譚詩琪　申雙和　鄧麗蓉

摘要：介紹了中國水稻（Oryza sativa L.）受高溫?zé)岷Φ挠绊?，?duì)水稻受害的機(jī)理、高溫?zé)岷χ笜?biāo)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、高溫預(yù)警監(jiān)測等方面進(jìn)行了綜述。在大量研究的基礎(chǔ)上提出從分子水平探明水稻受高溫?zé)岷Φ母緳C(jī)制，建立考慮品種、生育期、其他氣象因素等的綜合性高溫?zé)岷χ笜?biāo)，并提出選取合適播期、采用耐熱品種、健全防范體系等觀點(diǎn)。旨在為應(yīng)對(duì)高溫?zé)岷淼奈：巴晟茟?yīng)對(duì)技術(shù)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水稻；高溫?zé)岷Γ恢笜?biāo)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；預(yù)警監(jiān)測

近百年來，由于自然氣候波動(dòng)和人類活動(dòng)加劇導(dǎo)致的溫室效應(yīng)，地球氣候正經(jīng)歷一次以全球變暖為主要特征的顯著變化。IPCC報(bào)告指出，到2100年，由人類活動(dòng)造成的溫室氣體排放量將繼續(xù)增加，全球平均地表溫度將比1990年升高1.4-5.8℃，中國與全球氣候變化趨勢(shì)基本一致，且大量研究表明，氣候變暖將是中國未來的變化趨勢(shì)。在全球變暖的同時(shí)，極端高溫的發(fā)生頻率也呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，與1961-1990年中國的年平均氣溫相比，到2050年將增加（2.8±0.5）℃，未來中國的極端天氣事件如夏季高溫等出現(xiàn)頻率也將增加，在未來全球大幅變暖的情況下，若不加以防范，中國主要糧食作物在未來50年高溫?zé)岷Φ挠绊懴?，產(chǎn)量會(huì)出現(xiàn)大幅下降，這將嚴(yán)重威脅中國的糧食安全。近20年來受高溫?zé)岷Φ挠绊?，中國糧食特別是水稻將出現(xiàn)頻繁的減產(chǎn)情況。據(jù)報(bào)道，氣溫每升高1℃，水稻產(chǎn)量將會(huì)下降10%，尤其在水稻結(jié)實(shí)期，溫度上升1～2℃，產(chǎn)量將下降10%-20%。

目前在水稻高溫?zé)岷χ笜?biāo)以及水稻受害的機(jī)理研究、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、影響評(píng)價(jià)等方面展開了一定的研究，但各項(xiàng)研究所得到的指標(biāo)不盡相同，采用的評(píng)價(jià)方法有所差異，對(duì)水稻減產(chǎn)設(shè)定的災(zāi)損表達(dá)方式也不一，開展的試驗(yàn)研究也有局域性的缺陷，對(duì)于未來氣候變化情景下的高溫?zé)岷Πl(fā)生頻次尚缺乏較為準(zhǔn)確的預(yù)估，且風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)應(yīng)用中的作用還略顯薄弱。筆者將對(duì)水稻受害的機(jī)理、高溫?zé)岷χ笜?biāo)探析、相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其預(yù)警和應(yīng)對(duì)技術(shù)等方面進(jìn)行闡述。旨在加深水稻高溫?zé)岷Φ难芯浚瑸榻档透邷責(zé)岷?duì)水稻的危害提供更多參考。

1.水稻受高溫?zé)岷Φ臋C(jī)理研究

目前普遍定義水稻的高溫?zé)岷κ侵杆咎幱谠兴牒笃诤统樗霌P(yáng)花期，也就是單季稻在7月下旬至8月上旬時(shí)，遭遇連續(xù)日平均氣溫≥30℃、日最高氣溫≥35℃、同時(shí)極端最高氣溫38℃以上、相對(duì)濕度70%以下的高溫天氣，而導(dǎo)致水稻生長發(fā)育受阻，部分生理活性受到抑制，多方面生理生態(tài)功能都遭到損害，而最終導(dǎo)致減產(chǎn)或嚴(yán)重減產(chǎn)。

