论文总字数：16947字

目录

引言 2

1.材料与方法 2

1.1低温冷害及研究区情况 2

1.2数据来源 2

1.3模型和方法 2

2.结果分析 2

2.1低温敏感期的概率分布 2

2.2冷害损失评估验证 2

3.讨论与结论 14

参考文献…………………………………………………………………………………………….14

英文摘要…………………………………………………………………………………………….16

致谢………………………………………………………………………………………………….17

水稻障碍型冷害损失评估及预测动态模型研究

郑兴善

摘要：本文以江苏北部的徐州和淮安两市为研究区域，应用水稻障碍型冷害损失评估及预测动态模型，推算了这些地区水稻在敏感期低温造成的冷害对空壳率的影响。根据多年两地气象观测数据，统计分析低温冷害情况，结合水稻生产实际情况，估算关键期敏感期长度、敏感高峰期系数，并以其为参数运行水稻障碍型冷害损失评估及预测动态模型，模拟出水稻关键期逐日温度条件下空壳率的变化。结果显示，两地区的水稻空壳率模拟结果均和实际情况相符，用此方法得出的水稻空壳率能够反映冷积温对水稻产量形成的不利影响。上述研究结果表明低温过程对水稻空壳率的影响能够通过水稻障碍型冷害损失评估及预测动态模型模拟出来。

关键词：水稻，障碍型冷害，冷积温，生长关键期，空壳率和减产率，预测动态模型。

引言

水稻属于喜温作物，其生殖生长关键期（如穗的形成期）对外界温度的变化极其敏感。在某些较寒冷的地区，在天候良好的年份虽然可以获得不次于温暖地方的丰收，但却容易遭受冷害，其中障碍型冷害是水稻关键生长时期极易发生的一种低温冷害类型。所谓障碍型冷害，是指水稻正值生长发育的关键时期，突遇低温条件，此种冷害虽短暂，但却极为强烈，使得水稻生理机能遭受严重破坏，影响水稻的产量。水稻稻穗刚刚形成的阶段，是最易发生障碍型冷害的时期，这是造成水稻减产的最主要原因之一。日温差幅度大，最低气温低是障碍型冷害发生时的最主要特征。

根据江苏地区水稻灾情的记录，近几十年江苏特别是苏北地区水稻生长季低温冷害频繁发生，其中典型是因为水稻在生长敏感期遇低温天候，极大地损害了水稻的生理，使其机能衰退，籽粒充实受到很大影响，导致产量下降。鉴于这种情况，水稻障碍型冷害的损失评估和预测应运而生，成为保障产量的有效手段。

已有研究显示，国内外对障碍型冷害的研究目前较多^[1-11]。这些研究主要集中在水稻障碍型冷害下水稻植株的生理变化、障碍型冷害时空变化、障碍型冷害监测和评估指标、障碍型冷害对产量的影响等方面。这些方面的研究成果不但明确了障碍型冷害的影响机制，还为评估障碍型冷害对水稻产量的影响和精确的预测提供了重要的依据。在此基础上，还加强了对冷害产生的机制、冷害指标和冷害地域变化特征的分析和研究，进一步明确了低温作用机理和机制。然而，值得讨论的是，尽管这些研究已得到了深入的发展，但存在缺乏实际检验和验证的问题。比如，通过控制试验得到的水稻障碍型冷害监测和评估指标，在实际应用中的不确定性很大，其原因不仅和水稻的品种有关，同时也因为该指标适用范围有限。更重要的是在对障碍型冷害对水稻产量的影响分析中，各项研究往往缺乏定量评估的能力，所得出的结果也与实际情况有着天壤之别，研究成果在区域应用上被极大地限制。为了解决此类问题，开发和建立数学模型（水稻障碍型冷害损失和动态评估模型）对提高水稻障碍型冷害的监测及预防具有重大的意义。

本文针对上述问题，在掌握水稻低温冷害时的生理生化反应和作用机制情况下，利用引入时积温概念体现低温过程的动态变化，分析了水稻进入生长敏感期的概率分布函数，以徐州和淮安两地80至90年代水稻气象资料和产量结构数据为例，采用马树庆等^[3]建立的水稻障碍型冷害损失评估模型，模拟出相应年份水稻障碍型冷害引起的空壳率，验证该模型和方法在苏北地区的适用性，并对该模型的进一步完善提出重要依据和意见。

