安徽省江淮地區(qū)水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律及其對產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

陳硯濤　霍延風(fēng)

摘要以安徽省江淮地區(qū)14個氣象觀測站1961—2013年逐日平均氣溫、日最高氣溫氣象數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用線性趨勢法，分析了江淮地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)和日數(shù)、時間分布、極端最高氣溫等變化特征，并分析高溫?zé)岷Πl(fā)生日數(shù)對水稻結(jié)實率、千粒重的影響。結(jié)果表明，近53年安徽省江淮地區(qū)水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)、日數(shù)均無明顯變化趨勢；水稻高溫?zé)岷﹂_始時間主要在7月中下旬，結(jié)束時間主要在8月上中旬；極端最高氣溫呈顯著上升趨勢（P<0.05），增幅為0.15 ℃/10 a；高溫?zé)岷θ諗?shù)與水稻結(jié)實率、千粒重呈顯著負相關(guān)關(guān)系，高溫?zé)岷λ窘Y(jié)實率的影響大于對千粒重的影響。

關(guān)鍵詞水稻；高溫?zé)岷Γ话l(fā)生規(guī)律；產(chǎn)量結(jié)構(gòu)；安徽省江淮地區(qū)

中圖分類號S162.3文獻標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2017）19-0190-05

Occurrence Regularity of High Temperature Heat Injury in Rice and Its Effects on Yield Structure in Jianghuai Region of Anhui Province

CHEN Yantao，HUO Yanfeng（Shitai County Meteorological Bureau， Shitai， Anhui 245100）

AbstractBased on the meteorological data of the daily average temperature and daily maximum temperature of 14 meteorological observatories in Jianghuai region of Anhui Province during 1961-2013，the linear trend method was used to analyze the change characteristics of the times，days and temporal distribution of high temperature heat injury and the extreme maximum temperature in Jianghuai area.The effects of days of high temperature heat injury on seed setting rate and 1000grain weight were analyzed.The results showed that there were no significant changes in the times and days of high temperature heat injury in Jianghuai region in Anhui Province in recent 53 years.The beginning time of high temperature heat injury in rice was mainly in the middle and late July， and the end time was mainly in the middle of August.The extreme maximum temperature was significantly increased （P<0.05），the increase rate was 0.15 ℃/10 a.There was a significant negative correlation between the days of high temperature heat injury and rice seed setting rate and 1000grain weight.The effect of high temperature heat injury on rice seed setting rate was greater than that on 1000grain weight.

Key wordsRice；High temperature heat injury；Occurrence regularity；Yield structure；Jianghuai region of Anhui Province

江淮地區(qū)作為安徽省水稻的主產(chǎn)區(qū)之一，在全球氣候變暖背景下，水稻高溫?zé)岷︻l發(fā)，對水稻安全生產(chǎn)造成嚴重影響。2003、2010和2013年長江中下游地區(qū)出現(xiàn)長時間、大面積水稻高溫?zé)岷Γ渲?003年受高溫?zé)岷τ绊懀不帐〗吹貐^(qū)中稻秕谷率均達10%以上，空殼率均大于20%，部分地區(qū)空殼率達38%[1]；2010年8月上中旬，江淮地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)高溫天氣，部分一季稻受害明顯，受災(zāi)品種多為不耐高溫的中熟和早熟品種，減產(chǎn)幅度在10%～20%，特別嚴重的達50%以上[2]；2013年江淮地區(qū)的廬江縣受高溫?zé)岷τ绊懀究諝ぢ瘦^正常年份高10%～20%[3]。

