引言

我国南方是水稻主产区，气候变化使得产量具有不稳定性。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告^[1]指出，全球气候呈变暖趋势，极端气象灾害发生频繁。气候变暖亦对我国粮食生产造成较大影响^[2]，气温升高导致我国水稻及冬小麦生育期显著缩短，光合作用和干物质积累时间减少，部分地区产量和品质可能下降^[3-8]。因此，关注气候变化对南方粮食生产关键期的影响，有效开展灌浆期的气象服务十分必要。

目前，国内就气候变暖与作物生长模型^[4-6]、生育期变化与减产^[3-11]、农业气候带北移与热量水分矛盾^{[2, 12]}、气候变化各要素对农业影响的权重^[9]等开展了分析研究；同时，适应气候变化、采用恰当的方法对其影响进行真实有效的监测^[13]亦受到重视。我国南方水稻主产区的产量形成关键期常遇高温逼熟、旱涝、病虫等灾害，且受全球气候变化影响，产生了作物发育期进程变化及其监测等新问题，影响到农业气象服务的时效、产品分析的依据等。本研究试图通过对南方双季稻作区多省的水稻生育期、干物质积累及气象的观测，研究气候变暖对南方水稻生殖生长期长短、千粒重进程、灌浆速度带来的影响；并针对中国气象局《农业气象观测规范》提出相应的修改建议，以增强观测资料的可用性及气象服务的时效性。

1 材料与方法

1994—2009年在南昌进行了双季水稻的发育期、千粒重、灌浆速度及同期气象要素观测试验，同时收集了湖南长沙、湖北江夏、江西樟树农业气象站1994—2006年观测的双季水稻物候与气象资料作为辅助分析。2009年又在江西南昌和莲花分别安排了早晚稻千粒重、灌浆速度的加密观测。实验品种分别为禾盛10号、赣晚籼37、金优402、五丰优998、汕优63、鄂早17、优Ⅰ402、丰优丝苗，均为当地主栽品种，在研究时间内无人为选择品种特性改变。

试验选择当地开阔连片、具有代表性的双季稻农田作为固定观测地段，分4个区设4个重复，每个重复连续固定5穴用于发育期观测。全生育期两天观测一次，抽穗开花期每天观测。抽穗普期为50%的茎的穗顶由剑叶叶鞘露出，乳熟为穗顶子粒达到正常谷粒大小、颖壳充满乳浆状内含物、子粒呈绿色，成熟为稻穗80%~90%谷粒呈现该品种固有的颜色。抽穗开花期对4个区同日开花、穗大小相仿的200穗挂牌定穗，供千粒重、灌浆速度测定使用，取样从开花后10天开始每5天取样，测子粒干物质重，以5天的千粒重之差除以5计算灌浆速度。本试验另加测了抽穗普期当日千粒重，并在5天间隔内适当增加了取样次数。早稻共加测5次、晚稻加测2次，以获得较平滑连续的灌浆过程曲线，用于观察千粒重、灌浆速度起测时间的合理性。平均气温、平均相对湿度等根据各站地面测报资料统计。气温、湿度、发育期天数的分析图表中，用Excel添加的线性趋势线，以直观反映各要素的倾向率。千粒重、灌浆速度图表用Excel添加的2阶数多项式趋势线，以便直观观察灌浆过程。

2 结果与分析 2.1 早稻灌浆成熟期气温、生育期天数

南方早稻灌浆成熟期的气温近年来普遍升高，灌浆天数缩短明显。南昌双季早稻灌浆成熟期(抽穗普期—成熟)平均气温由过去的26 ℃左右上升到28 ℃左右(图 1)。与此同时，早稻抽穗—乳熟、抽穗—成熟的发育进程显著加快。其中，早稻抽穗普期—乳熟天数由过去的13天左右缩短到近年的7天左右、最少时仅需5天即达乳熟状态；而抽穗普期—成熟天数也相应由27天缩短到21天左右。以Excel拟合的线性趋势线来看，早稻生殖生长期平均气温以每年0.142 ℃的倾向率上升，抽穗—乳熟、抽穗—成熟天数则分别以每年-0.485、-0.447天的倾向率下降。总体看，早稻生殖生长期有缩短趋势，实际可灌浆天数较历史减少，灌浆速度较历史加快，较短的灌浆期若遇气象灾害将对产量有更显著的影响。

早稻灌浆期天数受气温的影响显著。通过回归分析发现，抽穗—乳熟天数(D_r)与相应期间平均气温(T_r)呈显著的负线性相关(D_r=49.547-1.441T_r，R=0.550，F=6.076，P=0.027)；抽穗—成熟天数(D_c)与同期间平均气温(T_c)亦呈显著的负线性相关(D_c =72.812-1.758 T_c，R=0.554，F=6.204, P=0.026)，反映出可用于子粒干物质积累的时间随气候变暖而缩短。

