2013年持續高溫對江蘇省水稻生產的影響

張佩 于庚康 徐敏 任義方 高蘋

摘要：根據江蘇省69個氣象臺站1961—2013年6月下旬至11月上旬的常規氣象資料，統計分析2013年水稻各生育期及高溫時段的光溫水特征，深入研究氣象因子對水稻產量構成因素的影響。結果表明，2013年夏季持續高溫少雨對水稻生長有利有弊，雖然穗粒數、結實率、千粒質量都有所下降，但前期持續高溫天氣有利于水稻分蘗發生與成穗，單位有效穗數較2012年大幅增加，產量構成4因素中呈“一增三減”特點;從品種而言，生育期偏早的秈稻較粳稻受害程度更大，大面積粳稻抽穗揚花期避開了極端高溫時期，產量所受影響較小;從區域而言，淮北地區的水稻生產受害程度更大。

關鍵詞：2013年;持續高溫少雨;水稻;影響分析

中圖分類號： S162.5+3? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0225-05

收稿日期：2017-11-09

基金項目：公益性行業（氣象）科研專項（編號：GYHY201306035）;江蘇省氣象局開放基金（編號：K201005、KM201404、K201304）;江蘇省氣象局青年科研基金（編號：Q201517）。

作者簡介：張 佩（1984—），女，安徽蕪湖人，碩士，高級工程師，主要從事農業氣象災害研究。E-mail：78073954@qq.com。

通信作者：高 蘋，正研級高級工程師，主要從事應用氣象領域研究。E-mail：571086340@qq.com。

水稻作為一種原產熱帶和亞熱帶的喜溫作物，其各個生育階段都有一定的適宜溫度范圍，當氣溫超過這個范圍時，就不利于其生長發育，過高的溫度，會對水稻的生長發育和產量、品質形成過程造成較嚴重的危害。關于水稻高溫熱害的研究，國內外已有不少[1-9]，高溫可引起花而不實，這是因為高溫傷害雄蕊，導致花粉失水不開裂，或破壞代謝過程，從而使花粉生活力和總量、發芽的花粉量減少，最終導致花粉不萌發或畸形，表現為空殼粒增多，結實率下降。水稻的整個生長發育過程中，高溫熱害對開花期、穗發育期影響程度最嚴重，灌漿期次之，營養生長期最小，對應的產量構成因素，則表現為對結實率影響最大，其次為每穗粒數、千粒質量，株穗數最小。

任義方等對全國水稻生產調研后發現，近年來我國江淮稻區水稻高溫熱害發生概率日益加大[10]。2013年7月上旬至8月中旬，江蘇省出現了一段持續的高溫少雨天氣，其間平均氣溫、平均高溫日數都是1961年以來最高值，日照時數偏多的程度不如高溫日數和最高氣溫明顯，也為21世紀以來最多值，同時伴隨降水持續偏少，淮河以南大部分地區出現了中度以上的干旱。有關長江中下游一季稻高溫熱害風險的研究已有較多報道，且已得到較為成熟一致的結論[11-13]，即長江中下游水稻高溫熱害主要發生在抽穗揚花期，其中，江蘇省水稻高溫熱害高發區主要分布在淮河以南地區。

由于江蘇省大面積水稻以粳稻為主，生育期相對秈稻偏遲，江蘇省水稻發生高溫熱害生育時段與其他省份有所不同。因此，本研究首先探究了江蘇省水稻高溫熱害發生的時空分布規律。另外，2013年江蘇省水稻高溫熱害高發的淮河以南地區受害程度卻輕于淮北地區，具有典型性，筆者將2013年高溫時段的氣候特征及氣候成因與水稻生長實際相結合，詳細剖析2013年高溫對各產量構成因素的影響，最終得到不同水稻品種、生育階段和地域對高溫的響應，以期為指導今后水稻生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

氣象資料來源于江蘇省69個氣象臺站1961—2013年6月下旬至11月上旬的常規氣象資料，用于統計分析2013年水稻各生育期及高溫時段的光溫水特征及各產量因素與光溫水的關系。

