廣西南部地區6縣（市）水稻高溫熱害災損變化及應對策略

孫 雯 ，王 月，2

（1.廣西師范大學環境與資源學院，廣西 桂林 541004；2.巖溶生態與環境變化研究廣西高校重點實驗室/珍稀瀕危動植物生態與環境保護教育部重點實驗室，廣西 桂林 541004）

【研究意義】廣西西江流域所在的華南稻區是我國水稻種植的重要地域，2016年該區域早稻播種面積和產量分別占全國的15.7%、16.2%，晚稻播種面積和產量分別占全國的15.1%、13.9%［1］。但由于該地區高溫多雨，尤其是廣西南部地區夏季炎熱高溫，對水稻后期的生長發育產生影響，威脅糧食產量，更給整個華南地區的糧食安全帶來風險［2-3］。近年來，由于城市化占用耕地以及更換種植作物等因素影響［2］，廣西南部地區的水稻種植面積呈逐年下降趨勢［1］。此外，全球氣候變暖，極端高溫事件不斷增加［4］，水稻產量與種植面積均受到巨大影響，糧食產量面臨嚴峻威脅。高溫熱害已成為制約廣西南部地區水稻產量最重要的氣象災害之一［5］，因此，如何最大程度地規避高溫、保證糧食產量穩定是廣西南部地區農業種植亟待解決的關鍵問題之一?！厩叭搜芯窟M展】以往研究多集中于單個致災因子（如溫度）對水稻產量的影響［6-16］，注重分析在高溫脅迫下各耐熱性不同的水稻各生長期的生長狀況［7-8］，研究水稻高溫熱害的發生機理［9-10］，以及高溫的強度與持續時間對水稻灌漿期水稻結實率的影響［11-12］等。從研究領域看，前人研究多集中于江淮流域等，對西江流域尤其是廣西南部地區的高溫熱害對水稻災損的影響分析較少?！颈狙芯壳腥朦c】借鑒前人在江淮流域構建的高溫熱害綜合指數方法，考慮到資料的可獲取性，選取廣西南部地區典型的6個縣（市）為研究區域，通過驗證與修正該指數在研究內的有效性，分析研究區域內雙季稻的高溫熱害災損的時空分布狀況，為穩定雙季稻產量提供科學參考?！緮M解決的關鍵問題】通過廣西南部地區6個縣（市）的早稻及晚稻所受高溫熱害情況的時空分布特征，結合研究區域高溫氣候事件的持續時間、頻率的變化規律，重點解決高溫影響下的水稻熱害災損的響應問題；借鑒華南稻區其余種植雙季稻區域規避高溫熱害的成功經驗，結合研究結果有針對性地對廣西南部地區雙季稻種植提出合理化建議，以規避該自然災害帶來的產量變化以及不必要的損失，獲得收益最大化，保證研究區域內的雙季稻的產量，確保糧食安全。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

由于數據資料的有限性，選取北流市、靈山縣、鐘山縣、桂平市、武鳴縣和上思縣作為典型區域進行研究。廣西南部地區的水稻種植主要以雙季稻為主，早稻生育關鍵期為5月中下旬至6月下旬，晚稻則為8月中上旬至10月下旬，易受高溫熱害的影響。1980—2011年廣西南部地區6縣（市）歷年早稻、晚稻產量和播種面積數據來自種植業管理司，廣西南部地區地面氣象觀測站1980—2011年逐日平均氣溫、最高氣溫數據來自中國氣象局國家氣候中心。氣象災害統計資料則來自于《中國氣象災害大典（廣西卷）》。

1.2 試驗方法

1.2.1 水稻高溫熱害綜合指數 水稻抽穗開花期的適宜溫度為24～29℃，若超過此范圍，則脅迫溫度越高，結實率越低，呈S型曲線非線性分布［13］。故在最高氣溫持續天數和危害熱積溫兩個因子的基礎上，利用Logistics方程構建水稻高溫熱害綜合指數來描述水稻受高溫影響的結果，具體計算公式如下［14-15］：

