安徽省江淮地區水稻高溫熱害發生規律及其對產量結構的影響

陳硯濤　霍延風

摘要以安徽省江淮地區14個氣象觀測站1961—2013年逐日平均氣溫、日最高氣溫氣象數據為基礎，采用線性趨勢法，分析了江淮地區高溫熱害發生次數和日數、時間分布、極端最高氣溫等變化特征，并分析高溫熱害發生日數對水稻結實率、千粒重的影響。結果表明，近53年安徽省江淮地區水稻高溫熱害發生次數、日數均無明顯變化趨勢；水稻高溫熱害開始時間主要在7月中下旬，結束時間主要在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；高溫熱害日數與水稻結實率、千粒重呈顯著負相關關系，高溫熱害對水稻結實率的影響大于對千粒重的影響。

關鍵詞水稻；高溫熱害；發生規律；產量結構；安徽省江淮地區

中圖分類號S162.3文獻標識碼

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

江淮地區作為安徽省水稻的主產區之一，在全球氣候變暖背景下，水稻高溫熱害頻發，對水稻安全生產造成嚴重影響。2003、2010和2013年長江中下游地區出現長時間、大面積水稻高溫熱害，其中2003年受高溫熱害影響，安徽省江淮地區中稻秕谷率均達10%以上，空殼率均大于20%，部分地區空殼率達38%[1]；2010年8月上中旬，江淮地區出現連續高溫天氣，部分一季稻受害明顯，受災品種多為不耐高溫的中熟和早熟品種，減產幅度在10%～20%，特別嚴重的達50%以上[2]；2013年江淮地區的廬江縣受高溫熱害影響，水稻空殼率較正常年份高10%～20%[3]。

近年來，關于水稻高溫熱害的時空分布規律及對水稻的影響機理，眾多學者進行了大量研究，特別是針對長江中下游地區的研究[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高溫日數的上升趨勢顯著，高溫導致的穎花敗育是水稻減產的重要原因。楊太明等[9]分析指出，安徽、浙江早稻受高溫熱害危害的敏感期常年為6月中旬—7月中旬，沿江、江淮早稻主產區的高溫熱害重于沿淮地區。劉偉昌等[10]研究表明，江蘇全省及安徽省的局部地區高溫熱害發生程度低，江西及浙江南部的部分地區，高溫熱害發生程度高，頻率也高。但大多數關于安徽省江淮地區高溫熱害發生特征的研究時間在2007年左右[4-5，11-13]，此外關于江淮地區水稻高溫熱害開始時間、結束時間、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年安徽省江淮地區水稻高溫熱害發生頻次、日數、時間分布、極端最高氣溫及高溫熱害日數對水稻產量結構要素的影響，以期為充分利用氣候資源、減輕高溫熱害對水稻生產的危害提供理論依據。

1資料與方法

1.1資料選取該研究區域為安徽省江淮地區，包含了14個常規氣象臺站，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；水稻產量結構要素資料為合肥、六安、滁州、天長4個農業氣象觀測站觀測資料，資料年份為1981—2009年。氣象數據和產量數據均來源于安徽省氣象局氣象信息中心。

1.2高溫熱害指標及等級劃分

根據前人研究成果[1，14]，結合安徽省水稻生育特性，將水稻高溫熱害指標定義為：日最高氣溫≥35 ℃且日平均氣溫≥30 ℃定義為1個高溫日；連續出現3 d以上的高溫日定義為1次高溫熱害。依據高溫持續時間長短，劃分為不同危害等級：日最高氣溫≥35 ℃和日平均溫度≥30 ℃連續出現3～4 d定義為輕度高溫熱害，連續出現5～7 d定義為中度高溫熱害，連續出現8 d及以上的定義為重度高溫熱害（表1）。

1.3數據處理

江淮地區高溫熱害發生次數、日數、開始時間、結束時間、極端最高氣溫等數值均為14個代表站平均值，產量結構要素數值為4個農氣觀測站平均值。分析水稻高溫熱害發生規律主要采用線性趨勢法，研究高溫熱害對水稻產量結構要素的影響主要采用相關分析[15]。

2結果與分析

2.1高溫熱害發生次數

根據安徽省水稻高溫熱害指標，

統計1961—2013年江淮地區逐年高溫熱害發生次數發現，53年中除1975、1982和1997年沒有出現高溫熱害外，其他年份均有發生。高溫熱害年發生3次以上的有3年，年發生1～3次的有31年，年發生0～1次的有16年，總發生頻次約兩年三遇。從線性趨勢看，近53年來安徽省江淮地區高溫熱害發生頻次無明顯上升或下降趨勢。從年代際變化看，20世紀60年代開始高溫熱害發生頻次呈降低趨勢，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年江淮地區不同等級高溫熱害發生頻次均無明顯變化趨勢。輕度高溫熱害發生頻次約10年8次，中度高溫熱害10年4次，重度高溫熱害10年3次。從年代際變化看，輕度、中度、重度高溫熱害發生次數20世紀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、中度高溫熱害增加趨勢在2010年后開始減少，重度高溫熱害20世紀80年代以來基本呈“N”字型。此外，不同等級高溫熱害發生次數各年代均以輕度高溫熱害居多，20世紀60年代和2011—2013年中度高溫熱害發生次數小于重度高溫熱害，20世紀70年代—2010年中度高溫熱害發生次數多于重度高溫熱害。

