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水稻生长发育、产量形成与气象条件的相互关系我国从2000年以前就开始重视稻作节令和灌溉问题。 例如，春秋《诗经豳风七月》有“十月收稻”； 《诗经白华》中有“滏池北流，浸彼稻田”的记载。 战国《吕氏春秋审时篇》指出了季节的重要性，说是“得时之稼兴，失时之稼约”。 提到了“先时”、“后时”对水稻产量、品质的影响。 西汉《氾胜之书》提出了控水调节稻田水温的方法，直到魏晋南北朝，南方才开始种植两熟稻。 北魏《齐民要术》记述了水稻栽培、灌溉方法和早稻栽培技术。 隋唐以后南方稻麦两熟兴盛，有关稻作生产和气象条件的描述更加系统。 南宋《陈旉农书》有关于天气(暴风、大雨、阴、晴)及气候(寒、暖、旱、涝)决定播期及田间管理的论述。 宋代《种艺必用》提出了不同品种需水量与需水量的关键期。 原《田家五行》阐述了热、水、风与水稻病虫害和产量的关系； 雨水与水稻开花习性的关系； 气象条件与稻穗型、结实率、米质的关系。 现代中国水稻气象研究始于1945年，当时方兴未艾，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、四川等省对水稻光温反应、早稻育秧和防腐气象条件、水稻低温不确定性、双季稻气候条件、丰产栽培和气象条件、群体光分布及光合生产进行了研究。 1959年出版《水稻与气象》一书，1960年丁颖主编《中国水稻栽培学》详细分析了水稻与气象的关系，在他的主持下进行了全国性的水稻光温试验研究，在东北地区也开展了水稻低温冷害的研究。 70年代进行了杂交水稻(生长、育种、引种)与气象条件关系、长江流域双季三熟水稻与气象条件、水稻光合生产潜力及产量气象模式研究。 日本从30年代开始进行以低温冷害为主的水稻气象研究，50年代进行了水稻气候和水田气候，60年代进行了群体光分布和光合作用，70年代进行了人工环境栽培，灾害生理指标和机制的研究。 菲律宾国际水稻研究所( IRRI )从20世纪76年代开始对东南亚水稻种植与气候适应性、稻田气候变化、稻田生长环境控制、气候病虫害发生及气候与水稻产量等进行了较为系统的研究，1976年出版了《气候与水稻》一书分布和气候凡日平均气温超过10110天以上，超过1850天以上的地区，除海拔2600米以上的青藏高原和东北、西北高山地区外，南至海南岛崖县北至黑龙江黑河均可种植水稻。 从温度条件看，自南向北年均气温下降，积温减少，稻作安全生长季节缩短。 双季稻三熟制在10以上积温4800~5000可大面积种植，南方以籼稻为主，黄河以北为粳稻区，云贵高原水稻气候明显立体分布。 海拔1400~2000米之间为籼稻粳交错带。 2000米以上的粳稻、1400米以下的籼稻。 从水源看，秦岭淮河一线以南年降水量超过1000毫米，水稻可以大面积种植，北方只能在有灌溉条件的地区种植水稻。 (请参见水稻气候区划)。 生长和气象温度的水稻是喜温作物。 生物学上零度粳稻10，籼稻12，但在早稻三叶期以前，日平均气温低于12容易感染棉腐病三天以上，容易出现烂苗和死苗，后期稻苗温度超过40容易烫伤。 日平均气温在15至17以下时，分蘖停止，不再长出僵直的幼苗。 花粉母细胞减数分裂期(幼孢子阶段及减数分裂细线期)，最低温度低于15~17会导致颖花退化、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，连续3天遇到平均气温低于20(粳稻)或2~3天低于22(籼稻)时，容易出现脱壳和碾谷。 灌浆期要求日平均气温在23~ 28之间，温度低物质运转缓慢，温度高呼吸消耗增加。 温度在13~15以下灌浆相当慢。 粳稻比籼稻对低温更具适应性。 请参照下表。
