水稻冷害机制探讨

根据试验结果和有关研究成果认为，水稻花期和灌浆期的冷害机制主要是因低温影响同化物的形成和运输，进而影响劣势位粒胚乳的分化和灌浆，致使部分子粒停止灌浆变为秕谷。过去用指压法来区分空壳和秕谷而得出障碍型冷害指标是值得商榷的。     

温度对稻米品质的时段效应分析

根据３点４年水稻６个品种多播期品质试验结果，运用直线相关和积分回归的方法，分析了灌浆结实期４时段气温与稻米品质的关系及作用效应系数ａｄ，发现水稻灌浆结实期３时段（约齐穗后３０ｄ内）平均气温与稻米品质关系密切且效应系数较大，这将有助于我国优质稻米研究和气候生态区划时对时间指标的确定。     

东北水稻障碍型低温冷害变化特征及其与关键生育期温度的关系

利用东北地区153个气象站1961-2010年逐日气温资料,采用统计学方法分析水稻障碍型低温冷害的气候特征,并与孕穗期和抽穗-开花期温度进行相关分析。结果表明:东北大部水稻障碍型低温冷害事件呈减少趋势,且其区域性分布较明显,表现为吉林大部在水稻孕穗期、辽宁局部在抽穗期低温冷害呈增加趋势;近50a低温冷害发生站次年际波动较大,总体呈减少趋势,但2001-2010年冷害发生站次明显增多;障碍型低温冷害对发育期气温变化较敏感,二者呈显著负相关关系,温度每升高1℃,整个东北地区低温冷害发生站次减少35个;对冷害和发育期气温的年际、年代际变化特征进行分析发现,发育期气温升高导致低温冷害减少是年代际和年际变化共同影响的结果。     

三江平原地区农作物低温冷害发生规律

低温冷害是影响三江平原地区粮食作物单产不高、总产不稳的主要气象灾害.5～9月日平均气温低于历年平均值0.5℃以上时,即产生低温冷害.1949～1986年间,本区共发生10次低温冷害年,气候概率为28%.平均每个低温冷害年粮食作物减产14.3%、总产减少3～6亿kg.低温冷害关键期是5、6、8三个月气温,玉米、大豆与5、6二个月气温相关显著,水稻与8月气温相关显著,r值分别为0.609、0.629和0.637.冷害类型以延迟型为主,水稻兼有障碍型冷害.本区低温冷害的发生,与大气环流和太阳黑子活动有关,每当太阳黑子出现极大、极小值或出现厄尔尼诺(El Nino)现象时,大多是低温冷害年.     

黑龙江水稻孕穗期障碍型冷害及其对产量的影响

以连续3d以上日均气温≤18℃为指标判定障碍型冷害,利用黑龙江省稻作区1961—2006年每年7月中-下旬逐日平均气温和水稻产量资料,采用气候统计方法分析水稻孕穗期障碍型冷害的发生特征,在此基础上利用多元线性回归方法分析水稻实际单产与孕穗期障碍型冷害期间平均温度和低温持续时间的关系。结果表明：1961—2006年,黑龙江省稻作区水稻孕穗期障碍型冷害呈现不规律的时间变化特征,共有17a发生,发生范围大、持续时间长、平均气温低的年份有1964、1971、1990和2006年,20世纪80年代发生最多,为7a,20世纪90年代发生最少,为1a。研究期间,孕穗期障碍型冷害的发生频率在地域上呈现由北向南、由东向西减少的趋势,北部最多,西部最少;在同一冷害年内,孕穗期障碍型冷害的发生具有明显的区域差异,冷害的发生程度在区域上表现为东部重于西部,北部重于南部。水稻实际单产与孕穗期障碍型冷害期间平均温度和低温持续时间具有极显著的相关关系（P〈0．01）,孕穗期障碍型冷害期间平均温度每下降1℃,水稻单产降低1234．177kg／hm^2,孕穗期障碍型冷害持续时间每延长1d,水稻单产下降104．208kg／hm^2。     

吉林省东部气象因子与玉米延迟型冷害的时空演变规律

基于1980—2014年吉林东部地区逐日气象数据和玉米种植资料,利用Mann-Kendall突变分析法、气候倾向率、偏最小二乘回归分析等方法,揭示了气候变化背景下冷害的时空演变规律,同时对影响冷害的气象因子进行探究。结果表明:(1)近35年热量条件有所改善,冷害呈现减少趋势。20世纪80年代,冷害受低温阴雨、早霜等天气影响表现为发生频率高、强度大,20世纪90年代气温升高,冷害发生频率降低,中期降水异常增加,冷害强度增大,21世纪气温大幅提高,冷害少有发生,但不排除区域极端低温的可能;(2)吉林东部地区气候整体变暖且初霜日推迟,降水量南多北少,日照时数东升西降。而冷害发生频率空间分布规律为随着生育期推进冷害高频区逐渐由中部山区向高纬度延伸,即高纬度、高海拔地区成为冷害的高发区;(3)玉米在出苗—抽雄期受低温影响较大,冷害年气温受各气象因子的影响大小为降水量>日照时数>初霜日,尤其高海拔山区多阴雨寡照天气,易发生冷害。     

