高溫熱害對江西省早稻產量影響的定量分析

李迎春 帥細強 楊蓉 劉丹

摘要：按地理區域劃分，選取有代表性的9個縣級氣象臺站1981—2015年早稻產量、減產百分率、產量結構及對應的高溫指標即日平均氣溫≥30 ℃持續日數、日最高氣溫≥35 ℃持續日數，采用通徑分析法，定量分析高溫熱害對江西省早稻減產百分率及產量結構的影響。結果表明，江西早稻高溫熱害發生概率約為80%，造成減產百分率3%以上的年份為30%，且日最高氣溫比日平均氣溫影響大;高溫持續時間顯著影響早稻千粒重、空殼率和秕谷率，除南部及東部早稻千粒重受日最高氣溫影響權重大外，其余地區日平均氣溫對產量結構的影響權重大。

關鍵詞：早稻;減產百分率;產量結構;高溫逼熟;定量分析

中圖分類號：S161.2;S162.5+3? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）20-0079-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.20.017? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Quantitative analysis on influence of high temperature induced heat

damage on early rice yields in Jiangxi province

LI Ying-chun1，SHUAI Xi-qiang2，YANG Rong3，LIU-Dan1

（1.Jiangxi Institute of Meteorological Sciences，Nanchang 330096，China;2.Key Lab of Hunan Province for Meteorological Disaster Prevention and Mitigation，Changsha 410007，China;3.Ganzhou Meteorological Bureau of Jiangxi Province，Ganzhou 341000，Jiangxi，China）

Abstract： According to the division of geographic area， choosing observation data of early rice yields， percentage of output decrease， yield structure and corresponding high temperature parameter namely continuous days of daily mean temperature over 30 ℃ and daily maximum temperature over 35 ℃ from 9 representative meteorological stations at county-level from 1981 to 2015， and using the method of path coefficient analysis， the impacts of high temperature induced heat damage on percentage of output decrease and yield structure of early rice were quantitatively analysised. The results showed that the probability of high temperature stress in early rice in Jiangxi Province was about 80%， which was 30% when the percentage of production was reduced by more than 3%， and the daily maximum temperature had a greater impact than the daily average temperature. The high temperature duration significantly affected the 1 000-grain weight， empty shell rate， and unfulfilled grain rate of early rice. Except for the 1 000-grain weight， which was affected by the daily maximum temperature in southern and eastern rice， the daily average temperature of the rest of the region had a significant impact on the rice yield composition.

Key words： early rice; percentage of output decrease; yield structure; high temperature induced heat damage; quantitative analysis

高溫熱害是中國南方雙季水稻產區的主要農業氣象災害之一，影響水稻花粉活性、受精率和灌漿速率，從而影響產量和品質[1-8]。在全球氣候變暖背景下，江西省高溫熱害天氣出現越來越頻繁，持續時間也有延長趨勢，對早稻的影響逐漸突顯[1，2，6]，但高溫天氣對早稻產量影響的定量分析卻不多見。本研究選取婺源、余干、南昌、瑞昌、宜豐、蓮花、泰和、龍南、南康9個氣象部門長期觀測水稻產量、生物量的氣象臺站，統計自有規范記錄以來1981—2015年共30年9個農業氣象觀測站早稻產量、對應社會產量、產量結構（千粒重、空殼率、秕谷率）和對應時段的氣象資料，按高溫逼熟輕度、中度、重度指標[9-11]，采用通徑分析法[12]分析高溫對早稻減產百分率和千粒重、空殼率、秕谷率等產量結構因素的影響。

1? 資料與方法

1.1? 水稻產量與氣象資料

1981—2015年江西省1個國家級農業氣象試驗站（南昌縣）和8個農業氣象觀測站（婺源、余干、瑞昌、宜豐、蓮花、泰和、龍南、南康）早稻考種資料、5月20日至7月20日氣溫數據、對應社會產量。

