高溫?zé)岷?duì)稻田各時(shí)期的影響及其對(duì)策

程雯

摘 要 近年來(lái)，高溫炎熱天氣出現(xiàn)的頻率明顯增加，由此引發(fā)的熱害是造成稻田產(chǎn)量減少和品質(zhì)降低的主要因素之一，因此研究高溫環(huán)境對(duì)稻田不同時(shí)期的影響具有重要意義。闡述高溫環(huán)境對(duì)水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期的危害，提出4種熱害評(píng)判等級(jí)，并深入探究噴霧手段、科學(xué)安排應(yīng)對(duì)時(shí)間、建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與預(yù)警系統(tǒng)、分地區(qū)分區(qū)域種植管理、及時(shí)采取補(bǔ)救措施等應(yīng)對(duì)高溫環(huán)境的水稻保護(hù)策略。

關(guān)鍵詞 高溫?zé)岷?稻田產(chǎn)量;熱害等級(jí);監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：S42;S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.02.064

隨著經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，由工業(yè)發(fā)展和溫室氣體大量排放引起的溫室效應(yīng)導(dǎo)致全球氣溫升高。1880—2012年，全球地表溫度上升了0.85 ℃。預(yù)計(jì)未來(lái)幾十年全球溫度將繼續(xù)以每10年0.1～0.2 ℃的速度上升，預(yù)計(jì)到2100年氣溫將上升約4.8 ℃。在全球變暖的背景下，極端高溫頻率和強(qiáng)度明顯增加，這將對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生重大影響[1]，關(guān)系到人們的切身利益。

水稻是世界上重要的糧食作物之一，中國(guó)是世界上最大的大米生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，全國(guó)有將近60%的人以水稻作為主食，水稻的產(chǎn)量與供應(yīng)和全國(guó)人民的生活緊密相關(guān)。1960—2019年，中國(guó)主要水稻產(chǎn)區(qū)的水稻產(chǎn)量呈明顯上升趨勢(shì)[2-3]，保障了人們生活的需要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)水稻種植生產(chǎn)過(guò)程中易受到各種自然氣象的影響，如高溫?zé)岷?、洪澇?zāi)害和冰雹冷害等，從而導(dǎo)致減產(chǎn)甚至顆粒無(wú)收。高溫?zé)岷κ怯绊懳覈?guó)水稻生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一。水稻的熱脅迫通常定義為水稻孕穗期日平均溫度30 ℃或日最高溫度35 ℃連續(xù)3 d以上，在水稻的生長(zhǎng)時(shí)期，水稻對(duì)熱脅迫高度敏感。

1 高溫對(duì)水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期的危害

水稻在育苗期時(shí)抗性較弱，研究表明，熱應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致水稻過(guò)早衰老，抗氧化酶活性降低[4-5]，這會(huì)影響水稻吸收二氧化碳的能力，破壞光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的結(jié)構(gòu)和功能，降低PSⅡ的光能轉(zhuǎn)換效率，并導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，從而導(dǎo)致光合能力下降。水稻在成花期受到高溫脅迫，形成的花粉數(shù)量和花粉活力降低，導(dǎo)致水稻結(jié)實(shí)率降低，最終影響水稻產(chǎn)量。

水稻成熟主要分為4個(gè)時(shí)期，為乳熟期、蠟熟期、完熟期及枯熟期。其中乳熟期為在開(kāi)花3～5 d之后，此階段水稻開(kāi)始進(jìn)入灌漿期，內(nèi)部淀粉不斷積累，籽粒質(zhì)量逐漸增加，顏色由青轉(zhuǎn)白，逐漸變硬。在水稻的整個(gè)生長(zhǎng)周期中，不同階段遭遇高溫環(huán)境會(huì)給水稻產(chǎn)量帶來(lái)不同影響。如在減數(shù)分裂期，高溫環(huán)境會(huì)導(dǎo)致結(jié)花數(shù)量、授粉率降低，從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低;在開(kāi)花期，如環(huán)境溫度高于35 ℃，則會(huì)導(dǎo)致花藥受精率降低，開(kāi)裂率降低，花粉粒失活，從而導(dǎo)致減產(chǎn)等[6-8]。

