长江中下游地区近32年水稻高温热害分布规律

谭诗琪+申双和

摘要：根据长江中下游共41个站点1980—2011年5—10月天气资料以及水稻产量资料，采用年rcGis绘制各个省份高温热害等级图，分析长江中下游地区近32年水稻高温热害的时空分布规律。结果表明：長江中下游地区高温热害分布呈现南多北少、东多西少的趋势，江西北部、浙江南部和湖南中部较为严重。各省份极端温度变化幅度较大，水稻产量与温度变化基本呈反比。

关键词：水稻；高温热害；时空分布；产量；长江中下游

中图分类号： P458；S511文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0097-05

近100年来，由于自然气候波动和人类活动加剧导致的温室效应，地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化。大量研究表明[1]，气候变暖将是我国未来的变化趋势，极端高温的发生频率也呈现升高的趋势[2-7]，与1961—1990年相比，到2050年中国的年平均气温将增加（2.8±0.5） ℃，未来我国的极端天气事件出现频率也将增加[8]，夏季高温等会频繁出现，且持续时间更长，在全球变暖的情况下，水稻遭遇高温热害概率持续增加[9-10]，如果不采取措施，到21世纪后半期，在高温热害的影响下，小麦、水稻、玉米等几种主要农作物产量可能下降37%，严重威胁我国粮食安全[11]。据报道，气温每升高1 ℃，水稻产量会下降10%[12]，尤其在水稻结实期，温度上升1～2 ℃，产量将下降10%～20%[13]。此外，高温热害不仅会显著降低水稻的产量，其品质也受到影响[14-18]，因此深入地研究高温热害至关重要。

长江流域横跨我国华东、华中、西南等三大经济区，长江中下游地区又是我国水稻主要种植区，而极端天气对长江流域影响极为严重，研究该地区高温的时空分布对水稻产量预警有着极为重要的意义。张倩等研究发现，长江中下游地区高温主要会影响水稻孕穗、开花和灌浆，在高温热害典型年份，早稻与中稻都有高达30%以上的减产[19]。刘伟昌等分析长江中下游水稻生育期内最高温度历史资料发现，各地均有不同程度的高温热害发生， 对宏观把握水稻生产、管理、育种〖LM〗等有一定参考价值[20]。

目前普遍定义水稻的高温热害是指水稻处于孕穗后期和抽穗扬花期，也就是单季稻在7月下旬至8月上旬时，遭遇连续日平均气温≥30 ℃、日最高气温≥35 ℃、同时极端最高气温38 ℃以上、相对湿度70%以下的高温天气，而导致水稻生长发育受阻，部分生理活性受到抑制，多方面生理生态功能都遭到损害，而最终导致减产或严重减产[14]。高温热害指标是研究和了解高温热害发生规律及开展高温热害监测预警、防灾减灾、影响评估等的重要工具，也是评判灾害的标准。目前较多的判别指标是温度和高温持续的时间[21]。

1资料与方法

针对水稻生育期，选取长江中下游6省41个站点1980—2011年5—10月天气资料以及水稻产量资料。处理后的天气数据包括逐日降水量、平均风速、日照时数、平均温度、平均日最高温度、平均日最低温度、平均相对湿度、日最高气温等。水稻资料包括历年总产量及产量，其中缺测数据采用前后年平均值以及线性回归方法获得。本试验就水稻生育期内受高温胁迫情况，利用MATLAB处理数据，以连续3 d日最高气温≥35、37、39 ℃的频数作为轻、中、重度高温（表1）。

2结果与分析

2.1高温热害等级分布情况

图1为长江中下游1980—2011年5—10月水稻高温热害等级空间分布图，整个区域有大部分城市轻度热害发生次数高于100，约一半城市中度热害发生次数在20次以上，部分地区重度热害发生次数也达到了10次，且各等级热害均呈现南部多北部少、东部多西部少的趋势。

轻度高温热害发生频数达到100次以上的地区有安徽省屯溪，湖南省南县、平江、邵阳、武冈、衡阳，江西省大部，浙江南部、鄞县、衢州等，其中，衡阳、修水、赣州、南昌、贵溪、南城、广昌轻度热害总频数高达200次以上。

中度高温热害发生频数达到20次以上的地区有安徽省屯溪，湖北省麻城、武汉、英山，湖南省平江、邵阳、衡阳，江西省大部，浙江省大部，其中，樟树、贵溪、丽水中度热害总频数高达100次以上。

