种植水稻的有利自然条件(水稻生产与气象学的联系)

水稻生长发育、产量形成与气象条件之间的相互关系

中国在2000年以前就已重视稻作的节令与灌溉问题。如春秋《诗经·豳风·七月》有“十月获稻”；《诗经·白华》有“滮池北流，浸彼稻田”的记述。战国《吕氏春秋·审时篇》指出季节的重要，所谓“得时之稼兴，失时之稼约”。并提到“先时”、“后时”对水稻产量、品质的影响。

西汉《氾胜之书》提出用控制水流来调节稻田水温的办法，至魏晋南北朝，南方开始种植两熟稻。

北魏《齐民要术》记述了水稻的种植、灌溉方法和早稻的栽培技术。隋唐以后南方稻麦两熟盛行，有关稻作生产与气象条件的记述更加系统。

南宋《陈旉农书》有针对不同天气（暴风、大雨、阴、晴）及不同气候（寒、暖、旱、涝）决定播期及秧田管理的论述。

宋代《种艺必用》提出了不同品种的需水量与需水关键期。

元《田家五行》讲了热、水、风与水稻病虫害及产量的关系；雨水与水稻开花习性的关系；气象条件与水稻穗型、结实率、米质的关系。

现代中国水稻气象研究始于1945年，当时涂长望、方正三对中国水稻与气候的关系进行了研究。50～60年代，江苏、广东、浙江、四川等省着重对水稻光温反应，早稻育秧与防止烂秧的气象条件，水稻低温不实，双季稻气候条件，丰产栽培与气象条件，群体光分布与光合生产方面进行了研究。1959年出版了《水稻与气象》一书，1960年丁颖主编的《中国水稻栽培学》中，详细分析了水稻与气象的关系，并在他主持下进行了全国范围水稻光温试验研究，东北地区也开展了水稻低温冷害的研究。

70年代开展了杂交稻（生长发育、制种、引种）与气象条件的关系，长江流域双季三熟水稻与气象条件、水稻的光合生产潜力及产量气象模式的研究。

日本自30年代开始，进行以低温冷害为主的水稻气象研究，50年代在水稻气候及稻田小气候方面，60年代在群体光分布和光合成方面，70年代在有关人工环境栽培、灾害生理指标与机制方面进行了研究。

菲律宾国际水稻研究所（IRRI），自70年代起对东南亚的水稻栽培与气候适应性、稻田小气候、稻田生长环境控制、气候对病虫害发生影响及气候与水稻产量等进行了较为系统的研究，并于1976年出版了《气候与水稻》一书。

分布与气候

凡日平均气温大于10℃的天数在110天以上，大于18℃天数在50天以上的地区，除海拔2600米以上的青藏高原及东北、西北高山地区外，南起海南岛的崖县，北至黑龙江的黑河都可种植水稻。

从温度条件看，由南向北年平均气温降低，积温减少，稻作安全生长季节随之缩短。双季稻三熟制在大于10℃积温4800～5000℃（北纬30～32度以南地区）可以较大面积种植，南方以籼稻为主，黄河以北为粳稻区，云贵高原水稻气候呈明显立体分布。在海拔1400～2000米之间为籼粳交错带。2000米以上多粳稻，1400米以下多籼稻。

从水源来看，秦岭淮河一线以南年降水量大于1000毫米，水稻可大面积种植，北方只能在有灌溉条件的地区种植水稻（见水稻气候区划）。

生长发育与气象

温度

水稻为喜温作物。生物学零度粳稻为10℃、籼稻12℃，早稻三叶期以前，日平均气温低于12℃三天以上易感染绵腐病，出现烂秧、死苗，后季稻秧苗温度高于40℃易受灼伤。日平均气温15～17℃以下时，分蘖停止，造成僵苗不发。

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15～17℃，会造成颖花退化，不实粒增加和抽穗延迟。抽穗开花期适宜温度为25～32℃（杂交稻25～30℃），当遇连续3天平均气温低于20℃（粳稻）或2～3天低于22℃（籼稻），易形成空壳和瘪谷，但气温在35～37℃以上（杂交稻32℃以上）造成结实率下降。

灌浆结实期要求日平均气温在23～28℃之间，温度低时物质运转减慢，温度高时呼吸消耗增加。温度在13～15℃以下灌浆相当缓慢。粳稻比籼稻对低温更有适应性，见下表。

由于高温条件下水稻光呼吸作用增强。其光合作用适宜温度范围较大，籼稻为25～35℃、粳稻为18～33℃，当籼稻低于20℃或高于40℃和粳稻低于15℃或高于38℃时，光合作用急剧减弱。稻根呼吸作用随温度升高至32℃时迅速加快，然后缓慢增加，至38℃时达最大值，接着减慢，而稻叶呼吸在20～44℃之间随温度升高呈直线增强。低温（尤其霜冻）情况下，光合效率受抑制，稻根吸水减少，导致气孔关闭和叶片枯萎。根呼吸对高温危害的反应比叶片更敏感。