湖南、湖北、江西其他台站的观测，也证实随着早稻生殖生长期平均气温的升高灌浆期相应缩短。由图 2可见，湖南长沙、湖北江夏、江西樟树早稻抽穗—成熟平均气温(T)向上波动；抽穗—成熟天数(D)则反向波动。长沙、江夏、樟树早稻生殖生长期平均气温以每年0.210，0.161和0.198 ℃的倾向率上升，上升幅度均强于南昌；抽穗—成熟天数则分别以每年-0.489、-0.670、-0.544天的倾向率下降，下降幅度也都大于南昌。将长沙、江夏、樟树早稻生殖生长期平均气温与抽穗—成熟天数分别进行线性回归分析，显著水平设为0.1，三站均有显著相关关系：

长沙：D_c=61.174-1.239T_c，R=0.529，       F=4.274，P=0.063

江夏：D_c=67.341-1.584T_c，R=0.533，        F=4.358，P=0.061

樟树：D_c=71.814-1.532T_c，R=0.498，        F=3.621，P=0.084

2.2 晚稻灌浆成熟期气温、生育期天数

南方双季晚稻灌浆成熟期气温也表现为逐步升高特点，相应灌浆期缩短。南昌双季晚稻抽穗—成熟平均气温由过去的21 ℃左右上升到23 ℃以上(图 3)。抽穗—乳熟天数由15天左右缩短到近年的9天左右、最少为7天；抽穗—成熟天数由36天左右减少到31天左右。以Excel拟合的线性趋势线来看，晚稻生殖生长期平均气温以每年0.173 ℃的倾向率上升，抽穗—乳熟、抽穗—成熟天数则分别以每年-0.544和-0.407天的倾向率下降。气温和抽穗—乳熟天数的倾向率比早稻略大。南昌抽穗—乳熟天数与该期间气温呈极显著负相关(D_r=47.766-1.511T_r，R=0.811，F=26.994，P=0.000)，即灌浆期随气温升高显著缩短。从图 4可见，湖南长沙、湖北江夏、江西樟树的双季晚稻的抽穗—成熟期平均气温逐步向上波动，抽穗—成熟天数则反向波动。长沙、江夏、樟树晚稻生殖生长期平均气温以每年0.180，0.146和0.161 ℃的倾向率上升，抽穗—成熟天数则分别以每年-0.335，-1.060和-0.264天的倾向率下降，江夏下降幅度最大。将长沙、江夏、樟树晚稻生殖生长期平均气温与抽穗—成熟天数分别进行线性回归分析，显著水平设为0.1，三站均有显著相关关系：

长沙：D_c=49.094-2.409T_c，R=0.749，        F=14.098，P=0.003

江夏：D_c=111.786-3.397T_c，R=0.636，        F=7.454，P=0.020

樟树：D_c=85.688-2.026T_c，R=0.505，        F=3.768，P=0.078

南方以双季稻种植为主，所选台站的观测亦为双季水稻。未掌握一季稻生长发育的完整数据，但统计一季稻生殖生长期的平均气温，也发现有升高趋势(由过去的24和25 ℃，上升到26 ℃左右)。可以说，南方水稻均面临气候变暖与减灾、顺应气候变化的问题。南方早稻和晚稻生殖生长期的气温增高，实际可灌浆天数的减少等问题，也发生在我国小麦、玉米等其他粮食作物上^{[5-6, 8]}，说明气候变暖对我国粮食作物的生殖生长带来的影响具有一定普遍性。

2.3 气温、湿度变化与灌浆成熟期天数

江南气候变暖常伴随水分胁迫，双季稻生殖生长期间降水近年总体上有所下降，但各年差异很大，南昌早稻生殖生长期最多降水量大于500 mm，但生殖生长期总降水量为10~80 mm的旱年达3年；晚稻生殖生长期最高降水大于400 mm，但总降水量为20 mm左右旱年达7年。该期间降水量由于时间分布不均及当地灌溉条件等问题，与生殖生长期天数没有很好的对应关系。另一方面，气温的上升伴随着空气湿度的下降，可以影响土壤水分蒸散，导致作物水分亏缺。从本试验来看，在近16年来，水稻生殖生长期的气温持续上升，空气湿度则持续下降，而生殖生长期亦对应缩短。各站生殖生长期气温均与抽穗—成熟天数有显著负相关关系，而多数台站相对湿度与抽穗—成熟天数有显著正相关关系，但不如气温的相关关系普遍。以灌浆成熟期气温的升高为基本特征，及与之相伴出现的湿度下降，造成了生殖生长加快。

从图 5可见，近年来南昌双季稻生殖生长期平均空气相对湿度与抽穗—成熟天数同呈下降态势(早稻相对湿度下降倾斜率为每年-1.104%、晚稻为-0.850%)，高温低湿天气造成了生殖生长加快。相对湿度与抽穗—成熟天数回归方程分别为：

南昌早稻：D_c=0.706+0.305U_c，R=0.507，       F=4.854，P=0.045

南昌晚稻：D_c=5.836+0.391U_c，R=0.500，       F=4.673，P=0.048

图 6为南方3省其他台站双季稻生殖生长期平均空气相对湿度曲线，均为下降状态，与前述图 2和图 4中各站抽穗—成熟天数的下降相对应。长沙、江夏、樟树早稻生殖生长期平均相对湿度分别以每年-0.533%，-0.473%和-0.593%的倾向率下降，晚稻分别以每年-0.720%，-0.456%和-0.780%的倾向率下降，与南昌情况相近。将长沙、江夏、樟树早稻生殖生长期平均相对湿度与抽穗—成熟天数分别进行线性回归分析，显著水平为0.1，三站早稻均有显著正相关关系：

