長(zhǎng)江中下游地區(qū)近32年水稻高溫?zé)岷Ψ植家?guī)律

譚詩(shī)琪+申雙和

摘要：根據(jù)長(zhǎng)江中下游共41個(gè)站點(diǎn)1980—2011年5—10月天氣資料以及水稻產(chǎn)量資料，采用年rcGis繪制各個(gè)省份高溫?zé)岷Φ燃?jí)圖，分析長(zhǎng)江中下游地區(qū)近32年水稻高溫?zé)岷Φ臅r(shí)空分布規(guī)律。結(jié)果表明：長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫?zé)岷Ψ植汲尸F(xiàn)南多北少、東多西少的趨勢(shì)，江西北部、浙江南部和湖南中部較為嚴(yán)重。各省份極端溫度變化幅度較大，水稻產(chǎn)量與溫度變化基本呈反比。

關(guān)鍵詞：水稻；高溫?zé)岷Γ粫r(shí)空分布；產(chǎn)量；長(zhǎng)江中下游

中圖分類號(hào)： P458；S511文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0097-05

近100年來(lái)，由于自然氣候波動(dòng)和人類活動(dòng)加劇導(dǎo)致的溫室效應(yīng)，地球氣候正經(jīng)歷一次以全球變暖為主要特征的顯著變化。大量研究表明[1]，氣候變暖將是我國(guó)未來(lái)的變化趨勢(shì)，極端高溫的發(fā)生頻率也呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)[2-7]，與1961—1990年相比，到2050年中國(guó)的年平均氣溫將增加（2.8±0.5） ℃，未來(lái)我國(guó)的極端天氣事件出現(xiàn)頻率也將增加[8]，夏季高溫等會(huì)頻繁出現(xiàn)，且持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，在全球變暖的情況下，水稻遭遇高溫?zé)岷Ω怕食掷m(xù)增加[9-10]，如果不采取措施，到21世紀(jì)后半期，在高溫?zé)岷Φ挠绊懴?，小麥、水稻、玉米等幾種主要農(nóng)作物產(chǎn)量可能下降37%，嚴(yán)重威脅我國(guó)糧食安全[11]。據(jù)報(bào)道，氣溫每升高1 ℃，水稻產(chǎn)量會(huì)下降10%[12]，尤其在水稻結(jié)實(shí)期，溫度上升1～2 ℃，產(chǎn)量將下降10%～20%[13]。此外，高溫?zé)岷Σ粌H會(huì)顯著降低水稻的產(chǎn)量，其品質(zhì)也受到影響[14-18]，因此深入地研究高溫?zé)岷χ陵P(guān)重要。

長(zhǎng)江流域橫跨我國(guó)華東、華中、西南等三大經(jīng)濟(jì)區(qū)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)又是我國(guó)水稻主要種植區(qū)，而極端天氣對(duì)長(zhǎng)江流域影響極為嚴(yán)重，研究該地區(qū)高溫的時(shí)空分布對(duì)水稻產(chǎn)量預(yù)警有著極為重要的意義。張倩等研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江中下游地區(qū)高溫主要會(huì)影響水稻孕穗、開(kāi)花和灌漿，在高溫?zé)岷Φ湫湍攴?，早稻與中稻都有高達(dá)30%以上的減產(chǎn)[19]。劉偉昌等分析長(zhǎng)江中下游水稻生育期內(nèi)最高溫度歷史資料發(fā)現(xiàn)，各地均有不同程度的高溫?zé)岷Πl(fā)生， 對(duì)宏觀把握水稻生產(chǎn)、管理、育種〖LM〗等有一定參考價(jià)值[20]。

目前普遍定義水稻的高溫?zé)岷κ侵杆咎幱谠兴牒笃诤统樗霌P(yáng)花期，也就是單季稻在7月下旬至8月上旬時(shí)，遭遇連續(xù)日平均氣溫≥30 ℃、日最高氣溫≥35 ℃、同時(shí)極端最高氣溫38 ℃以上、相對(duì)濕度70%以下的高溫天氣，而導(dǎo)致水稻生長(zhǎng)發(fā)育受阻，部分生理活性受到抑制，多方面生理生態(tài)功能都遭到損害，而最終導(dǎo)致減產(chǎn)或嚴(yán)重減產(chǎn)[14]。高溫?zé)岷χ笜?biāo)是研究和了解高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律及開(kāi)展高溫?zé)岷ΡO(jiān)測(cè)預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)、影響評(píng)估等的重要工具，也是評(píng)判災(zāi)害的標(biāo)準(zhǔn)。目前較多的判別指標(biāo)是溫度和高溫持續(xù)的時(shí)間[21]。