水分

水稻全生长季需水量一般在700～1200毫米之间，大田蒸腾系数在250～600之间；水稻蒸腾总量随光、温、水分、风、施肥状况、品种光合效率、生育期长短及熟期而变化。

单季中、晚稻在孕穗期、双季早稻在开花期、双季晚稻在拔节、孕穗期蒸腾量最高。当土壤湿度低于田间持水量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。

水稻需要水层灌溉，以提高根系活力和蒸腾强度，促使叶片蔗糖、淀粉的积累和物质的运转。淹灌深度以5～10厘米为宜，但为了除去土壤有毒的还原物质，提高土壤的通透性和根系活力，还应进行不同程度的露田和晒田。

水稻幼苗期应采取浅水勤灌，有利扎根；分蘖期为促进分棵，以水调温，水层保持在2～3厘米左右，分蘖后期排水促进根系发育；拔节孕穗期是水稻需水最多时期，宜灌深水（6～10厘米）；抽穗开花期根据天气与土壤条件，可以轻脱水或保持一定水层，空气相对湿度70～80%有利受精；灌浆期田面要有浅水，乳熟后期干干湿湿，有利提高根系活力及物质调配和运转。

水稻在返青期、减数分裂期，开花与灌浆前期受旱减产最严重，返青期缺水，影响秧苗活棵和分蘖；减数分裂期缺水，颖花大量退化，出穗延迟、结实率下降；抽穗期受旱，影响出穗，减产严重。灌溉期受旱，粒重下降而影响产量。水稻在返青期、减数分裂期、开花期对淹水最敏感，长期淹水会导致死苗、幼穗腐烂和结实率降低。

光照

水稻是喜阳作物，它对光照条件要求较高，水稻单叶饱和光强一般在3～5万勒克斯左右，而群体的光饱和点随叶面积指数增大而变高，一般最高分蘖期为6万勒克斯左右，孕穗期可达8万勒克斯以上，但其光合作用随照度的增加不如C4作物玉米明显。

据国际水稻研究所（IRRI）1976年对50个水稻品种在6万勒克斯光强下测定，其光合率为34.5～62.1毫克CO2·分米-2·时-1（平均约44.6毫克CO2·分米-2·时-1），同化量因品种、叶龄、含氮量、叶片厚度而异。

在光饱和状态下，水稻上部第一、二叶光合率和光饱和点明显高于第三、四叶（见图）。水稻穗的光饱和点为1～3万勒克斯，同化量最大值为2毫克CO2·分米-2·时-1。叶鞘的光饱和点为2～4万勒克斯，同化量最大值为3毫克CO2·分米-2·时-1。

水稻孕穗期、乳熟期各叶位光照度与光合作用的关系

据观察，水稻抽穗时，若叶面积指数为7.1，平展叶在冠层顶下30厘米处即有90%日光被叶片截获，而直立叶只有50%。

因此从理论上说，直立叶水稻群体净光合作用要比水平叶群体大。但当叶面积指数相当小时，水平叶水稻群体显示较高的光合作用。

此外，当阳光直射时，水稻群体叶片只有一面受光较强；阳光散射时，群体下层叶片受光比直射时多。当群体叶面积指数大于3时，反射辐射约为太阳辐射的20%，群体吸收太阳辐射在孕穗期最高，齐穗后逐渐下降。大部分能量被传导和蒸腾作用所消耗。水稻净光合强度最多不超过吸收总能量的5～6%，其中孕穗期净能量转换率约为5%，抽穗期最高为7%，然后迅速下降。

水稻是短日照作物，不同类型品种对光照长度的反应不同，在广州用41个品种经人工控制光长，其反应见表2。可见，早稻和中稻无一定出穗临界光长，在短日或长日条件下都可正常出穗，属短日照不敏感类型；晚稻品种大都是短日促进出穗，长日延迟出穗，有严格的出穗临界光长，属短日照敏感型。

表2 水稻对光照长度反应

注：F为促进出穗临界光长；D为延迟出穗临界光长。

二氧化碳和氧

水稻叶面的光合作用速度随CO2浓度上升而增加，当CO2浓度为1000ppm时，水稻幼苗生长速度相当于CO2浓度为300ppm时的2.5倍以上。

大田水稻作物上一日内CO2浓度变化可达60ppm，中午稻田不同层次的CO2值最大差异也可达40ppm。稻田CO2通量值可以下式表示：P=D1-2（C1-C2），P为CO2通量，C1和C2分别为Z1和Z2两高度上空的CO2浓度，D1-2是Z1和Z2之间交换速度（与风速有关）。