水稻處于不同生育期時(shí)，受到熱害的影響也不同。主要的敏感時(shí)期有減數(shù)分裂期、開花期、灌漿期等。減數(shù)分裂期高溫處理會(huì)使每穗穎花數(shù)、結(jié)實(shí)率、粒重和產(chǎn)量明顯降低。抽穗-灌漿早期使結(jié)實(shí)率和粒重降低而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。在穗分化期，如溫度大于35℃，則花藥的開裂率和花粉育性會(huì)降低，從而導(dǎo)致結(jié)實(shí)率降低。開花期高溫引發(fā)的危害主要有5個(gè)方面，一是影響開花，這是由于漿片吸水膨脹造成；二是影響花藥開裂，這是由于高溫時(shí)失水過快而使花藥不開裂；三是影響花粉活力，這是由于高溫會(huì)大大縮短花粉壽命；四是影響花粉管伸長：五是影響受精，正是由于上述幾方面綜合影響而造成受精不良，降低了結(jié)實(shí)率。灌漿結(jié)實(shí)期高溫會(huì)對(duì)子粒干物質(zhì)累積造成障礙，使得空癟粒增加，千粒重下降，導(dǎo)致產(chǎn)量損失，且氣溫過高使得灌漿速度加快，所形成的復(fù)合淀粉粒呈核狀，排列疏松且顆粒間充氣，引起光折射而呈白色不透明狀，導(dǎo)致堊白米率和堊白面積增加，而堊白是影響稻米品質(zhì)的最主要因素，因此稻米品質(zhì)也會(huì)受到影響。

綜上可知，目前研究高溫對(duì)水稻影響的機(jī)理包括生長發(fā)育、產(chǎn)量形成等方面，這為深入研究高溫對(duì)水稻生長影響奠定了一定的基礎(chǔ)。但從分子水平著手，探究高溫對(duì)水稻的影響還較少，應(yīng)開展生物研究，探明水稻基因在高溫下的表達(dá)調(diào)控機(jī)制，將受害基因群找出，從而揭示水稻對(duì)高溫的響應(yīng)及耐熱機(jī)制。

2.高溫?zé)岷χ笜?biāo)

高溫?zé)岷χ笜?biāo)是研究和了解高溫?zé)岷Πl(fā)生規(guī)律及開展高溫?zé)岷ΡO(jiān)測預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)、影響評(píng)估等的重要工具，也是評(píng)判災(zāi)害的標(biāo)準(zhǔn)。目前較多的判別指標(biāo)是溫度和高溫持續(xù)的時(shí)間。西山巖男等指出，溫度達(dá)到30℃時(shí)，水稻出現(xiàn)不受精情況，且35℃可作為明顯的高溫障礙臨界值。譚中和等認(rèn)為，高溫的致害指標(biāo)為日平均氣溫超過30℃，日最高溫度超過35℃。陳端生等認(rèn)為水稻高溫?zé)岷χ笜?biāo)是指連續(xù)3 d以上的日最高氣溫達(dá)35℃：湯昌本等則指出同樣的溫度需5 d以上才可作為水稻抽穗至灌漿期的高溫傷害指標(biāo)。高素華等研究長江中下游水稻高溫?zé)岷r(shí)，根據(jù)日平均氣溫、日最高氣溫、日平均相對(duì)濕度以及持續(xù)時(shí)間將熱害等級(jí)劃分為4個(gè)級(jí)別（表1），并據(jù)此研究高溫發(fā)生的年代際變化、空間分布和變化趨勢(shì)。此外，包云軒等基于水稻三基點(diǎn)溫度，通過分析水稻的生育期資料，把江蘇水稻熱害的生理指標(biāo)定為37℃以上，并根據(jù)持續(xù)天數(shù)分為了輕（2～3 d）、中（4～5 d）、重度（>5 d）熱害。

