论文总字数：18927字

目 录

中文摘要 I

英文摘要 II

1前言 3

1.1水稻基本知识 3

1.2水稻高温热害研究现状 3

1.2.1国外水稻高温热害的研究现状 3

1.2.2国内水稻高温热害的研究现状 3

1.3江西省高温热害的研究 4

1.4 研究目的与意义 4

2 研究地点与数据 5

2.1 研究地点 5

2.2 数据来源 5

3研究方法 6

3.1 水稻气候产量的计算 6

3.2 高温热害指数计算 6

3.3 M-K趋势检验法 7

3.4主成分分析法 8

3.5 小波分析法 8

4结果与分析 8

4.1高温热害指标的筛选 8

4.2高温热害指标的时间变化趋势 11

4.3高温热害的空间分布 12

4.4 综合高温热害指数的构建 13

5 结论 16

参考文献 17

致谢 19

江西省水稻高温热害的时空变化

桂 诗 雨

, China

Abstract： Around the intensity, frequency, duration, accumulated temperature and even extremes of high temperature events, 9 selected temperature-related indices were used to explore the space and time changes of rice heat stress in Jiangxi province, southeast China. Several statistical methods including Mann–Kendall trend test (MK test) and Principal component analysis (PCA) were used in this study, and main results were listed as fellow: (1) The changes in the intensity-indices for mean temperature of high temperature days、maximum value of daily mean temperature and mean temperature of days during extreme continuous high temperature event were more significant, it was mainly embodied in that more than 80% of stations had positive trends. (2) R-mode PCA was applied to the multiannual average values of 9 selected indices of whole stations, and the results showed that the higher hazard for rice heat stress could be mainly detected in the middle and northeast area of Jiangxi. (3) S-mode PCA was applied to the integrated heat stress index series, and the results demonstrated that Jiangxi could be divide into four sub-regions with different variability in rice heat stress. However, all the sub-regions are dominated by increasing tendencies in rice heat stress since 1990. (4) Further analysis indicated that the north areas of Jiangxi had the significant dominant influence on the rice heat stress.

Key words: rice heat stress, high temperature events, Jiangxi, China

1前言

1.1水稻基本知识

水稻是一种在热带和亚热带地区生长的喜温禾本科植物，主要在东南亚等地区种植，我国种植面积和产量位居世界之首^[1]。水稻喜高温、多湿、短日照气候，除南极洲外，各大洲均可种植。水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球水稻种植面积约为1.45亿公顷，产量占谷物总产29%。全球40%的人口以大米为主食，水稻安全生产对全球粮食安全具有十分重要的意义^[2-4]。

自然灾害是影响水稻生长发育和产量的主要因素，其中包括旱灾、低温灾害和高温灾害等。与其他自然灾害相比，高温热害危害大、发生频率高和区域广等特点，受到研究者广泛关注^[5]。

1.2水稻高温热害研究现状

高温热害指高温对水稻的生长发育以及产量造成的危害，轻度的减产3～5成，严重的减产7成以上，甚至绝收^[2]。水稻高温热害的研究较多，大部分是关于水稻高温热害的机制、成因、危害以及防御措施^[1]。

1.2.1国外水稻高温热害的研究现状

稻谷作为主要粮食作物，产量居世界谷物产量第二，仅次于玉米。根据目前人口发展趋势，粮食产量估计提高38%（2025年）和57%（2050年）才能满足世界粮食需求^[6]。由于人为因素、生物因素和非生物因素，温室气体的排放导致全球气候变暖，并诱发其他问题，直接影响粮食作物产量。水稻高温热害是一种非生物灾害，影响水稻产量和水稻生产力，尤其在热带和温带国家。目前，国外关于水稻高温热害的较多。Peng等^[7]研究发现在旱季稻生长期，环境平均温度增加1℃，稻谷产量降低15%。Yokotani等^[8]研究发现过表达水稻高温热害转录因子能增加水稻对高温抗逆性。

1.2.2国内水稻高温热害的研究现状

高温热害对水稻的影响与水稻生长发育期关系密切，可分为扬花期危害、乳熟前期危害和乳熟期危害共三个时期。水稻扬花期对温度最敏感，高温热害对水稻扬花期的影响主要表现为：水稻的花器发育不全；开花率降低；花药开裂增多；花粉活力快速降低；花粉管伸长受阻；雌花受精率降低；随之降低结实率和每个稻穗的粒数^[1,3-5]。高温热害在我国南方地区常发生在7月下旬至8月上旬^[6]。水稻开花期对高温最敏感，花粉管尖端大量破裂，失去受精能力，形成空秕粒。灌浆结实期，高温降低灌浆速度，影响干物质的积累，引起籽粒过早减弱或停止灌浆，降低稻谷千粒重和结实率^[1,7]。高温还引起胞内蛋白凝集变性，酶活降低，植株代谢失调，三片功能叶早衰发黄，表现为“逼熟”^[8]。乳熟前的高温热害增加秕粒量，乳熟后期的高温热害降低千粒重。杂交稻汕优2号乳熟期，温度超过30 ℃时，千粒重明显下降^[9]。

