長江中下游地區(qū)近32年水稻高溫?zé)岷Ψ植家?guī)律

譚詩琪+申雙和

摘要：根據(jù)長江中下游共41個站點1980—2011年5—10月天氣資料以及水稻產(chǎn)量資料，采用年rcGis繪制各個省份高溫?zé)岷Φ燃増D，分析長江中下游地區(qū)近32年水稻高溫?zé)岷Φ臅r空分布規(guī)律。結(jié)果表明：長江中下游地區(qū)高溫?zé)岷Ψ植汲尸F(xiàn)南多北少、東多西少的趨勢，江西北部、浙江南部和湖南中部較為嚴重。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?；時空分布；產(chǎn)量；長江中下游

中圖分類號： P458；S511文獻標(biāo)志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0097-05

近100年來，由于自然氣候波動和人類活動加劇導(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]，氣候變暖將是我國未來的變化趨勢，極端高溫的發(fā)生頻率也呈現(xiàn)升高的趨勢[2-7]，與1961—1990年相比，到2050年中國的年平均氣溫將增加（2.8±0.5） ℃，未來我國的極端天氣事件出現(xiàn)頻率也將增加[8]，夏季高溫等會頻繁出現(xiàn)，且持續(xù)時間更長，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%，嚴重威脅我國糧食安全[11]。據(jù)報道，氣溫每升高1 ℃，水稻產(chǎn)量會下降10%[12]，尤其在水稻結(jié)實期，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。

長江流域橫跨我國華東、華中、西南等三大經(jīng)濟區(qū)，長江中下游地區(qū)又是我國水稻主要種植區(qū)，而極端天氣對長江流域影響極為嚴重，研究該地區(qū)高溫的時空分布對水稻產(chǎn)量預(yù)警有著極為重要的意義。張倩等研究發(fā)現(xiàn)，長江中下游地區(qū)高溫主要會影響水稻孕穗、開花和灌漿，在高溫?zé)岷Φ湫湍攴?，早稻與中稻都有高達30%以上的減產(chǎn)[19]。劉偉昌等分析長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， 對宏觀把握水稻生產(chǎn)、管理、育種〖LM〗等有一定參考價值[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花期，也就是單季稻在7月下旬至8月上旬時，遭遇連續(xù)日平均氣溫≥30 ℃、日最高氣溫≥35 ℃、同時極端最高氣溫38 ℃以上、相對濕度70%以下的高溫天氣，而導(dǎo)致水稻生長發(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)律及開展高溫?zé)岷ΡO(jiān)測預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)、影響評估等的重要工具，也是評判災(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)的時間[21]。

1資料與方法

針對水稻生育期，選取長江中下游6省41個站點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、日照時數(shù)、平均溫度、平均日最高溫度、平均日最低溫度、平均相對濕度、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燃壏植记闆r

圖1為長江中下游1980—2011年5—10月水稻高溫?zé)岷Φ燃壙臻g分布圖，整個區(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)也達到了10次，且各等級熱害均呈現(xiàn)南部多北部少、東部多西部少的趨勢。

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

中度高溫?zé)岷Πl(fā)生頻數(shù)達到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、衡陽，江西省大部，浙江省大部，其中，樟樹、貴溪、麗水中度熱害總頻數(shù)高達100次以上。

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

2.2平均最高溫度年際變化

為了解整個區(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，其

[FL（2K2]年、1999年、2010年，降幅均達到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年極端溫度均達到39 ℃以上。6個省份整體變化都較大，升降幅度明顯。

平均產(chǎn)量達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燃壏植记闆r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，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，其他省份水稻產(chǎn)量的年際變化均呈增減波動變化。

3結(jié)論與討論

本試驗分析了長江中下游近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、每日日照時數(shù)、平均相對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溫度范圍，卻又不會過高導(dǎo)致高溫?zé)岷︻l發(fā)，其產(chǎn)量較其他省份高出許多。同時，溫度變化趨勢也影響產(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，水稻產(chǎn)量也呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢。此外，浙江省高溫?zé)岷η闆r也較為嚴重，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，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間的減少關(guān)系緊密，由于大氣環(huán)流作用，我國北方地區(qū)對流層低層偏強北風(fēng)異常使長江中下游地區(qū)日照時間減少、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，與城市化有很大關(guān)系[27]，城市化建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的保護程度對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，如日照時數(shù)會影響輻射量，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，但其日照時數(shù)卻是全省最長的，這在一方面大大增加了水稻生長所接受的輻射量，促進其光合作用，進而增加了光合產(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。相對濕度也會引發(fā)高溫?zé)岷Φ陌l(fā)生，過大會導(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發(fā)育等。

此外，各種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害如病蟲害、洪澇干旱災(zāi)害等時有發(fā)生[28]，各種災(zāi)害并非獨立發(fā)生，它們相互制約、相互作用，因此在研究高溫?zé)岷λ镜挠绊憰r應(yīng)將其他災(zāi)害的影響進行分離[19]。實際上，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)有研究尚未進行高溫對不同品種水稻熱害預(yù)警，應(yīng)根據(jù)不同地域特點采用不同熟制和播期及品種的水稻進行生產(chǎn)，這樣既能避開高溫?zé)岷Φ牟焕绊懀帜苷{(diào)整種植結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量。

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