1資料與方法

針對(duì)水稻生育期，選取長(zhǎng)江中下游6省41個(gè)站點(diǎn)1980—2011年5—10月天氣資料以及水稻產(chǎn)量資料。處理后的天氣數(shù)據(jù)包括逐日降水量、平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、平均溫度、平均日最高溫度、平均日最低溫度、平均相對(duì)濕度、日最高氣溫等。水稻資料包括歷年總產(chǎn)量及產(chǎn)量，其中缺測(cè)數(shù)據(jù)采用前后年平均值以及線性回歸方法獲得。本試驗(yàn)就水稻生育期內(nèi)受高溫脅迫情況，利用MATLAB處理數(shù)據(jù)，以連續(xù)3 d日最高氣溫≥35、37、39 ℃的頻數(shù)作為輕、中、重度高溫（表1）。

2結(jié)果與分析

2.1高溫?zé)岷Φ燃?jí)分布情況

圖1為長(zhǎng)江中下游1980—2011年5—10月水稻高溫?zé)岷Φ燃?jí)空間分布圖，整個(gè)區(qū)域有大部分城市輕度熱害發(fā)生次數(shù)高于100，約一半城市中度熱害發(fā)生次數(shù)在20次以上，部分地區(qū)重度熱害發(fā)生次數(shù)也達(dá)到了10次，且各等級(jí)熱害均呈現(xiàn)南部多北部少、東部多西部少的趨勢(shì)。

輕度高溫?zé)岷Πl(fā)生頻數(shù)達(dá)到100次以上的地區(qū)有安徽省屯溪，湖南省南縣、平江、邵陽(yáng)、武岡、衡陽(yáng)，江西省大部，浙江南部、鄞縣、衢州等，其中，衡陽(yáng)、修水、贛州、南昌、貴溪、南城、廣昌輕度熱害總頻數(shù)高達(dá)200次以上。

中度高溫?zé)岷Πl(fā)生頻數(shù)達(dá)到20次以上的地區(qū)有安徽省屯溪，湖北省麻城、武漢、英山，湖南省平江、邵陽(yáng)、衡陽(yáng)，江西省大部，浙江省大部，其中，樟樹(shù)、貴溪、麗水中度熱害總頻數(shù)高達(dá)100次以上。

重度高溫?zé)岷Πl(fā)生總頻數(shù)達(dá)到10次以上的地區(qū)有湖南省衡陽(yáng)，江西省修水、吉安、樟樹(shù)、貴溪，浙江省鄞縣、麗水，其中，麗水重度熱害總頻數(shù)高達(dá)50次。

2.2平均最高溫度年際變化

為了解整個(gè)區(qū)域水稻產(chǎn)量受高溫影響，分析32年逐年5—10月的年平均最高溫度，圖2分別為各省的年平均最高溫度年代變化，其中年平均最高溫度整體趨勢(shì)為20世紀(jì)80年代變化最小，21世紀(jì)變化次之，20世紀(jì)90年代升降幅度最大。其中，除了江西省的年平均最高溫度是呈降低的趨勢(shì)，其

[FL（2K2]年、1999年、2010年，降幅均達(dá)到0.9 ℃以上。

2.3極端溫度年際變化

圖3為6省32年每年的極端溫度，所有省份的極值溫度均在35 ℃以上，并且除了江蘇省，其他省份基本都在37 ℃以上。其中，江西省和浙江省有23年極端溫度均達(dá)到39 ℃以上。6個(gè)省份整體變化都較大，升降幅度明顯。

平均產(chǎn)量達(dá)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。這與圖1高溫?zé)岷Φ燃?jí)分布情況相吻合，江蘇省熱害情況較輕，其產(chǎn)量也最高，江西省高溫?zé)岷η闆r嚴(yán)重，且高溫地區(qū)最多，其產(chǎn)量也在6省中最低。

為了解整個(gè)區(qū)域水稻產(chǎn)量受高溫影響，分析32年逐年5—10月的年平均最高溫度與產(chǎn)量的關(guān)系，圖6為各省水稻產(chǎn)量年際變化，其中大部分省份產(chǎn)量在20世紀(jì)80年代均呈緩慢增加趨勢(shì)，90年代除了安徽省和江西省，變化幅度較小，21世紀(jì)除了安徽省和江蘇省，變化幅度也較小。結(jié)合圖2，各省份溫度變化對(duì)應(yīng)水稻產(chǎn)量增減情況大致呈現(xiàn)為溫度升高，產(chǎn)量下降，以及溫度降低，產(chǎn)量增加。其中，只有江西省的年平均最高溫度變化總體趨勢(shì)是呈下降變化的，只有江西省的水稻產(chǎn)量呈逐年增加趨勢(shì)，其他省份水稻產(chǎn)量的年際變化均呈增減波動(dòng)變化。