產量資料為2012—2013年共36個縣（區）水稻單產數據，來自江蘇省地方統計調查局，產量構成因素數據來自江蘇省作物栽培站。

1.2 試驗方法

1.2.1 江蘇省水稻高溫熱害指標確定 根據江蘇省農業科學院資源與環境研究所及農業生物技術研究所的研究人員近幾年的試驗研究[14]，以及近年來全省各地水稻發生高溫熱害的實際調查結果表明，江蘇省一季稻高溫熱害以日最高氣溫≥35 ℃、日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上日數作為高溫熱害指標。

1.2.2 常年值 在進行2013年夏季持續高溫的氣候特征分析時，所用常年值為1981—2010年氣候資料統計平均值（xi）。

xv=130∑30i=1xi。

式中：xi為1981—2010年逐年各統計要素的值。

1.2.3 選取對照年，進行歸一化處理 水稻品種不同，其產量結構的特征量也不同，在分析2013年夏季高溫對水稻產量結構影響的過程中，為了去除品種差異對分析結果的影響，本研究對各縣產量結構的值進行了歸一化處理，即選取臨近的無災年——2012年（該年份水稻生長期間基本無任何災害發生，單產創新高）作為對照年。同樣，對參與分析的各氣象要素進行了相同處理。

1.2.4 選取各縣（區）作為分析樣本 歷年水稻生長發育過程中的氣象條件各異，遭遇高溫的程度也不同，甚至有的年份多種災害均有發生，則分析高溫對水稻產量影響，不可簡單的將歷年資料進行縱向比較分析。筆者將36個縣（區）作為分析樣本，先將36個縣（區）產量結構資料及對應的氣象資料進行歸一化處理，以36個縣（區）歸一化處理后的氣象資料為自變量，歸一化處理后的產量資料為因變量，具體分析2013年高溫對江蘇省水稻各產量結構的影響程度。

1.2.5 數據處理與分析 數據處理和分析采用Microsoft excel軟件，氣象因子分布圖采用ArcGIS軟件制作。

2 結果與分析

2.1 2013年夏季持續高溫的氣候特征

2013年夏季江蘇省出現了4段持續性、大范圍高溫天氣分別為7月1日至4日、7月8日至12日、7月17日至20日、7月23日至8月18日，全省平均氣溫、平均高溫日數均為1961年以來同期最高，同時，沿江蘇南地區有多個臺站極端最高氣溫達到建站以來極值。

2013年7月1日至8月18日江蘇省日平均氣溫比常年偏高3.3 ℃，淮北地區的日平均氣溫為29.6 ℃，比常年偏高2.7 ℃（圖1-A）。全省共有27站最高氣溫創該站歷史新高。2013年極端最高氣溫之高，最高氣溫創歷史新高站數之多，均屬歷史罕見。

從累計高溫日數（圖1-B）來看，2013年7月1日至8月18日，全省≥35 ℃高溫日數為6～43 d，全省平均高溫日數為30 d，較常年同期（8 d）明顯偏多，為1961年以來全省平均高溫日數最多的一年，超過1966年的17 d。從歷史資料分析來看，全省共有34個站累計高溫日數超本站歷史記錄。持續高溫日數異常偏長，全省有26個站持續高溫日刷新該站歷史記錄。

2.2 2013年水稻各生育期氣象因子特征

為了分析2013年異常氣候對水稻生長的影響，筆者將2013年水稻分蘗期、拔節期、孕穗期、抽穗揚花期、灌漿乳熟期的光溫水特征與2012年、常年值進行對比分析，由表1可知，從熱量條件來看，2013年水稻生長中后期的總積溫較2012年、常年均明顯偏高，尤以孕穗期最為明顯;從光照條件來看，2013年水稻生長期間總體表現為高光照少陰雨，且日照時數比總積溫較2012年、常年偏多的程度更大，同樣也是孕穗期偏多程度最大;從水分條件來看，2013年在水稻拔節期至抽穗揚花期間降水持續偏少，雖然灌漿乳熟期降水偏多，但主要是因為9月下旬淮北、10月上旬沿江蘇南東部分別出現強降水過程，其他時段仍然少降水。