基于障碍型冷害损失评估模型推算东北水稻无障碍型冷害终日

利用东北地区35个气象站1981-2012年逐日气象资料和水稻生育期数据,借助水稻障碍型冷害损失评估模型,模拟不同耐寒性粳稻幼穗分化期后逐日空壳率的变化,并以空壳率在80%保证率下不超过生理空壳率(7.62%)的终日作为无障碍型冷害终日(NSCI)。结果显示,东北地区粳稻NSCI大体呈纬向分布规律,随纬度增加而提前;黑龙江省耐寒性较弱、耐寒性较强和耐寒性强3种类型水稻的NSCI分别为7月14、17和22日,吉林省分别为7月18、21和25日,辽宁省分别为7月28日、8月4日和8月10日;近30a东北地区水稻NSCI年际波动较大,1981-2000年,NSCI没有明显变化趋势,以年际波动为主;2001-2012年,部分地区NSCI呈现显著延迟的趋势;NSCI前后30d及实际抽穗期前后30d低温冷害发生次数和强度的对比分析表明,参考模型推算的NSCI安排水稻生产,可以有效减轻水稻孕穗-灌浆结实期低温冷害的影响,说明由模型推算的不同耐寒性水稻安全齐穗期对保障东北水稻安全生产具有一定的参考价值。     

基于WOFOST模型的内蒙古河套灌区玉米低温冷害评价

利用内蒙古河套灌区玉米生长发育观测资料,结合已有研究成果,对WOFOST模型进行本地化及适应性检验;利用研究区内12站1961-2010年逐日气象资料,分区作物参数,模拟玉米生长发育过程,确定抽雄期延迟日数、灌浆指数为玉米低温冷害指标,贮存器官干物重波动百分率为减产情况评价指标,对历史低温冷害年及减产情况进行分析。结果表明：本地化的WOFOST模型在内蒙古河套灌区的应用效果较好,可以用于该地区玉米生长的模拟;WOFOST模型能够较好地模拟玉米发育程度对低温冷害的响应,以抽雄期延迟日数和灌浆指数为冷害指标评估的历史冷害发生状况基本符合实际情况,1961-2010年研究区12个站点共发生不同程度低温冷害260站次,其中重度冷害占37.3%,轻中度占62.7%,在发生严重冷害的年份中,84.7%的年份表现为减产的趋势。本文结论与传统方法相比,玉米低温冷害评价的生物学意义更加明确,本地化的WOFOST模型可以在河套灌区玉米低温冷害监测、评估等业务中应用。     

东北地区水稻的农业气候生态

本文运用气候生态学的观点和方法,分折了东北地区水稻生产与气候条件的关系。得到的主要结果是:(1)东北西部年降水量500毫米以下地区,为水稻低产区;(2)T_(5-)高的地方,水稻产量水平和稳产度都高,冷害频率低,反之亦然;(3)接照各品种类型产量与温度的关系和保证在安全出穗的晚限期之前出穗,确定主栽品种,搞好品种区划,是既经济有效又简便易行的抗御冷害措施;(4)全区平均产量的趋势离差,大约64%是由气温的年际波动所引起的。气候条件在很大程度上制约着水稻生育和产量的形成。本文所要讨论的问题是,东北地区(包括黑龙江、吉林、辽宁三省和内蒙古自治区的呼伦贝尔、哲里木、昭乌达三盟,下同)水稻的产量水平、品种分布和冷害程度等与各地气候的关系。     