长沙早稻：D_c=-1.829+0.348U_c，R=0.525，        F=4.182，P=0.066

江夏早稻：D_c=-20.876+0.546U_c，R=0.550，        F=4.767，P=0.052

樟树早稻：D_c=-7.906+0.452U_c，R=0.603，        F=6.291，P=0.029

晚稻仅长沙、樟树与南昌类似，江夏同期相对湿度与抽穗—成熟天数没有显著相关关系：

长沙晚稻：D_c=-5.451+0.522U_c，R=0.585，        F=5.731，P=0.036

樟树晚稻：D_c=-0.752+0.526U_c，R=0.504，        F=3.747，P=0.079

2.4 气候变暖与灌浆过程观测

千粒重是水稻光合作用的成果，反映生殖生长状况，可用于分析干物质积累与气象条件的关系，鉴定减灾对策的效应，掌握一定条件下作物产量形成的过程及其特点，评定光能利用率等。气象部门因防灾减灾服务需要，在农业气象观测业务中长期开展生殖生长期的千粒重、灌浆速度观测。中国气象局编制的《农业气象观测规范》中规定^[14]：谷类作物灌浆速度，是通过测量子粒形成至成熟期间单位时间子粒干物质的增长量，以间隔5天的千粒重之差除以5天来计算。具体为开花期对同日开花、大小相仿的穗挂牌定穗，用于千粒重、灌浆速度测定；取样从开花后10天开始每5天取样直至成熟为止。在气候变暖的大背景下，南方水稻生殖生长期普遍缩短，灌浆期对气象灾害也更为敏感。灌浆成熟期是水稻产量形成关键期，获得真实完整的千粒重、灌浆速度数据对于鉴定气象条件、开展防灾减灾服务有着基础性作用。由于《农业气象观测规范》规定的测定起始日为开花后第10天，在灌浆期缩短的情况下，所获得的千粒重、灌浆速度样本减少。且起测日在气候变暖的形势下显得过迟，南方早稻常常在抽穗开花普期后5~7天达到乳熟，晚稻常在7~9天达到乳熟。起测日落在乳熟期之后，则测定价值大为下降，对于早稻尤其如此。

图 7和图 8给出了在《农业气象观测规范》基础上加密观测的千粒重、灌浆速度曲线。如果按照规范于抽穗普期后第10日起每5天测一次，早稻仅可以获得3个千粒重、2个灌浆速度值(在图中仅为右侧1/2部分)，无法形成千粒重、灌浆速度真实曲线，测定时段已接近灌浆后期及成熟期，不能及时揭示气象条件对水稻生产的影响，不利于迅速采取减灾措施开展气象服务。晚稻灌浆期因为气温是逐步下降的，灌浆时间相对长一些，从抽穗普期第10日起测可获得5个千粒重、4个灌浆速度样本，数据稍完整。只有将起测时间提前至抽穗普期当日或第5日，才能恢复千粒重、灌浆速度的观测价值；同时保留5天观测的间隔，既维护历史观测数据的连续性又兼顾数据的现实可用性，达到提高气象服务效果的目的。

3 小结与讨论

近年来，我国长江中下游呈变暖趋势，水稻(双季稻、一季稻)的生殖生长期平均气温16年来普遍升高2 ℃左右，且高温伴发水分胁迫。水稻进入乳熟、成熟期加快，水稻灌浆关键期的抽穗—乳熟天数明显缩短(早晚稻平均缩短6天左右)，早、晚稻抽穗—成熟期亦相应缩短6天及5天左右，灌浆期天数与生殖生长期气温呈现出显著负相关、与相对湿度呈显著正相关。光合作用、干物质积累时间的缩短，使产量形成期对气象条件更为敏感，高温逼熟、旱涝、病虫等灾害对产量更易造成较大影响；江西省农业气象试验站在试验中曾测得，生育期缩短若遇较重高温逼熟等天气可造成稻米粗脂肪等品质参数显著下降。在这样的形势下，制定减灾对策时要求快捷高效，因而服务难度加大。准确掌握水稻生长发育及干物质积累进程，是判别气象条件利弊、及时制作服务产品的基础。中国气象局《农业气象观测规范》为观察子粒干物质积累与气象条件的关系起到了重要作用，各地气象部门已积累了10~20年的历史资料。但随着南方气候变暖、发育期提前及生殖生长期缩短造成可测样本明显减少，原《农业气象观测规范》的千粒重、灌浆速度测定时间过晚(特别是双季早稻)，难以鉴定农业气象条件对产量形成的利弊影响，因此原《农业气象观测规范》应适应气候变化作相应调整。建议将千粒重、灌浆速度起测时间提前到抽穗普期当日或第5日，测定间隔仍保持5天，既保持资料的连续性，又兼顾现阶段观测资料的可用性，以保证农业气象服务的有效性。