2.3 2013年江蘇省產量構成因素

2.3.1 單產水平 從表2可以看出，從單產來看，2013年江蘇省全省水稻平均單產為604.60 kg/667 m2，較2012年的60710 kg/667 m2減2.50 kg/667 m2。分區域看，蘇南、蘇中、蘇北水稻平均單產分別為611.05、622.90、594.16 kg/667 m2，分別較2012年增1.83 kg/667 m2、減0.31 kg/667 m2、減480 kg/667 m2。分品種類型看， 江蘇全省秈稻、 粳稻、 糯稻平均單產分別為559.40、611.70、587.70 kg/667 m2，分別較2012年的565.60、614.10、586.30 kg/667 m2減6.20 kg/667 m2、減2.40 kg/667 m2、增 1.40 kg/667 m2。

2.3.2 產量構成 從表3可以看出，從產量構成因素來看，2013年江蘇省水稻平均穗數為22.92萬穗/667 m2，較上年增加0.75萬穗/667 m2，增加3.68%;平均穗粒數為122.56粒/穗，較上年減0.38粒/穗;平均結實率為91.44%，較上年減0.49百分點;平均千粒質量為27.00 g，較上年減0.14 g。其中，粳稻的穗數、穗粒數、結實率、千粒質量分別為23.45萬穗/667 m2、118.98粒/穗、92.12%、27.00 g，分別比2012年增0.77萬穗/667 m2、減0.45粒/穗、減0.52百分點、減 0.13 g;秈稻的穗數、穗粒數、結實率、千粒質量分別為 15.45萬穗/667 m2、172.62粒/穗、76.70%、27.07 g，分別比2012年減0.44萬穗/667 m2、增1.61粒/穗、減571百分點、增0.10 g。從產量構成因素看，粳稻單產受影響較小主要是由于單位面積穗數的增加，秈稻產量降低主要是由于結實率大幅降低導致。

2.4 2013年水稻高溫熱害成因分析

2.4.1 穗數與氣象因子 穗數是產量構成因素中形成最早、最活躍的因素，也是穗粒數、結實率和千粒質量形成的基礎。在基本苗已確定后，穗數的形成則主要由單株有效分蘗決定。因此，分蘗拔節期的氣象條件對穗數的形成尤為重要，孕穗期則是穗數的鞏固階段。由表4可知，穗數與分蘗-孕穗期間各階段積溫、日照和降水的相關分析可看出，穗數與分蘗-孕穗期間各階段積溫、日照呈正相關，其中與積溫的相關性達到了0.01置信度水平（P0.01=0.412 8），與6月下旬至8月下旬（即分蘗-孕穗期）日照的相關性也達到了0.01置信度水平，與6月下旬至7月中旬（即分蘗期）、6月下旬至8月上旬（即分蘗-拔節期）日照的相關性達到了0.05置信度水平（P0.05=0.320 2）;穗數與分蘗-孕穗期間的降水呈負相關，其中與分蘗期降水的相關性達到了0.05置信度水平。

從2013年的實際情況來看，水稻分蘗拔節期（6月下旬至8月上旬）總積溫、日照偏多，降水偏少，有利于水稻分蘗成穗，穗數普遍較2012年有所增加。

2.4.2 粒數與氣象因子 水稻粒數是由分化穎花數和退化穎花數決定的。其中，分化穎花數與秧苗和莖稈的粗壯程度密切相關，因此，從秧田開始的營養生長期對粒數都有影響，其中分蘗期是粒數的奠定階段，孕穗期則是粒數的決定階段。由粒數與分蘗-孕穗期間各階段積溫的相關分析可看出，粒數與分蘗-孕穗期間各階段積溫呈負相關，其中與分蘗期、分蘗期至拔節期、分蘗期至孕穗期的相關性達到了0.01置信度水平，與7月下旬至8月下旬（即拔節孕穗期）的相關性達到了0.05置信度水平（表5）。

為進一步探討2013年夏季高溫對粒數的影響，筆者分析8月中下旬（即孕穗期）的積溫和8月上中旬（主要高溫時段）大于35 ℃的高溫日數與粒數的關系，結果見圖2。從圖2