2 高溫?zé)岷Φ燃?jí)評(píng)估

為更準(zhǔn)確描述高溫?zé)岷Φ奈：Φ燃?jí)，準(zhǔn)確模擬出水稻的各發(fā)育時(shí)期受高溫環(huán)境影響從而造成的不同減產(chǎn)結(jié)果，將熱害等級(jí)分為4個(gè)等級(jí)：輕災(zāi)、中災(zāi)、重災(zāi)、超重災(zāi)。在水稻各發(fā)育時(shí)期連續(xù)7 d以上受高溫脅迫為熱害，水稻產(chǎn)量減產(chǎn)10%以下為輕災(zāi)、10%～20%為中災(zāi)、20%～30%為重災(zāi)、超過(guò)30%為超重災(zāi)。明確高溫?zé)岷Φ燃?jí)，對(duì)當(dāng)時(shí)水稻的受災(zāi)等級(jí)進(jìn)行明確判斷，可有效減輕甚至避免高溫?zé)岷?duì)產(chǎn)量的影響[9]，同時(shí)對(duì)于農(nóng)業(yè)工作者后續(xù)采取應(yīng)對(duì)措施，如噴霧和建立高溫預(yù)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)具有重要意義。

3 應(yīng)對(duì)措施及其效果

3.1 噴霧手段

噴霧是緩解熱應(yīng)激的有效手段。當(dāng)高溫脅迫發(fā)生時(shí)，噴霧可以增加作物冠層的大氣相對(duì)濕度，減小水壓差，降低冠層溫度，從而顯著影響田間小氣候。小氣候的變化也會(huì)引起作物生理特性的變化。噴霧可以降低作物的蒸騰速率，加快光合速率，同時(shí)降低穗部溫度，提高花粉活力和受精能力。研究顯示，噴霧是緩解高溫威脅的有效手段，在水稻落粒初期進(jìn)行噴霧，可降低冠層溫度，降低葉片膜脂過(guò)氧化程度，提高葉片光合效率，提高水稻產(chǎn)量[10]。

雖然已有關(guān)于霧噴后小氣候效應(yīng)和作物生理反應(yīng)的報(bào)道，但仍需要從能量平衡的角度闡明霧噴高溫的機(jī)理。長(zhǎng)江流域是中國(guó)的主要水稻產(chǎn)區(qū)，水稻產(chǎn)量約占中國(guó)水稻產(chǎn)量的50%，熱應(yīng)激是該地區(qū)水稻生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象威脅。

為此，在水稻開(kāi)花期可能發(fā)生熱脅迫時(shí)，在不同時(shí)間對(duì)稻田進(jìn)行噴霧，從能量平衡和作物生長(zhǎng)的角度揭示了噴霧對(duì)水稻熱脅迫的防御機(jī)制。研究熱應(yīng)激發(fā)生時(shí)的最佳噴霧時(shí)間，為水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的栽培管理措施提供理論依據(jù)。