式中，Hi為指危害熱積溫，是第i次高溫過程日中，最高溫度超過35℃部分之和；di為第i次高溫天數；n為高溫過程總次數；α、β、γ、λ為Logistic曲線方程系數［15］。

廣西南部地區所屬的華南稻區位于長江以南，借鑒前人的研究成果［5-6］，本研究將水稻高溫熱害等級作以下劃分，見表1。

表1 水稻高溫熱害等級Table 1 Grades of high temperature damage to rice

1.2.2 水稻減產率 參考謝志清等［15］的相關研究成果，水稻減產率計算方法如下：

式中，Yd為減產率，Y為實際產量，Yt為趨勢產量，是當年前5年的平均產量［15］。以減產率大于3%的年份［16］作為受高溫熱害影響的年份，以排除降水、人為影響等非高溫因素造成水稻產量減少的年份。

1.2.3 時間序列趨勢以及突變點分析 基于Chow檢驗的最優兩分段建模算法［17］，將時間序列以線性形式表示為相鄰的兩段線段簇，以表達結構在預先給定的時點是否發生變化，分界點為檢驗是否已發生結構變化的檢驗時點。計算公式：

式中，Y為時間序列，n為時間序列的長度，k1，k2，...，kn為時間序列的轉折點，m為線段的長度，a11，a21，...，am1為一段時間內線段的斜率及增長率［17］。

2 高溫熱害綜合指數有效性檢驗及雙季稻高溫熱害災損時空分布

2.1 廣西6縣（市）高溫特征

從表2可以看出，1980—2011年，廣西南部地區的高溫（≥35℃）時段主要集中在6—9月，以北流市、靈山縣、鐘山縣、桂平市、武鳴縣和上思縣為例，高溫多發生于7—8月，且廣西中部地區（如武鳴縣、桂平市、鐘山縣等）高溫天數較多，南部及沿海地區（如靈山縣、北流市、上思縣）較少。

表2 廣西南部地區6縣（市）6—9月平均高溫日數Table 2 Monthly mean high temperature days from June to September in southwest Guangxi

2.2 水稻高溫熱害綜合指數有效性檢驗

華南稻區的早稻生育關鍵期為5月15日—6月30日，晚稻則為8月16日—10月30日。利用Pearson檢驗法，分析1980—2011年早、晚稻在生育關鍵期的高溫熱害綜合指數及其與減產率的相關性的空間分布，結合農業歷史災情統計資料，檢驗高溫熱害綜合指數反映廣西南部地區6縣（市）雙季稻受高溫熱害影響的能力。

結果表明，無論是早稻還是晚稻，廣西南部地區的高溫熱害綜合指數及其與減產率呈負相關關系，其中，上思縣的早稻相關系數小于-0.5（通過α=0.05的顯著性檢驗）。負相關顯著的區域與減產率較高的區域基本對應（圖1）。以1985年為例，水稻總受災面積達87.63萬hm2，研究范圍內的6個縣（市）內，早稻的減產率與高溫熱害綜合指數的相關系數為-0.512，晚稻的值為-0.524，但未通過顯著性檢驗。因此，該指數可以很好反映廣西區內雙季稻生育關鍵期受高溫熱害影響產生的災損情況及其時空分布規律。

6個縣（市）中，上思縣的相關系數較小，且負相關性顯著。廣西地區南北東西跨度大，地貌地形狀況復雜，氣候水平方向上有所差異。上思縣氣候溫暖，熱量充足，光照資源豐富，且雙季稻生育關鍵期長，易受到高溫的影響，引起產量的增減變化。而桂平市和靈山縣等中部地區，熱量和光照資源則比較充足，受高溫脅迫少，其熱量資源能夠滿足生長發育需要。

圖1 1980—2011年早稻減產率平均值（A）、晚稻減產率平均值（B）、 早稻減產率與高溫熱害綜合指數相關系數空間分布（C）、晚稻減產率與高溫熱害綜合指數的相關系數空間分布（D）Fig.1 The average of reduction rate of early rice（A）, the average of reduction rate of late rice（B）,spatial distribution of correlation coefficient between reduction rate and high temperature damage index of early rice（C）, spatial distribution of correlation coefficient between reduction rate and high temperature damage index of late season rice（D）during 1980—2011

