张佩 于庚康 徐敏 任义方 高苹

摘要：根据江苏省69个气象台站1961—2013年6月下旬至11月上旬的常规气象资料，统计分析2013年水稻各生育期及高温时段的光温水特征，深入研究气象因子对水稻产量构成因素的影响。结果表明，2013年夏季持续高温少雨对水稻生长有利有弊，虽然穗粒数、结实率、千粒质量都有所下降，但前期持续高温天气有利于水稻分蘖发生与成穗，单位有效穗数较2012年大幅增加，产量构成4因素中呈“一增三减”特点;从品种而言，生育期偏早的籼稻较粳稻受害程度更大，大面积粳稻抽穗扬花期避开了极端高温时期，产量所受影响较小;从区域而言，淮北地区的水稻生产受害程度更大。

关键词：2013年;持续高温少雨;水稻;影响分析

中图分类号： S162.5+3  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）05-0225-05

收稿日期：2017-11-09

基金项目：公益性行业（气象）科研专项（编号：GYHY201306035）;江苏省气象局开放基金（编号：K201005、KM201404、K201304）;江苏省气象局青年科研基金（编号：Q201517）。

作者简介：张 佩（1984—），女，安徽芜湖人，硕士，高级工程师，主要从事农业气象灾害研究。E-mail：78073954@qq.com。

通信作者：高 苹，正研级高级工程师，主要从事应用气象领域研究。E-mail：571086340@qq.com。

水稻作为一种原产热带和亚热带的喜温作物，其各个生育阶段都有一定的适宜温度范围，当气温超过这个范围时，就不利于其生长发育，过高的温度，会对水稻的生长发育和产量、品质形成过程造成较严重的危害。关于水稻高温热害的研究，国内外已有不少[1-9]，高温可引起花而不实，这是因为高温伤害雄蕊，导致花粉失水不开裂，或破坏代谢过程，从而使花粉生活力和总量、发芽的花粉量减少，最终导致花粉不萌发或畸形，表现为空壳粒增多，结实率下降。水稻的整个生长发育过程中，高温热害对开花期、穗发育期影响程度最严重，灌浆期次之，营养生长期最小，对应的产量构成因素，则表现为对结实率影响最大，其次为每穗粒数、千粒质量，株穗数最小。

任义方等对全国水稻生产调研后发现，近年来我国江淮稻区水稻高温热害发生概率日益加大[10]。2013年7月上旬至8月中旬，江苏省出现了一段持续的高温少雨天气，其间平均气温、平均高温日数都是1961年以来最高值，日照时数偏多的程度不如高温日数和最高气温明显，也为21世纪以来最多值，同时伴随降水持续偏少，淮河以南大部分地区出现了中度以上的干旱。有关长江中下游一季稻高温热害风险的研究已有较多报道，且已得到较为成熟一致的结论[11-13]，即长江中下游水稻高温热害主要发生在抽穗扬花期，其中，江苏省水稻高温热害高发区主要分布在淮河以南地区。

由于江苏省大面积水稻以粳稻为主，生育期相对籼稻偏迟，江苏省水稻发生高温热害生育时段与其他省份有所不同。因此，本研究首先探究了江苏省水稻高温热害发生的时空分布规律。另外，2013年江苏省水稻高温热害高发的淮河以南地区受害程度却轻于淮北地区，具有典型性，笔者将2013年高温时段的气候特征及气候成因与水稻生长实际相结合，详细剖析2013年高温对各产量构成因素的影响，最终得到不同水稻品种、生育阶段和地域对高温的响应，以期为指导今后水稻生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

气象资料来源于江苏省69个气象台站1961—2013年6月下旬至11月上旬的常规气象资料，用于统计分析2013年水稻各生育期及高温时段的光温水特征及各产量因素与光温水的关系。

产量资料为2012—2013年共36个县（区）水稻单产数据，来自江苏省地方统计调查局，产量构成因素数据来自江苏省作物栽培站。

1.2 试验方法

1.2.1 江苏省水稻高温热害指标确定 根据江苏省农业科学院资源与环境研究所及农业生物技术研究所的研究人员近几年的试验研究[14]，以及近年来全省各地水稻发生高温热害的实际调查结果表明，江苏省一季稻高温热害以日最高气温≥35 ℃、日平均气温≥30 ℃持续3 d以上日数作为高温热害指标。