近年來，關(guān)于水稻高溫?zé)岷Φ臅r空分布規(guī)律及對水稻的影響機理，眾多學(xué)者進行了大量研究，特別是針對長江中下游地區(qū)的研究[4-9]。江敏等[8]研究表明，1970—2005年長江中下游的早稻孕穗開花期出現(xiàn)高溫日數(shù)的上升趨勢顯著，高溫導(dǎo)致的穎花敗育是水稻減產(chǎn)的重要原因。楊太明等[9]分析指出，安徽、浙江早稻受高溫?zé)岷ξ：Φ拿舾衅诔Ｄ隇?月中旬—7月中旬，沿江、江淮早稻主產(chǎn)區(qū)的高溫?zé)岷χ赜谘鼗吹貐^(qū)。劉偉昌等[10]研究表明，江蘇全省及安徽省的局部地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生程度低，江西及浙江南部的部分地區(qū)，高溫?zé)岷Πl(fā)生程度高，頻率也高。但大多數(shù)關(guān)于安徽省江淮地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生特征的研究時間在2007年左右[4-5，11-13]，此外關(guān)于江淮地區(qū)水稻高溫?zé)岷﹂_始時間、結(jié)束時間、旬分布情況及極端最高溫度的研究尚不多見。因此，筆者在全球變暖的大背景下，重點分析近53年安徽省江淮地區(qū)水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生頻次、日數(shù)、時間分布、極端最高氣溫及高溫?zé)岷θ諗?shù)對水稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)要素的影響，以期為充分利用氣候資源、減輕高溫?zé)岷λ旧a(chǎn)的危害提供理論依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料選取該研究區(qū)域為安徽省江淮地區(qū)，包含了14個常規(guī)氣象臺站，分別為六安、肥西、肥東、舒城、廬江等14個市縣，氣象資料為1961—2013年逐日平均氣溫和日最高氣溫；水稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)要素資料為合肥、六安、滁州、天長4個農(nóng)業(yè)氣象觀測站觀測資料，資料年份為1981—2009年。氣象數(shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)均來源于安徽省氣象局氣象信息中心。

1.2高溫?zé)岷χ笜?biāo)及等級劃分

根據(jù)前人研究成果[1，14]，結(jié)合安徽省水稻生育特性，將水稻高溫?zé)岷χ笜?biāo)定義為：日最高氣溫≥35 ℃且日平均氣溫≥30 ℃定義為1個高溫日；連續(xù)出現(xiàn)3 d以上的高溫日定義為1次高溫?zé)岷ΑＲ罁?jù)高溫持續(xù)時間長短，劃分為不同危害等級：日最高氣溫≥35 ℃和日平均溫度≥30 ℃連續(xù)出現(xiàn)3～4 d定義為輕度高溫?zé)岷ΓB續(xù)出現(xiàn)5～7 d定義為中度高溫?zé)岷ΓB續(xù)出現(xiàn)8 d及以上的定義為重度高溫?zé)岷Γū?）。

1.3數(shù)據(jù)處理

江淮地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)、日數(shù)、開始時間、結(jié)束時間、極端最高氣溫等數(shù)值均為14個代表站平均值，產(chǎn)量結(jié)構(gòu)要素數(shù)值為4個農(nóng)氣觀測站平均值。分析水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律主要采用線性趨勢法，研究高溫?zé)岷λ井a(chǎn)量結(jié)構(gòu)要素的影響主要采用相關(guān)分析[15]。

2結(jié)果與分析

2.1高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)

根據(jù)安徽省水稻高溫?zé)岷χ笜?biāo)，

統(tǒng)計1961—2013年江淮地區(qū)逐年高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)發(fā)現(xiàn)，53年中除1975、1982和1997年沒有出現(xiàn)高溫?zé)岷ν猓渌攴菥邪l(fā)生。高溫?zé)岷δ臧l(fā)生3次以上的有3年，年發(fā)生1～3次的有31年，年發(fā)生0～1次的有16年，總發(fā)生頻次約兩年三遇。從線性趨勢看，近53年來安徽省江淮地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生頻次無明顯上升或下降趨勢。從年代際變化看，20世紀(jì)60年代開始高溫?zé)岷Πl(fā)生頻次呈降低趨勢，80年代最少，之后逐漸增加，2011—2013年達到最大值（圖1a）。

從圖1b～d可以看出，1961—2013年江淮地區(qū)不同等級高溫?zé)岷Πl(fā)生頻次均無明顯變化趨勢。輕度高溫?zé)岷Πl(fā)生頻次約10年8次，中度高溫?zé)岷?0年4次，重度高溫?zé)岷?0年3次。從年代際變化看，輕度、中度、重度高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)20世紀(jì)60—80年代呈逐漸減少趨勢，80年代后又開始逐漸增加，其中輕度、中度高溫?zé)岷υ黾于厔菰?010年后開始減少，重度高溫?zé)岷?0世紀(jì)80年代以來基本呈“N”字型。此外，不同等級高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)各年代均以輕度高溫?zé)岷佣啵?0世紀(jì)60年代和2011—2013年中度高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)小于重度高溫?zé)岷Γ?0世紀(jì)70年代—2010年中度高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)多于重度高溫?zé)岷Α?/p>

2.2高溫?zé)岷Πl(fā)生日數(shù)