因为高温条件下水稻的光呼吸作用增强了。 其适合光合作用的温度范围较大，籼稻为25~35，粳稻为18~33，籼稻低于20或40以上，粳稻低于15或38以上时，光合作用急剧减弱水稻根呼吸作用在温度升高到32时迅速加快，然后缓慢增加，在38时达到最大值，然后减慢，但水稻叶片呼吸在20~ 44之间温度升高时直线增强。 低温(尤其是霜冻)时，光合效率受到抑制，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更敏感。 水稻全生育期需水量一般在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、生育期长短和熟期变化。 一期晚稻孕穗期、二期早稻开花期、二期晚稻拔节、孕穗期蒸散量最多。 当土壤湿度低于田间持水量的57%，水稻光合效率开始下降的空气相对湿度为50~60%时，稻叶光合作用最强。 随着湿度的增加，光合作用逐渐减弱。 水稻需要水层灌溉，提高根系活力和蒸腾强度，促进叶片蔗糖、淀粉积累和物质运转。 淹水深度宜在5~10厘米，需进行一定程度的露天和晾晒，以去除土壤有毒还原物质，提高土壤通透性和根系活力。 水稻幼苗期应采用浅滩勤灌，有利生根； 分蘖期为促进分株，水控温，水层保持2~3厘米左右，分蘖后期排水促进根系发育； 孕穗期是水稻最需要水的时期，深水(6~10厘米)； 抽穗开花期可根据天气和土壤条件，轻轻脱水，保持一定的水层，空气相对湿度70~80%，有利于受精； 灌浆期田面需浅水，乳熟后期旱涝有利于提高根系活力和物质调配与运转。 水稻返青期、减数分裂期，开花和灌浆前期干旱减产最严重，返青期缺水影响苗株和分蘖； 减数分裂期缺水，颖花大量退化，抽穗推迟，结实率下降； 抽穗期受旱，影响抽穗，减产严重。 灌溉期干旱，粒重下降影响产量。 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、幼穗腐烂和结实率下降。 光照水稻是喜阳作物，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，群体光饱和点随叶面积指数的增大而增高，最高分蘖期可达6万勒克斯左右，孕穗期可达8万勒克斯以上，但其光合提高了光照强度据国际水稻研究所( IRRI ) 1976年对50个品种在6万勒克司光强下测定，光合速率为34.5~62.1毫克CO2分米-2小时-1，同化量为品种、叶龄、氮含量、叶稻穗的光饱和点为1~3万勒克斯，同化量最大值为co2分米-2点-12毫克。 叶鞘的光饱和点为2~4万勒克斯，同化量最大值为co2分米-2点-13毫克。
穗妊娠期、乳熟期各叶位照度与光合作用的关系
水稻抽穗时，嫩叶面积指数为7.1，观察到平展叶在冠层顶下30厘米处有90%的阳光被叶捕获，直立叶只有50%。 因此，理论上，直立叶水稻群体的净光合作用大于水平叶群体。 但当叶面积指数相当小时，水平叶水稻组表现出较高的光合作用。 另外，阳光直射时，水稻组的叶片只有一面受到光照较强； 阳光散射时，群体下层的叶子直接接受光的时候很多。 当群体叶面积指数大于3时，反射辐射约为太阳辐射的20%，群体吸收太阳辐射以孕穗期最高，孕穗期逐渐下降。 大部分能量是通过传导和蒸腾作用消耗的。 水稻净光合强度最大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%，抽穗期最大为7%，然后迅速下降。 水稻是短日照作物，不同品种对光照长度的反应不同，广州有41个品种人工控制光照长度，反应见表2。 可见早稻和中稻抽穗临界光长，短日照均能正常抽穗，对短日照不敏感； 晚稻品种多为短日抽穗、长日抽穗晚，抽穗严重、短日照敏感型。
表2水稻对光照长度的反应
