長江中下游地區近32年水稻高溫熱害分布規律

譚詩琪+申雙和

摘要：根據長江中下游共41個站點1980—2011年5—10月天氣資料以及水稻產量資料，采用年rcGis繪制各個省份高溫熱害等級圖，分析長江中下游地區近32年水稻高溫熱害的時空分布規律。結果表明：長江中下游地區高溫熱害分布呈現南多北少、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，水稻產量與溫度變化基本呈反比。

關鍵詞：水稻；高溫熱害；時空分布；產量；長江中下游

中圖分類號： P458；S511文獻標志碼：

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致的溫室效應，地球氣候正經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，極端高溫的發生頻率也呈現升高的趨勢[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頻率也將增加[8]，夏季高溫等會頻繁出現，且持續時間更長，在全球變暖的情況下，水稻遭遇高溫熱害概率持續增加[9-10]，如果不采取措施，到21世紀后半期，在高溫熱害的影響下，小麥、水稻、玉米等幾種主要農作物產量可能下降37%，嚴重威脅我國糧食安全[11]。據報道，氣溫每升高1 ℃，水稻產量會下降10%[12]，尤其在水稻結實期，溫度上升1～2 ℃，產量將下降10%～20%[13]。此外，高溫熱害不僅會顯著降低水稻的產量，其品質也受到影響[14-18]，因此深入地研究高溫熱害至關重要。

長江流域橫跨我國華東、華中、西南等三大經濟區，長江中下游地區又是我國水稻主要種植區，而極端天氣對長江流域影響極為嚴重，研究該地區高溫的時空分布對水稻產量預警有著極為重要的意義。張倩等研究發現，長江中下游地區高溫主要會影響水稻孕穗、開花和灌漿，在高溫熱害典型年份，早稻與中稻都有高達30%以上的減產[19]。劉偉昌等分析長江中下游水稻生育期內最高溫度歷史資料發現，各地均有不同程度的高溫熱害發生， 對宏觀把握水稻生產、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熱害是指水稻處于孕穗后期和抽穗揚花期，也就是單季稻在7月下旬至8月上旬時，遭遇連續日平均氣溫≥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，而導致水稻生長發育受阻，部分生理活性受到抑制，多方面生理生態功能都遭到損害，而最終導致減產或嚴重減產[14]。高溫熱害指標是研究和了解高溫熱害發生規律及開展高溫熱害監測預警、防災減災、影響評估等的重要工具，也是評判災害的標準。目前較多的判別指標是溫度和高溫持續的時間[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量資料。處理后的天氣數據包括逐日降水量、平均風速、日照時數、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量及產量，其中缺測數據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受高溫脅迫情況，利用MATLAB處理數據，以連續3 d日最高氣溫≥35、37、39 ℃的頻數作為輕、中、重度高溫（表1）。

2結果與分析

2.1高溫熱害等級分布情況

圖1為長江中下游1980—2011年5—10月水稻高溫熱害等級空間分布圖，整個區域有大部分城市輕度熱害發生次數高于100，約一半城市中度熱害發生次數在20次以上，部分地區重度熱害發生次數也達到了10次，且各等級熱害均呈現南部多北部少、東部多西部少的趨勢。

輕度高溫熱害發生頻數達到100次以上的地區有安徽省屯溪，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高達200次以上。

中度高溫熱害發生頻數達到20次以上的地區有安徽省屯溪，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高達100次以上。

重度高溫熱害發生總頻數達到10次以上的地區有湖南省衡陽，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高達50次。

2.2平均最高溫度年際變化

為了解整個區域水稻產量受高溫影響，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80年代變化最小，21世紀變化次之，20世紀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高溫熱害等級分布情況相吻合，江蘇省熱害情況較輕，其產量也最高，江西省高溫熱害情況嚴重，且高溫地區最多，其產量也在6省中最低。

為了解整個區域水稻產量受高溫影響，分析32年逐年5—10月的年平均最高溫度與產量的關系，圖6為各省水稻產量年際變化，其中大部分省份產量在20世紀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世紀除了安徽省和江蘇省，變化幅度也較小。結合圖2，各省份溫度變化對應水稻產量增減情況大致呈現為溫度升高，產量下降，以及溫度降低，產量增加。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量呈逐年增加趨勢，其他省份水稻產量的年際變化均呈增減波動變化。

3結論與討論

本試驗分析了長江中下游近32年的高溫熱害情況，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、平均相對濕度等氣象要素的年際變化，以及各省份水稻產量分布和產量年際變化。就溫度與產量的關系而言，溫度越高，產量則相應越低，如江西省溫度在整個區域最高，其產量最低，而江蘇省溫度最低，其產量最高。究其原因，江西省高溫熱害情況較為嚴重，水稻生產受到阻礙導致產量較少，江蘇省雖然溫度低，但在該地區其溫度以滿足水稻適宜生長溫度范圍，卻又不會過高導致高溫熱害頻發，其產量較其他省份高出許多。同時，溫度變化趨勢也影響產量的增減變化情況，如江西省的溫度雖然在6個省份中最高，水稻總產量最低，但其平均最高溫度在近32年內呈降低趨勢，水稻產量也呈現穩步上升的趨勢。此外，浙江省高溫熱害情況也較為嚴重，產量卻與高溫熱害情況較好的湖南省持平，這可能與地域條件、當地田間管理、水稻品種等因素有關[22-23]。

關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系緊密，由于大氣環流作用，我國北方地區對流層低層偏強北風異常使長江中下游地區日照時間減少、氣溫偏低，導致與其他季節相反，夏季溫度下降。而極端溫度上升的趨勢，與城市化有很大關系[27]，城市化建設與生態環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，進而增加了光合產量，所以這又是江蘇省水稻產量居6省之最的原因之一。相對濕度也會引發高溫熱害的發生，過大會導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，不易導致水稻熱害的發生，因而其產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生，從而影響其正常生長發育等。

此外，各種農業氣象災害如病蟲害、洪澇干旱災害等時有發生[28]，各種災害并非獨立發生，它們相互制約、相互作用，因此在研究高溫熱害對水稻的影響時應將其他災害的影響進行分離[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，并且現有研究尚未進行高溫對不同品種水稻熱害預警，應根據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，這樣既能避開高溫熱害的不利影響，又能調整種植結構，提高作物產量。

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