1、 江苏省水稻高温热害及指标研究江苏省水稻高温热害及指标研究景元书景元书 谢晓金谢晓金 刘盛玉刘盛玉南京信息工程大学应用气象学院南京信息工程大学应用气象学院主要内容主要内容1 1 研究意义研究意义2 2 江苏省高温热害发生的时空变化规律江苏省高温热害发生的时空变化规律3 高温热害对水稻开花结实的影响高温热害对水稻开花结实的影响4 4 江苏省水稻高温热害指标的确定江苏省水稻高温热害指标的确定5 5 讨论讨论1 研究意义研究意义l 近年来由于工业化程度加剧及气候变化、温近年来由于工业化程度加剧及气候变化、温室效应的影响，高温热害发生频率正在加大，室效应的影响，高温热害发生频率正在加大，引起各部门和研
2、究者对水稻高温热害的重视。引起各部门和研究者对水稻高温热害的重视。l WMOWMO阿斯拉尔阿斯拉尔：今年极端天气事件频发是极：今年极端天气事件频发是极不寻常的；今后极端天气现象的发生将更为频不寻常的；今后极端天气现象的发生将更为频繁，强度更大，影响更广繁，强度更大，影响更广l 南京今夏有南京今夏有22个高温日，个高温日，10年来罕见年来罕见 1 研究意义研究意义 水稻是世界上最重要水稻是世界上最重要的粮食作物之一的粮食作物之一,全世界全世界约约50%50%的人口以稻米为主的人口以稻米为主食食,水稻的高产稳产在世水稻的高产稳产在世界粮食安全中起至关重界粮食安全中起至关重要的作用。要的作用。1 研
3、究意义研究意义 每年每年7-97-9月，水稻进月，水稻进入抽穗入抽穗-灌浆灌浆-成熟期，成熟期，遭遇异常高温遭遇异常高温3535使得使得结实率降低。结实率降低。研究水稻高温热害的研究水稻高温热害的发生规律，为江苏省水发生规律，为江苏省水稻稻防御高温热害防御高温热害和水稻和水稻高产提供科学依据高产提供科学依据。2 2 江苏省高温热害发生时空变化规律江苏省高温热害发生时空变化规律 综合考虑极端最高气温、高温有害天数和综合考虑极端最高气温、高温有害天数和高温危害积温三个热害因子的影响，利用主成高温危害积温三个热害因子的影响，利用主成分分析法计算出主要分量，把其中一个物理意分分析法计算出主要分量，把其
4、中一个物理意义清晰，且方差对总方差的贡献率大于义清晰，且方差对总方差的贡献率大于85%一一个主要分量作为个主要分量作为高温热害指数高温热害指数。2 2 江苏省高温热害发生时空变化规律江苏省高温热害发生时空变化规律2.12.1 Morlet 小波变换分析时间发生规律小波变换分析时间发生规律 2.2 2.2 经验正交分解方法分析空间分布特征经验正交分解方法分析空间分布特征2.1.1 江苏省江苏省高温热害指数的小波变换高温热害指数的小波变换8 2.1.2 第一特征向量时间系数的小波变换第一特征向量时间系数的小波变换 9 2.1.3 第二特征向量时间系数小波变换第二特征向量时间系数小波变换102.1.
