江西省早稻高溫逼熟規(guī)律及其對產量的影響

陳昆+黃淑娥+景元書

摘要：采用累積距平法和信息擴散法對江西省82個氣象觀測站近50年氣象資料進行分析處理，以探究江西省早稻高溫逼熟的發(fā)生規(guī)律及其對產量的影響。結果表明：江西省早稻高溫逼熟的關鍵期為每年的6月15日至7月20日；近50年來江西省6—7月均溫變化可分為4個過程，其中21世紀以來氣溫明顯上升，高溫逼熟次數(shù)明顯增加；一年中，高溫逼熟發(fā)生次數(shù)較多的為7月11—20日，較少的為6月15—30日，2004年后高溫逼熟有提前趨勢；高溫逼熟風險較大的區(qū)域為贛江流域的吉泰盆地、樟樹、新干，贛南的贛縣、南康以及贛中北信江流域的鷹潭、貴溪等地區(qū)，較少的區(qū)域為山區(qū)。高溫逼熟次數(shù)與早稻實際產量、氣象產量呈顯著負相關，表明高溫逼熟是影響早稻產量的重要因素。

關鍵詞：江西省；早稻；高溫逼熟；增溫；早稻產量

中圖分類號： S511.04；S162.5+3文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0143-05

收稿日期：2015-10-26

基金項目：國家公益性行業(yè)科研專項（編號：GYHY201406025、GYHY201006025）。

作者簡介：陳昆（1990—），男，江蘇南京人，碩士研究生，主要從事農業(yè)氣象研究。E-mail：905262462@qq.com。

通信作者：黃淑娥，碩士，正研級高級工程師，主要從事農業(yè)氣象研究。E-mail：jxhse@sohu.com。水稻是我國最主要的糧食作物之一，是一種喜溫作物。然而，過高的氣溫也對水稻生長產生不利影響，抽穗揚花期高溫，將阻礙水稻花粉成熟和花藥開裂，導致花粉活力和花粉萌發(fā)率降低[1-3]；灌漿成熟期高溫，水稻灌漿速率加快，灌漿期縮短，導致千粒質量下降，空殼率上升，產量減少，并且收獲的稻米品質也將下降[4-8]。IPCC第五次報告又一次確認了全球變暖的事實，這又加劇了水稻遭受高溫熱害的風險。

目前，已經有較多的學者對不同水稻產區(qū)的高溫熱害發(fā)生規(guī)律及風險進行了分析。對江蘇的高溫熱害研究指出，自1990年后，江蘇的氣溫呈現(xiàn)顯著增長的趨勢，高溫熱害發(fā)生的次數(shù)也呈增加趨勢，且寧鎮(zhèn)揚丘陵地區(qū)受熱害嚴重[9-11]。金志鳳等對浙江地區(qū)高溫熱害的研究認為，浙江大部分地區(qū)均有高溫熱害發(fā)生，中心區(qū)域出現(xiàn)在金華地區(qū)，且隨時間呈增加趨勢[12]。羅孳孳等對重慶地區(qū)的高溫研究發(fā)現(xiàn)，水稻高溫熱害尤其是重度高溫熱害呈上升趨勢；灌漿結實期，長江河谷地區(qū)熱害嚴重[13]。

江西省是長江流域重要的水稻產區(qū)之一，水稻種植面積和總產量均居全國第二，其中雙季早稻種植面積為331.77萬hm2，占江西稻谷種植面積的41.7%[14]。早稻的灌漿期處于6月下旬至7月上旬，正好遭遇高溫時段，易受高溫傷害，造成高溫逼熟。因此，開展區(qū)域內早稻高溫逼熟的研究很有必要。楊丙玉等對江西省1961—2010年6—8月平均氣溫等氣象資料分析，發(fā)現(xiàn)水稻熱害主要集中在7月中下旬和8月上旬；高溫熱害發(fā)生次數(shù)較高的區(qū)域分布于江西東北部、贛州北部、吉泰盆地和贛撫平原，并向山區(qū)遞減[15]。本研究根據江西省農試站多年早稻生育期來確定高溫熱害的有效時段，分析江西省近半個世紀早稻灌漿期的溫度變化以及近20年早稻高溫逼熟的風險，為早稻種植合理布局提供依據。

1材料與方法

1.1資料

氣象資料來自于江西省氣象局，包括82個氣象觀測點1961—2015年的6—7月日均溫和最高氣溫等。早稻產量資料以江西省農業(yè)氣象試驗站為代表站。

1.2方法

1.2.1高溫熱害指標根據前人的研究成果，采取日平均氣溫≥ 30 ℃和日最高氣溫≥ 35 ℃連續(xù)出現(xiàn)3 d及以上作為指標。依據持續(xù)出現(xiàn)時間長短，劃分為不同危害等級：3～5 d為輕度，6～8 d為中度，超過8 d為重度。

