水稻高温热害
首页 / 水稻高温热害

一、有关定义

1、高温热害

高温热害简称高温害,是高温对植物(生物)生长发育、产量形成以及品质等所造成的损害,一般是由于高温超过植物(生物)生长发育的上限温度造成的。

图1 水稻高温不实
图1 水稻高温致死

2、高温不实


图3 高温逼熟

高温对水稻开花期的障碍,主要表现在正处于尚未开花或虽开花结束但子房体尚未伸长的颖花受精过程遭到破坏,使柱头粘液干涸,甚至失水萎缩,花粉难于附着在柱头上,柱头上花粉发芽不良,或者因温度过高使花药开裂不良甚至闭颖不开等,最终形成空粒,出现“高温不实”现象。

3、高温逼熟

水稻在开花后7—16天灌浆速度最快,积累干物质占籽粒重的85%左右。如果此时遇到日最高气温35℃以上的高温天气,会造成根系早衰,叶片功能下降,叶绿素含量降低,缩短了光合产物的接纳期,使成熟期缩短,灌浆不饱满,干粒重下降,同时却增加了植株呼吸强度,消耗较多的有机物质,减少干物质的积累。叶温增高,也会加强蒸腾失水,破坏体内水分代谢的平衡,削弱籽粒灌浆能力,促使籽粒在尚未达到饱满时就很快成熟,造成瘪粒。这就是所谓有“高温逼熟”现象。

4、干热风

水稻干热风害是水稻秧苗期经常遇到的气象生理病害。水稻秧苗受干热风为害,各部位失水变干,叶片卷缩凋萎,颜色由青变黄,逐渐变为灰白色。

图4 水稻苗期干热风

小麦干热风一般是小麦生长发育后期的一种高温低湿并伴有一定风力的农业气象灾害,是我国北方麦区小麦生产中主要的气象灾害之一。小麦受干热风危害后,在外部形态上表现为颖壳灰白无光,芒尖干枯变白,麦芒张开的角度由小到大,旗叶退绿,凋萎,茎秆青枯,重者焦头炸芒,茎叶灰暗无光。

图5 小麦干热风

二、水稻高温热害的发生范围与程度

水稻高温热害的发生范围广,极端年份产量损失严重。水稻的高温热害在许多盛产水稻的国家都有发生,全球水稻花期受到高温潜在威胁的面积约有400万hm2,涉及亚、非、美洲等地区14个国家。

我国水稻高温热害也常有发生。近50年,我国长江流域发生重大水稻高温热害事件6次。2003年7月下旬至8月上旬,南方稻区出现了历史上罕见的高温天气,部分稻区38°C以上的高温天气持续了20d, 最高气温达41.3°C。此期正值中稻抽穗扬花期,水稻遭受严重的热害,产量造成了极大的损失。据统计,安徽省花期热害成灾面积达33.3万hm2,其中,来安县50多万亩水稻中就有40多万亩受灾,绝收面积达5万亩以上,造成直接经济损失1亿元;湖北省约有50 万hm2遭受高温热害导致了水稻产量的重大损失。保守估计,2003年长江流域受害面积达3.0×107hm2,损失稻谷达5.2×107 t。2006年,安徽仅滁州、合肥、六安、巢湖等4市受高温热害面积就达200万亩左右,其中严重受灾达50万亩。同年,川渝地区发生百年不遇的特大高温干旱灾害,7~9月各地日最高气温超过35℃的日数在40~60d,导致当年水稻减产25%以上,局地减产甚至超过5成。

而华南双季稻区,在7月上旬控制这一地区的副高压脊线往往呈停滞状态,于是在较长时间维持高温天气,而这段时间正好是早稻灌浆的关键时期,结果造成早稻“高温逼熟”。高温已经成为水稻产量的主要限制因素,其影响由于全球温室效应的加剧在进一步扩大。

三、高温热害对水稻的影响

在水稻营养生长期进行35℃的高温处理,则株高降低,叶片、叶宽和分蘖的产生会受到抑制。在水稻的生长发育后期,高温会降低每穗粒数,使花粉活力降低,花药不能正常开裂,散粉少。水稻在含苞、抽穗期对温度极为敏感(即抽穗前后各10天),最适宜的温度为25℃~30℃,日平均温度30℃以上就会产生不利影响。孕穗期如遇35℃以上的持续高温,水稻花器发育不全,花粉发育不良,活力下降;抽穗扬花期如遇35℃以上高温就会产生热害,影响散粉和花粉管伸长,导致不能受精而形成空壳粒。

