江苏省水稻高温热害及指标研究课件

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京1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讨论主要内容1研究意义21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。

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研究意义近年来由于工业化程度加剧及气候变化、温室效应的31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研究意义水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全世41研究意义每年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。1研究意义每年7-9月，水稻进入抽穗-灌浆-成熟5

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。2江苏省高温热害发生时空变化规律

6

2江苏省高温热害发生时空变化规律

2.1Morlet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江苏省高温热害发生时空变化规律

2.1Morl72.1.1江苏省高温热害指数的小波变换82.1.1江苏省高温热害指数的小波变换88

2.1.2第一特征向量时间系数的小波变换

92.1.2第一特征向量时间系数的小波变换99

2.1.3第二特征向量时间系数小波变换102.1.3第二特征向量时间系数小波变换10102.1.4三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。112.1.4三个小波变换的综合分析（1）江苏省水稻高温热害的112.2江苏省水稻高温热害的空间

分布特征2.2江苏省水稻高温热害的空间

分布特征12

2.2.1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。2.2.1第一特征向量场分布特征1313

2.2.2第二特征向量场分布特征

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142.2.2第二特征向量场分布特征江苏省水稻14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）。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。3高温热害对水稻的危害试验材料与方法3.1试验材料3高温热害对水稻的危害15图高温胁迫期间的每日最高温度图高温胁迫期间的每日最高温度16胁迫温度（℃）胁迫时间（天）脯氨酸含量（mg/gFW）游离氨基酸含量（mg/gFW）可溶性蛋白质含量（mg/gFW）ASA含量（ug/gFW）GSH含量（mg/gFW）对照CK-2.3aA3.9aA11.1aA493.0aA2.5aA391d2.1bA3.6bA9.8bB423.6bB2.0bAB3d1.5cB2.6cB8.4cC356.9cC1.8bcAB5d1.4cB2.4dB7.5dD286.25dD1.6cB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胁迫时间脯氨酸含量游离氨基酸含量可溶性蛋白质含量（m17胁迫温度（℃）胁迫时间（天）)扬稻6号南粳43花粉活力（％）花粉萌发率（％）花粉活力（％）花粉萌发率（％）对照-83.2aA

81.5aA

85.6aA79.3aA351d73.4bB

67.3bB

76.2bB67.5bB3d67.8cC

59.4cC

68.7cC54.4cC5d61.6dD

41.3eE

60.9dD46.8dD371d55.9eE

47.1dD47.0eE45.2dD3d37.5fF

31.9gF

36.3fF36.4eE5d28.9gG

23.2hG

28.7gG29.3fF391d39.5fF

37.8fE37.0fF35.7eE3d20.9hH

24.3hG

16.1hH21.7gG5d17.4iH

16.4iH

11.4iH14.6hH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号南粳43花粉活力（％18胁迫温度（℃）Stresstemperature(℃)胁迫时间（天）Stressduration(d)扬稻6号Yangdao6南粳43Nanjing43结实率（％）Seedsetting(%)千粒重（％）Thousandseedweights结实粒（％）Seedsetting(%)千粒重（％）ThousandseedweightsCK-80.4aA

27.9aA

90.9aA23.4aA351d77.0bAB

25.9aA

85.0bA24.7aA3d75.6bAB

27.6aA62.4dBCD24.1aA5d69.9abA27.9aA53.9eCDE26.5aA371d65.8abA27.1aA69.0cB26.2aA3d35.4dC26.9aA47.7fCDE23.2aA5d11.2eD26.1aA42.0gCDE24.6aA391d49.5cB28.0aA65.4cdBC23.4aA3d16.3eD24.4aA54.8eCD24.0aA5d1.7fD21.9aA28.3hF23.7aA表3水稻抽穗期不同高温胁迫下的结实率与千粒重胁迫温度（℃）Stresstemperature(℃)胁19项目Items扬稻6号结实率seedsettingratioofYangdao6

南粳43结实率SeedsettingratioofNanjing43花粉活力Pollenvigor(%)线性方程Formulaofrelationshipy=1.2108x-10.439y=0.6207x+30.899r0.9236**0.8287**花粉萌发率Pollengerminationratio(%)线性方程Formulaofrelationshipy=1.1533x+0.7488y=0.8465x+23.463r0.8786**0.8938**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项目扬稻6号结实率南粳43结实率花粉活力Pollenvig201）与对照相比，抽穗期遭遇高温胁迫，花药中游离氨基酸、可溶性蛋白质、ASA和GSH含量明显降低（p<0.01），并且各胁迫处理间的游离氨基酸、可溶性蛋白质、ASA和GSH含量的差异均达到显著或极显著水平（p<0.05或p<0.01）；

2）与对照相比，抽穗期高温胁迫显著降低了扬稻6号与南粳43的花粉活力、花粉萌发率以及籽粒结实率（p<0.01），并且随着胁迫温度的增加，胁迫时间的延长，2个水稻品种的花粉活力、花粉萌发率与籽粒结实率降幅就越大；3.4小结1）与对照相比，抽穗期遭遇高温胁迫，花药中游离氨基酸、可溶性213）抽穗期高温胁迫对2个水稻品种的千粒重影响较小，各个处理间千粒重的差距均未达到显著水平；4）相关分析表明，2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。3.4小结3）抽穗期高温胁迫对2个水稻品种的千粒重影响较小，各个处理间224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3天以上达到或高于35℃，（相对湿度小于70%），敏感期在水稻盛花期。4.1气象产量分离4.2江苏省水稻高温热害等级判别指标4江苏省水稻高温热害指标的确定高温热害的234.1气象产量分离南京徐州东台赣榆4.1气象产量分离南京徐州东台赣榆24站点方法TSTmfu南京Pearson相关-0.0790.171-0.0040.131-0.101偏相关-0.1470.2770.0570.137-0.243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