2.3 1980—2011年雙季稻高溫熱害災損時空分布

從圖1A、圖1B及表3可以看出，6個縣（市）中，上思縣的早稻減產率大于10%，而晚稻減產率大于20%，是雙季稻受到高溫熱害影響的關鍵地區。鐘山縣的早稻減產率大于16%，晚稻減產率大于10%，其他各縣的雙季稻減產率也在10%左右。1980—2011年上思縣所有年份的減產率中，共有32次大于3%。其中，早稻種植中，20世紀80年代有4次，平均減產率為7%，20世紀90年代減產率沒有高于3%，21世紀初有11次，平均減產率22.4%；在晚稻種植中，20世紀80年代有6次，平均減產率為17.6%，20世紀90年代有1次，平均減產率為3.6%，21世紀初有8次，平均減產率為22.1%?？梢?1世紀初是雙季稻高溫熱害多發時期。

利用基于Chow檢驗的最優兩分段建模算法，檢驗雙季稻高溫熱害綜合指數的線性變化趨勢和突變點特征。結果表明，早稻的高溫熱害綜合指數在1988年發生突變轉折（通過了α=0.05的顯著性檢驗），1980—1988年的高溫熱害綜合指數波動上升，1989年突降至0.012，而1989—2011年數值緩慢上升，線性趨勢不顯著，呈現以年代際波動上升為主（圖2A點虛線）。21世紀初的高溫熱害綜合指數最高，平均達到0.019。20世紀80年代的高溫熱害綜合指數最低，平均為0.012。晚稻的高溫熱害綜合指數則在1980—1989年緩慢波動上升，1990年突增至1.87，但并未通過顯著性檢驗。除了1992年達0.7、1998年達0.5、2000年達0.2、2009年達0.5外，其余年份都在0.002上下浮動，線性變化趨勢不顯著（圖2B實線）。

表3 1980—2011廣西6縣（市）雙季稻減產率（%）Table 3 Reduction rate of double cropping rice in six counties(cities) of Guangxi during 1980—2011

圖2 1980—2011年水稻高溫熱害綜合指數變化趨勢（A為早稻，B為晚稻）Fig.2 The trend of changes of comprehensive high temperature damage index during 1980—2011 (A: early rice, B: late rice)

除高溫影響外，其余因素也可對水稻的產量造成影響。如上思縣位于廣西地區西南部，夏季主要受熱帶和副熱帶海洋氣團控制，加上附近山地地形影響，全年多東北風，夏季受東南氣流影響，故形成炎熱時間長，易發生水稻的高溫熱害。且上思縣所屬的防城港市地帶性土壤類型主要是磚紅壤，富含鐵和鋁，粘性較大，呈紅色、酸性［19］。土壤酸化會影響土壤有效養分供給［20］，從而對水稻正常發育產生危害影響。

1980—2008年廣西地區的雙季稻種植面積約為110萬hm2，整體呈逐漸下降趨勢，越往后下降趨勢越快。其中，在2006年之前，雖然呈緩慢下降趨勢，但種植面積穩定在110萬hm2左右，而2006年之后種植面積小于100萬hm2。結合現有的縣域水稻減產率數據進行比較，2005年之后的減產率有一定程度的增加。從空間分布來看，靠近南部的4個縣（桂平市、靈山縣、北流市、武鳴縣）種植面積要明顯大于北部。而1980—2000年，高溫熱害綜合指數與受災面積呈正相關，相關系數為0.3，沒有通過α=0.05的顯著性檢驗。從時間序列上看，廣西近32年的高溫熱浪的頻次和高溫熱浪強度均呈現上升趨勢，雖然廣西發生高溫熱浪的次數較少，但是高溫熱浪強度差距卻很大。因此，廣西南部地區的高溫熱浪具有頻次低但強度大的特點。研究結果表明，廣西南部地區遭受高溫熱害時，容易造成水稻較大面積受害的風險。