重度高温热害发生总频数达到10次以上的地区有湖南省衡阳，江西省修水、吉安、樟树、贵溪，浙江省鄞县、丽水，其中，丽水重度热害总频数高达50次。

2.2平均最高温度年际变化

为了解整个区域水稻产量受高温影响，分析32年逐年5—10月的年平均最高温度，图2分别为各省的年平均最高温度年代变化，其中年平均最高温度整体趋势为20世纪80年代变化最小，21世纪变化次之，20世纪90年代升降幅度最大。其中，除了江西省的年平均最高温度是呈降低的趋势，其

[FL（2K2]年、1999年、2010年，降幅均达到0.9 ℃以上。

2.3极端温度年际变化

图3为6省32年每年的极端温度，所有省份的极值温度均在35 ℃以上，并且除了江苏省，其他省份基本都在37 ℃以上。其中，江西省和浙江省有23年极端温度均达到39 ℃以上。6个省份整体变化都较大，升降幅度明显。

平均产量达5 000 kg/hm2以上，其他省份均在 30 000 kg/hm2 以下，其中江西省最低，只有16 680.4 kg/hm2。这与图1高温热害等级分布情况相吻合，江苏省热害情况较轻，其产量也最高，江西省高温热害情况严重，且高温地区最多，其产量也在6省中最低。

为了解整个区域水稻产量受高温影响，分析32年逐年5—10月的年平均最高温度与产量的关系，图6为各省水稻产量年际变化，其中大部分省份产量在20世纪80年代均呈缓慢增加趋势，90年代除了安徽省和江西省，变化幅度较小，21世纪除了安徽省和江苏省，变化幅度也较小。结合图2，各省份温度变化对应水稻产量增减情况大致呈现为温度升高，产量下降，以及温度降低，产量增加。其中，只有江西省的年平均最高温度变化总体趋势是呈下降变化的，只有江西省的水稻产量呈逐年增加趋势，其他省份水稻产量的年际变化均呈增减波动变化。

3结论与讨论

本试验分析了长江中下游近32年的高温热害情况，平均最高温度、极端温度、平均温度、平均最低温度、每日日照时数、平均相对湿度等气象要素的年际变化，以及各省份水稻产量分布和产量年际变化。就温度与产量的关系而言，温度越高，产量则相应越低，如江西省温度在整个区域最高，其产量最低，而江苏省温度最低，其产量最高。究其原因，江西省高温热害情况较为严重，水稻生产受到阻碍导致产量较少，江苏省虽然温度低，但在该地区其温度以满足水稻适宜生长温度范围，却又不会过高导致高温热害频发，其产量较其他省份高出许多。同时，温度变化趋势也影响产量的增减变化情况，如江西省的温度虽然在6个省份中最高，水稻总产量最低，但其平均最高温度在近32年内呈降低趋势，水稻产量也呈现稳步上升的趋势。此外，浙江省高温热害情况也较为严重，产量却与高温热害情况较好的湖南省持平，这可能与地域条件、当地田间管理、水稻品种等因素有关[22-23]。

关于极端温度下降的趋势，有研究指出[24-26]，是由于天气条件制约着夏季的温度，白天最高温度与日照时间的减少关系紧密，由于大气环流作用，我国北方地区对流层低层偏强北风异常使长江中下游地区日照时间减少、气温偏低，导致与其他季节相反，夏季温度下降。而极端温度上升的趋势，与城市化有很大关系[27]，城市化建设与生态环境的保护程度对气温变化有一定的影响。

除去温度因子的影响，其他天气要素，如日照时数会影响辐射量，间接影响水稻生育期，其中江苏省虽然温度较其他省份偏低，但其日照时数却是全省最长的，这在一方面大大增加了水稻生长所接受的辐射量，促进其光合作用，进而增加了光合产量，所以这又是江苏省水稻产量居6省之最的原因之一。相对湿度也会引发高温热害的发生，过大会导致湿热而致使水稻空秕率增加。其中，江苏省与安徽省相对湿度近32年均在77%左右，变化幅度较小，空气湿度适中，不易导致水稻热害的发生，因而其产量也高出其他省份许多。其他要素如最低温度也制约着水稻冷害的发生，从而影响其正常生长发育等。

此外，各种农业气象灾害如病虫害、洪涝干旱灾害等时有发生[28]，各种灾害并非独立发生，它们相互制约、相互作用，因此在研究高温热害对水稻的影响时应将其他灾害的影响进行分离[19]。实际上，水稻受害还受其他条件如施肥状况、田间管理、水稻品种等因素的影响，并且现有研究尚未进行高温对不同品种水稻热害预警，应根据不同地域特点采用不同熟制和播期及品种的水稻进行生产，这样既能避开高温热害的不利影响，又能调整种植结构，提高作物产量。

参考文献：

[1]丁一汇，任国玉，石广玉，等. 气候变化国家评估报告（Ⅰ）：中国气候变化的历史和未来趋势[J]. 气候变化研究进展，2006，2（1）：3-8.