1.2? 方法

減產百分率=[（當年產量-正常年份平均產量）/正常年份平均產量]×100%。正常年份是指氣象條件較有利于水稻生產的年份，當年水稻產量為平或豐。

本研究主要定量分析早稻高溫熱害期間減產百分率、產量結構（即通徑分析中的因變量）和高溫熱害因子（即通徑分析中的自變量）間的關系。高溫熱害因子為高溫熱害指標中的日平均氣溫≥30 ℃、日最高氣溫≥35 ℃兩個因子，兩個因子對早稻產量均有影響，但影響程度不一，且兩因子間存在相關關系，適用于通徑分析法。首先要對早稻產量結構數據、社會產量數據、高溫熱害數據的可分析性進行正態性檢驗，當滿足正態性或近似正態性的要求后，再用回歸分析法建立日平均氣溫≥30 ℃、日最高氣溫≥35 ℃兩個自變量與減產百分率、產量結構等因變量間的多元線性回歸方程：

Y=a0+a1X1+a2X2+a3X3+…+amXm

式中，ai是自變量Xi對因變量Y的偏回歸系數，由于偏回歸系數的量綱和自變量本身變異程度的不同，使偏回歸系數絕對值并不能準確反映相應自變量對因變量相對貢獻的大小。因此需要將各偏回歸系數標準化，即用相應自變量的標準差（δXi）與因變量的標準差（δY）之比乘以各偏回歸系數，所得標準化偏回歸系數P即為自變量Xi對因變量Y的直接通徑系數。自變量Xi通過其他相關變量對因變量Y的間接通徑系數等于相關變量的直接通徑系數乘以兩者的相關系數。

2? 結果與分析

2.1? 早稻高溫逼熟影響程度分析

早稻減產百分率統計比正常年份減產3%的年份;高溫逼熟指標按輕度（持續3～4 d）、中度（5～7 d）、重度（8 d以上）標準統計分別出現年數、單個指標出現年數、兩個指標同時出現年數，總年數為9站35年共315年，時段5月20日至7月20日。

細分的統計因子：A1，日平均氣溫≥30 ℃輕度出現年數;A2，日平均氣溫≥30 ℃中度出現年數;A3，日平均氣溫≥30 ℃重度出現年數;A4，日最高氣溫≥35 ℃輕度出現年數;A5，日最高氣溫≥35 ℃中度出現年數;A6，日最高氣溫≥35 ℃重度出現年數;A7，單出現日平均氣溫≥30 ℃的年數;A8，單出現日最高氣溫≥35 ℃的年數;A9，日平均氣溫≥30 ℃、日最高氣溫≥35 ℃同時出現年數;A10，未出現高溫逼熟的年數。

由表1可知，早稻日平均氣溫≥30 ℃輕度、中度、重度高溫熱害分別出現了98、72、64年，分別占總年數的31.1%、22.9%、20.3%;日最高氣溫≥35 ℃輕度、中度、重度高溫熱害分別出現了104、118、44年，分別占總年數的33.0%、37.5%、14.0%;說明日最高氣溫≥35 ℃熱害出現頻率比日平均氣溫≥30 ℃熱害出現頻率高。一年中單出現日平均氣溫≥30 ℃的熱害年數僅為13年，占總年數的4.1%，其中，單出現輕度8年，中度5年，重度未出現過;單出現日最高氣溫≥35 ℃的熱害年數為40年，占總年數的12.7%，其中，單出現輕度24年，中度12年，重度4年;兩個指標同時出現的年數為168年，占總年數的53.3%，未出現高溫逼熟的年數為61年，占總年數的19.4%。以上數據說明江西約每5年中僅1年不會出現高溫熱害天氣，且兩個指標多同時出現，單獨出現不多見;單出現日最高氣溫≥35 ℃的年數明顯多于單出現日平均氣溫≥30 ℃的年數，且多以輕度、中度危害為主，單出現重度熱害較罕見。