5、4 三个小波变换的综合分析三个小波变换的综合分析（1 1）江苏省水稻高温热害的发生是各种周期震荡相互作用的）江苏省水稻高温热害的发生是各种周期震荡相互作用的结果结果,以以12-1412-14年左右的周期信号最强，年左右的周期信号最强，16-1816-18年左右的周年左右的周期性变化在时域上都具有局部化特征，主要分布在期性变化在时域上都具有局部化特征，主要分布在9090年代年代以后。以后。（2 2）2001-20072001-2007年间，高温热害年年都有发生。年间，高温热害年年都有发生。9090年代高温年代高温热害的发生次数，强度高于热害的发生次数，强度高于7070年代、年代、8080年代，但
6、不及年代，但不及6060年年代。代。(3)(3)江苏省水稻高温热害变化具有准江苏省水稻高温热害变化具有准2 2、3-43-4、4-64-6、8 8年左右的年左右的年际尺度和年际尺度和12-1612-16年的年代际尺度周期变化年的年代际尺度周期变化,存在突变特征。存在突变特征。112.2 江苏省水稻高温热害的空间江苏省水稻高温热害的空间 分布特征分布特征 2.2.1 第一特征向量场分布特征第一特征向量场分布特征13 水稻高温热害最主要的空间变化为全省趋势相同，水稻高水稻高温热害最主要的空间变化为全省趋势相同，水稻高温热害在时间和空间上都是大尺度的现象，具有较好的一致温热害在时间和空间上都是大尺度
7、的现象，具有较好的一致性和同步性，性和同步性，江苏高温热害的整体分布型江苏高温热害的整体分布型。11611711811912012112212331323334350.150.1550.160.1650.170.1750.180.1850.190.1950.20.2050.210.2150.22 2.2.2 第二特征向量场分布特征第二特征向量场分布特征1161171181191201211221233132333435-0.25-0.2-0.15-0.1-0.0500.050.10.150.20.250.30.350.40.45 江苏省水稻高温热害次要的空间变化具有显著的南北分布江苏省水稻高温
8、热害次要的空间变化具有显著的南北分布特征，江苏北部和中部大部分地区为负值区，而苏南为正值特征，江苏北部和中部大部分地区为负值区，而苏南为正值区，正值中心在南通，江阴和昆山一带。区，正值中心在南通，江阴和昆山一带。高温热害的南北分布型高温热害的南北分布型14 试验材料与方法试验材料与方法3.1试验材料试验材料 扬稻6号与南粳43。3.2高温处理高温处理 胁迫温度：35、37与39（人工气候箱）；胁迫时间：1、3和5d，每天处理5h（9:00-14:00）。3.3测定指标测定指标 花药生理指标；花粉活力与花粉萌发率；结实率与千粒重。3 高温热害对水稻的危害高温热害对水稻的危害图图 高温胁迫期间的每
9、日最高温度高温胁迫期间的每日最高温度胁迫温胁迫温度度（）胁迫时胁迫时间间（天）（天）脯氨酸含脯氨酸含量量（mg/g FW）游离氨基酸游离氨基酸含量含量（mg/g FW）可溶性蛋白可溶性蛋白质含量质含量（mg/g FW）ASA含含量量（ug/g FW）GSH含含量量（mg/g FW）对照对照CK-2.3aA3.9aA11.1 aA493.0aA2.5 aA391d2.1bA3.6bA9.8bB423.6bB2.0bAB3d1.5cB2.6cB8.4cC356.9cC1.8bcAB5d1.4 cB2.4dB7.5dD286.25dD1.6cB表表1 水稻抽穗期不同高温胁迫下的花药生理特性水稻抽穗期
10、不同高温胁迫下的花药生理特性胁迫温胁迫温度（度（）胁迫时间胁迫时间（天）（天）)扬稻6号南粳43花粉活力（）花粉活力（）花粉萌发率花粉萌发率（）（）花粉活力（）花粉活力（）花粉萌发率花粉萌发率（）（）对照对照-83.2 aA 81.5aA 85.6aA79.3 aA351d73.4 bB 67.3bB 76.2bB67.5 bB3d67.8 cC 59.4cC 68.7cC54.4 cC5d61.6 dD 41.3 eE 60.9dD46.8 dD371d55.9 eE 47.1 dD47.0eE45.2 dD3d37.5 fF 31.9gF 36.3fF36.4 eE5d28.9gG 23.