2.2高溫熱害發生日數

1961—2013年江淮地區水稻高溫熱害日數變化趨勢不明顯。53年中，年高溫熱害日數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年間江淮地區高溫熱害日數經歷了“高—低—高”變化過程，從20世紀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）。不同等級高溫熱害年均日數均呈上下波動，無明顯變化趨勢，輕度、中度、重度高溫熱害年均發生日數分別為2.7、2.1、3.3 d；不同等級高溫熱害發生日數年代際變化規律與發生次數變化規律較為一致（圖2b～d）。

2.3高溫熱害時間分布

2.3.1開始時間。統計1961—2013年江淮地區高溫熱害發生年份高溫熱害發生首日（圖3a）發現，高溫熱害開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，高溫熱害開始時間有提前趨勢，但顯著性檢驗P>0.05。從旬分布情況看（圖3b），高溫熱害出現首日以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水稻處于分蘗至孕穗階段，如果此時高溫熱害開始出現，會對處于孕穗期的水稻產生不利影響，因為孕穗期內花粉母細胞減數分裂期歷時較短，此時穎花急劇伸長，受環境條件影響最大，極易遭受高溫熱害的危害。有關研究表明，水稻在花粉母細胞減數分裂期如遇日平均溫度超過30 ℃連續3 d以上就會造成花器發育不全、花粉發育不良、活力下降[6-7，16-17]。

2.3.2結束時間。

由圖4a可知，1961—2013年江淮地區高溫熱害最早結束時間為1981年7月2日，最遲結束時間為1999年9月10日；從線性趨勢看，近53年江淮地區高溫熱害結束日期無明顯變化趨勢，呈上下波動。旬分布情況（圖4b）表明，江淮地區高溫熱害結束日期以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月上中旬江淮地區水稻處于抽穗至灌漿階段，也是水稻生長對高溫熱害較為敏感時段，特別是水稻開花當天，如果氣溫過高，易誘發小花不育，從而造成受精不良[18]。水稻灌漿期間遇到高溫熱害，會使籽粒內磷酸化酶和淀粉的活性減弱，灌漿速度減慢，影響干物質積累，主要表現在秕谷率增加，結實率和千粒重降低[19]。

2.4極端最高氣溫

日平均氣溫體現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[21]。1961—2013年江淮地區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，江淮地區極端最高氣溫從20世紀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 ℃。

安徽農業科學2017年

2.5高溫熱害對水稻產量結構的影響

水稻產量由單位面積上的有效穗數、每穗粒數、結實率和千粒重構成。由于有效穗數和每穗粒數在一定范圍內可以互相補償[22] ，因此該研究主要討論高溫日數對結實率、千粒重的影響。由圖6可知，江淮地區水稻結實率、千粒重與高溫日數均呈負相關關

系，且相關系數達顯著水平（P<0.05）。表明高溫熱害日數

水稻生長過程中，高溫熱害對結實率、千粒重的影響從孕穗期至灌漿結實期均會發生。孕穗期出現高溫熱害天氣，會影響水稻花粉發育，導致雄性不育，從而造成結實率降低。此時段高溫天氣還會造成水稻生理代謝失調、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]。灌漿結實期高溫天氣使灌漿期縮短，光合速度和干物質積累量降低，從而造成結實率降低和千粒重下降[18]。

3結論與討論

（1）近53年安徽省江淮地區不同等級水稻高溫熱害發生次數、日數及總次數、總日數均無明顯變化趨勢。高溫熱害總發生頻次約2年3次，其中輕度高溫熱害約10年8次，中度高溫熱害10年4次，重度高溫熱害10年3次。高溫日數年均出現8.1 d，其中輕度高溫熱害年均2.7 d，中度高溫熱害年均2.1 d，重度高溫熱害年均3.3 d；53年中，高溫熱害年出現20 d以上的有3年，10～20 d的有14年，10 d以下的有36年。

（2）安徽省江淮地區水稻高溫熱害開始時間多在7月中下旬，結束時間多在8月上中旬。該地區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]，正好與高溫熱害易發時段重合，故在水稻生產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熱害多發時段。近53年安徽省江淮地區極端最高氣溫呈顯著上升趨勢（P<005），增幅為0.15 ℃/10 a。關于最高氣溫形成原因，程炳巖等[26]通過對重慶地區最高氣溫研究發現，最高氣溫的變化與南方濤動（Southern Oscillation，SO）關系密切，在SO偏強時，重慶地區最高氣溫偏高，在SO偏弱時則相反。

（3）高溫熱害對早稻產量結構要素的影響研究表明，高溫熱害日數與結實率、千粒重均呈顯著的負相關關系，其中以對結實率影響最為顯著，這與多數學者的研究結論較為一

致[16，27-30]。筆者僅從高溫日數方面討論了高溫熱害對水稻產量結構要素的影響，但霍治國等[31]分析指出，在實際生產中高溫往往與低濕相伴出現，共同影響結實率。馬曉群等[16]、岳偉等[24]研究表明，不僅高溫對水稻結實率、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，關于如何建立最高氣溫、最低氣溫、濕度、風速等多因素綜合性的高溫熱害指標，還有待進一步研究。

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