2013年持續(xù)高溫對江蘇省水稻生產(chǎn)的影響

張佩 于庚康 徐敏 任義方 高蘋

摘要：根據(jù)江蘇省69個氣象臺站1961—2013年6月下旬至11月上旬的常規(guī)氣象資料，統(tǒng)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(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。結(jié)果表明，2013年夏季持續(xù)高溫少雨對水稻生長有利有弊，雖然穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量都有所下降，但前期持續(xù)高溫天氣有利于水稻分蘗發(fā)生與成穗，單位有效穗數(shù)較2012年大幅增加，產(chǎn)量構(gòu)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(chǎn)量所受影響較小;從區(qū)域而言，淮北地區(qū)的水稻生產(chǎn)受害程度更大。

關(guān)鍵詞：2013年;持續(xù)高溫少雨;水稻;影響分析

中圖分類號： S162.5+3? 文獻標(biāo)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(yè)（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(nóng)業(yè)氣象災(zāi)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(yīng)用氣象領(lǐng)域研究。E-mail：571086340@qq.com。

水稻作為一種原產(chǎn)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(dāng)氣溫超過這個范圍時，就不利于其生長發(fā)育，過高的溫度，會對水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量、品質(zhì)形成過程造成較嚴(yán)重的危害。關(guān)于水稻高溫?zé)岷Φ难芯浚瑖鴥?nèi)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(dǎo)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(fā)芽的花粉量減少，最終導(dǎo)致花粉不萌發(fā)或畸形，表現(xiàn)為空殼粒增多，結(jié)實率下降。水稻的整個生長發(fā)育過程中，高溫?zé)岷﹂_花期、穗發(fā)育期影響程度最嚴(yán)重，灌漿期次之，營養(yǎng)生長期最小，對應(yīng)的產(chǎn)量構(gòu)成因素，則表現(xiàn)為對結(jié)實率影響最大，其次為每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量，株穗數(shù)最小。

任義方等對全國水稻生產(chǎn)調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，近年來我國江淮稻區(qū)水稻高溫?zé)岷Πl(fā)生概率日益加大[10]。2013年7月上旬至8月中旬，江蘇省出現(xiàn)了一段持續(xù)的高溫少雨天氣，其間平均氣溫、平均高溫日數(shù)都是1961年以來最高值，日照時數(shù)偏多的程度不如高溫日數(shù)和最高氣溫明顯，也為21世紀(jì)以來最多值，同時伴隨降水持續(xù)偏少，淮河以南大部分地區(qū)出現(xiàn)了中度以上的干旱。有關(guān)長江中下游一季稻高溫?zé)岷︼L(fēng)險的研究已有較多報道，且已得到較為成熟一致的結(jié)論[11-13]，即長江中下游水稻高溫?zé)岷χ饕l(fā)生在抽穗揚花期，其中，江蘇省水稻高溫?zé)岷Ω甙l(fā)區(qū)主要分布在淮河以南地區(qū)。

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(fā)生高溫?zé)岷ι龝r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?zé)岷Πl(fā)生的時空分布規(guī)律。另外，2013年江蘇省水稻高溫?zé)岷Ω甙l(fā)的淮河以南地區(qū)受害程度卻輕于淮北地區(qū)，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(jié)合，詳細剖析2013年高溫對各產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響，最終得到不同水稻品種、生育階段和地域?qū)Ω邷氐捻憫?yīng)，以期為指導(dǎo)今后水稻生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

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(guī)氣象資料，用于統(tǒng)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(chǎn)量因素與光溫水的關(guān)系。

產(chǎn)量資料為2012—2013年共36個縣（區(qū)）水稻單產(chǎn)數(shù)據(jù)，來自江蘇省地方統(tǒng)計調(diào)查局，產(chǎn)量構(gòu)成因素數(shù)據(jù)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?zé)岷χ笜?biāo)確定 根據(jù)江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院資源與環(huán)境研究所及農(nóng)業(yè)生物技術(shù)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(fā)生高溫?zé)岷Φ膶嶋H調(diào)查結(jié)果表明，江蘇省一季稻高溫?zé)岷σ匀兆罡邭鉁亍?5 ℃、日平均氣溫≥30 ℃持續(xù)3 d以上日數(shù)作為高溫?zé)岷χ笜?biāo)。

