宾阳县早稻高温热害年际变化特点及对产量影响

黄春丽 周勋波 袁媛

关键词高温热害;变化特点;突变期;产量

2019年全球平均气温与18世纪80年代前相比偏高1.1℃。随着全球气温不断攀升，1958-2018年广西高温日数也呈现增加趋势，且超过50%的气象观测站极端高温日数突破历史极值。水稻是耐高温作物，但在生长发育关键时期遭受高温会影响水稻开花受精过程及水稻灌浆过程。根据以往的研究结果显示，出现35℃高温天气时，不同生长发育阶段的水稻受影响不同。比如，在抽穗扬花期会提升空壳率，降低结实率，从而导致产量下降：在灌浆期容易导致籽粒灌浆加速，有效缩短灌浆期，降低籽粒充实度，进而影响籽粒千粒重及米质形成。宾阳县作为全国500家产粮大县之一，主要种植早稻、晚稻，全球气候变暖对早稻关键生产阶段影响较大。为了保障粮食安全，基于以往研究成果，着重分析宾阳县早稻高温热害年际变化特点及对产量的影响，为辖区粮食安全生产提供防灾减灾的决策依据。

1资料与方法

1.1资料与统计方法

研究区域位于广西南宁市东北部，北回归线南沿。数据来源于宾阳国家气象观测站（106°5000E，23°1500.N）1981-2019年的日平均气温、最高气温气象数据，以及宾阳县统计局提供的2007-2018年早稻单产数据。主要利用线性回归、M-K突变性检验方法，分析宾阳县逐年平均气温、高温日数时间变化特点，高温热害年际变化特点、突变年份及对产量的影响。

1.2高温热害等级

采用的高温热害指标参考谭孟祥等的研究成果，即统计日平均气温≥30℃或日最高气温≥35℃，且连续天数超过3d以上视为1次高温热害（表1）。宾阳县早稻生长发育关键时期受高温热害影响主要在6-7月，故主要统计6-7月出现的高温热害过程，并采取分等级统计宾阳县早稻高温热害次数。

1.3早稻产量处理方法

对产量进行分类，即：y-yt十yw+8，式子中y、yt、8分别为实际、趋势、气象和随机产量，单位为kg/hm2根据对实际产量贡献大小情况，忽略8的贡献，将产量公式化简为：y=yt+yw，并以5年滑动平均分离趋势产量，气象产量与趋势产量做商为相对气象产量，即：）。选取2007-2018年发生的热害频次数据分析高温热害对产量的影响。

2结果分析

2.1年际变化特点

2.1.1逐年平均气温、高温日数时间变化特点利用5年滑动平均和一元线性回归对宾阳县1981-2019年年平均气温、年高温日数进行时间变化分析。宾阳县逐年平均气温、高温日数总体呈现波动升高态势，其中，逐年平均气温、高温日数线性系数分别为0.03℃/年、0.28d/年。20世纪80年代中后期到90年代前期、21世纪前期到10年代，逐年平均气温波动增长趋势较明显，且年高温日数也呈现增加趋势，这说明在全球气候变暖背景下，高温热害天气过程将呈现多发趋势（图1）。

2.1.2过程次数年际变化特点对宾阳县1981-2019年早稻高温热害过程次数进行统计分析，结果表明：早稻高温热害过程总次数呈现波动上升趋势，线性系数为0.032次/年。20世纪80年代初到90年代初，热害过程发生次数先急速增长达到峰值后进入平缓增长阶段，而后又迅速增长达到峰值后降低：20世纪90年代中期到21世纪20年代，早稻高温热害总次数密集且呈现连续性的波动上升，出现了8个峰值区（图2a）。早稻高温热害总次数多发时间段与高温日数增加时间段基本一致。由此可推，宾阳县早稻高温热害次数有进一步发展趋势。

由图2b、c、d可知：轻度次数线性系数为0.025次/年，20世纪80年代初期到90年代初期，水稻高温热害次数出现2个峰值，最大峰值出现在1988年，为3次：20世纪90年代中期到21世纪10年代中期，呈现阶段性热害过程;21世纪10年代中期到20年代，早稻高温热害次数波动性增加趋势，且最大峰值出现在2013年、2014年、2016年，均为3次。早稻高温热害中度、重度次数线性趋势不显著，中度次数阶段性出现，且少数年份出现中度早稻高温热害，有4个高峰值分别出现在1987年、1995年、2000年、2006年、2007年。20世纪80年到21世纪00年代并未出现重度次数，进入21世纪00年代中后期，重度次数才阶段性发生，有4个高值，分别出现在2003年、2005年、2010年、2015年，均为1次。