1.2.2 常年值 在进行2013年夏季持續高温的气候特征分析时，所用常年值为1981—2010年气候资料统计平均值（xi）。

xv=130∑30i=1xi。

式中：xi为1981—2010年逐年各统计要素的值。

1.2.3 选取对照年，进行归一化处理 水稻品种不同，其产量结构的特征量也不同，在分析2013年夏季高温对水稻产量结构影响的过程中，为了去除品种差异对分析结果的影响，本研究对各县产量结构的值进行了归一化处理，即选取临近的无灾年——2012年（该年份水稻生长期间基本无任何灾害发生，单产创新高）作为对照年。同样，对参与分析的各气象要素进行了相同处理。

1.2.4 选取各县（区）作为分析样本 历年水稻生长发育过程中的气象条件各异，遭遇高温的程度也不同，甚至有的年份多种灾害均有发生，则分析高温对水稻产量影响，不可简单的将历年资料进行纵向比较分析。笔者将36个县（区）作为分析样本，先将36个县（区）产量结构资料及对应的气象资料进行归一化处理，以36个县（区）归一化处理后的气象资料为自变量，归一化处理后的产量资料为因变量，具体分析2013年高温对江苏省水稻各产量结构的影响程度。

1.2.5 数据处理与分析 数据处理和分析采用Microsoft excel软件，气象因子分布图采用ArcGIS软件制作。

2 结果与分析

2.1 2013年夏季持续高温的气候特征

2013年夏季江苏省出现了4段持续性、大范围高温天气分别为7月1日至4日、7月8日至12日、7月17日至20日、7月23日至8月18日，全省平均气温、平均高温日数均为1961年以来同期最高，同时，沿江苏南地区有多个台站极端最高气温达到建站以来极值。

2013年7月1日至8月18日江苏省日平均气温比常年偏高3.3 ℃，淮北地区的日平均气温为29.6 ℃，比常年偏高2.7 ℃（图1-A）。全省共有27站最高气温创该站历史新高。2013年极端最高气温之高，最高气温创历史新高站数之多，均属历史罕见。

从累计高温日数（图1-B）来看，2013年7月1日至8月18日，全省≥35 ℃高温日数为6～43 d，全省平均高温日数为30 d，较常年同期（8 d）明显偏多，为1961年以来全省平均高温日数最多的一年，超过1966年的17 d。从历史资料分析来看，全省共有34个站累计高温日数超本站历史记录。持续高温日数异常偏长，全省有26个站持续高温日刷新该站历史记录。

2.2 2013年水稻各生育期气象因子特征

为了分析2013年异常气候对水稻生长的影响，笔者将2013年水稻分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗扬花期、灌浆乳熟期的光温水特征与2012年、常年值进行对比分析，由表1可知，从热量条件来看，2013年水稻生长中后期的总积温较2012年、常年均明显偏高，尤以孕穗期最为明显;从光照条件来看，2013年水稻生长期间总体表现为高光照少阴雨，且日照时数比总积温较2012年、常年偏多的程度更大，同样也是孕穗期偏多程度最大;从水分条件来看，2013年在水稻拔节期至抽穗扬花期间降水持续偏少，虽然灌浆乳熟期降水偏多，但主要是因为9月下旬淮北、10月上旬沿江苏南东部分别出现强降水过程，其他时段仍然少降水。

2.3 2013年江苏省产量构成因素

2.3.1 单产水平 从表2可以看出，从单产来看，2013年江苏省全省水稻平均单产为604.60 kg/667 m2，较2012年的60710 kg/667 m2减2.50 kg/667 m2。分区域看，苏南、苏中、苏北水稻平均单产分别为611.05、622.90、594.16 kg/667 m2，分别较2012年增1.83 kg/667 m2、减0.31 kg/667 m2、减480 kg/667 m2。分品种类型看， 江苏全省籼稻、 粳稻、 糯稻平均单产分别为559.40、611.70、587.70 kg/667 m2，分别较2012年的565.60、614.10、586.30 kg/667 m2减6.20 kg/667 m2、减2.40 kg/667 m2、增 1.40 kg/667 m2。