11、2 hG 28.7gG29.3 fF391d39.5fF 37.8fE37.0 fF35.7 eE3d20.9hH 24.3hG 16.1hH21.7 gG5d17.4iH 16.4iH 11.4iH14.6 hH表表2 水稻抽穗期不同高温胁迫下的花粉活力与花粉萌发率水稻抽穗期不同高温胁迫下的花粉活力与花粉萌发率胁迫温度胁迫温度（）Stress temperature()胁迫时间胁迫时间（天）（天）Stress duration(d)扬稻扬稻6号号Yangdao 6 南粳南粳43 Nanjing43结实率（）结实率（）Seed setting(%)千粒重（）千粒重（）Thousand seed
12、 weights结实粒（）结实粒（）Seed setting(%)千粒重（）千粒重（）Thousand seed weightsCK-80.4 aA 27.9aA 90.9aA23.4 aA351d77.0bAB 25.9aA 85.0bA24.7 aA3d75.6bAB 27.6aA62.4 dBCD24.1 aA5d69.9abA 27.9aA 53.9 eCDE26.5 aA371d65.8abA 27.1aA 69.0 cB26.2 aA3d35.4dC 26.9aA 47.7fCDE23.2 aA5d11.2eD 26.1aA 42.0gCDE24.6 aA391d49.5cB 28
13、.0aA 65.4 cdBC23.4 aA3d16.3eD 24.4aA 54.8eCD24.0 aA5d1.7fD 21.9aA 28.3hF23.7 aA表表3 水稻抽穗期不同高温胁迫下的结实率与千粒重水稻抽穗期不同高温胁迫下的结实率与千粒重项目项目Items 扬稻扬稻6号结实率号结实率seed setting ratio of Yangdao 6 南粳南粳43结实率结实率Seed setting ratio of Nanjing43花粉活力花粉活力Pollen vigor(%)线性方程线性方程Formula of relationship y=1.2108x-10.439 y=0.620
14、7x+30.899r0.9236*0.8287*花粉萌发率花粉萌发率Pollen germination ratio(%)线性方程线性方程Formula of relationship y=1.1533x+0.7488 y=0.8465x+23.463r0.8786*0.8938*表表4 水稻抽穗期不同高温胁迫下的花粉活力与产量的关系水稻抽穗期不同高温胁迫下的花粉活力与产量的关系1）与对照相比，抽穗期遭遇高温胁迫，花药中）与对照相比，抽穗期遭遇高温胁迫，花药中游离氨基酸、游离氨基酸、可溶性蛋白质、可溶性蛋白质、ASA和和GSH含量含量明显降低明显降低（p 0.01），并且），并且各胁迫处理间的
15、游离氨基酸、可溶性蛋白质、各胁迫处理间的游离氨基酸、可溶性蛋白质、ASA和和GSH含量含量的差异均达到显著或极显著水平（的差异均达到显著或极显著水平（p0.05 或或p0.01）；）；2）与对照相比，抽穗期高温胁迫）与对照相比，抽穗期高温胁迫显著降低显著降低了扬稻了扬稻6号与南粳号与南粳43的的花粉活力、花粉萌发率以及籽粒结实率花粉活力、花粉萌发率以及籽粒结实率（p0.01），并且随），并且随着胁迫温度的增加，胁迫时间的延长，着胁迫温度的增加，胁迫时间的延长，2个水稻品种的花粉活个水稻品种的花粉活力、花粉萌发率与籽粒结实率降幅就越大；力、花粉萌发率与籽粒结实率降幅就越大；3.4 小结小结3）抽
16、穗期高温胁迫对）抽穗期高温胁迫对2个水稻品种的个水稻品种的千粒重影响较小千粒重影响较小，各个处理间千粒重的差距均未达到显著水平；各个处理间千粒重的差距均未达到显著水平；4）相关分析表明，）相关分析表明，2个水稻品种的花粉活力和培养基上个水稻品种的花粉活力和培养基上的花粉萌发率与结实率均呈显著直线相关，通过的花粉萌发率与结实率均呈显著直线相关，通过花粉活花粉活力与花粉萌发率可以来指示高温对水稻结实的影响程度力与花粉萌发率可以来指示高温对水稻结实的影响程度。3.4 小结小结4 江苏省水稻高温热害指标的确定江苏省水稻高温热害指标的确定 高温热害的气象指标是日最高气温连续高温热害的气象指标是日最高气温
17、连续3天以上达到或天以上达到或高于高于35，（相对湿度小于，（相对湿度小于70%），敏感期在水稻盛花期。），敏感期在水稻盛花期。4.1 气象产量分离气象产量分离4.2 江苏省水稻高温热害等级判别指标江苏省水稻高温热害等级判别指标4.1 气象产量分离气象产量分离南京徐州东台赣榆108.568.36tyt32012.097.003.10361.81tttyt32006.051.091.1906.122tttyt32014.0013.1261.7507.87tttyt站点方法TSTmfu南 京Pearson相关-0.0790.171-0.0040.131-0.101偏相关-0.1470.2770.0
