杂交稻基地气候风险统计分析范文

水稻是我国最重要的粮食作物。水稻单产的提高,杂交稻制种起到了关键作用。超级杂交稻是通过理想株型塑造与杂种优势利用相结合选育的,单产大幅度提高、品质优良、抗性较强的新型水稻品种,具有分蘖适中、剑叶挺直、植株矮中求高、茎秆坚韧抗倒、穗大粒多的形态特征,光合效率高、根系活力强、库源流协调的生理机能,以及高产、优质、抗逆、抗病性状聚合的遗传基础[1-3]。推广超级杂交稻是我国提高水稻单产、稳定水稻总产确保粮食安全的必然选择,是提高我国粮食综合生产能力的重要举措,是实现农业增效和农民增收的有效途径。

自石明松1973年发现水稻育性可由光周期控制的两用不育系农垦58S后[4],对水稻光温敏核不育系的研究已有近40年。根据袁隆平提出的不育系选育技术策略[1],育种学家已先后转育成一大批光温敏核不育系,并对其育性敏感期[5]、育性转换指标[6-8]、生态适应性[9]及遗传[10]和气象机理[11-13]等基础理论问题开展了大量的深入研究,取得了卓有成效的研究成果。袁隆平院士在总理基金的资助下,主持并在国内率先育成了两优培九、培矮64S/E32等超级杂交稻苗头组合。然而超级杂交稻制种对气象条件的依赖性很大,存在较大的气候风险,尤其是两系超级杂稻制种,存在的气候风险更大[14-16]。当前生产上应用的超级杂交稻不育系的临界不育起点温度指标大多在23.5℃左右,在制种时,盛夏低温过程可导致不育系雄性出现可育,造成杂交种子不纯,影响超级杂交稻的大面积推广。为了有效避免这一气候风险,笔者根据温光条件对不育系雄性育性转换的影响规律,确定了超级杂交稻制种的气候风险等级指标;并利用气象台站历史气象资料,采用细网格地理信息数据,对超级杂交稻制种气候风险进行细网格推算分析,为超级杂交稻制种基地布局提供科学依据。

1资料与方法

1.1资料包括湖南省1961~2000年97个气象观测站6~9月的逐日平均气温资料以及湖南省1∶250000地形高程矢量数据等地理信息资料。

1.2方法一般情况下,细网格点上的气候要素值决定于该点的纬度、经度、海拔高度、坡度和坡向等地理要素值,其数学表达式为Y=Y(φ,λ,h,D,X)。式中,Y表示某气候要素值,φ、λ、h、D、X分别为纬度、经度、海拔高度、坡度、坡向。根据这些地理要素值,应用数理统计方法建立气候要素值与地理要素值之间的关系模型,确定不同时段温度递减率,然后根据超级杂交稻制种基地气候风险等级指标,结合细网格点的纬度、经度和海拔高度等地理信息数据,进行细网格推算和分析。

2结果与分析

2.1超级杂交稻制种基地气候风险等级指标由于超级杂交稻制种对光、温、水等气象因子反应十分敏感,加上气候年际间存在一定的波动,给超级杂交稻制种带来气候风险。对于一个长年进行超级杂交稻种子生产的基地而言,不育系的关键生育期时段应尽可能安全,出现不利气候生态条件的几率应足够小,尤其是育性转换敏感期更应如此。在进行超级杂交稻制种时,不育系的育性敏感期间如果出现了温光要素值低于育性转换临界指标的天气条件,不育系的雄性就会部分恢复或全部恢复可育,出现所谓的“打摆子”现象,造成杂交稻种子纯度下降,严重时导致杂交稻制种完全失败,生产的杂交稻种子不能推广应用到大田生产。为此,袁隆平认为育性转换的临界起点温度是实用两系不育系的最重要、最关键的技术指标,制种时需要一段育性安全期,育性转换敏感期间出现临界温光指标以下的几率至少应是30年一遇,最好是百年不遇[1]。对于同一地点,光长年际间的变化幅度不大,而温度的年际间变化可能相当剧烈,超级杂交稻制种的气候风险主要来自于温度的异常[14-16]。我国当前广泛使用的不育系又大多是籼型温敏不育系,如培矮64S,育性主要受控于温度的高低,日照长度只起到一定程度的补偿作用[8,13]。