水稻不同发育期的高温热害指标不同，籼稻开花期间长期高温伤害的临界温度为日平均气温30℃，短时高温伤害的临界温度为35℃。孕穗、抽穗期受害温度指标为：日最高气温≥35℃持续3天以上。盛花期在36℃～37℃严重受害^[10]。水稻抽穗开花时最适宜温度为25～30 ℃，35 ℃以上的高温影响花粉育性、花粉管萌发和柱头活性，导致花粉败育、子房受精受阻，易于形成空壳^[11,12]。杨建昌等^[13]研究发现在水稻抽穗-灌浆早期遭遇高温热害对产量影响最大，减数分裂期次之，灌浆中期影响最小。不同品种的水稻抗高温能力存在差异，特优559、金优725对高温最敏感。高温对田间保持浅水层的影响程度小，对过早断水的农田危害大。受害程度还与秧苗素质、植株生长状况、栽培条件、管理水平等有关。水稻的高温热害从抽穗扬花期的安排、品种的选用、肥水管理等措施上是可以预防，遇到高温时采取措施得当，可以减轻灾害损失^[14]。

近年来，有关高温热害时空变化规律的研究逐渐增多。刘伟昌等^[14]根据1961-2005气象资料研究长江中下游地区水稻遭受高温热害的时空分布规律。金志凤等^[15]研究了浙江省水稻高温热害时空分布特征。朱珠等^[16]基于1980-2009年江苏省气温和水稻高温热害资料，揭示水稻生长季和开花期前后15天，水稻高温热害发生频率有所增加。刘厚敖等^[17]基于1970-2000年湖南省气象资料分析了湖南省高温时空分布和高温分区，研究湖南省高温的时空分布，及水稻的利用对策。万素琴等^[18]利用湖北1961-2005年气象资料、水稻产量资料和水稻农业气象观测资料揭示出中稻高温热害严重年代、受灾日数地区分布和产量减少超过3%的年份占比。

1.3江西省高温热害的研究

江西省地处长江中下游，是华南三个主要粮食净出口省之一^[19,20]。江西每年7月中旬-8月中旬均会遭受持续干燥高温天气，易形成高温热害。杨炳玉等^[9]发现江西省水稻高温热害集中于7月中下旬至8月上旬，其中7月13-24日为发生高温热害概率最高的时段，高温热害高值区分布于江西东北部、赣州北部、吉泰盆地和赣抚平原，并由高值区向周边山区递减。高素华等^[21]以1981-2005年气象资料研究江西省高温热害发生规律。

1.4 研究目的与意义

研究江西省高温热害发生规律的报道不仅较少，且存在许多不足的地方需要进一步完善^[9]。首先，评估水稻高温热害的相关指标过简单，没有多指标组来综合性评估水稻高温热害。其次，江西省水稻热害的时空变化没有被深入讨论。本论文研究意义在于：1）构建多指标用来综合性评估江西水稻热害；2）统计分析水稻热害时空变化规律。本文研究从时间和空间两个方面对江西水稻高温热害发生规律进行研究，为在全球变暖条件下江西省管理和规划水稻生产提供理论依据。

2 研究地点与数据

2.1 研究地点

江西省地处长江中下游，北纬24°29’-30°04’，东经113°34’-118°28’，土地总面积16.7万平方公里，是华南三个主要粮食净出口省之一^[19,20]。江西省处于亚热带湿润季风气候区，无霜期长，年平均气温为18℃，雨量充沛，平均降雨量为1635 mm，5-7月降雨量最大，易引起洪涝灾害。江西地势北部平坦，东、南、西部三面环山，中部丘陵起伏，形成一个整体向鄱阳湖倾斜而往北开口的巨大盆地。每年7月中旬-8月中旬江西省均会遭受持续干燥高温天气，易形成高温热害。所以作为本文的研究地点，所使用的方法和得到的结论除对江西省有重要意义外，对其它省份也有重要参考意义，也为建立全国性高温热害数据库提供有力支持。

2.2 数据来源

本论文所用资料为江西境内12个地级市81气象站1960-2008年日平均气温数据，数据来源于中国气象数据共享服务网站(http://cdc.cma.gov.cn/home.do)。为了确保各站点温度数据的可信、可靠，利用RClimDex和RHtestsV3软件对81个气象站日平均气温数据进行质量控制和均一性检测。虽然所有气象站点数据质量较为理想，但5个站点数据未能通过均匀性检验而被剔除。其余76个气象站地理位置如图1所示。

图1 江西境内气象站点的分布

Fig. 1 Meteorological stations used in this study and location of Jiangxi province, China

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