侯 伟，杨昌贤，官满元，王立俊，李伟光

（1. 海口市气象局，海南 海口 571100；2. 海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海南 海口 570203；3. 海南省气象信息中心，海南 海口 570203）

海口市气候变化对水稻生育期和产量的影响

侯 伟1，2，杨昌贤1，官满元1，王立俊3，李伟光2

（1. 海口市气象局，海南 海口 571100；2. 海南省南海气象防灾减灾重点实验室，海南 海口 570203；3. 海南省气象信息中心，海南 海口 570203）

基于海口市农业气象观测站1983—2016年水稻生育期、产量和历史气象资料，分析了气候变化对水稻生育期和产量的影响。结果表明，海口市水稻生育期呈现不同程度推迟，营养生长期缩短，生殖生长期延长，各生育期内气温总体升高，其中最高气温升高最显著，日照时数总体减少。影响早稻产量的主要气象因子是生殖阶段的最高气温，故应重点关注对早稻生殖阶段的高温防范；晚稻生育期气温和日照时数与产量关系不显著，台风暴雨气象灾害可能是造成晚稻产量波动大的主要因素。

海口；气候变化；水稻；生育期；产量；相关分析

根据IPCC第五次评估报告，全球气候变暖的事实是毋庸置疑的，1880—2012年全球平均温度已升高0.85℃（0.65～1.06℃），在过去30年中，每10年温度增幅均高于1850年以来任何时期，强降水频率、强度和降水量均在增加［1］。农业是对气候变化最敏感的行业之一，以全球变暖为特征的气候变化趋势以及极端气候/天气事件的增多造成农业气象灾害的发生频率和危害程度逐年增大，这对我国粮食作物的平稳高产提出了越来越大的挑战，并极大地威胁到我国的粮食生产安全战略［2］。周曙东等研究认为在未来气候变暖背景下，我国华北、华东、中南、西南、西北等5个地区的粮食产量将减少，唯有东北地区粮食产量有小幅增加［3］。因此，研究气候变化对粮食作物生育期和产量的影响机理并提出应对措施对保障我国粮食安全具有重大意义，并成为目前农业气象学界研究的热点。

我国是世界上最大的水稻生产国，水稻是我国最主要的粮食作物，全国有65%以上的人口以稻米为主食，研究分析气候变化对水稻生育期和产量的影响机制引起了广大科学家的浓厚兴趣。目前，有关气候变化对水稻生产影响研究的文献已有很多，主要包括以全球视角、全国范围、局部区域等不同空间尺度的长时间序列研究［4-7］、气候变化对水稻生育期［8-10］、产量［11-12］和种植结构等［13］的研究、气候变化背景下水稻种植过程中受到的气象灾害及病虫害发生发展趋势的研究等［14-16］，而有关热带地区气候变化对两季稻生育期和产量影响的研究文献较少，因此，研究小区域性气候变化对早稻和晚稻的生长影响具有较大意义。

海口是海南省省会城市，地处热带北缘，属热带季风气候，水稻是最主要的粮食作物，2015年水稻播种面积占据粮食作物播种总面积的79%以上，但海口属自然灾害多发区域，台风、暴雨、高温、干旱等气象灾害对水稻生产影响突出，且由温度和湿度气象因素造成各类病虫害发生发展迅速，对产量同样构成威胁［17］。本研究利用海口市琼山农业气象观测站1983—2016年对水稻的生育期观测以及相应历史气候资料，对早、晚稻的生育期和产量进行数理统计分析，研究气候变化对水稻生育的影响机理，以期为海口水稻种植应对气候变化提供科学合理的依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源

本研究将水稻生育期划为两个主要阶段，分别为营养生长阶段（播种至分蘖期，P1）和生殖生长阶段（幼穗分化至成熟期，P2）。海口琼山农业气象观测站以早稻和晚稻为主（海南种植水稻可一年三熟，但以早、晚稻为主），自1983年开始，观测站历史气候资料序列（包括气温、日照时数等）以有水稻观测记录时间为准，水稻生育期资料和气候资料数据均来源于海南省气象局气象信息中心，所有数据经过均一化检验和质量控制。水稻种质有直播和移栽两种栽培方式，本研究仅统计移栽水稻的数据。水稻总产量和种植面积数据来源于1987—2015年海南省统计年鉴。

