两湖地区水稻高温热害时空分布的研究

论文总字数：21206字

目 录

1 引言………………………………………………………………1

1.1 国内外研究现状…………………………………………………………………1

1.1.1 水稻高温热害机理的研究…………………………………………………1

1.1.2 高温热害指标的研究………………………………………………………1

1.1.3 高温热害时空分布的研究…………………………………………………2

1.2 研究目的及意义…………………………………………………………………2

2 资料与方法………………………………………………………2

2.1 研究区概况………………………………………………………………………2

2.2 资料来源与预处理………………………………………………………………2

2.3 研究方法…………………………………………………………………………3

2.3.1 气候倾向率………………………………………………………………3

2.3.2 气象因子的累积距平……………………………………………………3

2.3.3 Mann-Kendall(M-K)检验 ………………………………………………4

2.3.4 高温天气、高温热害发生及等级指标…………………………………4

2.3.5 反距离权重插值法………………………………………………………4

3 结果与分析………………………………………………………4

3.1 气温变化特征分析………………………………………………………………4

3.1.1 平均气温的变化趋势……………………………………………………4

3.1.2 平均气温的突变分析……………………………………………………5

3.1.3 最高温度的变化趋势……………………………………………………6

3.2 高温热害的时间分布……………………………………………………………7

3.2.1 早稻高温日数及热害天数的时间分布…………………………………7

3.2.2 中稻高温日数及热害天数的时间分布…………………………………8

3.2.3 高温热害次数的时间分布………………………………………………9

3.3 高温日数的空间分布……………………………………………………………11

3.3.1 早稻高温日数的空间分布………………………………………………11

3.3.2 中稻高温日数的空间分布………………………………………………12

3.4 高温热害的空间分布……………………………………………………………13

3.4.1 早稻高温热害的空间分布………………………………………………13

3.4.2 中稻高温热害的空间分布………………………………………………14

3.4.3 高温热害等级的空间分布………………………………………………15

4 结论与讨论………………………………………………………18

参考文献……………………………………………………………19

致谢…………………………………………………………………21

两湖地区水稻高温热害时空分布的研究

梁卫敏

，China

Abstract：Based on the daily meteorological data of 34 stations in 1961-2013 and the growth period of 48 sites, the data of heading and flowering stages of early and middle rice were selected. The data of heading and flowering of rice were analyzed by Excel and ArcGIS tools. Temporal and spatial distribution of high temperature and heat damage. The results show:(1) Early rice heat damage 2000 ~ 2013 the most serious, 1960s followed, 1980s, 1990s lighter; rice heat damage 2000 ~ 2013 the most, 1980s at least. (2) The distribution of heat damage in early rice is decreasing from east to west, and that of middle rice is higher than that in the northwest. The high temperature and heat damage in northeastern Hubei, northeastern and southern Hunan region are more serious than those in Hunan. (3) The frequency of heat damage on the mildgt; moderategt; severe, early rice fever in the southeastern region of northeastern Hubei showed high frequency, high strength characteristics, both in western Hunan are lower; Frequency and degree of Mid-season rice in southern Hunan and southeastern Hubei is more serious, the northwest Hubei is lighter.

Key words: Two lakes region; Rice; High temperature; Heat hazard; Temporal distribution

1 引言

地球气候近百年来的变化趋势呈现出以变暖为主的特征，气候变暖是当今世界的热门话题。政府间气候变化专门委员会第一工作组第五次评估报告（2013）^[1]指出，1901—2012年，全球平均地表温度上升约0.89℃，相比于第四次评估报告（2007）^[2]中相应的数值高出0.15℃，且未来全球气候变暖仍将持续。研究表明^[3-4]，近50a来全球表面平均气温的上升速率显著加快，中国增暖尤为明显，近百年来的年平均气温增加了0.5~0.8℃，由于气候变暖导致的极端天气事件的频率和强度也呈现出明显变化，全国平均高温日数有所增加。