1.2.2數(shù)據處理

1.2.2.1采用累積距平法分析氣溫突變現(xiàn)象，公式為：

Xt=∑ni=1（xi-x）（t=1，2，3，…，n）

。

式中，Xt為氣溫累積距平值；xi為歷年平均氣溫；x為氣溫多年平均值。Xt絕對值達到最大時，所對應的t即為突變年份。

運用Mann-Kendall方法和SPSS多重比較對氣溫突變進行檢驗。

1.2.2.2采用線性滑動平均法計算趨勢產量[16]以3年為滑動步長分離趨勢產量Yt，并計算氣象產量Yw：

Yw=Y-Yt

。

式中，Y為實際產量，Yw為氣象產量，Yt為趨勢產量。

1.2.2.3風險評估方法傳統(tǒng)統(tǒng)計方法在小樣本數(shù)據分析時常得不到理想的結果。利用信息擴散方法可以彌補樣本數(shù)不足的缺點，獲得更靠近真實的信息。本研究采用信息擴散方法進行風險評估，具體參照黃崇福等的方法[17-19]。

2結果與分析

2.1早稻歷年灌漿成熟期變化

表1為南昌縣近20年早稻乳熟至成熟日期，從中可以看出，近20年早稻乳熟期始于6月下旬至7月上旬，成熟期為7月上中旬，2000年后，乳熟期和成熟期有提前的趨勢，2010年后這種趨勢更加明顯。總的來看，早稻乳熟期最早的開始時間為6月18日，成熟期最晚為7月23日，但由于乳熟期和成熟期的提前，將研究的時間確定為6月15日至7月20日。

2.2江西省50年來6—7月均溫的變化

圖1為江西省近半個世紀6—7月均溫的累積距平變化和M-K突變檢驗。從圖1-A可以看出，近50年江西省6—7月均溫的變化可分為4個過程：60年代到70年代中期，均溫日、累積距平降低，溫度下降；70年代中期到90年代初，累積距平相對平穩(wěn)；整個90年代的累積距平都是下降的，并在1999年達到最低值；2000年后，累積距平急劇增加，溫度顯著增加。利用M-K進行突變檢驗，結果驗證了6—7月均溫的變化過程，同時顯示突變年份為2000年（圖1-B）。因此，可以認為世紀之交為氣溫突變時間。

將每年的6—7月分為6月15—30日、7月1—10日、7月11—20日3個階段，就整體來看，近50年來， 6—7月均溫和最高均溫呈上升趨勢，氣候傾向率分別為0.125 ℃/10年

（接近0.5水平顯著）、0.124 ℃/10年；就階段性來看，前2個階段的均溫和日最高氣溫呈增加趨勢，第一階段均溫和最高均溫的氣候傾向率分別為0.179 ℃/10年和0.21 ℃/10年，第二階段分別為0.215 ℃/10年和0.229 ℃/10年，第二階段增溫大于第一階段，最高均溫增溫大于均溫；第三階段的日均溫和日最高氣溫則微弱降低；從不同年代際來看，除第三階段外，其他階段變化趨勢大體一致，90年代的均溫和最高均溫最低，進入新世紀后，增溫明顯（表2）。

2.3早稻高溫逼熟年變化

2.3.1年變化圖2為早稻歷年高溫逼熟總次數(shù)和重度熱害次數(shù)的發(fā)生規(guī)律，選取這2個指標的原因是，總次數(shù)可以代表受害的情況，重度受害次數(shù)對早稻產量的影響更大，其中，圖1-A、B、C、D分別代表全省、贛中、贛北、贛南。從圖2可以看出，1999年之前，高溫逼熟發(fā)生次數(shù)較少，其中1999年沒有發(fā)生；1999年后高溫逼熟發(fā)生頻繁，全省、贛中、贛北、贛南發(fā)生高溫逼熟總次數(shù)最高的年份分別為2006、2009、2006、2006年，發(fā)生次數(shù)分別為2.31次、3次、3次、4次，贛南發(fā)生高溫逼熟的次數(shù)最多。全省平均重度高溫逼熟發(fā)生次數(shù)最多的年份為2012年，平均達到0.69次。各地區(qū)高溫逼熟發(fā)生規(guī)律總體一致，都呈現(xiàn)先增后減趨勢，發(fā)生次數(shù)的極大值在2006—2009年之間。高溫逼熟發(fā)生的總次數(shù)和重度熱害次數(shù)的規(guī)律也極其一致，總次數(shù)多的年份重度熱害次數(shù)也較多；同時，各地區(qū)高溫逼熟發(fā)生趨勢也有一些細小差別，贛中在2010年后高溫逼熟發(fā)生次數(shù)的降低趨勢較其他地區(qū)緩慢，贛北的趨勢則較其他地區(qū)迅速。總體上看來，雖然2010年后高溫逼熟發(fā)生次數(shù)有降低的趨勢，但仍然處于較高值區(qū)，因此還需要加強高溫逼熟的防御。

