江苏省水稻高温热害及指标研究
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江苏省水稻高温热害及指标研究
景元书 谢晓金 刘盛玉
南京信息工程大学应用气象学院
主要内容
1 研究意义 2 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 4 江苏省水稻高温热害指标的确定 5 讨论
1 研究意义
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， 引起各部门和研究者对水稻高温热害的重视。
对照
-
83.2 aA
81.5aA
85.6aA
79.3 aA
1d
73.4 bB
67.3bB
76.2bB
67.5 bB
35
3d
67.8 cC
59.4cC
68.7cC
54.4 cC
5d
61.6 dD
41.3 eE
60.9dD
46.8 dD
1d
55.9 eE
47.1 dD
47.0eE
45.2 dD
37
3d
37.5 fF
122
123
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
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。 高温热害的南北分布型
14
3 高温热害对水稻的危害
试验材料与方法
3.1试验材料 扬稻6号与南粳43。
3.2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）。
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 性和同步性，江苏高温热害的整体分布型。
13
2.2.2 第二特征向量场分布特征
35 34 33 32 31
116
117
118
119
120
121
0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25
（天）
-
1d
脯氨酸含 量
（mg/g FW） 2.3aA
2.1bA
游离氨基酸 可溶性蛋白 ASA含
含量
质含量
量
（mg/g FW （mg/g FW） （ug/g
）
FW）
GSH含 量
（mg/g FW）
3.9aA
11.1 aA 493.0aA 2.5 aA
3.6bA
9.8bB 423.6bB 2.0bAB
3d
每 年 7-9 月 ， 水 稻 进 入抽穗-灌浆-成熟期， 遭 遇 异 常 高 温 35℃ 使 得 结实率降低。
研究水稻高温热害的 发生规律，为江苏省水 稻防御高温热害和水稻 高产提供科学依据。
2 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 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 义清晰，且方差对总方差的贡献率大于85%一 个主要分量作为高温热害指数。
胁迫温度 （℃）Stress
temperature( ℃)
胁迫时间 （天）
Stress duration(d)
CK
-
1d
35
3d
5d
1d
3d
37
5d
1d
3d
39
5d
扬稻6号 Yangdao 6
结实率（％） 千粒重（％）
Seed
Thousand
setting(%) seed weights
南粳43 Nanjing43
WMO阿斯拉尔：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 繁，强度更大，影响更广
南京今夏有22个高温日，10年来罕见
1 研究意义
水稻是世界上最重要 的粮食作物之一,全世界 约50%的人口以稻米为主 食,水稻的高产稳产在世 界粮食安全中起至关重 要的作用。
1 研究意义
2.2.1 第一特征向量场分布特征
35 34 33 32 31
116
117
118
119Fra Baidu bibliotek
120
121
0.22 0.215 0.21 0.205 0.2 0.195 0.19 0.185 0.18 0.175 0.17 0.165 0.16 0.155 0.15
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水稻高温热害最主要的空间变化为全省趋势相同，水稻高
31.9gF
36.3fF
36.4 eE
5d
28.9gG
23.2 hG
28.7gG
29.3 fF
1d
39.5fF
37.8fE
37.0 fF
35.7 eE
39
3d
20.9hH
24.3hG
16.1hH
21.7 gG
5d
17.4iH
16.4iH
11.4iH
14.6 hH
表3 水稻抽穗期不同高温胁迫下的结实率与千粒重
2 江苏省高温热害发生时空变化规律
2.1 Morlet 小波变换分析时间发生规律 2.2 经验正交分解方法分析空间分布特征
2.1.1 江苏省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
9
2.1.3 第二特征向量时间系数小波变换
10
2.1.4 三个小波变换的综合分析
（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 结果,以12-14年左右的周期信号最强，16-18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90年代 以后。
（2）2001-2007年间，高温热害年年都有发生。90年代高温 热害的发生次数，强度高于70年代、80年代，但不及60年 代。
(3)江苏省水稻高温热害变化具有准2、3-4、4-6、8年左右的 年际尺度和12-16年的年代际尺度周期变化,存在突变特征。
11
2.2 江苏省水稻高温热害的空间 分布特征
1.5cB
39
2.6cB
5d
1.4 cB
2.4dB
8.4cC 7.5dD
356.9cC 1.8bcA B
286.25d 1.6cB D
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
胁迫温 度（℃）
胁迫时间 （天）)
扬稻6号
花粉活力（％）
花粉萌发率 （％）
南粳43
花粉活力（％）
花粉萌发率 （％）
结实粒（％） 千粒重（％）
Seed
Thousand
setting(%) seed weights
80.4 aA 77.0bAB 75.6bAB 69.9abA 65.8abA 35.4dC 11.2eD 49.5cB 16.3eD
1.7fD
27.9aA 25.9aA 27.6aA 27.9aA 27.1aA 26.9aA 26.1aA 28.0aA 24.4aA 21.9aA
3.3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。
日最高温度(℃)
45
40
35
对照
30
35℃胁迫
37℃胁迫
25
39℃胁迫
20
15 1234567 高温胁迫时间(d)
图 高温胁迫期间的每日最高温度
表1 水稻抽穗期不同高温胁迫下的花药生理特性
胁迫温 度
（℃）
对照 CK
胁迫时 间
景元书 谢晓金 刘盛玉
南京信息工程大学应用气象学院
主要内容
1 研究意义 2 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 4 江苏省水稻高温热害指标的确定 5 讨论
1 研究意义
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， 引起各部门和研究者对水稻高温热害的重视。
