雜交稻基地氣候風險統計分析范文

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水稻是我國最重要的糧食作物。水稻單產的提高,雜交稻制種起到了關鍵作用。超級雜交稻是通過理想株型塑造與雜種優勢利用相結合選育的,單產大幅度提高、品質優良、抗性較強的新型水稻品種,具有分蘗適中、劍葉挺直、植株矮中求高、莖稈堅韌抗倒、穗大粒多的形態特征,光合效率高、根系活力強、庫源流協調的生理機能,以及高產、優質、抗逆、抗病性狀聚合的遺傳基礎[1-3]。推廣超級雜交稻是我國提高水稻單產、穩定水稻總產確保糧食安全的必然選擇,是提高我國糧食綜合生產能力的重要舉措,是實現農業增效和農民增收的有效途徑。

自石明松1973年發現水稻育性可由光周期控制的兩用不育系農墾58S后[4],對水稻光溫敏核不育系的研究已有近40年。根據袁隆平提出的不育系選育技術策略[1],育種學家已先后轉育成一大批光溫敏核不育系,并對其育性敏感期[5]、育性轉換指標[6-8]、生態適應性[9]及遺傳[10]和氣象機理[11-13]等基礎理論問題開展了大量的深入研究,取得了卓有成效的研究成果。袁隆平院士在總理基金的資助下,主持并在國內率先育成了兩優培九、培矮64S/E32等超級雜交稻苗頭組合。然而超級雜交稻制種對氣象條件的依賴性很大,存在較大的氣候風險,尤其是兩系超級雜稻制種,存在的氣候風險更大[14-16]。當前生產上應用的超級雜交稻不育系的臨界不育起點溫度指標大多在23.5℃左右,在制種時,盛夏低溫過程可導致不育系雄性出現可育,造成雜交種子不純,影響超級雜交稻的大面積推廣。為了有效避免這一氣候風險,筆者根據溫光條件對不育系雄性育性轉換的影響規律,確定了超級雜交稻制種的氣候風險等級指標;并利用氣象臺站歷史氣象資料,采用細網格地理信息數據,對超級雜交稻制種氣候風險進行細網格推算分析,為超級雜交稻制種基地布局提供科學依據。

1資料與方法

1.1資料包括湖南省1961~2000年97個氣象觀測站6~9月的逐日平均氣溫資料以及湖南省1∶250000地形高程矢量數據等地理信息資料。

1.2方法一般情況下,細網格點上的氣候要素值決定于該點的緯度、經度、海拔高度、坡度和坡向等地理要素值,其數學表達式為Y=Y(φ,λ,h,D,X)。式中,Y表示某氣候要素值,φ、λ、h、D、X分別為緯度、經度、海拔高度、坡度、坡向。根據這些地理要素值,應用數理統計方法建立氣候要素值與地理要素值之間的關系模型,確定不同時段溫度遞減率,然后根據超級雜交稻制種基地氣候風險等級指標,結合細網格點的緯度、經度和海拔高度等地理信息數據,進行細網格推算和分析。

2結果與分析

2.1超級雜交稻制種基地氣候風險等級指標由于超級雜交稻制種對光、溫、水等氣象因子反應十分敏感,加上氣候年際間存在一定的波動,給超級雜交稻制種帶來氣候風險。對于一個長年進行超級雜交稻種子生產的基地而言,不育系的關鍵生育期時段應盡可能安全,出現不利氣候生態條件的幾率應足夠小,尤其是育性轉換敏感期更應如此。在進行超級雜交稻制種時,不育系的育性敏感期間如果出現了溫光要素值低于育性轉換臨界指標的天氣條件,不育系的雄性就會部分恢復或全部恢復可育,出現所謂的“打擺子”現象,造成雜交稻種子純度下降,嚴重時導致雜交稻制種完全失敗,生產的雜交稻種子不能推廣應用到大田生產。為此,袁隆平認為育性轉換的臨界起點溫度是實用兩系不育系的最重要、最關鍵的技術指標,制種時需要一段育性安全期,育性轉換敏感期間出現臨界溫光指標以下的幾率至少應是30年一遇,最好是百年不遇[1]。對于同一地點,光長年際間的變化幅度不大,而溫度的年際間變化可能相當劇烈,超級雜交稻制種的氣候風險主要來自于溫度的異常[14-16]。我國當前廣泛使用的不育系又大多是秈型溫敏不育系,如培矮64S,育性主要受控于溫度的高低,日照長度只起到一定程度的補償作用[8,13]。

