杂交中籼稻年度间产量与气象要素的相关性分析

丁宏大　余华强　彭贤力　田永宏　陈波　房振兵　范兵　赵沙沙　孙永建　曹国长

摘要：以1990-2004年湖北省中稻区域试验汇总资料及武汉、荆州、襄阳气象站的气象要素测报资料为依据，分析了各气象要素与杂交中籼稻年度间产量的相关性。结果表明，各气象要素均对杂交中籼稻产量产生了不同程度的影响，从气象要素与杂交中籼稻产量的相关性分析结果可以看出，高产年份要求杂交中籼稻在生殖期间日平均日照时间不少于6.4h，日平均蒸发量不低于5.5mm，日平均地温在30.0～32.5℃，日平均气温在27.0～28.3℃，日平均昼夜温差大于7.5℃，日平均空气相对湿度在70%～80%，累计降雨量应在100～220mm范围内。高产年份必须是各种气象要素都处在适宜范围的最佳组合，若一项或多项气象要素指标没有达到上述适宜范围就会导致低产或中产。

关键词：杂交中籼稻；气象要素；产量；相关性；日照时间；最佳组合

中图分类号：S511.2⁺1；S162.5+3 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）09-2222-05

气候因素诸如日照时间、大气温度、地面温度、气温昼夜温差、降水量、蒸发量、空气相对湿度等要素对水稻产量具有重要的影响。水稻生长发育的起点温度要求在日平均气温10℃以上，而且当热量条件累积到一定程度后，才能完成其生长发育过程并获得产量。孕穗期水稻颖花发育与低温时间有关，孕穗期低温会使倒2叶细胞膜受到伤害，光合作用受阻。光合同化产物减少。致使处于孕穗期的稻穗获取的养分量减少，导致水稻颖花发育不良。花粉母细胞减数分裂期（幼小孢子阶段及减数分裂细线期）最低温度低于15℃，会造成颖花退化，空瘪粒增加和抽穗延迟。抽穗开花期适宜温度为25-32℃（杂交稻25-30℃），当连续3d平均气温低于20℃（粳稻）或2-3d低于22℃（籼稻）时易形成空壳和瘪粒，当气温在35-37℃时（杂交稻32℃以上）会造成结实率下降。灌浆结实期要求日平均气温在23-28℃，温度低时物质运转减慢，温度高时呼吸消耗增加。当土壤湿度低于田间持水量的57%时，水稻光合作用效率开始下降：当空气相对湿度为50%-60%时。稻叶光合作用最强。随着湿度增加，光合作用逐渐减弱。长江中下游地区杂交中籼稻由于生育期相对较长，积累营养物质相对较慢。生物学产量和经济学产量也是相对较高且稻米品质较好的地区。因此，笔者之前通过1990-2004年湖北省中籼稻区域试验及同期气象要素资料，分析了气象要素对杂交中籼稻年度间产量变动的影响以及杂交中籼稻生殖期间气象要素与结实率的相关性。本试验想通过进一步深入分析研究，找出影响杂交中籼稻高产形成的各种气象要素适宜指标范围的最佳组合和导致低产的某个或某些气象灾害性要素指标，为制定杂交中籼稻高产、尽力避免低产的形成或减轻产量降低程度和可持续稳产中产栽培管理技术措施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源

1990-2004年气象要素资料分别由湖北省荆州市气象局、襄阳市气象局、武汉江夏区气象站提供：1990-2004年湖北省中稻区域试验汇总资料分别由湖北省种子管理局、湖北省种子集团公司、湖北省农业科学院、华中农业大学提供。

统计参数：①中籼稻汕优63单产（y）：湖北省中稻区域试验统一对照品种汕优63的汇总单产：⑦日平均气温（X₁）：7-8月（中稻幼穗分化至抽穗开花期）日平均气温；③日平均地温（X₂）：7-8月日平均地温；④空气相对湿度（X₃）：7-9月（中稻幼穗分化至灌浆结实期）日平均空气相对湿度：⑤降雨量（X₄）：8-9月（中稻抽穗至灌浆结实期）累计降雨量；⑥蒸发量（X₅）：7-8月累计蒸发量；⑦气温昼夜温差（X₆）：7-8月日平均昼夜温差；⑧日照时间（X₇）：7～8月累计日照时间。