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

xv=130∑30i=1xi。

式中：xi為1981—2010年逐年各統(tǒng)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(chǎn)量結(jié)構(gòu)的特征量也不同，在分析2013年夏季高溫對水稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)影響的過程中，為了去除品種差異對分析結(jié)果的影響，本研究對各縣產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的值進行了歸一化處理，即選取臨近的無災(zāi)年——2012年（該年份水稻生長期間基本無任何災(zāi)害發(fā)生，單產(chǎn)創(chuàng)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(qū)）作為分析樣本 歷年水稻生長發(fā)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(zāi)害均有發(fā)生，則分析高溫對水稻產(chǎn)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(qū)）作為分析樣本，先將36個縣（區(qū)）產(chǎn)量結(jié)構(gòu)資料及對應(yīng)的氣象資料進行歸一化處理，以36個縣（區(qū)）歸一化處理后的氣象資料為自變量，歸一化處理后的產(chǎn)量資料為因變量，具體分析2013年高溫對江蘇省水稻各產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響程度。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理與分析 數(shù)據(jù)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(jié)果與分析

2.1 2013年夏季持續(xù)高溫的氣候特征

2013年夏季江蘇省出現(xiàn)了4段持續(xù)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(shù)均為1961年以來同期最高，同時，沿江蘇南地區(qū)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(qū)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(chuàng)該站歷史新高。2013年極端最高氣溫之高，最高氣溫創(chuàng)歷史新高站數(shù)之多，均屬歷史罕見。

從累計高溫日數(shù)（圖1-B）來看，2013年7月1日至8月18日，全省≥35 ℃高溫日數(shù)為6～43 d，全省平均高溫日數(shù)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(shù)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(shù)超本站歷史記錄。持續(xù)高溫日數(shù)異常偏長，全省有26個站持續(xù)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?qū)λ旧L的影響，筆者將2013年水稻分蘗期、拔節(jié)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(xiàn)為高光照少陰雨，且日照時數(shù)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(jié)期至抽穗揚花期間降水持續(xù)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(xiàn)強降水過程，其他時段仍然少降水。

2.3 2013年江蘇省產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.3.1 單產(chǎn)水平 從表2可以看出，從單產(chǎn)來看，2013年江蘇省全省水稻平均單產(chǎn)為604.60 kg/667 m2，較2012年的60710 kg/667 m2減2.50 kg/667 m2。分區(qū)域看，蘇南、蘇中、蘇北水稻平均單產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量構(gòu)成 從表3可以看出，從產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，2013年江蘇省水稻平均穗數(shù)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(shù)為122.56粒/穗，較上年減0.38粒/穗;平均結(jié)實率為91.44%，較上年減0.49百分點;平均千粒質(zhì)量為27.00 g，較上年減0.14 g。其中，粳稻的穗數(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)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(shù)、穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)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(chǎn)量構(gòu)成因素看，粳稻單產(chǎn)受影響較小主要是由于單位面積穗數(shù)的增加，秈稻產(chǎn)量降低主要是由于結(jié)實率大幅降低導(dǎo)致。

2.4 2013年水稻高溫?zé)岷Τ梢蚍治?/p>

2.4.1 穗數(shù)與氣象因子 穗數(shù)是產(chǎn)量構(gòu)成因素中形成最早、最活躍的因素，也是穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒質(zhì)量形成的基礎(chǔ)。在基本苗已確定后，穗數(shù)的形成則主要由單株有效分蘗決定。因此，分蘗拔節(jié)期的氣象條件對穗數(shù)的形成尤為重要，孕穗期則是穗數(shù)的鞏固階段。由表4可知，穗數(shù)與分蘗-孕穗期間各階段積溫、日照和降水的相關(guān)分析可看出，穗數(shù)與分蘗-孕穗期間各階段積溫、日照呈正相關(guān)，其中與積溫的相關(guān)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(guān)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(jié)期）日照的相關(guān)性達到了0.05置信度水平（P0.05=0.320 2）;穗數(shù)與分蘗-孕穗期間的降水呈負相關(guān)，其中與分蘗期降水的相關(guān)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(jié)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(shù)普遍較2012年有所增加。

2.4.2 粒數(shù)與氣象因子 水稻粒數(shù)是由分化穎花數(shù)和退化穎花數(shù)決定的。其中，分化穎花數(shù)與秧苗和莖稈的粗壯程度密切相關(guān)，因此，從秧田開始的營養(yǎng)生長期對粒數(shù)都有影響，其中分蘗期是粒數(shù)的奠定階段，孕穗期則是粒數(shù)的決定階段。由粒數(shù)與分蘗-孕穗期間各階段積溫的相關(guān)分析可看出，粒數(shù)與分蘗-孕穗期間各階段積溫呈負相關(guān)，其中與分蘗期、分蘗期至拔節(jié)期、分蘗期至孕穗期的相關(guān)性達到了0.01置信度水平，與7月下旬至8月下旬（即拔節(jié)孕穗期）的相關(guān)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(shù)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(shù)與粒數(shù)的關(guān)系，結(jié)果見圖2。從圖2