統計分析全省9站35年315個基于社會產量的早稻減產百分率，得出全省有63年早稻減產百分率在3%以上。由表1分析，對應日平均氣溫≥30 ℃輕度、中度、重度熱害的年數分別為23、21、19年，分別占總出現年數的23.5%、29.2%、29.7%;對應日最高氣溫≥35 ℃輕度、中度、重度熱害的年數分別為31、23、10年，分別占總出現年數的29.8%、19.5%、22.7%;減產率3%以上且單獨出現日平均氣溫≥30 ℃熱害的僅3年，說明若單出現這一熱害指標，無論輕重，對早稻產量幾乎無影響;減產率3%以上且單獨出現日最高氣溫≥35 ℃熱害的有13年，其中單在輕度熱害條件下16.7%的幾率造成減產3%以上，中度熱害條件下的幾率為58.3%，重度熱害條件下的幾率為50.0%。在兩個指標同時出現的條件下（不考慮輕中重影響組合），有47年早稻減產百分率3%以上，占兩個指標同時出現年數的28.0%，即若日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上且日最高氣溫≥35 ℃持續3 d以上，全省每10年約有3年造成早稻減產3%以上。

2.2? 高溫對早稻減產率的影響分析

受減產百分率3%以上且出現高溫逼熟天氣樣本數的限制，高溫逼熟對早稻減產率的影響分析按全省區域進行。統計日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上、日最高氣溫≥35 ℃持續3 d以上日數（分別以X1、X2表示，下同），出現但持續3 d以下的日數不統計，所以不是累計日數。

PXi=Xi的系數×（Xi的標準偏差/Y的標準偏差）。式中，PXi表示第i個指標對減產百分率的直接通徑系數;Xi表示第i個高溫逼熟指標;Y表示減產百分率或產量結構。

從表2可以看出，早稻減產百分率和日最高氣溫≥35 ℃持續3 d以上天數的偏斜度接近于0，說明這兩組數據近似滿足正態性要求，進行相關統計、回歸和通徑分析的結果可靠;而日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上天數的偏斜度低于0.5，遠大于0，數據的正態性分布不好，進行統計、回歸和通徑分析的結果可靠性將較差，這可能與樣本數較少有關，另一種可能是早稻減產與其他災害或非自然因素有關。

由表3可以看出，早稻減產百分率與日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上日數和日最高氣溫≥35 ℃持續3 d以上日數呈正相關。方差分析結果表明，達極顯著水平（F=137.95、Significance F=1.989E-12）;相關系數R=0.966，顯著水平的臨界值為0.513 9，極顯著水平的臨界值為0.641 1;表明日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上天數和日最高氣溫≥35 ℃持續3 d以上天數與早稻減產百分率相關性達極顯著水平。說明江西省早稻關鍵生育期間，日平均氣溫≥30 ℃、日最高氣溫≥35 ℃持續天數越多，對早稻產量影響越明顯。此外，日最高氣溫≥35 ℃持續3 d以上天數對早稻減產百分率的直接通徑系數為0.502，日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上天數對早稻減產百分率的直接通徑系數為0.440，說明日最高氣溫≥35 ℃持續3 d以上天數比日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上天數對早稻產量影響的貢獻大。

2.3? 高溫對早稻產量結構的影響分析

江西省高溫逼熟雖較嚴重，但受南北緯度差異、地形地貌、海拔高度等影響，不同區域高溫逼熟對水稻的影響有明顯差異，如地處贛東北的婺源和贛中南的泰和，海拔高度均為80 m左右，但早稻生育期間婺源年日平均氣溫≥30 ℃持續3 d以上日數僅為2.04 d，而泰和則高達11.48 d，差異十分明顯。且由于高溫逼熟發生年數對應的產量結構的樣本數較多，所以將對早稻產量結構的影響分4個區域進行，分別為贛東北的武夷山區、贛西北的廬山區、贛西的井岡山區和贛南的南嶺山區，其劃分標準按經緯度、山系分布對區域氣候影響的一致性進行。區域劃分見圖1。9個站點劃分結果見表4。