1961—2013年江淮地區(qū)水稻高溫?zé)岷θ諗?shù)變化趨勢不明顯。53年中，年高溫?zé)岷θ諗?shù)20 d以上的有3年，10～20 d的有14年，10 d以下的有36年。從年代際變化看，53年間江淮地區(qū)高溫?zé)岷θ諗?shù)經(jīng)歷了“高—低—高”變化過程，從20世紀(jì)60年代開始逐漸降低，至80年代降到最低，從90年代開始逐漸上升，至2011—2013年達到最大值（圖2a）。不同等級高溫?zé)岷δ昃諗?shù)均呈上下波動，無明顯變化趨勢，輕度、中度、重度高溫?zé)岷δ昃l(fā)生日數(shù)分別為2.7、2.1、3.3 d；不同等級高溫?zé)岷Πl(fā)生日數(shù)年代際變化規(guī)律與發(fā)生次數(shù)變化規(guī)律較為一致（圖2b～d）。

2.3高溫?zé)岷r間分布

2.3.1開始時間。統(tǒng)計1961—2013年江淮地區(qū)高溫?zé)岷Πl(fā)生年份高溫?zé)岷Πl(fā)生首日（圖3a）發(fā)現(xiàn)，高溫?zé)岷﹂_始時間個別年份差異較大，53年中最早開始時間為1981年6月18日，最遲開始時間為1999年9月4日；從線性趨勢看，高溫?zé)岷﹂_始時間有提前趨勢，但顯著性檢驗P>0.05。從旬分布情況看（圖3b），高溫?zé)岷Τ霈F(xiàn)首日以7月中旬最多，53年中有20年，占37.7%；其次為7月下旬。7月中下旬安徽省江淮地區(qū)水稻處于分蘗至孕穗階段，如果此時高溫?zé)岷﹂_始出現(xiàn)，會對處于孕穗期的水稻產(chǎn)生不利影響，因為孕穗期內(nèi)花粉母細胞減數(shù)分裂期歷時較短，此時穎花急劇伸長，受環(huán)境條件影響最大，極易遭受高溫?zé)岷Φ奈：ΑＳ嘘P(guān)研究表明，水稻在花粉母細胞減數(shù)分裂期如遇日平均溫度超過30 ℃連續(xù)3 d以上就會造成花器發(fā)育不全、花粉發(fā)育不良、活力下降[6-7，16-17]。

2.3.2結(jié)束時間。

由圖4a可知，1961—2013年江淮地區(qū)高溫?zé)岷ψ钤缃Y(jié)束時間為1981年7月2日，最遲結(jié)束時間為1999年9月10日；從線性趨勢看，近53年江淮地區(qū)高溫?zé)岷Y(jié)束日期無明顯變化趨勢，呈上下波動。旬分布情況（圖4b）表明，江淮地區(qū)高溫?zé)岷Y(jié)束日期以8月上旬為主，53年中有18年，占34.0%；其次為8月中旬和7月下旬。8月上中旬江淮地區(qū)水稻處于抽穗至灌漿階段，也是水稻生長對高溫?zé)岷^為敏感時段，特別是水稻開花當(dāng)天，如果氣溫過高，易誘發(fā)小花不育，從而造成受精不良[18]。水稻灌漿期間遇到高溫?zé)岷Γ瑫棺蚜?nèi)磷酸化酶和淀粉的活性減弱，灌漿速度減慢，影響干物質(zhì)積累，主要表現(xiàn)在秕谷率增加，結(jié)實率和千粒重降低[19]。

2.4極端最高氣溫

日平均氣溫體現(xiàn)的是白天和夜間的綜合狀況，不能反映不同日較差下的天氣狀況，用日最高氣溫來表述白天的天氣狀況是對平均氣溫描述的必要補充[20]，此外極端最高氣溫也是夏季炎熱程度的重要指標(biāo)[21]。1961—2013年江淮地區(qū)極端最高氣溫分布情況（圖5）顯示，每年極端最高氣溫均在35 ℃以上，其中極端最高氣溫在38 ℃及以上的有17年，39 ℃及以上的有6年。從線性趨勢上看，近53年江淮地區(qū)極端最高氣溫呈顯著上升趨勢（P<0.05），增幅為0.15 ℃/10 a。從年代際變化看，江淮地區(qū)極端最高氣溫從20世紀(jì)60年代開始逐漸減小，70、80年代達到最小值，均為36.8 ℃，90年代開始增溫明顯，2011—2013年達到最大值，為38.5 ℃。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年