高溫?zé)岷χ笜?biāo)的研究相對(duì)于其他農(nóng)業(yè)災(zāi)害如冷害和低溫干旱等較少，除了一定強(qiáng)度的高溫會(huì)影響水稻生長發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量降低這個(gè)觀點(diǎn)一致，學(xué)者提出的指標(biāo)卻不盡相同。此外，由于不同品種水稻耐高溫特性不同，如秈稻較粳稻更耐高溫，則在給出這二者高溫?zé)岷χ笜?biāo)時(shí)，應(yīng)有約2～3℃的差別：在不同的生育期，水稻對(duì)高溫的敏感性也不同，如開花期大于灌漿期大于營養(yǎng)生長期，則在不同時(shí)期的高溫指標(biāo)應(yīng)根據(jù)不同的響應(yīng)有所區(qū)別。

3.高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

關(guān)于水稻高溫?zé)岷Φ奶卣鞣治龊惋L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要集中在基于作物受災(zāi)機(jī)理和受災(zāi)指標(biāo)的區(qū)域高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和區(qū)劃，目前針對(duì)水稻高溫?zé)岷Φ娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究還不是很多，已有研究大多是通過分析歷史資料，計(jì)算災(zāi)害概率、統(tǒng)計(jì)災(zāi)損率和計(jì)算變異系數(shù)等進(jìn)行評(píng)估。張方方等為湖北各地定義了高溫?zé)岷Φ燃?jí)，并確定了各等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)期的起始和終止日期一級(jí)持續(xù)天數(shù)。張愛民等在GIS平臺(tái)上對(duì)多種氣象災(zāi)害如冷害、高溫?zé)岷?、干熱風(fēng)等進(jìn)行了危害范圍、程度的檢測評(píng)估。張倩等利用模型模擬了高溫對(duì)各發(fā)育時(shí)段水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響，以此評(píng)估長江中下游地區(qū)高溫?zé)岷?duì)水稻的影響。

劉偉昌等采用ORYZA模型對(duì)湖南衡陽一季稻進(jìn)行分析研究，根據(jù)不同高溫程度及持續(xù)天數(shù)，結(jié)合減產(chǎn)率，總結(jié)出了一個(gè)較為可靠準(zhǔn)確的災(zāi)損率定性評(píng)估模型，但此產(chǎn)量模型因未考慮乳熟期等階段高溫對(duì)水稻的影響，故存在一定局限性。

馮德花[刪結(jié)合安徽省高溫對(duì)水稻危害的特點(diǎn)將高溫?zé)岷Φ燃?jí)分為了5個(gè)級(jí)別，并通過計(jì)算減產(chǎn)率進(jìn)行災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，但這種評(píng)估是將7-8月設(shè)定為水稻高溫敏感時(shí)段，過于寬泛，且未對(duì)高溫?zé)岷Φ奈磥硌葑円?guī)律進(jìn)行探討，也沒有對(duì)高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測，不具有延展性。

綜上可知，目前開展的水稻高溫?zé)岷︼L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估多基于某個(gè)確定的熱害指標(biāo)，利用模型模擬水稻生產(chǎn)，并基于災(zāi)損率或減產(chǎn)率等進(jìn)行評(píng)估，但由于水稻不同時(shí)期生理特性不同，且對(duì)溫度的敏感性也不同，難以形成標(biāo)準(zhǔn)化的水稻高溫?zé)岷χ笜?biāo)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)也就難以統(tǒng)一。并且目前采用的高溫?zé)岷χ笜?biāo)多以溫度為指標(biāo)，而未考慮相對(duì)濕度、風(fēng)俗、日照等氣象要素，無法得到一個(gè)綜合性的指標(biāo)。因此，應(yīng)建立一套系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方案，將水稻高溫敏感的幾個(gè)重要時(shí)期進(jìn)行分段研究，根據(jù)歷史氣象與產(chǎn)量以及減產(chǎn)率等數(shù)據(jù)，構(gòu)建不同時(shí)期相應(yīng)的高溫?zé)岷χ笜?biāo)、范圍、持續(xù)時(shí)間，應(yīng)用模型模擬時(shí)空分布及水稻生育特征，進(jìn)而對(duì)各個(gè)時(shí)期的熱害影響風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