注： f为促进抽穗临界光长； d是延迟抽穗的临界光长。 二氧化碳和氧水稻叶面光合速率随CO2浓度的升高而增加，当CO2浓度为1000ppm时，水稻幼苗生长速率相当于CO2浓度为300ppm时的2.5倍以上。 大田水稻作物每日CO2浓度变化可达60ppm，白天稻田不同水平CO2值的最大差异也可达40ppm。 稻田的CO2通量值可以用下面的公式表示。 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为Z1和Z2之间的交换速度(与风速相关)。 稻田风速超过0.3~0.9米/秒时，能够输送用于进一步强化光合作用所需的CO2。 水稻对CO2的吸收受O2含量的影响较大。 当O2浓度低至3%时，水稻光合作用和物质生产明显加强，但直接破坏水稻受精过程会发生严重的不育现象。 光温反应水稻品种生育期的变化是由感光性、温敏性和基本营养生长期三个因素的综合作用决定的。 基本营养生长期反映水稻品种在高温短日条件下的生长期长短； 感光性反映水稻品种生育期对不同日长的反应特性，感光性强的品种在短时间内生育期明显缩短； 温敏性是水稻品种生育期对温度的反应特性。 温敏性高的品种，温度高生育期明显缩短。 感温性、感光性及基本营养长期等特性如表3所示。
表3水稻的光温反应
生产与气象引种研究根据中国水稻品种抽穗期天数变化与纬度、海拔、经度的关系，从南到北，纬度每增加1度，年均温度降低0.8，水稻生育期平均温度降低0.3，夏至日长平均增加5.4分钟，水稻品种抽穗天数自西向东，经度向东移动5度，水稻生育期平均温度和日长变化极小，抽穗天数基本相同。 因此，南稻应北引，平原迁高原，生育期长，抽穗晚，引早熟品种； 北稻南迁，高原迁平原，生育期缩短，应引迟熟品种； 播种，生育期变化小，容易成功。 低纬度地区( 26N以南)籼稻粳早、中晚稻可在当地互引； 中纬度南部地区( 26(32n )可引种早、中稻和早熟晚籼稻，中纬度北部地区) 32 ) 40n )可引种早粳稻和中粳稻； 在高纬度地区( 40~53N )，只能引进粳稻。 播期早的粳适宜在气温稳定在10以上(育秧8左右)播种，15以上育秧； 籼稻在12以上播种，在17以上栽培。 为了使水稻在孕穗期基本不受低温危害，粳稻安全孕穗期要求日平均气温稳定在20以上，连续3天以上20以下无低温，籼稻(含杂交水稻) 22~23 北方粳稻和南方籼稻应避免孕穗期低温冷害(最低气温粳稻15以上，籼稻17以上)。 使水稻抽穗期处于光、温、水分适宜期，尽量避开病虫害暴发期，获得较高的光合产量和子粒产量(见作物播期预报)。 合理群体结构水稻抽穗灌浆的叶面积指数与产量关系较大，其最佳叶面积指数可通过下式得到。
式中Fopt为最佳叶面积指数，I0为当地水稻抽穗灌浆期日照量。 I为水稻的补偿光强度(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日照量，中国水稻齐穗期最适叶面积指数为6.0~8.0。 水稻前、中期的适宜群体，应根据温度和季节条件掌握。 早稻、中稻季节短，叶面积上升快，晚稻叶面积上升慢，一般要求中期(拔节后10~15天)封茬，有利茎壮、穗大。 杂交水稻育种与气象确定亲本播种期差异的有效积温( x )为x=a-(b ) )，a、b分别为亲本播种至抽穗的有效积温值(见表4 )，b )为保证亲本盛花期相遇，亲本距父本2~3天父母本花期的特征大不相同。 父王花期比较集中(5~7天)； 由于母本开花期分散( 15天左右)，父本分两期播种，要求母本始穗比第一期父本始穗期早2~3天。 根据开花气象条件确定花的相遇时间。 正常天气下，杂交水稻父本(以IR24为例)上午9(11点)开始开花，下午1点左右闭脸，高峰期为10(11点)； 母本(以珍汕97为例)上午7(10 )时开花，下午2 ) 3时合颖，无明显高峰期。 下雨整天无花阴天花晚集中； 晴雨交加，雨夹雪开花。 秋季制种穗部气温在27以下，春季繁殖在30以下，高相对湿度有利于开花。
表4部分不育系和恢复系有效积温值
水稻气象灾害中国水稻的主要气象灾害是早春低温阴雨导致的早稻腐烂苗(见倒春寒)； 高温会引起早稻果实和枯萎(见热害和干燥热风)； 夏末低温冷害引起水稻不育、结实率及千粒重下降； 台风经常给水稻带来风害、水灾(见洪水灾害)或寒害。 从全球范围看，低温冷害是水稻的主要气象灾害。
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