水稻是我国重要的粮食作物，我国大部分人口以其为主食，我国水稻生产位居世界第一。在生长期间遭遇高温热害将会影响水稻正常的生长发育，对水稻产量有极大影响，根据有关研究^[5-6]，生长季节内温度每升高1℃，将会导致水稻单产下降4%~10%，若在结实期温度增加1~2℃，产量减少将达到10%~20%。受全球变暖的影响，水稻面临更高的高温热害风险。已有研究显示^[7]几种主要农作物产量会由于高温热害而减少，若不采取措施，减少值在21世纪后半期将达到37%，这对国家粮食安全构成威胁。另有研究显示^[8]，高温热害还会影响稻米的品质。因此研究气候变化背景下水稻高温热害显得十分重要。

1.1 国内外研究现状

1.1.1 水稻高温热害机理的研究

国内外许多学者对水稻热害的机理做了详尽的研究，其中以日本学者的研究居多。水稻不同生育期受到高温胁迫会产生不同的影响，一般认为有三个敏感期^[9]，结果表明高温对其花粉母细胞减数分裂期和灌浆期的影响主要表现在对叶片理化性质及光合作用的影响上，而水稻抽穗开花期的高温则主要影响花粉性质及授粉过程。由于抽穗开花期与高温频发期较一致，关于此时期的研究占比也较多。西山岩男^[10]等人发表的报告认为，抽穗开花期遇高温对水稻影响最为严重，尤其是开花期当日的高温对水稻极其不利。Mitsui^[11]等对不同品种水稻花期高温热害做了研究，证实了高温会诱发小花不育性，造成结实率降低。任昌福^[12]及王才林^[13]等人的研究中，开花期的高温热害会影响正常的授粉受精过程，会造成花粉数量、品质的降低，且高温不利于花粉管的生长。李萍萍^[14]等人的研究发现，高温胁迫的温度、胁迫天数与花粉活力及萌发率成明显的反比关系。

1.1.2 高温热害指标的研究

研究水稻高温热害首先要解决其温度指标问题，1970年以来，国内外学者对其进行了诸多研究。西山岩男^[10]等认为30℃是水稻受精失败开始出现的温度，而35℃时水稻受高温胁迫影响明显。李成德^[15]等的研究则显示水稻开花期Tavg≥32℃或 Tmax≥35℃会对其结实造成不利影响。在对致害的高温持续时间的研究方面，任义方^[16]等将连续3日Tavg≥30℃或 Tmax≥35℃，相对湿度lt;70%作为水稻遭遇高温热害指标，而陈端生^[17]等则没有考虑相对湿度。

对于高温热害的等级划分，大部分研究者在连续3d日平均气温≥30℃和连续3d日最高气温≥35℃这两个指标中选取日最高气温或两者结合作为一次高温过程的指标，根据持续时间对高温热害分成3个等级。岳伟等^[18]定义3d、5d、8d为轻、中、重度灾害的时间，而孟林^[19]等则将3至4天定义为轻度，5至6天为中度，7天及以上为重度。

1.1.3 高温热害时空分布的研究

长江中下游地区是我国学者研究高温热害时空分布的重点区域，刘伟昌^[20]等采用Marr小波和ArcGIS工具，分别分析了长江中下游不同等级高温热害的时间和空间分布情况，并发现各地高温热害频率和等级有较大差异。杨炳玉^[21]等采用Morlet小波分析，线性及多项式回归法，分析了江西省水稻热害的规律。另外岳伟^[18]等分析了安徽省一季稻受高温影响的规律，金志凤^[22]等分析了浙江早稻的高温热害规律。整体来看，对湖南省高温热害分布规律的研究相比其他省份要少一些。虽然许多学者对水稻高温热害的时空分布都进行了研究，但由于研究的时间段、采用的指标、方法等的不同，得出的规律有所差异，还有待进一步探讨。

1.2 研究目的及意义

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