根據1981—2010年9個農業氣象觀測站資料，按表4區域分別統計分析。早稻千粒重、空殼率、秕谷率與高溫逼熟指標的通徑分析結果分別見表5、表6、表7。

由表5可以看出，除贛東北武夷山區千粒重與日最高氣溫≥35 ℃持續3 d以上天數回歸方程未通過檢驗外，其余均通過信度0.05以上的檢驗，說明江西省早稻千粒重受高溫逼熟影響顯著，持續時間越長，千粒重下降越明顯。此外，直接通徑系數值表明，除贛南南嶺山區X2對千粒重影響比X1權重大外，其余X1影響權重均大于X2。

由表6可以看出，所有區域早稻空殼率與X1和X2的回歸方程均通過信度0.05的檢驗，說明早稻空殼率受高溫逼熟影響是顯著的，空殼率與高溫逼熟呈正相關，高溫逼熟時間越長，空殼率越大。直接通徑系數結果表明，除贛東北武夷山區外，其余區域X1對空殼率的影響均比X2的影響大。

由表7可知，除贛東北武夷山區早稻秕谷率與X2回歸方程未通過檢驗外，其余均通過檢驗。說明早稻秕谷率與高溫逼熟呈正相關，即高溫時間越長，秕谷率越大。直接通徑系數結果表明，除贛東北武夷山區外，其余區域X1對秕谷率的影響遠大于X2的影響。

3? 小結與討論

1）高溫對早稻產量影響顯著。通過分析得出，江西省高溫逼熟與早稻產量結構的相關性顯著，南嶺山區、贛東北武夷山區千粒重受日最高氣溫影響權重大，其余各區日平均氣溫對產量結構的影響權重大。

2）對早稻減產率的分析有待細化。早稻減產年份數較少，特別是社會產量，且要排除非高溫逼熟造成減產的因素，用于統計分析的樣本受到限制;全省常年觀測水稻生物量、產量結構的氣象臺站較少，樣本分布在地理上較零散，區域代表性和精度較差。

3）分析方法上有改進的空間。本研究對高溫逼熟的影響分析是基于常年氣象觀測臺站現有高溫資料，其代表的空間和范圍有限。在現有臺站高溫數據的基礎上，應用GIS等技術通過合理的空間分析模型計算無氣象觀測臺站區域的高溫數據，增加高溫指標的樣本數，再結合產量結構分析高溫對早稻的影響，結果將可能更接近真實情況。

參考文獻：

[1] 魏? 麗.“高溫逼熟”和“小滿寒”對江西省早稻產量的影響[J].氣象，1990，17（10）：47-49.

[2] 鐘? 飛，付? 慧.吉安市近50年早稻灌漿期高溫危害的初步分析[J].江西農業學報，2009，21（2）：108-109.

[3] 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.

[4] 萬素琴，陳? 晨，劉志雄，等.氣候變化背景下湖北省水稻高溫熱害時空分布[J].中國農業氣象，2009，30（S2）：316-319.

[5] 湯昌本，林? 迢，簡根梅，等.浙江早稻高溫危害研究[J].浙江氣象科技，2000，21（2）：14-18.

[6] 謝遠玉，張智勇，劉翠華，等.贛州近30年氣候變化對雙季早稻產量的影響[J].中國農業氣象，2011，32（3）：388-393.

[7] 曾? 凱，居為民，周? 玉，等.高溫逼熟等級對早稻產量與品質特征的影響[J].中國農學通報，2011，27（30）：120-125

[8] 查光天，鮑思祈.氣候因子對早稻產量構成的影響[J].浙江農業科學，1986（4）：176-179，198.

[9] 黃義德，曹流儉，武立權，等.2003年安徽省中稻花期高溫熱害的調查與分析[J].安徽農業大學學報，2004，31（4）：385-388.

[10] 陸魁東，黃晚華，申建斌，等.湖南一季超級稻種植氣候區劃[J].中國農業氣象，2006，27（2）：79-83.

[11] 田? 俊，聶秋生，崔海建.早稻乳熟初期高溫熱害氣象指標試驗研究[J].中國農業氣象，2013，34（6）：710-714.

[12] 任紅松，朱家輝，楊? 斌，等.EXCEL在通徑分析中的應用[J].農業網絡信息，2006（3）：90-92.