安徽省江淮地区水稻高温热害发生规律及其对产量结构的影响

陈砚涛　霍延风

摘要以安徽省江淮地区14个气象观测站1961—2013年逐日平均气温、日最高气温气象数据为基础，采用线性趋势法，分析了江淮地区高温热害发生次数和日数、时间分布、极端最高气温等变化特征，并分析高温热害发生日数对水稻结实率、千粒重的影响。结果表明，近53年安徽省江淮地区水稻高温热害发生次数、日数均无明显变化趋势；水稻高温热害开始时间主要在7月中下旬，结束时间主要在8月上中旬；极端最高气温呈显著上升趋势（P<0.05），增幅为0.15 ℃/10 a；高温热害日数与水稻结实率、千粒重呈显著负相关关系，高温热害对水稻结实率的影响大于对千粒重的影响。

关键词水稻；高温热害；发生规律；产量结构；安徽省江淮地区

中图分类号S162.3文献标识码

A文章编号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

江淮地區作为安徽省水稻的主产区之一，在全球气候变暖背景下，水稻高温热害频发，对水稻安全生产造成严重影响。2003、2010和2013年长江中下游地区出现长时间、大面积水稻高温热害，其中2003年受高温热害影响，安徽省江淮地区中稻秕谷率均达10%以上，空壳率均大于20%，部分地区空壳率达38%[1]；2010年8月上中旬，江淮地区出现连续高温天气，部分一季稻受害明显，受灾品种多为不耐高温的中熟和早熟品种，减产幅度在10%～20%，特别严重的达50%以上[2]；2013年江淮地区的庐江县受高温热害影响，水稻空壳率较正常年份高10%～20%[3]。

近年来，关于水稻高温热害的时空分布规律及对水稻的影响机理，众多学者进行了大量研究，特别是针对长江中下游地区的研究[4-9]。江敏等[8]研究表明，1970—2005年长江中下游的早稻孕穗开花期出现高温日数的上升趋势显著，高温导致的颖花败育是水稻减产的重要原因。杨太明等[9]分析指出，安徽、浙江早稻受高温热害危害的敏感期常年为6月中旬—7月中旬，沿江、江淮早稻主产区的高温热害重于沿淮地区。刘伟昌等[10]研究表明，江苏全省及安徽省的局部地区高温热害发生程度低，江西及浙江南部的部分地区，高温热害发生程度高，频率也高。但大多数关于安徽省江淮地区高温热害发生特征的研究时间在2007年左右[4-5，11-13]，此外关于江淮地区水稻高温热害开始时间、结束时间、旬分布情况及极端最高温度的研究尚不多见。因此，笔者在全球变暖的大背景下，重点分析近53年安徽省江淮地区水稻高温热害发生频次、日数、时间分布、极端最高气温及高温热害日数对水稻产量结构要素的影响，以期为充分利用气候资源、减轻高温热害对水稻生产的危害提供理论依据。

1资料与方法

1.1资料选取该研究区域为安徽省江淮地区，包含了14个常规气象台站，分别为六安、肥西、肥东、舒城、庐江等14个市县，气象资料为1961—2013年逐日平均气温和日最高气温；水稻产量结构要素资料为合肥、六安、滁州、天长4个农业气象观测站观测资料，资料年份为1981—2009年。气象数据和产量数据均来源于安徽省气象局气象信息中心。

1.2高温热害指标及等级划分

根据前人研究成果[1，14]，结合安徽省水稻生育特性，将水稻高温热害指标定义为：日最高气温≥35 ℃且日平均气温≥30 ℃定义为1个高温日；连续出现3 d以上的高温日定义为1次高温热害。依据高温持续时间长短，划分为不同危害等级：日最高气温≥35 ℃和日平均温度≥30 ℃连续出现3～4 d定义为轻度高温热害，连续出现5～7 d定义为中度高温热害，连续出现8 d及以上的定义为重度高温热害（表1）。

1.3数据处理

江淮地区高温热害发生次数、日数、开始时间、结束时间、极端最高气温等数值均为14个代表站平均值，产量结构要素数值为4个农气观测站平均值。分析水稻高温热害发生规律主要采用线性趋势法，研究高温热害对水稻产量结构要素的影响主要采用相关分析[15]。