2.1.3连续天数年际变化特点对1981—2019年早稻高温热害过程连续天数进行分析研究发现，早稻高温热害平均天数为6.9d，最多达到21d，出现在2015年。宾阳县早稻高温热害连续总天数呈现波动性上升趋势，且线性倾系数为0.153 d/年，20世纪80年代初到80年代末，热害过程连续天数有3个高峰值，出现在1983年（12 d）、1987年（13 d）、1988年（12 d）：20世纪90年代初期前后没有出现早稻高温热害过程;20世纪90年代中后期，过程连续天数表现出较为明显的波动增长态势，最值出现在2010年。过程连续天数年际变化趋势与次数年际变化类似，但连续天数年际变化差别较大（图3）。

2.1.4热害强度年际变化特点采用灾害强度公式（即D=d/cx 100%，其中D为灾害强度，单位为d/次，d、c分别为高溫热害发生的总天数、总次数）计算1981-2019年宾阳早稻高温热害强度。宾阳县热害强度线性系数为0.055 d/次，20世纪80年初期热害强度有下降趋势，之后有所增长：1982-1990年热害强度变化不大，20世纪90年代前期到90年末期，热害强度呈现阶段性增减趋势，进入21世纪后，热害强度则呈现波动式上升趋势，这表明宾阳县早稻高温热害强度总体上呈现增长趋势（图4）。

2.2早稻高温热害突变分析

M-K检验方法是一种非参数Mann-Kendall法突变检测，兼具较好的理论基础和应用效果。目前，该方法被世界气象组织推荐，并广泛应用于气候资料随时间变化的长期变化趋势中，如气温、降水、径流、水质等。鉴于宾阳早稻高温热害次数呈现波动增长趋势，采用M-K检验方法来检测宾阳县1981-2019年早稻热害发生次数趋势的突变性。

20世纪80年代初到80年代末，UF值为0且除少数年份超过置信区间外，大多数处在置信区间内，说明该阶段早稻高温热害发生次数增长趋势由显著变为不显著，UF、UB曲线在1981年有1个交点，此后热害次数增长态势较为明显，说明1981年为早稻高热发生次数增加突变年：到21世纪10代后，UF、UB曲线有1个交点发在2010年，且UF值0并在置信区间内，表明2010年为早稻高温热害次数突变年，但该阶段早稻高温热害并未通过a=0.05的显著性检验（图5）。

2.3高温热害对产量的影响

2007-2008年热害频次与相对气象产量均呈现下降趋势;2009-2015年热害频次与相对气象产量大致呈现反向波动的趋势，随着热害频次增加，相对气象产量随之降低，反之亦然：2008-2017年产量受热害影响相对显著，且该时段内热害发生次数多：进入2017年后，热害对产量影响不明显（图6）。由此可知，宾阳县高热害对产量的影响大致上呈现反向波动增减的趋势，但不排除极端年份的异常影响。

3讨论与总结

相关研究表明，近56年广西极端变暖事件有增强、增加趋势。随着高温热害事件频发，严重影响我国水稻生长发育，致使减产，在湖南极端高温频次与晚稻呈现负相关。结果也表明，宾阳县高温日数呈现增长态势，高温热害发生次数趋势与其基本相似，且热害强度总体上呈现出增长趋势。产量与热害次数呈现反向波动趋势，即高温热害次数增加、强度增强，早稻产量下降，反之亦然。究其原因在于：（1）全球气候变暖大背景下，各区域之间气温也会相应呈现增加趋势，只是幅度大小差别;（2）由于每个区域种植品种、气候条件、农业技术水平不同，高温热害对产量的影响也会有所不同。

宾阳县热害次数表现为阶段性波动增减趋势，线性系数为0.032次/年，但热害次数总体上呈现上升趋势，20世纪80～90年代、21世纪10年初后热害次数较多。轻度、中度热害次数则呈现出阶段性增减，有的年份偏多，有的年份偏少或没有，进入21世纪00年代后重度热害才开始出现。M-K趋势突变分析表明，宾阳县热害过程次数突变年份发生在1981年、2010年。賓阳县平均热害天数为6.9d，最多可达21d。连续天数增长趋势与热害次数变化趋势相似，线性倾系数为0.153d/年，且年际变化差异大。这是因为全球气候变暖进一步持续，导致极端高温事件频发，热害次数、持续天数增加。因此，建议通过选择耐热水稻优良种植品种、建设现代化田间管理系统等避免产量减损。