3 雙季稻高溫熱害應對策略

3.1 調整播種期規避高溫時段

統計資料顯示，1980—2011年廣西區上思縣等6個縣（市）的高溫時段無明顯變化，主要集中在6月24日—9月8日，高溫比例大于20%。7月14日—8月30日的高溫比例超過30%，最高處可達58.3%。而在9月28日后，高溫比例低于10%。其中，20世紀80年代以及21世紀初偏高，20世紀90年代則偏低。尤其21世紀，在雙季稻生育關鍵期內，高溫出現比例高于30%，嚴重危害雙季稻的正常生長。

由圖3可知，1980—2011年廣西南部地區高溫集中時段無明顯變化，為調整播種時間提供了條件。因早稻的生育關鍵期內高溫比例未超過20%，故應集中關注晚稻播種時期的調整工作。同為華南稻區的廣東省曾有推遲了晚稻播種期產量反而增加的成功案例。根據相關研究成果［18］，一期在7月23日播種的晚稻，分蘗期在8月底，拔節乳熟期則推遲到9月中上旬，剛好避開了高溫高度集中時段。與6月25日播種的晚稻相比，這期晚稻的產量平均提高了18.17%。因此，廣西南部地區可以借鑒廣東省，在南部地區進行試驗后進行全區推廣，稍為推遲晚稻的播種日期，避開高溫集中的時段，規避高溫熱害帶來的災損情況，以保證獲取正常產量。還可以培育中晚熟品種，配合播種期的推后。

圖3 1980—2011年廣西南部地區6縣（市）逐日高溫發生比例Fig.3 Proportions of daily high temperature in six counties of southwest Guangxi during 1980—2011

3.2 適當適時添加肥料或植物調節劑預防或減輕災損

在水稻生長的不同生長期，分別人工添加或減少一定量的氮磷鉀肥［21-23］，可以有效增強水稻的抗高溫熱害能力，增加結實率以及粒重。在已受到災害且受害較輕的田地，在破口期前后，可追加一次穗粒肥，如30～45 kg/hm2的尿素［22］。同時，可在葉片上噴灑水楊酸、油菜素內酯、亞精胺等植物調節劑，緩解高溫熱害帶來的產量減少情況［24］。但是，一定要在花前進行噴施，相應的化學作用才會起緩解作用，若已經遭遇高溫則作用不大［25］。或者噴灑一些元素，如硅元素等，在適宜的噴灑濃度下，可以有效減緩高溫帶來的水稻結實率低的減產效應［26］。

4 討論

基于Logistic模型的高溫熱害綜合指數［15］在西江流域的廣西南部地區也同樣適用，可通過Logistics模型簡便又有效的評估水稻高溫熱害的時空分布關系，為在更大范圍內推廣這種利用氣象數據定量評價水稻所受高溫熱害災損情況的方法做了鋪墊。

由于農業數據及氣象災害數據獲取的有限性，本研究僅為初探，且研究范圍小而片面，雖不能完全代表全區或是全流域的水稻高溫熱害的災損情況，但亦能為其他區域的相關研究提供參考。希望在今后研究中，在更齊全的數據資料基礎下，對整個流域或區域的縣域水稻高溫熱害災損情況，進行更全面細致的分析研究。

5 結論

廣西南部地區的雙季稻高溫熱害各有不同。其中，上思縣的雙季稻減產率最大，是雙季稻受到高溫熱害影響的關鍵地區。從時間序列上看，早稻受高溫熱害最低的時間段在20世紀90年代，強度最高的在21世紀初。且20世紀90年代以后增長緩慢，以年際波動為主。晚稻受高溫熱害的程度整體都不高，除了1990年數值特別高以外，基本上沒有劇烈波動。廣西區的高溫集中時段是在6月24日—9月8日，達到了20%以上，9月8日以后高溫出現比例都低于10%。高溫集中出現的時間段是晚稻的生育關鍵期。

考慮到高溫熱害的集中時間變化規律，規避早稻、晚稻高溫熱害的方法不盡相同。早稻可以在前期使用施加肥料或者噴施植物調節劑進行規避。晚稻則可以借鑒廣東省的實驗結果，適當推遲播種期，在7月底左右播種，保證生育關鍵期在安全溫度范圍，或者還可以培育中晚熟品種以配合推遲播種期所帶來的生長變化。