江西省早稻高温逼熟规律及其对产量的影响

2016-07-25陈昆黄淑娥景元书

江苏农业科学 2016年6期

陈昆+黄淑娥+景元书

摘要：采用累积距平法和信息扩散法对江西省82个气象观测站近50年气象资料进行分析处理，以探究江西省早稻高温逼熟的发生规律及其对产量的影响。结果表明：江西省早稻高温逼熟的关键期为每年的6月15日至7月20日；近50年来江西省6—7月均温变化可分为4个过程，其中21世纪以来气温明显上升，高温逼熟次数明显增加；一年中，高温逼熟发生次数较多的为7月11—20日，较少的为6月15—30日，2004年后高温逼熟有提前趋势；高温逼熟风险较大的区域为赣江流域的吉泰盆地、樟树、新干，赣南的赣县、南康以及赣中北信江流域的鹰潭、贵溪等地区，较少的区域为山区。高温逼熟次数与早稻实际产量、气象产量呈显著负相关，表明高温逼熟是影响早稻产量的重要因素。

关键词：江西省；早稻；高温逼熟；增温；早稻产量

中图分类号： S511.04；S162.5+3文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）06-0143-05

收稿日期：2015-10-26

基金项目：国家公益性行业科研专项（编号：GYHY201406025、GYHY201006025）。

作者简介：陈昆（1990—），男，江苏南京人，硕士研究生，主要从事农业气象研究。E-mail：905262462@qq.com。

通信作者：黄淑娥，硕士，正研级高级工程师，主要从事农业气象研究。E-mail：jxhse@sohu.com。水稻是我国最主要的粮食作物之一，是一种喜温作物。然而，过高的气温也对水稻生长产生不利影响，抽穗扬花期高温，将阻碍水稻花粉成熟和花药开裂，导致花粉活力和花粉萌发率降低[1-3]；灌浆成熟期高温，水稻灌浆速率加快，灌浆期缩短，导致千粒质量下降，空壳率上升，产量减少，并且收获的稻米品质也将下降[4-8]。IPCC第五次报告又一次确认了全球变暖的事实，这又加剧了水稻遭受高温热害的风险。

目前，已经有较多的学者对不同水稻产区的高温热害发生规律及风险进行了分析。对江苏的高温热害研究指出，自1990年后，江苏的气温呈现显著增长的趋势，高温热害发生的次数也呈增加趋势，且宁镇扬丘陵地区受热害严重[9-11]。金志凤等对浙江地区高温热害的研究认为，浙江大部分地区均有高温热害发生，中心区域出现在金华地区，且随时间呈增加趋势[12]。罗孳孳等对重庆地区的高温研究发现，水稻高温热害尤其是重度高温热害呈上升趋势；灌浆结实期，长江河谷地区热害严重[13]。

江西省是长江流域重要的水稻产区之一，水稻种植面积和总产量均居全国第二，其中双季早稻种植面积为331.77万hm2，占江西稻谷种植面积的41.7%[14]。早稻的灌浆期处于6月下旬至7月上旬，正好遭遇高温时段，易受高温伤害，造成高温逼熟。因此，开展区域内早稻高温逼熟的研究很有必要。杨丙玉等对江西省1961—2010年6—8月平均气温等气象资料分析，发现水稻热害主要集中在7月中下旬和8月上旬；高温热害发生次数较高的区域分布于江西东北部、赣州北部、吉泰盆地和赣抚平原，并向山区递减[15]。本研究根据江西省农试站多年早稻生育期来确定高温热害的有效时段，分析江西省近半个世纪早稻灌浆期的温度变化以及近20年早稻高温逼熟的风险，为早稻种植合理布局提供依据。

1材料与方法

1.1资料

气象资料来自于江西省气象局，包括82个气象观测点1961—2015年的6—7月日均温和最高气温等。早稻产量资料以江西省农业气象试验站为代表站。

1.2方法

1.2.1高温热害指标根据前人的研究成果，采取日平均气温≥ 30 ℃和日最高气温≥ 35 ℃连续出现3 d及以上作为指标。依据持续出现时间长短，划分为不同危害等级：3～5 d为轻度，6～8 d为中度，超过8 d为重度。

1.2.2数据处理

1.2.2.1采用累积距平法分析气温突变现象，公式为：

Xt=∑ni=1（xi-x）（t=1，2，3，…，n）

。

式中，Xt为气温累积距平值；xi为历年平均气温；x为气温多年平均值。Xt绝对值达到最大时，所对应的t即为突变年份。

运用Mann-Kendall方法和SPSS多重比较对气温突变进行检验。

1.2.2.2采用线性滑动平均法计算趋势产量[16]以3年为滑动步长分离趋势产量Yt，并计算气象产量Yw：

Yw=Y-Yt

。

式中，Y为实际产量，Yw为气象产量，Yt为趋势产量。

1.2.2.3风险评估方法传统统计方法在小样本数据分析时常得不到理想的结果。利用信息扩散方法可以弥补样本数不足的缺点，获得更靠近真实的信息。本研究采用信息扩散方法进行风险评估，具体参照黄崇福等的方法[17-19]。