一般而言,超级杂交稻制种田不育系的盛花时间在12d以内,不育系育性转换敏感期出现在始穗前10~15d,持续时间大致在20d左右。因此,不育系雄性不可育时间长度为20d时,可以基本满足超级杂交稻安全制种的要求,时间长度在22d以上时更好,超级杂交稻制种生产安排可以更加灵活,时间长度在17d以下时难以满足正常生产需求,因此,将最小时间长度设置为17d[14-16](表1)。

2.2细网格推算分析应用数理统计方法分别建立6~9月各月平均气温与观测站点纬度、经度、海拔高度等地理要素值之间的关系模型,得到湖南省6~9月平均气温随海拔高度的递减率分别为0·48、0·67、0·67、0·46℃/100m。计算宜章、汝城两县300~500m海拔高度超级杂交稻制种无气候风险的育性安全时段(表3),确定气候风险等级。由表3可见,随着海拔高度的变化,超级杂交稻制种基地气候风险的时空分布变化很大,如在300m海拔高度的宜章县,有2个时段连续22d未出现连续3d日平均温度<23.5℃的低温,分别为7月3~24日及7月30日~8月20日,将不育系的育性敏感期安排在此2个时段内,超级杂交稻制种气候风险为0,制种很安全。但将海拔升高到400m时,只有一个时段连续13d未出现连续3d日平均温度<23·5℃的低温,气候风险显著增加。因此,对超级杂交稻制种基地气候风险进行细网格推算和分析具有十分重要的现实指导意义,可以指导我们选择那些气候风险较低(甚至为零)的地方做为制种基地,从而趋利避害。

按不同温度递减率,在临界温度为23·5℃下,计算全省6~9月期间各地不同海拔高度不同时间长度低温年出现几率,确定各地不同海拔高度超级杂交稻制种气候风险等级(表4)。由表4可见,随着海拔的增高,超级杂交稻制种气候风险显著增大。然后利用计算机语言编程,根据全省500m×500m网格点海拔高度进行细网格推算分析,采用GIS技术,对细网格推算结果进行图形转换,制作含有地理信息数据的细网格分布图,从而确定具体的制种地段。笔者选用不育系育性转换临界温度指标为23·5℃为例进行分析,结果如表5、图1所示。当不育系的育性转换临界温度指标为23·5℃时,其无风险制种区域主要分布在祁东、祁阳、常宁、耒阳及阳明山以南的道县、宁远、新田、临武、宜章及平江等地,面积约0.8万km2,占全省土地面积的4.0%;低风险区主要分布在湘中及湘东,面积约5.9万km2,占全省土地面积的27·7%;中度风险区主要分布在湘北中部及湘西部分地方,其他地方为高风险区和较高风险区。

利用育性转换临界温度指标为23.5℃的不育系制种时,不育系的育性敏感期一般宜作如下安排:湘东,如炎陵县的最佳时段中值在7月20日,安全期长度22d,扬花高峰期在7月底左右。阳明山以南,如江永、临武、宜章等地可将不育系的育性敏感期中值安排在7月15日或8月10日前后,此种安排下安全期长度有22~28d,扬花高峰期在7月25日或8月20日左右。

3结论

(1)湖南省6~9月各月平均气温随海拔高度的递减率分别为0.48、0.67、0.67、0.46℃/100m。

(2)随着海拔的增高,超级杂交稻制种气候风险显著增大。因此,对超级杂交稻制种基地气候风险进行细网格推算和分析具有十分重要的现实指导意义。

(3)不育系的育性转换临界温度指标为23.5℃时,其无风险制种区域主要分布在祁东、祁阳、常宁、耒阳及阳明山以南的道县、宁远、新田、临武、宜章等地,面积约0.8万km2;低风险区主要分布在湘中及湘东,面积约5.9万km2。