一般而言,超級雜交稻制種田不育系的盛花時間在12d以內,不育系育性轉換敏感期出現在始穗前10~15d,持續時間大致在20d左右。因此,不育系雄性不可育時間長度為20d時,可以基本滿足超級雜交稻安全制種的要求,時間長度在22d以上時更好,超級雜交稻制種生產安排可以更加靈活,時間長度在17d以下時難以滿足正常生產需求,因此,將最小時間長度設置為17d[14-16](表1)。

2.2細網格推算分析應用數理統計方法分別建立6~9月各月平均氣溫與觀測站點緯度、經度、海拔高度等地理要素值之間的關系模型,得到湖南省6~9月平均氣溫隨海拔高度的遞減率分別為0·48、0·67、0·67、0·46℃/100m。計算宜章、汝城兩縣300~500m海拔高度超級雜交稻制種無氣候風險的育性安全時段(表3),確定氣候風險等級。由表3可見,隨著海拔高度的變化,超級雜交稻制種基地氣候風險的時空分布變化很大,如在300m海拔高度的宜章縣,有2個時段連續22d未出現連續3d日平均溫度<23.5℃的低溫,分別為7月3~24日及7月30日~8月20日,將不育系的育性敏感期安排在此2個時段內,超級雜交稻制種氣候風險為0,制種很安全。但將海拔升高到400m時,只有一個時段連續13d未出現連續3d日平均溫度<23·5℃的低溫,氣候風險顯著增加。因此,對超級雜交稻制種基地氣候風險進行細網格推算和分析具有十分重要的現實指導意義,可以指導我們選擇那些氣候風險較低(甚至為零)的地方做為制種基地,從而趨利避害。

按不同溫度遞減率,在臨界溫度為23·5℃下,計算全省6~9月期間各地不同海拔高度不同時間長度低溫年出現幾率,確定各地不同海拔高度超級雜交稻制種氣候風險等級(表4)。由表4可見,隨著海拔的增高,超級雜交稻制種氣候風險顯著增大。然后利用計算機語言編程,根據全省500m×500m網格點海拔高度進行細網格推算分析,采用GIS技術,對細網格推算結果進行圖形轉換,制作含有地理信息數據的細網格分布圖,從而確定具體的制種地段。筆者選用不育系育性轉換臨界溫度指標為23·5℃為例進行分析,結果如表5、圖1所示。當不育系的育性轉換臨界溫度指標為23·5℃時,其無風險制種區域主要分布在祁東、祁陽、常寧、耒陽及陽明山以南的道縣、寧遠、新田、臨武、宜章及平江等地,面積約0.8萬km2,占全省土地面積的4.0%;低風險區主要分布在湘中及湘東,面積約5.9萬km2,占全省土地面積的27·7%;中度風險區主要分布在湘北中部及湘西部分地方,其他地方為高風險區和較高風險區。

利用育性轉換臨界溫度指標為23.5℃的不育系制種時,不育系的育性敏感期一般宜作如下安排:湘東,如炎陵縣的最佳時段中值在7月20日,安全期長度22d,揚花高峰期在7月底左右。陽明山以南,如江永、臨武、宜章等地可將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,此種安排下安全期長度有22~28d,揚花高峰期在7月25日或8月20日左右。

3結論

(1)湖南省6~9月各月平均氣溫隨海拔高度的遞減率分別為0.48、0.67、0.67、0.46℃/100m。

(2)隨著海拔的增高,超級雜交稻制種氣候風險顯著增大。因此,對超級雜交稻制種基地氣候風險進行細網格推算和分析具有十分重要的現實指導意義。

(3)不育系的育性轉換臨界溫度指標為23.5℃時,其無風險制種區域主要分布在祁東、祁陽、常寧、耒陽及陽明山以南的道縣、寧遠、新田、臨武、宜章等地,面積約0.8萬km2;低風險區主要分布在湘中及湘東,面積約5.9萬km2。