2结果与分析

2.1早稻历年灌浆成熟期变化

表1为南昌县近20年早稻乳熟至成熟日期，从中可以看出，近20年早稻乳熟期始于6月下旬至7月上旬，成熟期为7月上中旬，2000年后，乳熟期和成熟期有提前的趋势，2010年后这种趋势更加明显。总的来看，早稻乳熟期最早的开始时间为6月18日，成熟期最晚为7月23日，但由于乳熟期和成熟期的提前，将研究的时间确定为6月15日至7月20日。

2.2江西省50年来6—7月均温的变化

图1为江西省近半个世纪6—7月均温的累积距平变化和M-K突变检验。从图1-A可以看出，近50年江西省6—7月均温的变化可分为4个过程：60年代到70年代中期，均温日、累积距平降低，温度下降；70年代中期到90年代初，累积距平相对平稳；整个90年代的累积距平都是下降的，并在1999年达到最低值；2000年后，累积距平急剧增加，温度显著增加。利用M-K进行突变检验，结果验证了6—7月均温的变化过程，同时显示突变年份为2000年（图1-B）。因此，可以认为世纪之交为气温突变时间。

将每年的6—7月分为6月15—30日、7月1—10日、7月11—20日3个阶段，就整体来看，近50年来， 6—7月均温和最高均温呈上升趋势，气候倾向率分别为0.125 ℃/10年

（接近0.5水平显著）、0.124 ℃/10年；就阶段性来看，前2个阶段的均温和日最高气温呈增加趋势，第一阶段均温和最高均温的气候倾向率分别为0.179 ℃/10年和0.21 ℃/10年，第二阶段分别为0.215 ℃/10年和0.229 ℃/10年，第二阶段增温大于第一阶段，最高均温增温大于均温；第三阶段的日均温和日最高气温则微弱降低；从不同年代际来看，除第三阶段外，其他阶段变化趋势大体一致，90年代的均温和最高均温最低，进入新世纪后，增温明显（表2）。

2.3早稻高温逼熟年变化

2.3.1年变化图2为早稻历年高温逼熟总次数和重度热害次数的发生规律，选取这2个指标的原因是，总次数可以代表受害的情况，重度受害次数对早稻产量的影响更大，其中，图1-A、B、C、D分别代表全省、赣中、赣北、赣南。从图2可以看出，1999年之前，高温逼熟发生次数较少，其中1999年没有发生；1999年后高温逼熟发生频繁，全省、赣中、赣北、赣南发生高温逼熟总次数最高的年份分别为2006、2009、2006、2006年，发生次数分别为2.31次、3次、3次、4次，赣南发生高温逼熟的次数最多。全省平均重度高温逼熟发生次数最多的年份为2012年，平均达到0.69次。各地区高温逼熟发生规律总体一致，都呈现先增后减趋势，发生次数的极大值在2006—2009年之间。高温逼熟发生的总次数和重度热害次数的规律也极其一致，总次数多的年份重度热害次数也较多；同时，各地区高温逼熟发生趋势也有一些细小差别，赣中在2010年后高温逼熟发生次数的降低趋势较其他地区缓慢，赣北的趋势则较其他地区迅速。总体上看来，虽然2010年后高温逼熟发生次数有降低的趋势，但仍然处于较高值区，因此还需要加强高温逼熟的防御。

2.3.2阶段性变化图3为高温逼熟的阶段性变化趋势。可以看出，全省、赣中、赣北、赣南（图3-A、B、C、D）各阶段高温逼熟发生规律总体上一致，2000年前各阶段发生概率为第三阶段>第二阶段>第一阶段，2000年后，第二和第三阶段高温逼熟发生概率基本相等，大于第一阶段发生概率；各地区

第一阶段高温逼熟发生规律总体呈先减少后增加趋势，其中赣中表现最为明显，2007年后发生概率急剧上升，同时，赣北表现最不明显，截至2015年发生概率还无明显变化。就全省来看，第二阶段高温逼熟发生概率呈增加趋势，但局部有细微差异：赣北2010年前发生概率增加明显，2010年后趋于平缓；赣南呈平稳增加趋势，而赣中在2004年前增加趋势明显，2009年后出现下降趋势；第三阶段高温逼熟发生概率在2000年前有微弱上升，但随后开始下降。各地区表现稍有差异：赣中和赣南下降趋势不明显，赣北则大幅减少。总体来看，近10年来，早稻高温逼熟发生的时间有提前趋势。

2.4早稻高温逼熟风险的空间分布

运用信息扩散法对江西省82个气象观测站点进行高温逼熟风险分析，并用ARCGIS绘制成图4 。图4-A、B、C、D、E、F分别为高温逼熟发生总次数为0、1、2、3、4次以及发生重度高温逼熟时的风险分布。

全省早稻灌浆期发生高温逼熟风险很小的地区（0级风险较大地区）为庐山、井冈山、大余、铜鼓、龙南、定南、全南、安远、寻乌、资溪等山区，发生概率在0.3以下，其中庐山、井冈山、大余无高温逼熟发生。