18、570.137-0.243徐 州Pearson相关0.1590.1060.083-0.178-0.470*偏相关0.2680.287-0.243-0.095-0.498*东 台Pearson相关0.1040.0970.104-0.312*-0.203偏相关-0.0510.024-0.007-0.278-0.135赣 榆Pearson相关0.129-0.1020.093-0.245*-0.292*偏相关0.155-0.081-0.104-0.223-0.200单因子复相关分析单因子复相关分析 4.2 江苏省水稻高温热害等级判别指标江苏省水稻高温热害等级判别指标 双因子复相关分析双因子复相关分析
19、Tm+因子南京徐州东台赣榆Tm+S0.3110.1070.1080.203Tm+u0.101 0.512*0.2360.321T+f0.1780.178 0.349*0.245Tm+T0.2350.2230.1050.153T+S 0.338*0.1640.1120.209T+u0.135 0.517*0.2330.337T+f0.1350.206 0.355*0.257f+S0.3170.179 0.327*0.314f+u0.180 0.512*0.352*0.346*u+S0.210 0.538*0.2630.2924.2 江苏省水稻高温热害等级判别指标江苏省水稻高温热害等级判别指标 三
20、因子复相关分析三因子复相关分析 组合因子南京徐州东台赣榆1T+S+Tm0.3380.3350.1130.2102T+S+f0.3550.2060.3560.3513T+S+u 0.396*0.550*0.2630.3443T+Tm+f0.2490.2980.3550.3185T+Tm+u0.315 0.518*0.2370.3456T+f+u0.183 0.535*0.378*0.368*7S+Tm+f0.3470.1790.3490.3378S+Tm+u0.348 0.539*0.2630.3319Tm+f+u0.232 0.527*0.372*0.35210S+f+u0.374 0.544
21、*0.3520.3594.2 江苏省水稻高温热害等级判别指标江苏省水稻高温热害等级判别指标 地点地点因子因子高温热害等级高温热害等级样本数样本数F轻轻中中重重南南 京京平均气温平均气温31日数日数3661313145.042连续连续3d31频次频次122665.500连续连续5d31频次频次16613.139日照时数日照时数11h日数日数11313202016.296平均风速平均风速3m/s日数日数157151621.556徐徐 州州平均气温平均气温30日数日数3661010134.066连续连续3d30频次频次1227712.274连续连续5d30频次频次15518.457日照时数日照时数1
22、0h日数日数199141422.109平均风速平均风速4m/s日数日数73735.138东东 台台平均气温平均气温29日数日数312121414148.050连续连续3d29频次频次336613.500连续连续5d29频次频次14412.007相对湿度相对湿度90%日数日数1021029.041平均风速平均风速4m/s日数日数55770.812赣赣 榆榆平均气温平均气温29日数日数2277137.614连续连续3d29频次频次16615.737连续连续5d29频次频次15511.674相对湿度相对湿度90%日数日数1884.144平均风速平均风速4m/s日数日数10210214.755等级指标
23、等级指标 4.3 小结小结（1）南京地区水稻高温热害指标为平均温度南京地区水稻高温热害指标为平均温度31，日照，日照时数时数11h，风速，风速3m/s；徐州地区为平均温度；徐州地区为平均温度30，日照，日照时数时数10h，风速，风速4m/s；东台和赣榆为平均温度；东台和赣榆为平均温度29，风，风速速4m/s，相对湿度，相对湿度90%。江苏省水稻高温热害的一般。江苏省水稻高温热害的一般指标为平均温度指标为平均温度30。（2）四个代表站（南京、徐州、东台、赣榆）的水稻高）四个代表站（南京、徐州、东台、赣榆）的水稻高温热害等级划分不完全一致。温热害等级划分不完全一致。5 讨论讨论（1）水稻避热抗热技术问题水稻避热抗热技术问题 品种的筛选品种的筛选 种植方式的调整种植方式的调整 农田小气候的调控农田小气候的调控 水稻高温热害的预报模型水稻高温热害的预报模型日本福冈日本福冈 稻米高温抗性评价稻米高温抗性评价5 讨论讨论（2）水稻高温热害与田间水分管理水稻高温热害与田间水分管理 灌溉水的温度灌溉水的温度 灌溉现代化条件灌溉现代化条件5 讨论讨论（3）模拟气温上升的试验设计选择模拟气温上升的试验设计选择 人工气候室人工气候室 全封闭增温大棚全封闭增温大棚 半敞开式增温系统半敞开式增温系统 全敞开式增温系统全敞开式增温系统