1.2 分析方法

对琼山观测站早、晚稻划定生育阶段的起始日期、持续时间、相应时段历史气象资料和最终单产进行统计分析，气候产量与水稻全生育期、不同生育阶段的气候因子的关系采用Pearson相关性分析，水稻各生育阶段起始日期、持续时间与相应时段内的气候因子开展线性回归分析和相关性分析，采用SPSS软件进行数理统计。水稻有效积温统计以15℃为下限温度，35℃为上限温度（15℃以下气温不利于出苗和分蘖，35℃以上高温影响抽穗结实期）。

水稻产量受气候和非气候因素的影响，不能直接利用产量数据与气候资料数据进行分析。为此，在较长时间序列水稻产量与气候因子关系的研究，可把水稻产量分解为趋势产量、气候产量和随机误差3部分，趋势产量是反映历史时期生产力发展水平的长周期产量分量，气候产量是受气候要素为主的短周期变化因子影响的波动产量分量。目前多数研究成果都是将多年的产量变化分解为社会、技术因素导致的产量变化和气候因素导致的产量变化［18］。本研究采用直线滑动均值法求得趋势产量，进而求得水稻气候产量。计算公式为：

式中，Y为水稻实际产量，Yw为趋势产量，Yt为气候产量，e为受随机因素影响的产量分量。

2 结果与分析

2.1 水稻生育期气候变化特征分析

由表1可知，从生育期来看，海口早稻一般在2月初（春节前后）播种，6月上旬成熟，其中播种、拔节期具有显著推迟的趋势；晚稻一般在6月底播种（即早稻成熟后20 d左右），播种、拔节期也有推迟趋势，但变化不显著。从生育阶段来看，海口早稻营养生长阶段的生育期有缩短趋势，而生殖生长阶段生育期表现为极显著的延长趋势，全生育期略微延长；晚稻各生育期的变化趋势与早稻类似，表现为营养阶段缩短，生殖阶段延长。

表1 海口市1983—2016年早、晚稻生育期的年际变化

由表2可知，海口早稻营养生长阶段有效积温和日照时数均呈显著降低趋势，生殖生长阶段有效积温和最高气温呈极显著上升趋势，最低气温表现为极显著下降，全生育期的最高气温极显著上升；晚稻营养生长阶段平均气温和最高气温均表现为极显著上升，生殖阶段的最低气温和最高气温均表现为显著上升，全生育期的平均气温、最低气温亦表现为显著上升，最高气温表现为极显著上升。

表2 海口市1983—2016年早、晚稻生育期的气候变化

2.2 水稻生育期与气候相关性分析

由表3可知，海口早稻营养生长阶段生育期与平均气温、最低气温呈极显著负相关，即平均气温和最低气温的升高会导致营养生长阶段生育期的缩短；生殖生长阶段生育期与日照时数呈极显著正相关；全生育期与平均气温、最低气温呈显著负相关，这与营养生长阶段变化类似。海口晚稻营养阶段生育期与日照时数、生殖阶段生育期与最高气温和日照时数、全生育期与日照时数均呈极显著正相关关系，表明日照时数增多可能会导致晚稻各生育期延长，最高气温升高可能会延长晚稻生殖阶段生育期。

2.3 水稻产量与气候相关性分析

由图1可知，海口早稻气候产量占实际产量的百分比较晚稻低，主要原因可能在于早稻生育期主要集中在2～6月，气候条件较为适宜，气候对产量影响相对较小；而晚稻生育期主要集中在7～11月，期间台风暴雨发生频繁，不利气象灾害对晚稻产量的影响较大。此外，海口早、晚稻气候产量波动总体上呈逐年上升趋势，特别是不利气象条件造成的减产幅度逐渐增大。

表3 海口市早、晚稻各生育期与气候因子相关性分析

图1 海口市1987—2015年水稻气候产量占实际产量百分比

总体来看，海口市平均气温和最低气温与气候产量的关系并不显著。由表4可知，早稻生殖阶段的最高气温与气候产量呈显著负相关关系，即生殖阶段最高气温的升高会导致早稻气候产量显著减少，而晚稻各生育期气温和日照时数与气候产量关系不显著。