基于当量积温对寒地水稻生长季低温冷害年的判定

基于水稻生物学性质,根据气温昼夜节律和水稻温强系数研究成果,从热量影响水稻发育的多种角度出发,设计当量积温、负当量积温、热量匹配累积指数三种水稻生长季热量表征指标,研究寒地水稻低温冷害的判识方法。采用21a滑动平均法,获得黑龙江省1971-2016年水稻生长季各热量指标的距平百分率,分析其对低温冷害的判识能力。结果表明：各热量指标距平百分率取值越低,对冷害的指示能力越高;利用加权隶属度模型构建三者综合距平百分率冷害判定模型,距平百分率＞-5%为无冷害,-10%＜距平百分率≤?5%为轻度冷害,-15%＜距平百分率≤-10%为中度冷害,距平百分率≤-15%为重度冷害;综合距平百分率能够判识水稻生长季的低温冷害,且能反映冷害程度,对典型冷害年的判识准确率达100%;黑龙江省冷害群发性特征非常明显,如1971、1972、1976、1981、1983、1992、2002和2009年典型冷害年,不仅冷害发生区域广,且冷害程度较重;1986、1987、1989、1993、1995和2003年为轻度或局地冷害年。     

基于灰色模型的黑龙江省水稻生育期热量指数分析及预测

选择黑龙江省11个水稻农气观测站点为研究对象,利用1971-2016年逐旬气温资料和水稻发育期资料,将黑龙江省划分为东、西、南三个区域,使用微分方程动态建模方法建立3个区域5、6、7、8月热量指数的灰色预测模型,在此基础上滚动预报水稻生育期的总热量指数,以期开展黑龙江省水稻低温冷害的预测服务。结果表明热量指数能够很好地反映水稻生育期热量条件,且与低温冷害年有很好的对应关系。黑龙江省不同水稻产区热量指数灰色模型模拟结果与原序列关联度均达到0.88以上,通过了关联度检验和残差检验,1971-2010年拟合平均准确率为94.6%～97.6%,且7、8月的预报准确率普遍高于5、6月;2011-2016年的试报准确率均在97%以上,说明各模型的模拟效果很好。利用灰色模型预测黑龙江省水稻生长季热量指数是可行的,可以满足水稻生长发育过程中延迟性冷害的实时评估需求。     

日本水稻千粒重与气象条件的关系

本文利用日本“水稻作况试验”和同期气象资料,对水稻籽粒灌浆过程进行了数学模拟,得到相对千粒重增长过程曲线,各地相对千粒重达到某特定值所经历的日数和千粒重不同年型的增长速度曲线及其特征点。并定量地分析了水稻籽粒的灌浆速度、灌浆持续时间和最终千粒重与气象条件的关系,在此基础上建立水稻千粒重预测模式。本文还试用产量构成因素的预测方法进行产量预测,结果表明:比单纯用气象—作物产量统计模式进行预测精度高且稳定。     

基于高分辨格点数据东北水稻延迟型冷害风险评估及保险费率厘定

利用5km×5km空间分辨率3h时间分辨率的气象格点数据集,研究东北地区水稻延迟型冷害风险及其保险费率的厘定。基于东北地区1981-2010年5-9月平均温度的格点数据集和99个气象站的站点观测数据,以相关系数和均方根误差评价格点气象数据在东北地区的可用性。以日平均气温稳定通过10℃和18℃的日数作为获取水稻气候安全种植区域的指标,在水稻气候安全种植范围内,分析东北地区水稻延迟型冷害的空间分布特征,确定保险费率。结果表明,东北地区1981-2010年5-9月平均温度气象站点观测数据与格点数据的相关系数高,均方根误差小,表明格点数据在东北地区可用。水稻气候安全种植区域占东北的56.5%,主要分布在辽宁省、吉林省中西部、黑龙江省西南部和东北部、蒙东西部及东部与辽宁和吉林省接壤的区域。在水稻气候安全种植区内,水稻延迟型冷害发生频率呈南低北高,中间低东西高的分布特征,且重度延迟型冷害发生频率最高。低温冷害风险指数空间分布与之相似,内蒙古西部和东北部、黑龙江北部和吉林西部局部地区是风险指数的高值区。东北地区1981-2010年水稻延迟型冷害的天气指数保险费率在空间分布上与东北地区低温冷害风险指数...     

