造成花粉敗育,導(dǎo)致不能正常受精。根據(jù)對近20年資料的分析,10月15日前日最低氣溫低于14 ℃一般為云量少的輻射型天氣,低溫持續(xù)時間一般不超過5 h,在最低氣溫不是很低的情況下,通過深水灌溉,利用水體熱量釋放來填補(bǔ)氣溫低谷,可提高氣溫0.6—1.9 ℃[13-14],但日最低氣溫≤14 ℃的天數(shù)達(dá)3 d 或以上時,由于水溫降低,調(diào)溫效果變差。據(jù)此,將低溫冷害指標(biāo)定為10月15日前日最低氣溫≤13 ℃或連續(xù)2 d 最低氣溫≤14 ℃。

2.3 再生稻積溫指標(biāo)

2.3.1 前茬積溫確定

‘松早香1 號’為早熟品種,光周期反應(yīng)不明顯,成熟主要取決于其生長期內(nèi)的積溫。統(tǒng)計(jì)2018年再生稻播種(4月19日)至成熟(8月30日)積溫為2 137 ℃·d,2019年播種(4月8日)至成熟(9月2日)積溫為2 077 ℃·d。由此認(rèn)為,再生稻前茬從播種到成熟需要積溫為2 100 ℃·d 左右。

2.3.2 后茬積溫確定

2018年10月8日對再生稻后茬抽穗程度調(diào)查發(fā)現(xiàn),大多數(shù)稻穗正在抽穗或孕穗。統(tǒng)計(jì)9月6日到10月8日積溫為478.6 ℃·d。如按照9月下旬到10月上旬平均氣溫21 ℃計(jì),延長5 d,正在抽穗的稻穗均能正常受孕結(jié)實(shí),據(jù)此推算后茬從萌芽到齊穗需要積溫534 ℃·d；2019年9月2日前茬收割,10月10日對后茬抽穗觀測,10 穴共209 穗,其中絕大多數(shù)稻穗已全部抽出,正在抽穗和孕穗有37 穗,10月10日為齊穗期,統(tǒng)計(jì)9月3日到10月10日的積溫為540.6 ℃·d。由此認(rèn)為,再生稻后茬從萌芽到齊穗需要積溫為540 ℃·d 左右。

2.4 再生稻種植的氣候適宜性分析

再生稻前茬產(chǎn)量接近一季稻,后茬的產(chǎn)量取決于開花期是否遭受低溫冷害。統(tǒng)計(jì)松江地區(qū)2000—2019年氣象資料,以日最低氣溫≤13 ℃或連續(xù)2 d≤14 ℃為低溫冷害標(biāo)準(zhǔn),10月15日前各日出現(xiàn)低溫冷害的概率如圖1。20年中9月份未出現(xiàn)低溫冷害,出現(xiàn)最早的是2012年10月1日,連續(xù)2 d 最低氣溫分別為13.1 ℃和13.8 ℃；次早的是2004年12.9 ℃,10月9日出現(xiàn)低溫冷害的概率為20%。因此,10月9日為安全齊穗期。

圖1 10月份各日低溫冷害來臨概率Fig.1 Probability of cold damage in October

分別統(tǒng)計(jì)松江地區(qū)2000—2019年各年不同時段的積溫(圖2),如按正常偏早情況在4月10日播種,4月11日到秋季低溫來臨前1 d 積溫,20年中有8年不滿足2 640 ℃·d 的積溫要求。這意味著,再生稻后茬抽穗開花期遇到低溫冷害氣候風(fēng)險的概率達(dá)40%。

圖2 2000—2019年不同時段的積溫Fig.2 Active accumulated temperature in different periods from 2000 to 2019

如果提前到3月31日播種,在塑料大棚中育秧,4月份苗期按每天增加2 ℃·d 積溫算[15],20年中有3年積溫在2 640 ℃·d 以下(正方形標(biāo)記),后茬安全齊穗的保證率達(dá)到85%,因此提前播種、塑料大棚育秧能明顯降低后茬開花期低溫冷害風(fēng)險。

以4月份秧苗期采用大棚育秧,從每年后茬抽穗期低溫冷害來臨前1 d 開始,前推統(tǒng)計(jì)到滿足再生稻所需積溫2 640 ℃·d 的日期,得到各年再生稻的適播日期。統(tǒng)計(jì)每年各播種日,后茬開花期遇到低溫冷害的氣候風(fēng)險:4月1日播種的風(fēng)險為15%；4月2日播種的風(fēng)險為25%,因此滿足后茬80%安全齊穗要求的播期為4月1日。

3 結(jié)論與討論

在松江地區(qū)露地種植再生稻,部分年份有較大積溫缺口,后茬開花期低溫冷害氣候風(fēng)險較大；但如果采用大棚育秧、提早播種的方式可部分彌補(bǔ)積溫不足的問題,絕大多數(shù)年份再生稻后茬均可取得較好收成。一般再生稻后茬作為額外收獲,與一季稻相比,成本投入增加不多,但增產(chǎn)增收效果顯著；如果后茬產(chǎn)量低或絕收,也不會造成較大損失。因此,再生稻值得在松江地區(qū)推廣種植。

再生稻一般選用感溫性較強(qiáng)的早熟品種,但肥水運(yùn)籌對其生育期影響較大,生產(chǎn)上肥料運(yùn)籌應(yīng)以“前重后輕”為總體原則,控制氮肥用量,使秧苗早發(fā)但不徒長；做好大田平整,疏通田間溝系,提高成熟整齊度；在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),分蘗穗比主莖成熟期明顯偏晚,究其原因,主要是秧苗插得過深和施肥不規(guī)范,致使分蘗出生晚。故生產(chǎn)上應(yīng)注重規(guī)范化作業(yè),促使早出蘗。

再生稻由于生長期較長,前期和后期氣溫較低,因此秧苗期低溫、前茬開花期高溫、前茬收割期多雨、后茬開花期低溫等氣候風(fēng)險較大,在這些關(guān)鍵生產(chǎn)期要密切關(guān)注天氣變化,采取相應(yīng)措施。秧苗期低溫注意保溫；移栽期應(yīng)選在連陰雨過后氣溫回升階段；前茬開花期高溫和后茬開花期低溫應(yīng)采取深水灌溉措施調(diào)節(jié)小氣候溫度,特別是后茬開花期,如遇到最低氣溫≤14 ℃時,晚上應(yīng)深水灌溉。

再生稻前茬和后茬作為一個整體,產(chǎn)量有相互補(bǔ)償?shù)墓δ?在前茬遇到不利天氣,如高溫導(dǎo)致空殼率劇增,嚴(yán)重影響產(chǎn)量時,適當(dāng)提早收割前茬,以后茬增產(chǎn)來彌補(bǔ)前茬損失。

本研究得出的再生稻播種期,是基于上海市松江區(qū)的歷史氣候資料,在上海市其他區(qū)種植再生稻,還需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛸Y料結(jié)合本研究提出的方法,確定該地區(qū)的再生稻安全播種期。