随着早稻灌浆期内高温逼熟发生次数的增加，其发生风险逐渐降低。除了庐山、井冈山、大余无高温逼熟发生外，其余地区都有发生高温逼熟的风险，全省绝大部分地区都有发生1次高温逼熟的风险，风险概率在0.3以上，即每3年就会遭遇1次；大部分地区发生2次高温逼熟的风险在0.3以上；小部分地区有发生3次的风险，主要分布在吉泰盆地，赣南的赣县、南康，赣中的樟树、新干以及赣中北的余江、贵溪等地区，风险概率在0.16～0.32之间，即每3～6年会遭遇1次；个别地区有发生4次高温逼熟的风险，主要分布在吉泰盆地、赣县以及江西中北部的余江、鹰潭等地，且各地发生概率≤0.1，除吉安地区发生风险概率为0.1，即每10年发生1次外，其余地区大概每20年发生1次。重度高温逼熟发生风险较高的分布地区和发生3次高温逼熟风险较高的地区比较一致，即主要分布于赣南、赣中及中北地区，风险概率在 0.2 以上，每5年就会发生1次重度高温逼熟，赣中北的鹰潭、铅山最为严重，平均每隔1年就会发生1次。此外，可以看出，发生3次高温逼熟和发生重度高温逼熟风险较大的区域比较一致，说明只要发生了3次以上高温逼熟，则基本一定包含了1次重度高温逼熟。总体上看，赣江流域的吉泰盆地、樟树、新干，赣南的赣县、南康以及赣中北信江流域的鹰潭、贵溪等地区发生多次和重度高温逼熟的风险较大，庐山、井冈山、大余等周边山区发生高温逼熟的风险很小。

2.5高温逼熟对早稻产量的影响

水稻产量的形成过程实质上是灌浆期籽粒中光合产物的积累过程，积累量的多少与外界环境尤其是光温条件直接相关。从图5可以看出，高温逼熟发生次数多的年份，早稻的实际产量和气象产量明显下降。通过对实际产量、气象产量与高温逼熟次数的相关分析发现，两种产量与高温逼熟次数都显著负相关，相关系数都达到-0.64。此外，实际产量与气象产量的变化极其一致，相关分析表明，两者达到极显著正相关，相关系数为0.87，说明近20年来气候变暖导致的高温逼熟对早稻产量造成显著的不利影响。

3结论与讨论

江西省早稻灌浆成熟期为6月15日至7月20日，这一时期为研究早稻高温逼熟的最佳时段。

江西省6—7月均温的变化可分为4个过程：60年代到70年代中期，温度下降；70年代中期到90年代初，温度相对平稳；90年代，温度又是下降的；2000年后，温度显著上升；6—7月均温的突变年份为90年代末到新世纪初。

近20年来，早稻发生高温逼熟总次数和重度高温逼熟的发生次数都是呈先增加后减少的趋势，但目前仍然处于发生次数的高值区；同时，7月11—20日发生高温逼熟的概率大于7月1—10日和6月15—30日，但近几年来，早稻高温逼熟有提前发生的趋势。

赣江流域的吉泰盆地、樟树、新干，赣南的赣县、南康以及赣中北信江流域的鹰潭、贵溪等地区发生多次和重度高温逼熟的风险较大，庐山、井冈山、大余等周边山区发生高温逼熟风险很小。

高温逼熟次数与早稻实际产量、气象产量显著负相关，即高温逼熟次数多，早稻实际产量和气象产量降低，表明气候变暖导致的高温逼熟仍然是影响早稻产量的重要因素。

目前，关于水稻高温热害的指标有温度指标、积温指标、综合指数以及高温持续时间结合减产率的指标[20-23]。本研究采用的是温度指标，即日平均气温≥ 30 ℃和日最高气温≥ 35 ℃连续出现3 d及以上作为指标。已有较多的学者对水稻高温热害的发生规律及风险进行研究，研究的区域包含了江浙皖、江西和重庆等重要的水稻产区。然而，很多研究的高温时段太广，超过了水稻生长的关键期。为此，本研究首先统计了近20年的早稻乳熟至成熟期，以这个时间段为研究高温逼熟的目标时段，这样就更具有针对性和精确性。前人的研究一般多关注于高温热害的时空变化规律，忽略了对高温热害阶段性的分析。本研究中，将每年的高温逼熟时段分为3个阶段，研究每个阶段的发生概率及其年变化，结果发现高温逼熟有提前发生的趋势。杨丙玉等研究指出，高温热害发生次数较高的区域分布于江西东北部、赣州北部、吉泰盆地和赣抚平原，并向山区递减[15]，本研究的结果与之基本一致，进一步对照江西地图发现，发生高温逼熟风险较大的地区大部分处于赣江和信江流域。罗孳孳等对重庆地区的高温研究也发现，灌浆结实期，长江河谷地区热害严重[13]，这可能是由于河谷平原相对于四周地势较低，水网密布，热量不易散失，造成夏季高温。水稻灌浆期高温会使产量降低已经成为共识，本研究通过相关分析发现，早稻实际产量、气象产量与高温逼熟发生次数显著负相关，即高温逼熟高发年份，早稻实际产量和气象产量降低。

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