2.3.2階段性變化圖3為高溫逼熟的階段性變化趨勢。可以看出，全省、贛中、贛北、贛南（圖3-A、B、C、D）各階段高溫逼熟發(fā)生規(guī)律總體上一致，2000年前各階段發(fā)生概率為第三階段>第二階段>第一階段，2000年后，第二和第三階段高溫逼熟發(fā)生概率基本相等，大于第一階段發(fā)生概率；各地區(qū)

第一階段高溫逼熟發(fā)生規(guī)律總體呈先減少后增加趨勢，其中贛中表現(xiàn)最為明顯，2007年后發(fā)生概率急劇上升，同時，贛北表現(xiàn)最不明顯，截至2015年發(fā)生概率還無明顯變化。就全省來看，第二階段高溫逼熟發(fā)生概率呈增加趨勢，但局部有細微差異：贛北2010年前發(fā)生概率增加明顯，2010年后趨于平緩；贛南呈平穩(wěn)增加趨勢，而贛中在2004年前增加趨勢明顯，2009年后出現(xiàn)下降趨勢；第三階段高溫逼熟發(fā)生概率在2000年前有微弱上升，但隨后開始下降。各地區(qū)表現(xiàn)稍有差異：贛中和贛南下降趨勢不明顯，贛北則大幅減少。總體來看，近10年來，早稻高溫逼熟發(fā)生的時間有提前趨勢。

2.4早稻高溫逼熟風險的空間分布

運用信息擴散法對江西省82個氣象觀測站點進行高溫逼熟風險分析，并用ARCGIS繪制成圖4 。圖4-A、B、C、D、E、F分別為高溫逼熟發(fā)生總次數(shù)為0、1、2、3、4次以及發(fā)生重度高溫逼熟時的風險分布。

全省早稻灌漿期發(fā)生高溫逼熟風險很小的地區(qū)（0級風險較大地區(qū)）為廬山、井岡山、大余、銅鼓、龍南、定南、全南、安遠、尋烏、資溪等山區(qū)，發(fā)生概率在0.3以下，其中廬山、井岡山、大余無高溫逼熟發(fā)生。

隨著早稻灌漿期內高溫逼熟發(fā)生次數(shù)的增加，其發(fā)生風險逐漸降低。除了廬山、井岡山、大余無高溫逼熟發(fā)生外，其余地區(qū)都有發(fā)生高溫逼熟的風險，全省絕大部分地區(qū)都有發(fā)生1次高溫逼熟的風險，風險概率在0.3以上，即每3年就會遭遇1次；大部分地區(qū)發(fā)生2次高溫逼熟的風險在0.3以上；小部分地區(qū)有發(fā)生3次的風險，主要分布在吉泰盆地，贛南的贛縣、南康，贛中的樟樹、新干以及贛中北的余江、貴溪等地區(qū)，風險概率在0.16～0.32之間，即每3～6年會遭遇1次；個別地區(qū)有發(fā)生4次高溫逼熟的風險，主要分布在吉泰盆地、贛縣以及江西中北部的余江、鷹潭等地，且各地發(fā)生概率≤0.1，除吉安地區(qū)發(fā)生風險概率為0.1，即每10年發(fā)生1次外，其余地區(qū)大概每20年發(fā)生1次。重度高溫逼熟發(fā)生風險較高的分布地區(qū)和發(fā)生3次高溫逼熟風險較高的地區(qū)比較一致，即主要分布于贛南、贛中及中北地區(qū)，風險概率在 0.2 以上，每5年就會發(fā)生1次重度高溫逼熟，贛中北的鷹潭、鉛山最為嚴重，平均每隔1年就會發(fā)生1次。此外，可以看出，發(fā)生3次高溫逼熟和發(fā)生重度高溫逼熟風險較大的區(qū)域比較一致，說明只要發(fā)生了3次以上高溫逼熟，則基本一定包含了1次重度高溫逼熟。總體上看，贛江流域的吉泰盆地、樟樹、新干，贛南的贛縣、南康以及贛中北信江流域的鷹潭、貴溪等地區(qū)發(fā)生多次和重度高溫逼熟的風險較大，廬山、井岡山、大余等周邊山區(qū)發(fā)生高溫逼熟的風險很小。