对照
-
83.2 aA
81.5aA
85.6aA
79.3 aA
1d
73.4 bB
67.3bB
76.2bB
67.5 bB
35
3d
67.8 cC
59.4cC
68.7cC
54.4 cC
5d
61.6 dD
41.3 eE
60.9dD
46.8 dD
1d
55.9 eE
47.1 dD
47.0eE
45.2 dD
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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
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。 高温热害的南北分布型
14
3 高温热害对水稻的危害
试验材料与方法
3.1试验材料 扬稻6号与南粳43。
3.2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）。
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 性和同步性，江苏高温热害的整体分布型。
13
2.2.2 第二特征向量场分布特征
35 34 33 32 31
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0.45 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 -0.05 -0.1 -0.15 -0.2 -0.25
（天）
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脯氨酸含 量
（mg/g FW） 2.3aA
2.1bA
游离氨基酸 可溶性蛋白 ASA含
含量
质含量
量
（mg/g FW （mg/g FW） （ug/g
）
FW）
GSH含 量
（mg/g FW）
3.9aA
11.1 aA 493.0aA 2.5 aA
3.6bA
9.8bB 423.6bB 2.0bAB
3d
每 年 7-9 月 ， 水 稻 进 入抽穗-灌浆-成熟期， 遭 遇 异 常 高 温 35℃ 使 得 结实率降低。
研究水稻高温热害的 发生规律，为江苏省水 稻防御高温热害和水稻 高产提供科学依据。
2 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 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 义清晰，且方差对总方差的贡献率大于85%一 个主要分量作为高温热害指数。
胁迫温度 （℃）Stress
temperature( ℃)
胁迫时间 （天）
Stress duration(d)
CK
-
1d
35
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5d
1d
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37
5d
1d
3d
39
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扬稻6号 Yangdao 6
结实率（％） 千粒重（％）
Seed
Thousand
setting(%) seed weights
南粳43 Nanjing43
WMO阿斯拉尔：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 繁，强度更大，影响更广
南京今夏有22个高温日，10年来罕见
1 研究意义
水稻是世界上最重要 的粮食作物之一,全世界 约50%的人口以稻米为主 食,水稻的高产稳产在世 界粮食安全中起至关重 要的作用。
1 研究意义
2.2.1 第一特征向量场分布特征
35 34 33 32 31
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0.22 0.215 0.21 0.205 0.2 0.195 0.19 0.185 0.18 0.175 0.17 0.165 0.16 0.155 0.15
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水稻高温热害最主要的空间变化为全省趋势相同，水稻高
31.9gF
36.3fF
36.4 eE
5d
28.9gG
23.2 hG
28.7gG
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1d
39.5fF
37.8fE
37.0 fF
35.7 eE
39
3d
20.9hH
24.3hG
16.1hH
21.7 gG
5d
17.4iH
16.4iH
11.4iH
14.6 hH
表3 水稻抽穗期不同高温胁迫下的结实率与千粒重
2 江苏省高温热害发生时空变化规律
2.1 Morlet 小波变换分析时间发生规律 2.2 经验正交分解方法分析空间分布特征
2.1.1 江苏省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
9
2.1.3 第二特征向量时间系数小波变换
10
2.1.4 三个小波变换的综合分析
（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 结果,以12-14年左右的周期信号最强，16-18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90年代 以后。
（2）2001-2007年间，高温热害年年都有发生。90年代高温 热害的发生次数，强度高于70年代、80年代，但不及60年 代。
(3)江苏省水稻高温热害变化具有准2、3-4、4-6、8年左右的 年际尺度和12-16年的年代际尺度周期变化,存在突变特征。
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2.2 江苏省水稻高温热害的空间 分布特征
1.5cB
39
2.6cB
5d
1.4 cB
2.4dB
8.4cC 7.5dD
356.9cC 1.8bcA B
286.25d 1.6cB D
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
胁迫温 度（℃）
胁迫时间 （天）)
扬稻6号
花粉活力（％）
花粉萌发率 （％）
南粳43
花粉活力（％）
花粉萌发率 （％）
结实粒（％） 千粒重（％）
Seed
Thousand
setting(%) seed weights
80.4 aA 77.0bAB 75.6bAB 69.9abA 65.8abA 35.4dC 11.2eD 49.5cB 16.3eD
1.7fD
27.9aA 25.9aA 27.6aA 27.9aA 27.1aA 26.9aA 26.1aA 28.0aA 24.4aA 21.9aA
3.3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。
日最高温度(℃)
45
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30
35℃胁迫
37℃胁迫
25
39℃胁迫
20
15 1234567 高温胁迫时间(d)
图 高温胁迫期间的每日最高温度
表1 水稻抽穗期不同高温胁迫下的花药生理特性
胁迫温 度
（℃）
对照 CK
胁迫时 间