1.2 统计方法

应用DPS v6.55软件分析气象要素间、气象要素与产量间的直线相关系数、偏相关系数和通径系数并进行显著性测验，求得偏回归方程和气象要素及对照产量的平均数、年度变化的标准差。采用折线图及主、次纵坐标的方式直观分析杂交中籼稻年度间产量与各个气象要素的相关性等。

1.3 高低产标准区域的划定及目的

以1990-2004年湖北省中籼稻区域试验对照品种汕优63的15年产量平均数（Y）及加减1个标准差（S）作为对照产量变动的总区间；产量（y）大于或等于对照产量平均数加上0.33（取0.3）个标准差（y≥Y+0.3S）的年份为高产年，产量小于或等于对照产量平均数Y减去0.33（取0.3）个标准差（y≤Y-0.3S）的年份为低产年，产量介于二者之间（Y-0.3SY≤y≤Y+0.3S）的年份为中产年：在高产年份分析各个气象要素的适宜范围及其各个气象要素适宜范围的最佳组合。在低产年份中找出导致低产的某个或某些气象灾害性要素指标范围。

2 结果与分析

2.1 自变量与变量的取值范围及高、低产年份

2.1.1 自变量与变量的取值范围 ①X₁。7-8月日平均气温为25.7-28.3℃。平均为27.3℃：②X₂。7-8月日平均地温为27.8-32.9℃。平均为30.6℃：③X₃。7-9月日平均空气相对湿度为74.0%-85.7%，平均为79.3%：④X₄。8-9月累计降雨量为57.4-466.9mm。平均为206.4mm：⑤X₅。7-8月累计蒸发量为381.4-643.8mm，平均为509.3mm；⑥X₆。7-8月日平均昼夜温差为5.9-9.2℃，平均为7.8℃：⑦X₇。7～8月累计日照时间为253，0-464.7h，平均为383.3h：⑧Y。湖北省中稻区域试验统一对照品种汕优63的汇总单产为7723.5-9440.0kg/hm²，平均为8684.0kg/hm²。

2.1.2 高、中、低产年份 根据高低产标准划定原则，在1990-2004年湖北省中籼稻区域试验对照汕优63的15年产量中，有6年为高产年，即1990、1992、1994、1995、1999、2001年；2年为中产年，即1991年和1997年；7年为低产年，即1993、1996、1998、2000、2002、2003、2004年。

2.2 气象要素与杂交中籼稻产量的相关性

2.2.1 累计日照时间与杂交中籼稻产量的相关性据分析，7-8月累计日照时间与杂交中籼稻产量的直接相关系数为0.8567，在所有气象要素与产量的直接相关系数中最高。达极显著正相关：偏相关系数为0.9002，在所有气象要素与产量的偏相关系数中也是最高，也为极显著正相关：直接通径系数为1.5256，为最高正效应：其他气象要素通过累计日照时间产生的间接效应除空气相对湿度、累计降雨量为负效应外均为正效应且数值较大，为1.3141～1.4364。

从图1可以看出，1990、1992、1994、1995、1997、1999、2001、2002年8年间累计日照时间高于多年累计日照时间均值，除1997年为中产年、2002为低产年外，其余6年均为高产年。1991、1993、1996、1998、2000、2003、2004年7年间累计日照时间低于或接近多年累计日照时间平均值，除1991年为中产年外，其余6年均为低产年。

2.2.2 累计蒸发量与杂交中籼稻产量的相关性分析 据分析，7-8月累计蒸发量与杂交中籼稻产量的直接相关系数为0.7304，在所有气象要素与产量的直接相关系数中位居第二，达极显著正相关：偏相关系数为0.6403，在所有气象要素与产量的偏相关系数中也是位居第二，也是正相关。但未达显著水平：直接通径系数为0.9338，为正效应，排名第二：其他气象要素通过累计蒸发量产生的间接效应除空气相对湿度、累计降雨量为负效应外均为正效应，数值为0.7712-0.8731。