可以看出，粒數與8月中下旬的總積溫呈二次函數的關系，相關性通過了0.01置信度水平檢驗，函數為

由此公式得到，當2013年8月中下旬總積溫與2012年8月中下旬總積溫的比值小于1.087 5時，粒數隨積溫的升高而增多，當比值大于1.087 5時，粒數隨積溫的升高而減少。

粒數與8月上中旬大于35 ℃的高溫日數（由于2012年8月上中旬的高溫日數部分站點為0，因此不能使用2013年與2012年的比值，本研究使用的是2013年與2012年的距平值）呈負相關，相關性也通過了0.01置信度水平檢驗，函數為

由此公式可看出，2013年主要高溫時段（8月上中旬）大于35 ℃高溫對水稻幼穗發育影響較大，大于35 ℃高溫日數越多，粒數越少。

通過分析粒數與分蘗-孕穗期間各階段日照、降水的關系（表6）發現，粒數與日照呈負相關，其中與6月下旬至8月下旬（即分蘗-孕穗期）的相關性達到了0.05置信度水平;粒數與降水的相關趨勢不顯著。

2.4.3 結實率與氣象因子 在水稻產量構成因素中，結實率支配作用最強，即水稻產量的豐歉很大程度取決于結實率的高低。抽穗揚花期是結實率的決定階段。從圖3可以看出，結實率與8月下旬至9月上旬（即抽穗揚花期）總積溫呈二次函數關系，相關性通過了0.01置信度水平檢驗，函數為

進一步分析結實率與8月中旬平均最高氣溫的關系，結實率與8月中旬平均最高氣溫呈二次函數關系，相關性也通過了0.01置信度水平檢驗，函數為

由此可看出，在一定的范圍內，結實率隨抽穗揚花期熱量條件的增加而增加，但當溫度過高時，易出現花粉敗育，花而不實，形成空殼粒，結實率反而出現下降。

2.4.4 千粒質量與氣象因子 灌漿乳熟期是水稻千粒質量的決定階段。通過分析千粒質量與9月中旬至10月中旬（即灌漿乳熟期）的積溫、日照及降水的關系（圖4），可知千粒質量與積溫關系不明顯，與日照呈正相關的關系，相關性通過了 0.05 置信度水平檢驗，函數為

進一步分析千粒質量與降水的關系，結實率與灌漿乳熟期的降水呈負相關的關系，相關性也通過了0.05置信度水平檢驗，函數為

3 討論與結論

江蘇省水稻高溫熱害更多的發生在拔節至孕穗期，抽穗揚花期發生較少，這不同于長江中下游其他省份。從發生區域來看，高溫熱害的常發區主要分布在淮河以南地區，尤以寧

鎮揚丘陵地區為重;從各年代際間發生次數的變化來看，進入21世紀以來江蘇省水稻出現高溫熱害的趨勢正在增加。

2013年江蘇省水稻生產遭遇幾十年未遇的高溫熱害天氣，雖然穗粒數、結實率、千粒質量都有所下降，但前期持續高溫天氣有利于水稻分蘗發生與成穗，單位面積有效穗數較2012年大幅增加，產量構成4因素中呈“一增三減”的特點。

從品種而言，生育期偏早的秈稻較粳稻受害程度更大，尤其是對正處于抽穗揚花期的淮北沿運地區和丘陵缺水地區的雜交秈稻及一些熟期較早的早熟中粳影響較大（如六合區、儀征市、盱眙縣、金湖縣、宿豫區、宿城區、銅山區等地），出現花粉敗育，花而不實，形成空殼粒，結實率下降5%～10%。據典型調查，盱眙全縣4.33萬hm2秈稻近1/3面積受災，受害嚴重的田塊結實率降低30%;儀征市有0.33萬hm2受害雜交秈稻，結實率下降20%。