水稻遭受高温热害后,往往引起结实率下降,千粒重偏低,产量降低,甚至绝收,同时也严重影响稻米品质。一般认为, 抽穗至成熟阶段高温会加快灌浆速率, 缩短灌浆的持续期, 加速植株老化,使子粒充实度不够, 细胞间隙加大, 从而。使米粒垩白增加, 透明度变差。高温对加工品质的主要影响表现为灌浆结实期高温导致糙米率、精米率和整精米率的下降。

部分水稻品种受高温热害的表现:

早衰 连续多天高温后高度敏感的材料抽穗以前就会出现叶片局部褪绿、黄化、畸形,严重者植株不抽穗就死亡, 同时造成大量参试材料出现早衰现象。

缺绿白化 高温期间不仅新生叶片缺绿,而且成长叶也会出现块状缺绿,植株瘦小,严重白化。

蹲苗 出叶速度减慢,叶片变短,植株变矮,最终株高明显降低,这在高温敏感品种中表现尤为严重。

开花异常 对高温敏感的品种, 高温期间抽穗、开花迟缓, 常比耐高温的开花迟、开花量少且不集中, 出现大量闭颖空壳, 花药相对瘦小, 开花后不散粉。从微观考察, 通过碘液染色镜检花粉, 不耐高温的表现花粉粒染色浅, 而耐高温性强的材料的花粉粒染色较深,说明花粉发育有差异。

四、水稻高温热害的发生特点

在水稻的整个生长发育过程中,以开花期对高温最敏感,灌浆期次之,营养生长期最小。就产量构成性状而言,则表现为结实率对高温最敏感,每穗粒数次之,千粒重第三,株穗数最小。

由于水稻各品种自身的遗传特性决定其对温度的耐受范围是不同的,因此高温热害对各品种的危害程度是有差异的。一般情况下,粳稻或含有粳稻基因的亲本组合受高温热害的影响较籼稻重;杂交稻较常规稻受害重;三系杂交稻较两系杂交稻受害重;不含有耐热基因的品种较含有耐热基因的品种受害重。

不同水稻品种本身对气温的耐受范围不同,对于连续高温的耐受差异性是品种固有的遗传特性决定的。根据有关调查发现,含有粳稻基因的亲本组合、含有不耐高温基因的亲本组合,以及含有提早成熟基因的亲本组合都表现为不耐高温热害,而包含有协优组合、含有扬稻基因的组合,以及常规水稻,中等穗型的水稻,它们高温热害显著轻发。发生此现象的主要原因是粳稻基因不耐高温,早熟基因不耐高温,大穗型对营养元素的要求特别高,对生长环境要求严格,也不耐高温。

五、高温热害的指标

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℃。根据试验和调研,一般认为孕穗、开花期受害温度指标为:日最高气温持续3天以上≥35℃。盛花期36℃-37℃严重受害。谭中和等研究表明日平均气温≥30℃和日最高气温≥35℃可作为孕穗开花期自然高温的致害温度指标。7月下旬至8月上中旬是一年中气温最高的季节,经常出现连续3天以上日平均气温≥30℃,日最高气温≥35℃的高温天气,同时,极端最高气温可达38℃以上,相对湿度在70%以下,对水稻生产造成严重影响,尤其是对水稻最敏感的孕穗开花期为害最重,轻则减产,重则绝收。

在农业气象工作中,通常以日最高气温≥35℃作为水稻开花结实期受害的临界温度指标,并引用>35℃有效危害温度的“时积温”值表示影响灌浆的农业气象指标。 高温热害的等级划分方面,以日平均温度≥30℃且日最高温度≥35℃,持续3d及以上记为1次高温热害过程。根据高温热害过程持续时间的长短,可将高温热害强度分为轻度(3d)、中度(5d)和重度(8d)3个等级。