3.2 科學(xué)安排應(yīng)對(duì)時(shí)間

隨著科技不斷進(jìn)步，氣象統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)越發(fā)準(zhǔn)確，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年來(lái)內(nèi)蒙古赤峰市高溫氣候大部分在農(nóng)歷7月下旬至8月上旬。赤峰市多地季風(fēng)氣候明顯，夏季常伴隨高溫?zé)岷夂虍a(chǎn)生，因此造成的氣候環(huán)境難以監(jiān)測(cè)。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，赤峰市氣象部門(mén)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確度得到了很大程度的提高，其各縣市區(qū)的天氣甚至溫度預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度越來(lái)越高，在科學(xué)預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上結(jié)合赤峰市不同水稻品種的生長(zhǎng)特性等對(duì)其播種時(shí)間進(jìn)行科學(xué)安排，然后加強(qiáng)適時(shí)施肥、水分合理管理等科學(xué)管理栽培養(yǎng)護(hù)措施，針對(duì)性地對(duì)水稻生長(zhǎng)各階段進(jìn)行管護(hù)，科學(xué)地將水稻生長(zhǎng)期中對(duì)周?chē)h(huán)境溫度敏感關(guān)鍵期與赤峰市的不利于水稻生長(zhǎng)的高溫時(shí)期錯(cuò)開(kāi)，有效解決高溫環(huán)境對(duì)水稻產(chǎn)生的危害。針對(duì)不同品種水稻生育期特性需結(jié)合其授粉期等特性以確定適宜的播種時(shí)間，如生長(zhǎng)期在140 d左右的水稻品種，赤峰地區(qū)建議安排在5月10日前后播種，生長(zhǎng)期<130 d的水稻品種，應(yīng)推遲7 d時(shí)間左右播種;如果生長(zhǎng)期>145 d，則其種植時(shí)間應(yīng)提前7 d左右。

3.3 建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與預(yù)警系統(tǒng)

不同品種水稻的生育期也不盡相同，為對(duì)不同水稻品種制定適宜的培養(yǎng)方案，可在試驗(yàn)田部分地區(qū)建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[11-12]，對(duì)影響水稻田產(chǎn)量的關(guān)鍵特征量，如水量、溫度、土壤含氮量、各器官的氮素濃度及土地濕潤(rùn)度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)計(jì)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)不同時(shí)期的持續(xù)天數(shù)進(jìn)行計(jì)算，采用傳感技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的方式，準(zhǔn)確判斷是否受到熱害威脅和判斷出熱害等級(jí)，同時(shí)快速傳遞遙感信號(hào)，有利于針對(duì)水稻生長(zhǎng)下一時(shí)期采取更合理的保護(hù)措施。同時(shí)建立水稻高溫預(yù)警系統(tǒng)，特別是夏天高溫天氣，將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置不同的溫度水平閾值，如37 ℃或39 ℃等，根據(jù)所處地區(qū)的氣候特征及上述所區(qū)分的熱害等級(jí)，當(dāng)達(dá)到不同溫度閾值時(shí)，該系統(tǒng)便發(fā)出相應(yīng)的高溫警報(bào)信號(hào)，經(jīng)通信設(shè)備傳遞預(yù)警信號(hào)給上位機(jī)顯示界面，通知工作人員，此時(shí)工作人員通過(guò)報(bào)警信號(hào)對(duì)熱害等級(jí)進(jìn)行合理判斷，同時(shí)采取相對(duì)應(yīng)的措施，以便及時(shí)進(jìn)行防護(hù)和治理高溫災(zāi)害，對(duì)于提高水稻產(chǎn)量具有積極意義。

3.4 分地區(qū)分區(qū)域種植管理

我國(guó)南北跨度大、各地區(qū)環(huán)境差別巨大，因此水稻等作物的種植與管理要具體地區(qū)具體落實(shí)，要與當(dāng)?shù)丨h(huán)境相適應(yīng)，不同地區(qū)和區(qū)域種植不同品種的作物及采用不同的管理辦法。如東北地區(qū)，霜降時(shí)期較長(zhǎng)，無(wú)霜期較短，所以應(yīng)種植對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境溫度敏感的生長(zhǎng)周期短的水稻品種。因?yàn)闊o(wú)霜期較短，水稻多生長(zhǎng)在相對(duì)溫度較低的環(huán)境下，該時(shí)期生長(zhǎng)緩慢，分裂期時(shí)間明顯增加;對(duì)于部分無(wú)霜期較長(zhǎng)的地區(qū)，水稻生長(zhǎng)的各時(shí)期階段相對(duì)減少，生長(zhǎng)周期減少，故可以選取成熟周期長(zhǎng)、產(chǎn)量高的水稻品種進(jìn)行種植。與分區(qū)域選擇水稻品種類(lèi)似，針對(duì)不同區(qū)域的地理環(huán)境特點(diǎn)，要有針對(duì)性地采取相應(yīng)的管理策略。如黑龍江省，每年3—5月的降水量較少，多集中在夏季，故稻田水主要來(lái)自于冰雪，在水稻的日常管理中應(yīng)在部分地區(qū)增加堤壩及水庫(kù)的數(shù)量，以便更好地存儲(chǔ)降雨等，同時(shí)采用集中灌溉的方式，有效提升水資源利用率。