2结果与分析

2.1高温热害发生次数

根据安徽省水稻高温热害指标，

统计1961—2013年江淮地区逐年高温热害发生次数发现，53年中除1975、1982和1997年没有出现高温热害外，其他年份均有发生。高温热害年发生3次以上的有3年，年发生1～3次的有31年，年发生0～1次的有16年，总发生频次约两年三遇。从线性趋势看，近53年來安徽省江淮地区高温热害发生频次无明显上升或下降趋势。从年代际变化看，20世纪60年代开始高温热害发生频次呈降低趋势，80年代最少，之后逐渐增加，2011—2013年达到最大值（图1a）。

从图1b～d可以看出，1961—2013年江淮地区不同等级高温热害发生频次均无明显变化趋势。轻度高温热害发生频次约10年8次，中度高温热害10年4次，重度高温热害10年3次。从年代际变化看，轻度、中度、重度高温热害发生次数20世纪60—80年代呈逐渐减少趋势，80年代后又开始逐渐增加，其中轻度、中度高温热害增加趋势在2010年后开始减少，重度高温热害20世纪80年代以来基本呈“N”字型。此外，不同等级高温热害发生次数各年代均以轻度高温热害居多，20世纪60年代和2011—2013年中度高温热害发生次数小于重度高温热害，20世纪70年代—2010年中度高温热害发生次数多于重度高温热害。

2.2高温热害发生日数

1961—2013年江淮地区水稻高温热害日数变化趋势不明显。53年中，年高温热害日数20 d以上的有3年，10～20 d的有14年，10 d以下的有36年。从年代际变化看，53年间江淮地区高温热害日数经历了“高—低—高”变化过程，从20世纪60年代开始逐渐降低，至80年代降到最低，从90年代开始逐渐上升，至2011—2013年达到最大值（图2a）。不同等级高温热害年均日数均呈上下波动，无明显变化趋势，轻度、中度、重度高温热害年均发生日数分别为2.7、2.1、3.3 d；不同等级高温热害发生日数年代际变化规律与发生次数变化规律较为一致（图2b～d）。

2.3高温热害时间分布

2.3.1开始时间。统计1961—2013年江淮地区高温热害发生年份高温热害发生首日（图3a）发现，高温热害开始时间个别年份差异较大，53年中最早开始时间为1981年6月18日，最迟开始时间为1999年9月4日；从线性趋势看，高温热害开始时间有提前趋势，但显著性检验P>0.05。从旬分布情况看（图3b），高温热害出现首日以7月中旬最多，53年中有20年，占37.7%；其次为7月下旬。7月中下旬安徽省江淮地区水稻处于分蘖至孕穗阶段，如果此时高温热害开始出现，会对处于孕穗期的水稻产生不利影响，因为孕穗期内花粉母细胞减数分裂期历时较短，此时颖花急剧伸长，受环境条件影响最大，极易遭受高温热害的危害。有关研究表明，水稻在花粉母细胞减数分裂期如遇日平均温度超过30 ℃连续3 d以上就会造成花器发育不全、花粉发育不良、活力下降[6-7，16-17]。

2.3.2结束时间。

由图4a可知，1961—2013年江淮地区高温热害最早结束时间为1981年7月2日，最迟结束时间为1999年9月10日；从线性趋势看，近53年江淮地区高温热害结束日期无明显变化趋势，呈上下波动。旬分布情况（图4b）表明，江淮地区高温热害结束日期以8月上旬为主，53年中有18年，占34.0%；其次为8月中旬和7月下旬。8月上中旬江淮地区水稻处于抽穗至灌浆阶段，也是水稻生长对高温热害较为敏感时段，特别是水稻开花当天，如果气温过高，易诱发小花不育，从而造成受精不良[18]。水稻灌浆期间遇到高温热害，会使籽粒内磷酸化酶和淀粉的活性减弱，灌浆速度减慢，影响干物质积累，主要表现在秕谷率增加，结实率和千粒重降低[19]。