3結(jié)論與討論

本試驗(yàn)分析了長(zhǎng)江中下游近32年的高溫?zé)岷η闆r，平均最高溫度、極端溫度、平均溫度、平均最低溫度、每日日照時(shí)數(shù)、平均相對(duì)濕度等氣象要素的年際變化，以及各省份水稻產(chǎn)量分布和產(chǎn)量年際變化。就溫度與產(chǎn)量的關(guān)系而言，溫度越高，產(chǎn)量則相應(yīng)越低，如江西省溫度在整個(gè)區(qū)域最高，其產(chǎn)量最低，而江蘇省溫度最低，其產(chǎn)量最高。究其原因，江西省高溫?zé)岷η闆r較為嚴(yán)重，水稻生產(chǎn)受到阻礙導(dǎo)致產(chǎn)量較少，江蘇省雖然溫度低，但在該地區(qū)其溫度以滿足水稻適宜生長(zhǎng)溫度范圍，卻又不會(huì)過(guò)高導(dǎo)致高溫?zé)岷︻l發(fā)，其產(chǎn)量較其他省份高出許多。同時(shí)，溫度變化趨勢(shì)也影響產(chǎn)量的增減變化情況，如江西省的溫度雖然在6個(gè)省份中最高，水稻總產(chǎn)量最低，但其平均最高溫度在近32年內(nèi)呈降低趨勢(shì)，水稻產(chǎn)量也呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)。此外，浙江省高溫?zé)岷η闆r也較為嚴(yán)重，產(chǎn)量卻與高溫?zé)岷η闆r較好的湖南省持平，這可能與地域條件、當(dāng)?shù)靥镩g管理、水稻品種等因素有關(guān)[22-23]。

關(guān)于極端溫度下降的趨勢(shì)，有研究指出[24-26]，是由于天氣條件制約著夏季的溫度，白天最高溫度與日照時(shí)間的減少關(guān)系緊密，由于大氣環(huán)流作用，我國(guó)北方地區(qū)對(duì)流層低層偏強(qiáng)北風(fēng)異常使長(zhǎng)江中下游地區(qū)日照時(shí)間減少、氣溫偏低，導(dǎo)致與其他季節(jié)相反，夏季溫度下降。而極端溫度上升的趨勢(shì)，與城市化有很大關(guān)系[27]，城市化建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的保護(hù)程度對(duì)氣溫變化有一定的影響。

除去溫度因子的影響，其他天氣要素，如日照時(shí)數(shù)會(huì)影響輻射量，間接影響水稻生育期，其中江蘇省雖然溫度較其他省份偏低，但其日照時(shí)數(shù)卻是全省最長(zhǎng)的，這在一方面大大增加了水稻生長(zhǎng)所接受的輻射量，促進(jìn)其光合作用，進(jìn)而增加了光合產(chǎn)量，所以這又是江蘇省水稻產(chǎn)量居6省之最的原因之一。相對(duì)濕度也會(huì)引發(fā)高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生，過(guò)大會(huì)導(dǎo)致濕熱而致使水稻空秕率增加。其中，江蘇省與安徽省相對(duì)濕度近32年均在77%左右，變化幅度較小，空氣濕度適中，不易導(dǎo)致水稻熱害的發(fā)生，因而其產(chǎn)量也高出其他省份許多。其他要素如最低溫度也制約著水稻冷害的發(fā)生，從而影響其正常生長(zhǎng)發(fā)育等。

此外，各種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害如病蟲(chóng)害、洪澇干旱災(zāi)害等時(shí)有發(fā)生[28]，各種災(zāi)害并非獨(dú)立發(fā)生，它們相互制約、相互作用，因此在研究高溫?zé)岷?duì)水稻的影響時(shí)應(yīng)將其他災(zāi)害的影響進(jìn)行分離[19]。實(shí)際上，水稻受害還受其他條件如施肥狀況、田間管理、水稻品種等因素的影響，并且現(xiàn)有研究尚未進(jìn)行高溫對(duì)不同品種水稻熱害預(yù)警，應(yīng)根據(jù)不同地域特點(diǎn)采用不同熟制和播期及品種的水稻進(jìn)行生產(chǎn)，這樣既能避開(kāi)高溫?zé)岷Φ牟焕绊?，又能調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量。

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