3.5 及時(shí)采取補(bǔ)救措施

受到高溫?zé)岷Φ丛斐山^收的稻田要及時(shí)地采取一定的補(bǔ)救措施。例如，進(jìn)行淺水濕潤(rùn)灌溉，高溫?zé)岷Τ?huì)帶來(lái)稻田干旱問(wèn)題，不能因?yàn)橐呀?jīng)受災(zāi)就不再進(jìn)行灌溉，故高溫災(zāi)害后期不可斷水過(guò)早，應(yīng)于水稻收割前7～9 d斷水為宜，不僅會(huì)使水稻產(chǎn)量增加，也可提高水稻品質(zhì)，使米粒更加飽滿;加強(qiáng)水稻其他災(zāi)害防治，特別是加強(qiáng)稻曲病、紋枯病、稻縱卷葉螟等病蟲(chóng)害防治;對(duì)于受高溫?zé)岷^輕稻田，應(yīng)在水稻破口期前進(jìn)行施肥補(bǔ)追，施加一定量的復(fù)合肥或者尿素，也可在水稻根莖部位噴灑少量植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，既可增加水稻結(jié)實(shí)率，亦可增加米粒飽滿度。

分地區(qū)對(duì)不同的受災(zāi)程度，有針對(duì)性和有選擇性地蓄留再生稻是一種有效補(bǔ)救手段。提前對(duì)熱害災(zāi)后水稻的結(jié)實(shí)率進(jìn)行調(diào)查，針對(duì)結(jié)實(shí)率在10%以下的受災(zāi)稻田，稻田受災(zāi)嚴(yán)重，宜進(jìn)行蓄留再生稻措施。具體實(shí)施過(guò)程是：在災(zāi)后割去前茬空秕的穗頭，同時(shí)加強(qiáng)病蟲(chóng)害防治和追施促芽肥，延長(zhǎng)水稻收割時(shí)間，使割去穗頭的水稻再生芽萌發(fā)，通過(guò)這一系列措施，提高受災(zāi)后產(chǎn)量。

4 結(jié)語(yǔ)

以高溫?zé)岷?duì)水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期的影響展開(kāi)研究，闡述了高溫會(huì)造成水稻產(chǎn)量降低等不利影響。著重分析了高溫危害對(duì)水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期的影響，對(duì)高溫?zé)岷M(jìn)行等級(jí)評(píng)估，將其分為4個(gè)等級(jí)：輕災(zāi)、中災(zāi)、重災(zāi)、超重災(zāi)，為后期預(yù)警檢測(cè)系統(tǒng)定性評(píng)判熱害等級(jí)提供了技術(shù)指標(biāo)。針對(duì)高溫?zé)岷μ岢霾扇婌F手段、科學(xué)安排播種時(shí)間、建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與預(yù)警系統(tǒng)、分地區(qū)分區(qū)域種植管理和及時(shí)的補(bǔ)救措施等建議和應(yīng)對(duì)措施。

在全球變暖的大趨勢(shì)下，高溫天氣出現(xiàn)的頻率逐漸增加，這對(duì)人們的日常生活產(chǎn)生了諸多影響，水稻問(wèn)題尤為顯著，而對(duì)于水稻監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的搭建尚不完善，技術(shù)尚不成熟，存在成本較高的問(wèn)題。隨著經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，提高農(nóng)作物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用率，將很大程度上提高農(nóng)作物產(chǎn)量，同時(shí)對(duì)于減輕農(nóng)業(yè)工作者和管理人員的勞動(dòng)壓力也具有重要意義。

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（責(zé)任編輯：張春雨）