2.5高溫逼熟對早稻產量的影響

水稻產量的形成過程實質上是灌漿期籽粒中光合產物的積累過程，積累量的多少與外界環(huán)境尤其是光溫條件直接相關。從圖5可以看出，高溫逼熟發(fā)生次數(shù)多的年份，早稻的實際產量和氣象產量明顯下降。通過對實際產量、氣象產量與高溫逼熟次數(shù)的相關分析發(fā)現(xiàn)，兩種產量與高溫逼熟次數(shù)都顯著負相關，相關系數(shù)都達到-0.64。此外，實際產量與氣象產量的變化極其一致，相關分析表明，兩者達到極顯著正相關，相關系數(shù)為0.87，說明近20年來氣候變暖導致的高溫逼熟對早稻產量造成顯著的不利影響。

3結論與討論

江西省早稻灌漿成熟期為6月15日至7月20日，這一時期為研究早稻高溫逼熟的最佳時段。

江西省6—7月均溫的變化可分為4個過程：60年代到70年代中期，溫度下降；70年代中期到90年代初，溫度相對平穩(wěn)；90年代，溫度又是下降的；2000年后，溫度顯著上升；6—7月均溫的突變年份為90年代末到新世紀初。

近20年來，早稻發(fā)生高溫逼熟總次數(shù)和重度高溫逼熟的發(fā)生次數(shù)都是呈先增加后減少的趨勢，但目前仍然處于發(fā)生次數(shù)的高值區(qū)；同時，7月11—20日發(fā)生高溫逼熟的概率大于7月1—10日和6月15—30日，但近幾年來，早稻高溫逼熟有提前發(fā)生的趨勢。

贛江流域的吉泰盆地、樟樹、新干，贛南的贛縣、南康以及贛中北信江流域的鷹潭、貴溪等地區(qū)發(fā)生多次和重度高溫逼熟的風險較大，廬山、井岡山、大余等周邊山區(qū)發(fā)生高溫逼熟風險很小。

高溫逼熟次數(shù)與早稻實際產量、氣象產量顯著負相關，即高溫逼熟次數(shù)多，早稻實際產量和氣象產量降低，表明氣候變暖導致的高溫逼熟仍然是影響早稻產量的重要因素。

目前，關于水稻高溫熱害的指標有溫度指標、積溫指標、綜合指數(shù)以及高溫持續(xù)時間結合減產率的指標[20-23]。本研究采用的是溫度指標，即日平均氣溫≥ 30 ℃和日最高氣溫≥ 35 ℃連續(xù)出現(xiàn)3 d及以上作為指標。已有較多的學者對水稻高溫熱害的發(fā)生規(guī)律及風險進行研究，研究的區(qū)域包含了江浙皖、江西和重慶等重要的水稻產區(qū)。然而，很多研究的高溫時段太廣，超過了水稻生長的關鍵期。為此，本研究首先統(tǒng)計了近20年的早稻乳熟至成熟期，以這個時間段為研究高溫逼熟的目標時段，這樣就更具有針對性和精確性。前人的研究一般多關注于高溫熱害的時空變化規(guī)律，忽略了對高溫熱害階段性的分析。本研究中，將每年的高溫逼熟時段分為3個階段，研究每個階段的發(fā)生概率及其年變化，結果發(fā)現(xiàn)高溫逼熟有提前發(fā)生的趨勢。楊丙玉等研究指出，高溫熱害發(fā)生次數(shù)較高的區(qū)域分布于江西東北部、贛州北部、吉泰盆地和贛撫平原，并向山區(qū)遞減[15]，本研究的結果與之基本一致，進一步對照江西地圖發(fā)現(xiàn)，發(fā)生高溫逼熟風險較大的地區(qū)大部分處于贛江和信江流域。羅孳孳等對重慶地區(qū)的高溫研究也發(fā)現(xiàn)，灌漿結實期，長江河谷地區(qū)熱害嚴重[13]，這可能是由于河谷平原相對于四周地勢較低，水網密布，熱量不易散失，造成夏季高溫。水稻灌漿期高溫會使產量降低已經成為共識，本研究通過相關分析發(fā)現(xiàn)，早稻實際產量、氣象產量與高溫逼熟發(fā)生次數(shù)顯著負相關，即高溫逼熟高發(fā)年份，早稻實際產量和氣象產量降低。

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