六、高温热害的鉴定与评价

1、高温热害鉴定

水稻耐热性鉴定是进行水稻耐热种质资源评价和利用的基础,耐热性鉴定方法的科学性是准确评价及利用耐热种质资源的关键。水稻耐热性鉴定主要有直接鉴定法和间接鉴定法。

直接鉴定法主要是利用自然高温条件或简易薄膜等遮盖增温处理鉴定田间品种的耐热性。可通过分期播种的方法,利用大田自然高温做耐热性鉴定。此方法简便易行,但受环境因素的影响较大,因高温出现时间的不可预测性和株系之间的抽穗的不一致性,利用大田自然高温作耐热处理,会因为符合试验的高温条件难以满足而不易实施,试验的可控性和鉴定结果的重复性较差。

图6 水稻分期播种试验

间接鉴定法主要是通过人工气候箱(室)控制温度、湿度以及光照等人工模拟高温条件进行耐热鉴定。此方法鉴定结果可靠,重复性好,但设备投入大,且难以对大批量材料同时鉴定。

图7 人工气候箱鉴定

另外,还可以通过电导率法和配子体生活力鉴定等方法在实验室进行鉴定。现有对作物耐热性鉴定的研究主要集中在苗期和抽穗灌浆期。

但是,到目前为止,由于高温的不可控性和不稳定性以及品种自身对不同环境的适应性存在差异,水稻品种耐热性鉴定的准确性仍有待提高。

2、高温热害的风险评估

目前我国开展的高温热害风险评估研究采用的方法主要是基于长期气象和作物资料,通过计算灾害概率、灾损统计和变异系数等分析灾害的风险性。

目前,针对水稻高温热害的风险评估技术研究很少,已有的研究也是根据历史资料通过概率统计的方法进行评估的,并未考虑由于资料序列的延长,灾害的强度和频率会随着时间而变化。在水稻评估模型基础上的高温热害风险评估,由于模型的复杂性及要求输入大量的参数,限制了评估模型的应用。另外,目前水稻高温热害的指标大多还没有形成标准化的指标,风险评估的标准也未统一,不同学者提出不同的风险指标和不同的风险评估模型,由于标准相对不统一,造成同一环境下同一灾害的风险评估结果有较大差异,很难在农业气象业务和农业保险中应用。

耐热系数(% ) = (自然条件下的结实率- 高温处理的结实率) /自然条件下的结实率×100。

相对结实率(%)=(高温处理株系的结实率÷相应株系的自然结实率)×100

七、高温热害的防御

目前,对水稻高温热害的防御研究主要集中在抗性育种、播期和水肥调节等方面,缺乏对水稻高温热害预警与灾害评估。

1、选育或种植耐高温品种

根据品种开花期耐高温特性,及不同地区常年水稻开花期高温出现的几率,选用开花期耐高温的品种。也可选用开花期较早的品种,避过盛花时的高温危害。农民在生产中首先应选择高产耐高温品种,以减轻高温对品种灌浆结实的影响。如耐高温品种红良优166、红良优5号等,2003年~2006年在安徽、湖北、江西等省大面积推广种植,表现出耐高温、抗旱性强、产量高、综合性状好等特点,深受农民欢迎。四川盆地东南部高温伏旱区杂交中稻生长发育情况选用品种的全生育期不宜过长,所选用品种的全生育期以最长比汕优63不超过3天为佳。

图8 耐高温品种比较试验

2、选择适宜的播栽期

根据当地水稻生长季节和品种生育特性,选择适宜的播栽期,调节开花期,使水稻开花期避开高温季节。如四川盆地东南部高温伏旱区利用旱育秧提早抽穗以避过高温。积极推广旱育秧,提早水稻的播期和抽穗期。采取提早播种,提早抽穗避开水稻开花期的高温季节。长江流域地区为避开花期高温,双季早稻应选用中熟早籼品种,适当早播,使开花期在6月下旬-7月初完成,而中稻可选用中、迟品种,适当延迟播期,使籼稻开花期在8月下旬,粳稻开花期在8月下旬-9月上旬结束,以有效地避开7月下旬至8月上旬存在的常发性的高温伏旱天气,避免或减轻夏季高温危害。