低温冷害下不同播期和播量对冬小麦籽粒灌浆特征的影响

为解析低温冷害下不同播期和播量对小麦籽粒灌浆特征的影响,选择‘济麦22’和‘皖麦52’为试验材料,在安徽省蒙城县和太和县同步开展不同播期[早播(10月3日)和适播(10月15日)]和播量[N1(6×104株·666.7m?2)、N2(10×104株·666.7m?2)、N3(14×104株·666.7m?2)和N4(18×104株·666.7m?2)]互作试验。田间冷害和籽粒灌浆过程的调查结果表明,‘济麦22’和‘皖麦52’早播时冷害致灾严重,‘济麦22’抗寒性强于‘皖麦52’;同一播期下,2个品种单粒重变化趋势基本一致,‘济麦22’相应处理单粒重均高于‘皖麦52’,同一品种随播量增加单粒重呈降低趋势。利用Matlab编程获取小麦籽粒Richards方程的灌浆次级参数,不同播期之间各参数存在一定规律性,其中,起始势(R0)、平均灌浆速率(Vmean)、中期灌浆时间(T2)、前期籽粒灌浆速率(Vp1)和中期灌浆速率(Vp2)以适播处理较高,前期灌浆时间(T1)、后期灌浆时间(T3)和后期灌浆速率(Vp3)以早播处理较高,即早播小麦受低温冷害致灾严重。相同播期条件下,2个品种随播量变化趋势基本一致,随播量增加T1和Vp3逐渐增加,R0、Vmean、T2、T3、Vp1、Vp2和最终干重(Wmax)则呈降低趋势;品种间表现为‘济麦22’的Vmean、T2、T3和Vp1较高,‘皖麦52’的R0、T1、Vp2和Vp3较高。关联性分析结果表明:早播条件下,与单粒重关联性较高的参数有T2(0.871 1)、T3(0.809 6)、Vmean(0.777 5)和Vp2(0.761 6);适播条件下,与单粒重关联性较高的参数有T2(0.906 1)、R0(0.873 8)、Vmean(0.837 2)和Vp2(0.805 6)。通径分析结果表明:春季低温冷害发生时,无论在早播还是适播,起始势对单粒重均具有积极的正效应;灌浆中后期时间的延长有利于单粒重的增加,而灌浆前期时间的增加则具有负效应;前期和中期籽粒灌浆速率的提高有利于单粒重的增加,后期籽粒灌浆速率则具有负效应。因此,提高灌浆起始势和延长中后期灌浆时间对增加籽粒干重具有重要作用。     

开花灌浆期模拟阴天水稻群体内光质环境的调控研究

通过分析水稻开花灌浆期模拟阴天条件下,不同品种与不同栽培措施的水稻群体吸收光谱辐射能的差异,以及它们同水稻产量形成的关系,从而阐明在水稻生产实践中,结合当地水稻开花灌浆期的气候特点,选择受光条件好的水稻品种,实施合理的栽插密度与行株距,使用有效植物生长调节剂,是改善开花灌浆期阴天水稻群体内光质环境的重要途径。     

气候变化下东北水稻冷害时空分布变化

东北水稻生产对我国粮食安全保障具有重要的作用和意义,加强气候变化下灾害的研究有利于趋利避害。本文通过对1961—2010年各年代东北水稻生长季节(5—9月)的月平均气温、月平均气温之和以及近30年(1981—2010年)月平均气温之和距平3个指标变化的分析,研究了气候变化背景下,东北地区水稻生长季热量资源及冷害发生的变化规律。采用1961—2010年中国地面气温0.5o×0.5o格点数据,提取东北三省359个格点的年代气温数值,根据东北水稻延迟低温冷害气象行业标准(QX/T182—2013),运用Arcgis地理信息技术和概率统计学方法,对1981—2010年东北水稻冷害年代际时空分布及发生概率进行区划,并结合1981—2010年中国气象灾害大典和时事报道中有关东北冷害记载进行对照分析。研究结果表明:1960s—2000s东北水稻生长季5—9月年代际平均气温(T5—9)明显升高,平均气温之和(∑T5—9)明显增加,T5—9≥15℃、≥20℃和∑T5—9≥83℃的区域面积扩大显著。平均气温之和距平(ΔT5—9)随年代由负值转为正值,说明气候增温效应显著,水稻冷害发生也随年代由多到少。受气候变暖影响,东北水稻轻度、中度和严重冷害发生年份、分布区域和发生频率随年代发展都呈现显著减少趋势,到2000s,冷害集中到黑龙江北部、东南部局部地区和吉林东南部局部地区,年频率也降低到0.1~0.2;冷害发生年份和区域能够与历史冷害记载大体相符;冷害的显著减少为东北近10年来的水稻丰产增收创造了十分有利条件,但也需进一步提高对局部地区冷害防御的关注。     