从图2可以看出，1990、1992、1994、1995、1997、1998、1999、2001、2002年9年间累计蒸发量高于多年累计蒸发量均值，除1997年为中产年，1998、2002年为低产年外。其余6年均为高产年。1991、1993、1996、2000、2003、2004年6年间累计蒸发量均低于多年累计蒸发量平均值，除1991年为中产年外，其余5年均为低产年。

2.2.3 气温昼夜温差与杂交中籼稻产量的相关性 7-8月气温昼夜温差与杂交中籼稻产量高低的直接相关系数为0.7177，在所有气象要素与产量的直接相关系数中排第三。达极显著正相关：偏相关系数、直接通径系数均为正值。数值较小，其他气象要素通过气温昼夜温差产生的间接效应除空气相对湿度、累计降雨量为负效应外均为正效应且数值较小。

从图3可以看出，1990、1991、1992、1994、1995、1997、1999、2001、2002年9年间气温昼夜温差高于或接近多年气温昼夜温差均值，除1991、1997年为中产年，2002为低产年外，其余6年均为高产年。1993、1996、1998、2000、2003、2004年6年间气温昼夜温差低于多年气温昼夜温差平均数，均为低产年。

2.2.4 日平均地温与杂交中籼稻产量的相关性 7-8月日平均地温与杂交中籼稻产量高低的直接相关系数为0.7159，在所有气象要素与产量的直接相关系数中排名第四。达极显著正相关：偏相关系数为0.3071、直接通径系数为0.6233，均为正值，其他气象要素通过日平均地温产生的间接效应除空气相对湿度、累计降雨量为负效应外均为正效应。数值在0.5102-0.5830。但日平均地温高的年份，产量并不是太高，高产年份适宜的日平均地温范围应在30.0-32.5℃。

从图4可以看出，1990、1992、1994、1995、1997、1998、1999、2001、2002年9年间日平均地温高于或接近多年日平均地温均值，除1997年为中产年，1998、2002为低产年外，其余6年均为高产年。1991、1993、1996、2000、2003、2004年6年间日平均地温低于多年日平均地温均值，除1991年为中产年外，其余5年为低产年。

2.2.5 日平均气温与杂交中籼稻产量的相关性 7-8月日平均气温与杂交中籼稻产量高低的直接相关系数为0.6613，在所有气象要素与产量的直接相关系数中排名第五，为极显著正相关：偏相关系数为-0.4966、直接通径系数为-1.1086，均为负值，其他气象要素通过日平均气温产生的间接效应除空气相对湿度、累计降雨量为正效应外均为负效应，数值在-1.0164～-0.8105。数值的绝对值较大，说明气温高不一定产量高，甚至相反，只有在适宜的温度范围内才能获得高产，高产年份适宜日平均气温范围应在27.0-28.3℃。

从图5可以看出，1990、1994、1995、1997、1998、1999、2000、2001年8年日平均气温高于多年日平均气温均值，除1997年为中产年，1998、2000为低产年外，其余5年均为高产年。1991、1993、1996、2002、2003、2004年6年间气温昼夜温差低于多年日平均地温平均值，除1992年为高产年、1991年为中产年外，其余5年均为低产年。

2.2.6 空气相对湿度与杂交中籼稻产量的相关性 7-9月空气相对湿度与杂交中籼稻产量的直接相关系数为-0.6986，在所有气象要素与产量的直接相关系数中负值绝对值最大。达极显著负相关：偏相关系数为-0.3566。不显著：直接通径系数为-0.4251，为负相应：其他气象要素通过空气相对湿度产生的间接效应除累计降雨量为负效应外均为正效应，但数值较小，且均在0.3012-0.3825。从分析数据看出，空气相对湿度较低有利于高产，空气相对湿度较高会导致减产，但并不是空气相对湿度越低越好。而要在一定范围内才能获得高产，高产年份的空气相对湿度多在70%-80%。