1.材料与方法

1.1低温冷害及研究区情况

所谓作物低温冷害，是指农作物在生育期间，遭受低于其生理承受下限的环境温度，引起农作物生育期延迟，或者其生殖器官的机能受损，导致农业减产的一种影响我国农业生产的主要灾害之一。水稻在其芽期、苗期、孕穗期、开花期这四个阶段对低温的反应最为敏感，容易发生冷害，其归根结底是因为水稻花粉母细胞减数分裂在低温的影响下分裂过程严重受阻，导致穗的发育不良，颖花不育率大大提高，稻粒形成的数目大幅减少，最终表现为空壳率极大，对农业生产造成极大的破坏。根据之前的研究，水稻穗形成的最佳温度在20-30℃之间，低温会破坏穗器官发育的进程。16℃是幼穗分化的下限温度，低于该温度会致使水稻幼穗分化失败、枝梗和颖花数量明显降低^[2,6]。障碍型冷害的作用机理与此相近，其主要在水稻抽穗开花期前后这段时间发生，此时若气温低于临界温度（一般为18℃，因地区不同而不同），水稻的生育期将被大大延缓，花药发育受阻甚至停止，从而引起颖花空壳数量急剧上升，对水稻产量的影响表现为轻则减产，重则绝收。已经有研究表明，水稻在抽穗开花期间最适宜温度约为25℃，温度低于15℃将超出水稻生理承受范围，并且在遇到连续3天以上低于17℃的天侯条件，水稻便无法正常开花，花粉败育率高达40%以上^[2,6,7]。可以看出，水稻的空壳率不仅与低温冷害的强度有关，还和低温持续时间呈现出显著的正比关系。

本文选取江苏省北部地区为研究区域，该区域属于暖温带湿润、半湿润季风气候，近几十年平均气温、降水量及日照时数大致呈自南向北递减的走向。据常年观测记录，苏北地区基本上种植一季稻，水稻进入生长关键期大致在7月底至8月中旬左右，穗的形成大概需要20-30天的时间，在此期间遭受障碍型冷害的概率大致在27.5%左右，并且一般会持续3-6天。

1.2数据来源

本文考察了江苏省近几十年的气象观测数据和水稻产量结构记录，根据江苏省由北向南14个气象站点1981-2000年历年逐日平均温度资料，从农业气象试验站提取观测数据，包括生育期、叶面积指数、空壳率、秕谷率、穗粒数及产量等，同时借鉴了以往试验得出的水稻低温冷害损失评估模型参数。

重点研究对象为苏北地区两座典型的城市徐州和淮安，取徐州1993、1995年和淮安1985、1995年四组气象数据，如日最高、最低气温、气压、太阳辐射等诸多观测要素，均取自于中国气象局。为对障碍型冷害如何影响水稻产量有更为准确的认识，并对相应的评估预测模型加以构建，通过查询，对四年来的水稻因障碍型冷害引起的空壳率有所了解。

1.3模型和方法

1.3.1模型的基本框架

障碍型冷害最主要的作用机理是水稻在生殖生长的低温敏感期，外界的低温条件阻碍了其生殖生长过程，使得雄性花粉不育，造成水稻空壳率增加而减产。根据这个理论依据，马树庆等人^[18]将障碍型冷害损失程度看作是冷害期间逐日低温导致的水稻不孕不育数量的累积，利用数学建模建立了一套完整、系统的水稻障碍型冷害损失评估的模型，因此有：

Y= (1)

上述公式之中，因遭受低温冷害，该区域水稻的平均空壳率为，敏感期内第日的空壳率记作，非常受日冷积温W_j的影响，即C_j=f(W_j)；因为在冷害期间水稻群体进入敏感期的数量不是定量的，水稻第日受低温影响进入敏感期的概率在此用表示；水稻进入敏感期的长度用来表示，障碍型冷害即由此形成；为进入低温敏感期的日序；c是一个常数，其含义是水稻空壳率占总减产率的比重，一般设为0.87^[9]，表示在敏感期内低温冷害导致颖花不育这一因素占到总减产率的87%。