[2]Yan Z，Jones P D，Davies T D，et al. Trends of extreme temperatures in Europe and China based on daily observations[J]. Climatic Change，2002，53（1/2/3）：355-392.

[3]Frich P，Alexander L V，Della-Marta P，et al. Observed coherent changes in climatic extremes during the second half of the twentieth century[J]. Climate Research，2002，19：193-212.

[4]Houghton T. 全球变暖[M]. 北京：气象出版社，1998：1-20.

[5]朱定真，何卷雄，丁裕国. 江苏地区极端气温振动形态的长期变化特征[J]. 气象科学，2004，24（2）：145-153.

[6]周晓兰，高庆九，邓自旺，等. 江蘇气温长期变化趋势及年代际变化空间差异分析[J]. 南京气象学院学报，2006，29（2）：196-202.

[7]孙燕，张秀丽，唐红昇，等. 江苏夏季气温异常的时空变化特征[J]. 气象科学，2009，29（1）：133-137.

[8]孙雯. 气候变暖对中国水稻生产的影响[D]. 南京：南京农业大学，2011.

[9]陶龙兴，谈惠娟，王熹，等. 超级杂交稻国稻 6 号对开花结实期高温热害的反应[J]. 中国水稻科学，2007，21（5）：518-524.[ZK）]

[10]Yao F，Xu Y，Lin E，et al. Assessing the impacts of climate change on rice yields in the main rice areas of China[J]. Climatic Change，2007，80（3/4）：395-409.

[11]陈楠楠. 温度和二氧化碳升高对稻麦产量及生物量影响的整合分析研究[D]. 南京：南京农业大学，2012.

[12]Peng S，Huang J，Sheehgs J E，et al. Rice yields decline with higher night temperature from global warming[J]. PaNS，2004，101（27）：9971-9975.[HJ1.7mm]

[13]陶启波，严昀，石继权. 农作物高温热害及其防御措施浅析[J]. 安徽农学通报，2005，10（6）：56-57.

[14]谢晓金，李秉柏，李映雪，等. 抽穗期高温胁迫对水稻产量构成要素和品质的影响[J]. 中国农业气象，2010（3）：411-415.

[15]何永坤，范莉，阳园燕. 近50a来四川盆地东部水稻高温热害发生规律研究[J]. 西南大学学报：自然科学版，2011，33（12）：39-43.

[16]唐玮玮，彭国照，高阳华，等. 重庆气候与稻米营养品质的关系研究[J]. 西南大学学报：自然科学版，2009，30（12）：65-69.

[17]郑建初，张彬，陈留根，等. 抽穗期高温对水稻产量构成要素和稻米品质的影响及其基因型差异[J]. 江苏农业学报，2006，21（4）：249-254.

[18]王志刚，王磊，林海，等. 水稻高温热害及耐热性研究进展[J]. 中国稻米，2013，19（1）：27-31.

[19]张倩，赵艳霞，王春乙. 长江中下游地區高温热害对水稻的影响[J]. 灾害学，2011，26（4）：57-62.

[20]刘伟昌，张雪芬，余卫东，等. 长江中下游水稻高温热害时空分布规律研究[J]. 安徽农业科学，2009，37（14）：6454-6457.

[21]郑有飞，丁雪松，吴荣军，等. 近50年江苏省夏季高温热浪的时空分布特征分析[J]. 自然灾害学报，2012，21（2）：43-50.

[22]唐国利，丁一汇. 近44年南京温度变化的特征及其可能原因的分析[J]. 大气科学，2006，30（1）：56-68.

[23]郑红莲，严军，张铭. 南京地区高空平均气温的变化[J]. 解放军理工大学学报，2002，3（2）：77-80.

[24]施丹平，缪国华. 近50年苏州气候变化分析[C]//首届长三角科技论坛——气象科技发展论坛论文集. 杭州：浙江科学出版社，2004.

[25]姚萍，杨炳玉，陈菲菲，等. 水稻高温热害研究进展[J]. 农业灾害研究，2012，2（4）：23-25，38.

[26]田小海，松井勤，李守华，等. 水稻花期高温胁迫研究进展与展望[J]. 应用生态学报，2007，18（11）：2632-2636.

[27]张倩，赵艳霞，王春乙. 我国主要农业气象灾害指标研究进展[J]. 自然灾害学报，2010，19（6）：40-53.

[28]宁万光，谢瑛，史洪中，等. 信阳水稻稻瘟病发生规律及基于灰色预测模型的预测预报[J]. 江苏农业科学，2014，42（6）：102-104.