2.4极端最高气温

日平均气温体现的是白天和夜间的综合状况，不能反映不同日较差下的天气状况，用日最高气温来表述白天的天气状况是对平均气温描述的必要补充[20]，此外极端最高气温也是夏季炎热程度的重要指标[21]。1961—2013年江淮地区极端最高气温分布情况（图5）显示，每年极端最高气温均在35 ℃以上，其中极端最高气温在38 ℃及以上的有17年，39 ℃及以上的有6年。从线性趋势上看，近53年江淮地区极端最高气温呈显著上升趋势（P<0.05），增幅为0.15 ℃/10 a。从年代际变化看，江淮地区极端最高气温从20世纪60年代开始逐渐减小，70、80年代达到最小值，均为36.8 ℃，90年代开始增温明显，2011—2013年达到最大值，为38.5 ℃。

安徽农业科学2017年

2.5高温热害对水稻产量结构的影响

水稻产量由单位面积上的有效穗数、每穗粒数、结实率和千粒重构成。由于有效穗数和每穗粒数在一定范围内可以互相补偿[22] ，因此该研究主要讨论高温日数对结实率、千粒重的影响。由图6可知，江淮地区水稻结实率、千粒重与高温日数均呈负相关关

系，且相关系数达显著水平（P<0.05）。表明高温热害日数

水稻生长过程中，高温热害对结实率、千粒重的影响从孕穗期至灌浆结实期均会发生。孕穗期出现高温热害天气，会影响水稻花粉发育，导致雄性不育，从而造成结实率降低。此时段高温天气还会造成水稻生理代谢失调、光合能力减弱，使颖壳生长受到限制，即使在后期灌浆充实的情况下千粒重也不能大幅提高[24]。抽穗扬花期高温天气会造成水稻受精不良，最终影响结实率[25]，但对千粒重影响不大，因为影响千粒重大小的2个主要因素是谷壳体积大小和胚乳发育程度，谷壳体积大小在抽穗前基本定型，抽穗后谷壳几乎停止生长[24]。灌浆结实期高温天气使灌浆期缩短，光合速度和干物质积累量降低，从而造成结实率降低和千粒重下降[18]。

3结论与讨论

（1）近53年安徽省江淮地区不同等级水稻高温热害发生次数、日数及总次数、总日数均无明显变化趋势。高温热害总发生频次约2年3次，其中轻度高温热害约10年8次，中度高温热害10年4次，重度高温热害10年3次。高温日数年均出现8.1 d，其中轻度高温热害年均2.7 d，中度高温热害年均2.1 d，重度高温热害年均3.3 d；53年中，高温热害年出现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温热害开始时间多在7月中下旬，结束时间多在8月上中旬。该地区种植水稻以中稻为主，其抽穗开花期一般在7月下旬—8月上旬[1]，正好与高温热害易发时段重合，故在水稻生产过程中可采取推迟或提前播种日期，使水稻抽穗扬花期避开高温热害多发时段。近53年安徽省江淮地区极端最高气温呈显著上升趋势（P<005），增幅为0.15 ℃/10 a。关于最高气温形成原因，程炳岩等[26]通过对重庆地区最高气温研究发现，最高气温的变化与南方涛动（Southern Oscillation，SO）关系密切，在SO偏强时，重庆地区最高气温偏高，在SO偏弱时则相反。

（3）高温热害对早稻产量结构要素的影响研究表明，高温热害日数与结实率、千粒重均呈显著的负相关关系，其中以对结实率影响最为显著，这与多数学者的研究结论较为一

致[16，27-30]。笔者仅从高温日数方面讨论了高温热害对水稻产量结构要素的影响，但霍治国等[31]分析指出，在实际生产中高温往往与低湿相伴出现，共同影响结实率。马晓群等[16]、岳伟等[24]研究表明，不仅高温对水稻结实率、千粒重有明显影响，高温日夜间低温对水稻的影响也不容忽视。因此，关于如何建立最高气温、最低气温、湿度、风速等多因素综合性的高温热害指标，还有待进一步研究。

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