孕穗-灌浆期低温对三江平原主栽水稻品种品质的影响

以三江平原主栽水稻品种龙粳29、龙粳31和龙粳46为材料,在水稻孕穗期、抽穗期和灌浆期利用人工气候箱以日平均气温16℃低温水平,对盆栽水稻处理5d,以正常栽培管理的试验材料为对照,分析不同发育时期,低温胁迫对3个水稻主栽品种产量构成因素、碾磨品质、营养品质和RVA谱特征参数的影响。结果表明:孕穗期、抽穗期和灌浆期低温处理后水稻的结实率、千粒重、糙米率、精米率、整精米率以及食味评分均降低,且与对照相比呈显著差异(P0.05);低温处理后稻米蛋白质含量显著升高,直链淀粉含量在孕穗期和抽穗期显著降低,灌浆期逐渐增加,灌浆末期高于对照;RVA谱特征参数因品种差异与对照相比有增有减,但均呈显著性差异(P0.05)。孕穗期低温胁迫对水稻产量、研磨品质和营养品质影响最大,灌浆期低温胁迫对水稻RVA谱特征参数影响最大,且3个品种间存在明显差异(P0.05)。低温胁迫下龙粳46的产量构成因素与对照相比,除孕穗期千粒重外其余差异均不显著,表现出较强的耐冷性,龙粳29研磨品质和营养品质,龙粳46的RVA谱特征参数受低温影响最小。三江平原水稻生产栽培、抗性育种和气候品质认证要综合考虑主栽品种的品质指标,在孕穗-灌浆期采取相应的米质调优栽培措施,根据气候变化科学客观地对稻米进行气候品质认证。     

前期低温对水稻生育和产量形成的影响

冷害对北方稻区危害极大,其中延迟型冷害居多,受害面积广,减产幅度大。为了摸清低温对延迟生育和产量构成诸因素的影响,我们于1978—80年利用天佛指山的自然垂直温度差异对水稻抽穗以前的几个主要生育阶段进行了不同程度低温的处理,分析了低温对产量形成的影响规律。试验方法是:在试验基点温室培植长势均一的供试植株(供试品种为中晚熟京引127     

用逐步趋近法确定南阳秋季丹桂开花低温预报指标

采摘、观赏桂花需要进行开花始期预报,基于2016-2022年南阳市丹桂开花全过程多批次的开花始期记录,依次统计每年第一批次开花前,以及上一批次开花结束至下一批次开花期间的日最高气温、日平均气温和日最低气温的最小值,从中挑出各自最大值作为各气温表达形式的低温日指标,根据低温日指标统计低温过程,将间隔时间较短的不连续的低温过程合并为一个低温过程,并与连续低温过程统一为合并低温过程进行分析,统计合并低温过程开始日和期间负有效积温,分析南阳丹桂开花始期与合并低温过程开始日的关系、开花批次属性与合并低温过程期间负有效积温的关系,用相关系数和一元线性回归法对预测结果进行检验。结果表明：（1）逐步趋近法确定南阳丹桂开花前低温指标以日最高气温效果最好,优于采用日平均气温和日最低气温的结果;（2）丹桂开花前低温日指标为日最高气温<22.3℃;（3）丹桂开花前低温过程指标为,日最高气温<22.3℃自然低温过程间隔日数≤1d的合并低温过程,第1个日最高气温<22.3℃合并低温过程期间负有效积温>3.4℃·d时丹桂开花一次完成,≤3.4℃·d则丹桂开花不能一次完成,当再次出现日最高气温...     

工厂化集中育秧模式下荆州市双季早稻低温冷害风险分析

利用荆州市6个国家气象站1981-2014年早稻生育期和日平均气温观测资料,统计传统露地育秧(TS)情况下早稻的生育期和积温,设定比传统方式提前10d播种于温室集中育秧(CS-10)和提前20d播种于温室集中育秧(CS-20)两种育秧模式,推算出相应的生育期,利用日平均气温观测资料和weibull分布模型,统计分析当地采用这两种育秧模式时早稻关键生育期冷积温(指早稻某生育期内冷害临界温度指标与日平均气温差值的累积值)变化及概率密度分布,比较分析3种育秧模式下早稻遭遇低温冷害的风险。结果表明,相较于TS模式,提前10d集中育秧时,移栽-分蘖始期、幼穗分化始期、抽穗开花始期、灌浆结实始期和收获始期分别提前14d、10d、8d、11d和7d;提前20d集中育秧时,各生育期则分别提前24d、15d、11d、17d、10d。其中,轻度冷害发生概率在发育前期(移栽-分蘖期、幼穗分化期)逐渐下降,发育后期(抽穗开花期、灌浆结实期)逐渐增加,而中度以上冷害的发生概率在发育前期增幅较大,其中提前10d集中育秧时,移栽-分蘖期和孕穗分化期的冷害概率分别为14.7%、49.7%;提前20d集中育秧时,冷害概率分别可达57.1%、71.7%,是传统育秧模式的数倍。因此,为降低冷害风险、保障早稻稳产,荆州市早稻集中育秧模式的适宜播种期应不早于3月25日,即比传统育秧模式提前7d左右。