2.3.2 产量构成 从表3可以看出，从产量构成因素来看，2013年江苏省水稻平均穗数为22.92万穗/667 m2，较上年增加0.75万穗/667 m2，增加3.68%;平均穗粒数为122.56粒/穗，较上年减0.38粒/穗;平均结实率为91.44%，较上年减0.49百分点;平均千粒质量为27.00 g，较上年减0.14 g。其中，粳稻的穗数、穗粒数、结实率、千粒质量分别为23.45万穗/667 m2、118.98粒/穗、92.12%、27.00 g，分别比2012年增0.77万穗/667 m2、减0.45粒/穗、减0.52百分点、减 0.13 g;籼稻的穗数、穗粒数、结实率、千粒质量分别为 15.45万穗/667 m2、172.62粒/穗、76.70%、27.07 g，分别比2012年减0.44万穗/667 m2、增1.61粒/穗、减571百分点、增0.10 g。从产量构成因素看，粳稻单产受影响较小主要是由于单位面积穗数的增加，籼稻产量降低主要是由于结实率大幅降低导致。

2.4 2013年水稻高温热害成因分析

2.4.1 穗数与气象因子 穗数是产量构成因素中形成最早、最活跃的因素，也是穗粒数、结实率和千粒质量形成的基础。在基本苗已确定后，穗数的形成则主要由单株有效分蘖决定。因此，分蘖拔节期的气象条件对穗数的形成尤为重要，孕穗期则是穗数的巩固阶段。由表4可知，穗数与分蘖-孕穗期间各阶段积温、日照和降水的相关分析可看出，穗数与分蘖-孕穗期间各阶段积温、日照呈正相关，其中与积温的相关性达到了0.01置信度水平（P0.01=0.412 8），與6月下旬至8月下旬（即分蘖-孕穗期）日照的相关性也达到了0.01置信度水平，与6月下旬至7月中旬（即分蘖期）、6月下旬至8月上旬（即分蘖-拔节期）日照的相关性达到了0.05置信度水平（P0.05=0.320 2）;穗数与分蘖-孕穗期间的降水呈负相关，其中与分蘖期降水的相关性达到了0.05置信度水平。

从2013年的实际情况来看，水稻分蘖拔节期（6月下旬至8月上旬）总积温、日照偏多，降水偏少，有利于水稻分蘖成穗，穗数普遍较2012年有所增加。

2.4.2 粒数与气象因子 水稻粒数是由分化颖花数和退化颖花数决定的。其中，分化颖花数与秧苗和茎秆的粗壮程度密切相关，因此，从秧田开始的营养生长期对粒数都有影响，其中分蘖期是粒数的奠定阶段，孕穗期则是粒数的决定阶段。由粒数与分蘖-孕穗期间各阶段积温的相关分析可看出，粒数与分蘖-孕穗期间各阶段积温呈负相关，其中与分蘖期、分蘖期至拔节期、分蘖期至孕穗期的相关性达到了0.01置信度水平，与7月下旬至8月下旬（即拔节孕穗期）的相关性达到了0.05置信度水平（表5）。

为进一步探讨2013年夏季高温对粒数的影响，笔者分析8月中下旬（即孕穗期）的积温和8月上中旬（主要高温时段）大于35 ℃的高温日数与粒数的关系，结果见图2。从图2

可以看出，粒数与8月中下旬的总积温呈二次函数的关系，相关性通过了0.01置信度水平检验，函数为

由此公式得到，当2013年8月中下旬总积温与2012年8月中下旬总积温的比值小于1.087 5时，粒数随积温的升高而增多，当比值大于1.087 5时，粒数随积温的升高而减少。

粒数与8月上中旬大于35 ℃的高温日数（由于2012年8月上中旬的高温日数部分站点为0，因此不能使用2013年与2012年的比值，本研究使用的是2013年与2012年的距平值）呈负相关，相关性也通过了0.01置信度水平检验，函数为

由此公式可看出，2013年主要高温时段（8月上中旬）大于35 ℃高温对水稻幼穗发育影响较大，大于35 ℃高温日数越多，粒数越少。

通过分析粒数与分蘖-孕穗期间各阶段日照、降水的关系（表6）发现，粒数与日照呈负相关，其中与6月下旬至8月下旬（即分蘗-孕穗期）的相关性达到了0.05置信度水平;粒数与降水的相关趋势不显著。