从图6可以看出，1990、1992、1994、1995、1997、1999、2001、2002年8年间7-9月空气相对湿度低于多年7-9月空气相对湿度均值，除1997年为中产年、2002为低产年外，其余6年均为高产年。1991、1993、1996、1998、2000、2003、2004年7年间7-9月空气相对湿度高于多年7-9月空气相对湿度均值，除1991年为中产年外，其余6年均为低产年。

2.2.7 累计降雨量与杂交中籼稻产量的相关性 8-9月累计降雨量与杂交中籼稻产量的直接相关系数为-0.5076，在所有气象要素与产量的直接相关系数中负值绝对值最小，未达显著水平：偏相关系数为0.4393，未达显著水平：直接通径系数为0.2449。为正效应：其他气象要素通过8-9月累计降雨量产生的间接效应除空气相对湿度为正效应外均为负效应，但数值极小，为-0.1343～-0.0515。说明降雨量过大会导致水稻减产：偏相关系数、直接通径系数均为正效应且数值较小，说明一定数量的降雨量有利于水稻高产，适宜范围应为100-220mm。

从图7可以看出，1990、1991、1992、1993、1994、1995、1997、1999、2001、2003年10年间8-9月累计降雨量均低于多年8～9月累计降雨量均值，除1991、1997年为中产年，1993、2003为低产年外，其余6年均为高产年。1996、1998、2000、2002、2004年5年间8-9月累计降雨量高于多年8-9月累计降雨量均值，均为低产年。

3 小结与讨论

从杂交中籼稻年度间产量与气象要素的相关性分析结果可以看出，各气象要素都对杂交中籼稻年度间产量产生不同程度的影响，但生殖期间的气象要素与杂交中籼稻产量的相关性最为显著。高产年份要求在7-8月杂交中籼稻幼穗分化至抽穗开花期间的累计日照时间多于383.3h，日平均日照时间不少于6h：累计蒸发量多于357.0min，日平均蒸发量不低于5.5mm：日平均地温为30.0-32.5℃；日平均气温为27.0-28.3℃：气温日平均昼夜温差大于7.5℃。同时要求7-9月杂交中籼稻幼穗分化至抽穗开花灌浆结实期间日平均空气相对湿度应在70%-80%：8-9月杂交中籼稻抽穗至灌浆结实期间累计降雨量应在100-220mm。高产年份必须是各种气象要素都处在适宜范围内的最佳组合，若一项或多项气象要素没有达到适宜范围就会出现低产或中产年。

1990-2004年湖北省中籼稻区域试验中，对照品种一直使用汕优63（近10年来由于对照品种频繁更换，不便于统计分析，很难找出有价值的规律），15年试验中对照产量有6年为高产年，即1990、1992、1994、1995、1999、2001年，这6年在杂交中籼稻生殖期间的各种气象要素都满足了在适宜范围内的最佳组合。两年中产年和7年低产年，即1991、1993、1996、1997、1998、2000、2002、2003、2004年，这9年在杂交中籼稻生殖期间的各种气象要素都没有完全达到在适宜范围内的最佳组合，而是有1项或多项气象要素指标没有达到理想范围，特别是8月在杂交中籼稻生育关键期遭受高温热害、低温冷害、严重干旱、狂风暴雨、低温阴雨寡照等气象灾害因素影响，导致试验对照品种减产的年份居多。

从充分利用有利自然气候资源、躲避和抵御自然灾害、尽量减轻灾害损失的目的出发，首先应选育或引进推广抵御自然灾害能力较强的稳产高产型品种：其次是增施有机质肥料，恢复和培肥地力，提高土壤的生产力：再次是通过增加栽插密度和基本苗，采用宽行窄株栽培，充分利用光能；最后采用湿润的好气性灌溉模式，特别在水稻生育的中期一定要搞好结扎晒田，控制无效分蘖，生育后期采用干干湿湿灌溉，适度降低土壤和水稻冠层的空气相对湿度，增大昼夜温差，提高光能利用率和光合产物的积累。改善土壤的通透性。保证一定数量的叶面蒸腾和土壤蒸发量，提高根系和叶片的活力并延长其功能期，实现可持续稳产栽培的目标。