2.5高溫?zé)岷λ井a(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響

水稻產(chǎn)量由單位面積上的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重構(gòu)成。由于有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)在一定范圍內(nèi)可以互相補償[22] ，因此該研究主要討論高溫日數(shù)對結(jié)實率、千粒重的影響。由圖6可知，江淮地區(qū)水稻結(jié)實率、千粒重與高溫日數(shù)均呈負相關(guān)關(guān)

系，且相關(guān)系數(shù)達顯著水平（P<0.05）。表明高溫?zé)岷θ諗?shù)

水稻生長過程中，高溫?zé)岷Y(jié)實率、千粒重的影響從孕穗期至灌漿結(jié)實期均會發(fā)生。孕穗期出現(xiàn)高溫?zé)岷μ鞖猓瑫绊懰净ǚ郯l(fā)育，導(dǎo)致雄性不育，從而造成結(jié)實率降低。此時段高溫天氣還會造成水稻生理代謝失調(diào)、光合能力減弱，使穎殼生長受到限制，即使在后期灌漿充實的情況下千粒重也不能大幅提高[24]。抽穗揚花期高溫天氣會造成水稻受精不良，最終影響結(jié)實率[25]，但對千粒重影響不大，因為影響千粒重大小的2個主要因素是谷殼體積大小和胚乳發(fā)育程度，谷殼體積大小在抽穗前基本定型，抽穗后谷殼幾乎停止生長[24]。灌漿結(jié)實期高溫天氣使灌漿期縮短，光合速度和干物質(zhì)積累量降低，從而造成結(jié)實率降低和千粒重下降[18]。

3結(jié)論與討論

（1）近53年安徽省江淮地區(qū)不同等級水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生次數(shù)、日數(shù)及總次數(shù)、總?cè)諗?shù)均無明顯變化趨勢。高溫?zé)岷偘l(fā)生頻次約2年3次，其中輕度高溫?zé)岷s10年8次，中度高溫?zé)岷?0年4次，重度高溫?zé)岷?0年3次。高溫日數(shù)年均出現(xiàn)8.1 d，其中輕度高溫?zé)岷δ昃?.7 d，中度高溫?zé)岷δ昃?.1 d，重度高溫?zé)岷δ昃?.3 d；53年中，高溫?zé)岷δ瓿霈F(xiàn)20 d以上的有3年，10～20 d的有14年，10 d以下的有36年。

（2）安徽省江淮地區(qū)水稻高溫?zé)岷﹂_始時間多在7月中下旬，結(jié)束時間多在8月上中旬。該地區(qū)種植水稻以中稻為主，其抽穗開花期一般在7月下旬—8月上旬[1]，正好與高溫?zé)岷σ装l(fā)時段重合，故在水稻生產(chǎn)過程中可采取推遲或提前播種日期，使水稻抽穗揚花期避開高溫?zé)岷Χ喟l(fā)時段。近53年安徽省江淮地區(qū)極端最高氣溫呈顯著上升趨勢（P<005），增幅為0.15 ℃/10 a。關(guān)于最高氣溫形成原因，程炳巖等[26]通過對重慶地區(qū)最高氣溫研究發(fā)現(xiàn)，最高氣溫的變化與南方濤動（Southern Oscillation，SO）關(guān)系密切，在SO偏強時，重慶地區(qū)最高氣溫偏高，在SO偏弱時則相反。

（3）高溫?zé)岷υ绲井a(chǎn)量結(jié)構(gòu)要素的影響研究表明，高溫?zé)岷θ諗?shù)與結(jié)實率、千粒重均呈顯著的負相關(guān)關(guān)系，其中以對結(jié)實率影響最為顯著，這與多數(shù)學(xué)者的研究結(jié)論較為一

致[16，27-30]。筆者僅從高溫日數(shù)方面討論了高溫?zé)岷λ井a(chǎn)量結(jié)構(gòu)要素的影響，但霍治國等[31]分析指出，在實際生產(chǎn)中高溫往往與低濕相伴出現(xiàn)，共同影響結(jié)實率。馬曉群等[16]、岳偉等[24]研究表明，不僅高溫對水稻結(jié)實率、千粒重有明顯影響，高溫日夜間低溫對水稻的影響也不容忽視。因此，關(guān)于如何建立最高氣溫、最低氣溫、濕度、風(fēng)速等多因素綜合性的高溫?zé)岷χ笜?biāo)，還有待進一步研究。

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