表4 气候产量与水稻各生育期气象要素的相关性

3 结论与讨论

近年来，海口市早、晚稻各生育时期均有不同程度推迟，其中以早稻更明显。生育期的持续时间仅有营养生长期是缩短的，而生殖生长和全生育期的持续时间是延长的，其中早稻生殖阶段的生育期延长达到极显著水平。对海口市1983—2016年的气候分析表明，12月至翌年2月的降水偏少，而3月份降水明显增多，5～7月份的高温日数（≥35℃）也明显增多，早稻播种-分蘖期对降水量需求较大，播期延迟可能是为满足降水量的需求；晚稻播期为6月底，抽穗结实期一般处于9月份左右，此时高温对晚稻的影响较小，而海南台风主要集中在7月中旬至10月上旬，适当推迟播期可使晚稻在10月下旬成熟以减轻台风的影响，这与王斌等对海南水稻生育期对气候变化相应的结论一致［19］。

海口水稻在生殖生长阶段和全生育期内的有效积温是增加的，营养阶段的有效积温减少，尤其以早稻表现最明显。说明水稻生殖阶段对有效积温的需求逐渐增加，而营养阶段对有效积温的需求在减少，这与水稻营养阶段持续时间缩短、生殖阶段持续时间延长有关。水稻各生育期气温呈上升趋势，其中以最高气温的上升最明显，因此应关注对水稻生育期可能出现的高温影响。

早稻营养生长阶段和全生育期持续时间与平均气温、最低气温呈极显著负相关，说明平均气温和最低气温的升高会导致营养生长阶段和全生育期时间缩短，而早稻生殖生长阶段日照时数增加会导致其生育期延长。此外，晚稻生殖阶段最高气温的升高会造成该生育期的延长。

海口早稻气候产量与生殖阶段最高气温呈显著负相关关系，即最高气温的升高会导致气候产量减少，主要原因可能在于早稻生殖阶段处于5～6月份，此时期高温日数是一年中最多的，极端最高气温可达37℃以上，最高气温的持续升高对水稻抽穗结实危害很大，特别是影响开花结实，并造成空秕粒率上升而导致减产，因此早稻栽培期间应重点关注抽穗结实期的高温天气，及时采取有效措施进行降温。晚稻气候产量的波动较明显，特别是由不利气象条件造成的减产波动较大，这可能主要在于晚稻生育期主要集中在7～11月，此期间台风暴雨对水稻产量的影响很大，造成产量波动也会很大，例如2011年9月29日登陆海南文昌的强台风“纳沙”对海口晚稻造成了巨大影响，此时正值晚稻拔节-结实期，直接造成海口晚稻比2010年减产53.6%。另外，本研究未考虑水稻品种的更替问题，且海口农业气象观测站点建设较晚，观测年份有限，研究结果还需要进一步开展科学论证。

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Effects of climate change on rice growth period and production in Haikou

HOU Wei1，2，YANG Chang-xian1，GUAN Man-yuan1，WANG Li-jun3，LI Wei-guang2
（1. Haikou Meteorological Bureau，Haikou 571100，China；2. South China Sea Meteorology and Disaster Mitigation Research Key Laboratory，Haikou 570203，China；3. Hainan Meteorological Information Center，Haikou 570203，China）

Based on the rice growth period，production and meteorological element data from 1983 to 2016 observed at Haikou agro-meteorological stations，the effects of climate change on rice growth period and production were analyzed. The results indicated that rice growth period showed a delay in different degree，vegetative growth period shortened，reproductive growth period presented a prolonged trend. The temperatures during rice growth period increased，the highest temperature was most significant，sunshine duration decreased. Highest temperature was the main meteorological factor affecting the yield of early rice，so more attention should be paid to the high temperature prevention in the reproductive stage of early rice. The relationship between temperatures，sunshine duration and yield was not significant during growth periods of late rice，while typhoon storm may be the major cause of large fluctuations in late rice yield.

Haikou ；climate change；rice；growth period ；production ；correlation analysis

S162.5+3

A

1004-874X（2017）08-0145-06

侯伟，杨昌贤，官满元，等. 海口市气候变化对水稻生育期和产量的影响［J］.广东农业科学，2017，44（8）：145-150.

2017-05-06

海南省气象局科研项目（HNQXQN201609）；国家公益性行业（气象）科研专项（GYHY 201206019-4）

侯伟（1989-），男，硕士，工程师，E-mail：houwei89@outlook.com

（责任编辑 邹移光）