江蘇省大面積粳稻抽穗揚花期集中在8月下旬至9月上旬，避開了極端高溫時期，對其產量影響較小。且高溫干旱對兩遷害蟲如褐飛虱、稻縱卷葉螟等的發生有一定程度的抑制作用。

從區域而言，江蘇省的粳稻主要有中熟中粳、遲熟中粳和早熟晚粳三大類，其中中熟中粳的生育期最早，它們主要分布在淮北及蘇中地區，再加上生育期更早的秈稻也是分布在淮北的淮安市、宿遷市、徐州市和寧鎮揚丘陵地區。因此，淮北的水稻生產受害程度更大。

總的來看，2013年夏季持續高溫少雨對水稻生長有利也有弊。其中，7月上旬、7月下旬晴熱高溫天氣對大田作物生長利大于弊，尤其有利于水稻分蘗期水漿管理，適時適期擱田控苗，促進分蘗，同時有利于控制群體旺長，構建適期夠苗的中期群體，表現在2013年水稻穗數普遍較足。但8月上中旬持續35 ℃以上極端高溫天氣對生育進程正處于孕穗至抽穗期的水稻花粉母細胞形成和后期授精結實不利，且物質消耗大，造成后期空秕粒增加，影響粒數和結實率，最終影響產量。

2013年江蘇省水稻受害程度大的區域并未發生在溫熱害的高發區——淮河以南地區，而是在淮北地區。因此，水稻高溫熱害的研究不僅要注重發生風險，也應關注災害損失。因此，今后應加強水、高溫熱害損失程度的研究。

參考文獻：

[1]江 敏，金之慶，石春林，等. 長江中下游地區水稻孕穗開花期高溫發生規律及其對產量的影響[J]. 生態學雜志，2010，29（4）：649-656.

[2]雷東陽，陳立云，李穩香，等. 雜交水稻抽穗揚花期高溫對結實率及相關生理特性的影響[J]. 雜交水稻，2006，21（3）：68-71.

[3]李訓貞，梁滿中，周廣洽，等. 水稻開花時的環境條件對花粉活力和結實的影響[J]. 作物學報，2002，28（3）：417-420.

[4]徐海波，王光明，隗 溟，等. 高溫脅迫下水稻花粉粒性狀與結實率的相關分析[J]. 西南農業大學學報，2001，23（3）：205-207.

[5]張桂蓮，陳立云，雷東陽，等. 水稻耐熱性研究進展[J]. 雜交水稻，2005，20（1）：4-8.

[6]羅麗華，劉國華，肖應輝，等. 高溫脅迫對水稻花粉和小穗育性及稻谷粒重的影響[J]. 湖南農業大學學報（自然科學版），2005，31（6）：593-596.

[7]Boote K J，Pickering N B，Baker J T，et al. Modeling leaf and canopy photosynthesis of rice in response to carbon dioxide and temperature[J]. International Rice Research Notes，1994，19：47-48.

[8]謝曉金，申雙和，李秉柏，等. 抽穗期高溫脅迫對水稻開花結實的影響[J]. 中國農業氣象，2009，30（2）：252-256.

[9]包云軒，劉 維，高 蘋，等. 氣候變暖背景下江蘇省水稻熱害發生規律及其對產量的影響[J]. 中國農業氣象，2012，33（2）：289-296.

[10]任義方，高 蘋，王春乙. 江蘇高溫熱害對水稻的影響及成因分析[J]. 自然災害學報，2010，19（5）：101-107.

[11]謝志清，杜 銀，高 蘋，等. 江淮流域水稻高溫熱害災損變化及應對策略[J]. 氣象，2013，39（6）：774-781.

[12]杜子璇，劉 靜，劉偉昌. 基于信息擴散理論的長江中下游地區高溫熱害風險分析[J]. 氣象與環境科學，2012，35（2）：8-14.

[13]張 倩，趙艷霞，王春乙. 長江中下游地區高溫熱害對水稻的影響[J]. 災害學，2011，26（4）：57-62.

[14]王才林，仲維功. 高溫對水稻結實率的影響及其防御對策[J]. 江蘇農業科學，2004（1）：15-18.張 燕，高 翔，張 洪. 基于雙向因果關系探討道路對營養物產出的貢獻[J]. 江蘇農業科學，2019，47（5）：230-237.