4.遙感監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)的建立

中國是世界上受氣象災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國家之一，近50年來中國高溫?zé)岷Φ念l率和強(qiáng)度明顯增加，糧食安全受到嚴(yán)重威脅，給國家和社會(huì)帶來了巨大損失。因此，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)能力建設(shè)，建立高溫?zé)岷ΡO(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，制定各項(xiàng)避災(zāi)減災(zāi)的技術(shù)措施，對(duì)減輕損失以及確保糧食安全是十分必要的。

陽園燕等從水稻遇高溫?zé)岷Φ纳砩鷳B(tài)方面研究出發(fā)，據(jù)三峽庫區(qū)歷年水稻空殼率的資料，篩選出日最高氣溫、日平均氣溫、空氣相對(duì)濕度等主要天氣因子，建立了水稻高溫?zé)岷鄯e指數(shù)等級(jí)（表2）。并建立了水稻高溫?zé)岷ΡO(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，根據(jù)每天氣象資料，實(shí)現(xiàn)了滾動(dòng)監(jiān)測水稻高溫?zé)岷Α?/p>

王敬濤研究設(shè)計(jì)的預(yù)警系統(tǒng)，包括水稻發(fā)育期模型、高溫?cái)∮Ｐ鸵约爸卸唐谔鞖忸A(yù)報(bào)三個(gè)模塊，這個(gè)模型可處理水稻高溫?zé)岷Γ崆邦A(yù)報(bào)高溫災(zāi)害，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該模型的驗(yàn)證，模型模擬結(jié)果較準(zhǔn)確，可用于該種植區(qū)域水稻的高溫?zé)岷︻A(yù)警。劉偉昌等繪制了長江中下游地區(qū)各等級(jí)高溫?zé)岷Φ赜蚍植继攸c(diǎn)的專題地圖，明確了該地區(qū)水稻遭受高溫?zé)岷Φ臅r(shí)空分布規(guī)律。

綜上可知，目前中國開展了一系列包含各種模型的高溫預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)未來中國水稻高溫?zé)岷︻A(yù)警。但現(xiàn)有研究尚未進(jìn)行高溫對(duì)不同品種水稻熱害預(yù)警，應(yīng)根據(jù)不同地域特點(diǎn)采用不同熟制和播期及品種的水稻進(jìn)行生產(chǎn)，這樣既能避開高溫?zé)岷Φ牟焕绊懀帜苷{(diào)整種植結(jié)構(gòu)，提高作物產(chǎn)量。此外，采用多種預(yù)報(bào)方法結(jié)合，衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測信息與預(yù)警模式相結(jié)合，能更高效地開展高溫災(zāi)害預(yù)報(bào)。

5.展望

目前中國的水稻受高溫影響而產(chǎn)生的危害日益明顯，欲降低危害，首先要探明水稻受高溫影響的生理機(jī)制以及生育時(shí)期，這應(yīng)從分子水平著手，探明水稻基因變化，找出高溫脅迫下水稻受害的根本原因：并參照歷年水稻受害日期，利用模型進(jìn)行反演，確定不同地域不同品種等水稻的明顯受害時(shí)段。其次，中國現(xiàn)有的高溫?zé)岷χ笜?biāo)較為單一，尚不能快速有效地做出診斷，應(yīng)將溫度、持續(xù)時(shí)間與生育期分段進(jìn)行結(jié)合，并根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r，結(jié)合干旱、降水、日照、水稻品種等因素建立綜合指標(biāo)。再次，積極采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)技術(shù)才是克服高溫?zé)岷Φ闹饕緩?；合理調(diào)整作物布局以及播期；選用優(yōu)良耐熱品種；實(shí)施合理的水肥管理辦法；加強(qiáng)氣象災(zāi)害應(yīng)對(duì)防范體系建設(shè)。