2.4.3 结实率与气象因子 在水稻产量构成因素中，结实率支配作用最强，即水稻产量的丰歉很大程度取决于结实率的高低。抽穗扬花期是结实率的决定阶段。从图3可以看出，结实率与8月下旬至9月上旬（即抽穗扬花期）总积温呈二次函数关系，相关性通过了0.01置信度水平检验，函数为

进一步分析结实率与8月中旬平均最高气温的关系，结实率与8月中旬平均最高气温呈二次函数关系，相关性也通过了0.01置信度水平检验，函数为

由此可看出，在一定的范围内，结实率随抽穗扬花期热量条件的增加而增加，但当温度过高时，易出现花粉败育，花而不实，形成空壳粒，结实率反而出现下降。

2.4.4 千粒质量与气象因子 灌浆乳熟期是水稻千粒质量的决定阶段。通过分析千粒质量与9月中旬至10月中旬（即灌浆乳熟期）的积温、日照及降水的关系（图4），可知千粒质量与积温关系不明显，与日照呈正相关的关系，相关性通过了 0.05 置信度水平检验，函数为

进一步分析千粒质量与降水的关系，结实率与灌浆乳熟期的降水呈负相关的关系，相关性也通过了0.05置信度水平检验，函数为

3 讨论与结论

江苏省水稻高温热害更多的发生在拔节至孕穗期，抽穗扬花期发生较少，这不同于长江中下游其他省份。从发生区域来看，高温热害的常发区主要分布在淮河以南地区，尤以宁

镇扬丘陵地区为重;从各年代际间发生次数的变化来看，进入21世纪以来江苏省水稻出现高温热害的趋势正在增加。

2013年江苏省水稻生产遭遇几十年未遇的高温热害天气，虽然穗粒数、结实率、千粒质量都有所下降，但前期持续高温天气有利于水稻分蘖发生与成穗，单位面积有效穗数较2012年大幅增加，产量构成4因素中呈“一增三减”的特点。

从品种而言，生育期偏早的籼稻较粳稻受害程度更大，尤其是对正处于抽穗扬花期的淮北沿运地区和丘陵缺水地区的杂交籼稻及一些熟期较早的早熟中粳影响较大（如六合区、仪征市、盱眙县、金湖县、宿豫区、宿城区、铜山区等地），出现花粉败育，花而不实，形成空壳粒，结实率下降5%～10%。据典型调查，盱眙全县4.33万hm2籼稻近1/3面积受灾，受害严重的田块结实率降低30%;仪征市有0.33万hm2受害杂交籼稻，结实率下降20%。

江苏省大面积粳稻抽穗扬花期集中在8月下旬至9月上旬，避开了极端高温时期，对其产量影响较小。且高温干旱对两迁害虫如褐飞虱、稻纵卷叶螟等的发生有一定程度的抑制作用。

从区域而言，江苏省的粳稻主要有中熟中粳、迟熟中粳和早熟晚粳三大类，其中中熟中粳的生育期最早，它们主要分布在淮北及苏中地区，再加上生育期更早的籼稻也是分布在淮北的淮安市、宿迁市、徐州市和宁镇扬丘陵地区。因此，淮北的水稻生产受害程度更大。

总的来看，2013年夏季持续高温少雨对水稻生长有利也有弊。其中，7月上旬、7月下旬晴热高温天气对大田作物生长利大于弊，尤其有利于水稻分蘖期水浆管理，适时适期搁田控苗，促进分蘖，同时有利于控制群体旺长，构建适期够苗的中期群体，表现在2013年水稻穗数普遍较足。但8月上中旬持续35 ℃以上极端高温天气对生育进程正处于孕穗至抽穗期的水稻花粉母细胞形成和后期授精结实不利，且物质消耗大，造成后期空秕粒增加，影响粒数和结实率，最终影响产量。

2013年江苏省水稻受害程度大的区域并未发生在温热害的高发区——淮河以南地区，而是在淮北地区。因此，水稻高温热害的研究不仅要注重发生风险，也应关注灾害损失。因此，今后应加强水、高温热害损失程度的研究。

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