可以看出，粒數(shù)與8月中下旬的總積溫呈二次函數(shù)的關(guān)系，相關(guān)性通過了0.01置信度水平檢驗，函數(shù)為

由此公式得到，當(dāng)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(shù)隨積溫的升高而增多，當(dāng)比值大于1.087 5時，粒數(shù)隨積溫的升高而減少。

粒數(shù)與8月上中旬大于35 ℃的高溫日數(shù)（由于2012年8月上中旬的高溫日數(shù)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(guān)，相關(guān)性也通過了0.01置信度水平檢驗，函數(shù)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(fā)育影響較大，大于35 ℃高溫日數(shù)越多，粒數(shù)越少。

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

2.4.3 結(jié)實率與氣象因子 在水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素中，結(jié)實率支配作用最強，即水稻產(chǎn)量的豐歉很大程度取決于結(jié)實率的高低。抽穗揚花期是結(jié)實率的決定階段。從圖3可以看出，結(jié)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(shù)關(guān)系，相關(guān)性通過了0.01置信度水平檢驗，函數(shù)為

進一步分析結(jié)實率與8月中旬平均最高氣溫的關(guān)系，結(jié)實率與8月中旬平均最高氣溫呈二次函數(shù)關(guān)系，相關(guān)性也通過了0.01置信度水平檢驗，函數(shù)為

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

2.4.4 千粒質(zhì)量與氣象因子 灌漿乳熟期是水稻千粒質(zhì)量的決定階段。通過分析千粒質(zhì)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(guān)系（圖4），可知千粒質(zhì)量與積溫關(guān)系不明顯，與日照呈正相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)性通過了 0.05 置信度水平檢驗，函數(shù)為

進一步分析千粒質(zhì)量與降水的關(guān)系，結(jié)實率與灌漿乳熟期的降水呈負相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)性也通過了0.05置信度水平檢驗，函數(shù)為

3 討論與結(jié)論

江蘇省水稻高溫?zé)岷Ω嗟陌l(fā)生在拔節(jié)至孕穗期，抽穗揚花期發(fā)生較少，這不同于長江中下游其他省份。從發(fā)生區(qū)域來看，高溫?zé)岷Φ某０l(fā)區(qū)主要分布在淮河以南地區(qū)，尤以寧

鎮(zhèn)揚丘陵地區(qū)為重;從各年代際間發(fā)生次數(shù)的變化來看，進入21世紀(jì)以來江蘇省水稻出現(xiàn)高溫?zé)岷Φ内厔菡谠黾印?/p>

2013年江蘇省水稻生產(chǎn)遭遇幾十年未遇的高溫?zé)岷μ鞖猓m然穗粒數(shù)、結(jié)實率、千粒質(zhì)量都有所下降，但前期持續(xù)高溫天氣有利于水稻分蘗發(fā)生與成穗，單位面積有效穗數(shù)較2012年大幅增加，產(chǎn)量構(gòu)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(qū)和丘陵缺水地區(qū)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(qū)、儀征市、盱眙縣、金湖縣、宿豫區(qū)、宿城區(qū)、銅山區(qū)等地），出現(xiàn)花粉敗育，花而不實，形成空殼粒，結(jié)實率下降5%～10%。據(jù)典型調(diào)查，盱眙全縣4.33萬hm2秈稻近1/3面積受災(zāi)，受害嚴(yán)重的田塊結(jié)實率降低30%;儀征市有0.33萬hm2受害雜交秈稻，結(jié)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(chǎn)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(fā)生有一定程度的抑制作用。

從區(qū)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(qū)，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(zhèn)揚丘陵地區(qū)。因此，淮北的水稻生產(chǎn)受害程度更大。

總的來看，2013年夏季持續(xù)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(gòu)建適期夠苗的中期群體，表現(xiàn)在2013年水稻穗數(shù)普遍較足。但8月上中旬持續(xù)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(jié)實不利，且物質(zhì)消耗大，造成后期空秕粒增加，影響粒數(shù)和結(jié)實率，最終影響產(chǎn)量。

2013年江蘇省水稻受害程度大的區(qū)域并未發(fā)生在溫?zé)岷Φ母甙l(fā)區(qū)——淮河以南地區(qū)，而是在淮北地區(qū)。因此，水稻高溫?zé)岷Φ难芯坎粌H要注重發(fā)生風(fēng)險，也應(yīng)關(guān)注災(zāi)害損失。因此，今后應(yīng)加強水、高溫?zé)岷p失程度的研究。

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