当稻田风速大于0.3～0.9米/秒时，对进一步增强光合作用所需CO2的输送已足够。水稻对CO2的吸收受O2含量影响颇大。当O2浓度低至3%时，水稻光合作用和物质生产会明显加强；但却会直接损害水稻受精过程而产生严重不育现象。

光温反应

水稻品种的生育期变化受感光性、感温性和基本营养生长期三个因素综合作用所决定。基本营养生长期反映水稻品种在高温短日条件下的生育期长短；感光性反映水稻品种的生育期对不同日长的反应特性，感光性强的品种在短日下生育期明显缩短；感温性是水稻品种生育期对温度的反应特性。感温性强的品种，当温度高时，生育期缩短明显。感温性、感光性及基本营养生长期等特性如表3所示。

表3 水稻的光温反应

生产与气象

引种

研究中国水稻品种出穗期日数变化与纬度、海拔、经度的关系表明：由南向北，纬度每增加1度，年平均温度降低0.8℃，水稻生长季平均温度降低0.3℃，夏至日长平均增加（不等差逆增）5.4分钟，水稻品种出穗日数延迟2～2.5天；由西至东，经度每东移5度，水稻生长季平均温度和日长变化极小，出穗日数相差不多。

因此南稻北引，平原移向高原，生育期延长，出穗迟缓，宜引较早熟品种；北稻南移，高原移向平原，生育期缩短，宜引较迟熟品种；东西相互引种，生育期变化小，易成功。

此外，在低纬度地区（26°N以南）籼粳早、中晚稻可在本地互相引种；中纬度南部地区（26～32°N），可引种早、中稻和早熟晚籼，粳稻，中纬度北部地区（32～40°N）可引种早粳和中粳稻；高纬度地区（40～53°N）只能引种早粳稻。

适宜播栽期

早粳在气温稳定在10℃以上（塑料薄膜育秧在8℃左右）播种，15℃以上栽秧；早籼在12℃以上播种，17℃以上栽种。为保证水稻齐穗扬花期基本不遇低温危害，粳稻安全齐穗期要求日平均气温稳定在20℃以上，无连续3天以上低于20℃的低温，籼稻（包括杂交稻）要求22～23℃以上，无连续2～3天低于22～23℃的低温。北方早粳与南方早籼还要避过孕穗期低温冷害（最低气温粳稻不低于15℃，籼稻不低于17℃）。要使水稻抽穗灌浆期处于光、温、水分比较适宜，又尽量避开病虫害大发生时期，以获得较高的光合产量及子粒产量（见作物播栽期预报）。

合理的群体结构

水稻抽穗灌浆的叶面积指数与产量关系很大，其最适叶面积指数可按下式得出：

式中 Fopt为最适叶面积指数，I0为当地水稻抽穗灌浆期太阳辐射量。I为水稻补偿光强（约1000～2000勒克斯），K为水稻后期消光系数（约0.4～0.6）。最适叶面积主要决定于太阳辐射量，中国水稻齐穗期适宜叶面积指数在6.0～8.0。

水稻前、中期适宜群体，要根据温度与季节条件来掌握。早、中稻季节短，要求叶面积上升快，晚稻则要求叶面积上升较慢，但一般均要求在中期（拔节后10～15天）封行，有利壮秆并结出大穗。

杂交稻制种与气象

①定父母本播期差的有效积温差（X）：X=A-（B+B′），A、B分别为父母本播种至始穗的有效积温值（见表4），B′为保证父母本盛花期相遇母本比父本提早2～3天抽穗所需的有效积温。父母本花期特点差异很大。父本花期较集中（5～7天）；母本花期较分散（15天左右），故父本应分两期播种，并要求母本始穗比第一期父本始穗期早2～3天。

②根据开花天气条件确定花时相遇时间。正常天气下，杂交稻父本（以IR24为例）上午9～11时始花、下午1时左右闭颖，峰期在10～11时；母本（以珍汕97为例）上午7～10时始花，下午2～3时闭颖，无明显峰期。阴雨全天无花；阴天始花推迟且集中；晴雨相间，雨隙花时集中。秋季制种穗部气温在27℃（春繁在30℃）以下，较高的相对湿度有利开花。

表4 部分不育系和恢复系的有效积温值

水稻的气象灾害

中国水稻主要气象灾害为：早春低温阴雨造成早稻烂秧（见倒春寒）；高温造成早稻不实和枯熟（见热害和干热风）；夏末低温冷害造成水稻不育、结实率及千粒重降低；台风常给水稻带来风害、涝害（见洪涝灾害）或寒害。从世界范围看，低温冷害是水稻的主要气象灾害。