3、采用科学的肥水管理等措施减轻高温危害

一是强化水分管理措施,以水调温

可采用日灌夜排或喷灌的措施,以降低穗层温度,保护作物不受高温热害。试验表明,35℃以上高温时,田间灌8~10厘米水层后,穗部周围气温下降2.2℃左右,相对湿度增加3~4个百分点。扬花后期遇上极端高温,亦可采取穗层喷水降温的方法。高温时节,灌水可改善田间小气候。高温时段灌深水后,日灌夜排,长势好的田,可于上午11时前灌水,到下午2~3时排水,调节中午前后高温时段的温湿度。另外,必要时在中午前后水稻闭颖后,每亩用清水200~250公斤喷洒,一般可使温度降低1~2℃,湿度增加10~15%,并能维持1~2小时。 有条件的地方高温时段应进行喷灌,能明显降温增湿,喷灌一次后,田间气温可下降2℃以上,相对湿度增加10~20%,有效时间可维持2小时。有研究表明,早稻开花期高温伤害的防御方法,以喷灌最为有效,能显著降温和增湿。据各地试验,喷灌一次以后,田间气温可迅速下降2℃~5℃,相对湿度增加10%~20%,喷灌可降低空批率约2%~6%。每天喷灌时间,应选择在盛花之后,最高气温出现之前,一般在11:00~13:00时进行为宜。从始穗期起到齐穗期止,只要有高温干燥天气出现,就每天都喷。

二是强化施肥管理措施,调控生长

肥料管理上合理的提早施肥,可促进分蘖早生快发,降低后期冠层含氮量,加快生育进程,增加后期耐旱和抗高温能力。可在最后1片叶全展时每亩追施尿素2~2.5公斤或草木灰8~10担,在始穗至齐穗期可用尿素、过磷酸钙等对水进行叶面喷施。适宜的氮磷钾肥用量以及比例、开花期喷施硼和磷酸二氢钾混合液,能够显著增强水稻的抗高温热害能力,大幅度提高结实率和千粒重。

也可实行根外喷施磷钾肥,增强水稻抗逆防灾能力。如预计高温来临,可于孕穗期(开花前15到10天)结合穗期病虫害防治,亩叶面喷施50mL抗多乐600倍液可防除高温强光的生理伤害。如果已进入或即将扬花,亩叶面喷施50mL花多乐600倍液可有效缓解高温对扬花和授粉的伤害。此外,喷施3%的过磷酸钙溶液或0.2%的磷酸二氢钾溶液,外加旱地龙、美洲星等营养液肥,能极显著改善水稻授精能力,增强稻株对高温的抗性,有减轻高温热害、提高结实率和千粒重的效果。

对受害较轻田块要加强田间水肥管理,增加粒重,减少损失;对结实率特别低且受害较早的田块,可适当追肥,促使高节位芽速发成穗。

图9 灌水降温
图10 根外喷施

三是设置屏障阻挡高温

对处于挡风口的早稻田,在开花期遇上高温干热风天气,可在挡风面的田边设防风屏障,沿田梗每2~3米打1个木桩,然后用条幅灌膜或其它可代替物包围固定在木桩上。

4、遭受严重高温热害的补救措施

安徽地区,8月上旬水稻抽穗扬花期遭遇高温热害的,如果结实率在10%以下、亩产不到100公斤的田块,可割茬蓄养再生稻。此外,也可改种蔬菜、红绿豆、秋荞麦、鲜食性甜玉米等生育期较短的粮食和经济作物。对8月中旬抽穗扬花期,遇到高温热害的,预计结实率在10%以下、亩产在100公斤以下的田块,只有改种萝卜、小白菜等蔬菜和马铃薯等秋冬作物。

四川盆地受极端高温伏旱危害的水稻,可采用蓄留再生稻的方法。蓄留高温再生稻,结实率低于20%且水源条件好的稻田,及时抽水防旱,待头季稻八成黄后适期早收头季后蓄留高温再生稻,可收获再生稻300-400千克/667m2。主要措施:一是施足发苗肥。割苗前每667米2施尿素20-25千克作为发苗肥。二是低留稻桩。高温再生稻因较正季中稻收割后蓄留的再生稻在时间上早20天左右,低位节苗不会受到低温阴雨影响而降低结实率,割苗时应低留稻桩,留桩20cm左右,促进倒3-5叶中、低位节腋芽萌发,有效地增加再生稻苗、穗数和穗粒数,更有利于提高产量。三是稻草还田。为了抓进度,抢时间,割苗后稻草就近处理还田。其他管理按正季再生稻技术实施。对于结实率低于20%且水源条件差的稻田,若蓄留再生稻可能还会因高温伏旱而失败,此类稻田应选择机割苗耕地,待高温伏旱过去后及时改种秋季作物,如秋红苕、秋玉米或各种秋季蔬菜,以弥补大春损失。