4.2江苏省水稻高温热害等级判别指标

站点方法TSTmfu南京Pearson相关-0.0790.25双因子复相关分析

Tm+因子南京徐州东台赣榆Tm+S0.3110.1070.1080.203Tm+u0.1010.512**0.2360.321T+f0.1780.1780.349*0.245Tm+T0.2350.2230.1050.153T+S0.338*0.1640.1120.209T+u0.1350.517**0.2330.337T+f0.1350.2060.355*0.257f+S0.3170.1790.327*0.314f+u0.1800.512**0.352*0.346*u+S0.2100.538**0.2630.2924.2江苏省水稻高温热害等级判别指标

双因子复相关分析Tm+因子南京徐州东台赣榆Tm+S0.26三因子复相关分析

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+u0.396*0.550**0.2630.3443T+Tm+f0.2490.2980.3550.3185T+Tm+u0.3150.518**0.2370.3456T+f+u0.1830.535**0.378*0.368*7S+Tm+f0.3470.1790.3490.3378S+Tm+u0.3480.539**0.2630.3319Tm+f+u0.2320.527**0.372*0.35210S+f+u0.3740.544**0.3520.3594.2江苏省水稻高温热害等级判别指标

三因子复相关分析组合因子南京徐州东台赣榆1T+S+Tm27地点因子高温热害等级样本数F轻中重南京平均气温≥31℃日数3~66~13≥13145.042连续3d＞31℃频次1~22~6≥65.500连续5d＞31℃频次——1~6≥613.139日照时数≥11h日数1~1313~20≥2016.296平均风速≥3m/s日数≥157~151~621.556徐州平均气温≥30℃日数3~66~10≥10134.066连续3d＞30℃频次1~22~7≥712.274连续5d＞30℃频次——1~5≥518.457日照时数≥10h日数1~99~14≥1422.109平均风速≥4m/s日数≥73~7≤35.138东台平均气温≥29℃日数3~1212~14≥14148.050连续3d＞29℃频次≤33~6≥613.500连续5d＞29℃频次——1~4≥412.007相对湿度≥90%日数≥102~10≤29.041平均风速≥4m/s日数≤55~7≥70.812赣榆平均气温≥29℃日数≤22~7≥7137.614连续3d＞29℃频次——1~6≥615.737连续5d＞29℃频次——1~5≥511.674相对湿度≥90%日数——1~8≥84.144平均风速≥4m/s日数≥102~10≤214.755等级指标

地点因子高温热害等级样本数F轻中重南京平均气温≥31284.3小结（1）南京地区水稻高温热害指标为平均温度31℃，日照时数11h，风速3m/s；徐州地区为平均温度30℃，日照时数10h，风速4m/s；东台和赣榆为平均温度29℃，风速4m/s，相对湿度≥90%。江苏省水稻高温热害的一般指标为平均温度30℃。（2）四个代表站（南京、徐州、东台、赣榆）的水稻高温热害等级划分不完全一致。4.3小结（1）南京地区水稻高温热害指标为平均温度31295讨论（1）水稻避热抗热技术问题品种的筛选种植方式的调整农田小气候的调控水稻高温热害的预报模型日本福冈稻米高温抗性评价5讨论（1）水稻避热抗热技术问题日本福冈稻米高温抗性305讨论（2）水稻高温热害与田间水分管理灌溉水的温度灌溉现代化条件5讨论（2）水稻高温热害与田间水分管理315讨论（3）模拟气温上升的试验设计选择人工气候室全封闭增温大棚半敞开式增温系统全敞开式增温系统5讨论（3）模拟气温上升的试验设计选择32

Thankyou!Thankyou!33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京34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讨论主要内容1研究意义351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。

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研究意义近年来由于工业化程度加剧及气候变化、温室效应的361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研究意义水稻是世界上最重要的粮食作物之一,全世371研究意义每年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。1研究意义每年7-9月，水稻进入抽穗-灌浆-成熟38

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。2江苏省高温热害发生时空变化规律

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2江苏省高温热害发生时空变化规律

2.1Morlet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江苏省高温热害发生时空变化规律

2.1Morl402.1.1江苏省高温热害指数的小波变换412.1.1江苏省高温热害指数的小波变换841

2.1.2第一特征向量时间系数的小波变换

422.1.2第一特征向量时间系数的小波变换942

2.1.3第二特征向量时间系数小波变换432.1.3第二特征向量时间系数小波变换10432.1.4三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。442.1.4三个小波变换的综合分析（1）江苏省水稻高温热害的442.2江苏省水稻高温热害的空间

分布特征2.2江苏省水稻高温热害的空间

分布特征45

2.2.1第一特征向量场分布特征46

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，具有较好的一致性和同步性，江苏高温热害的整体分布型。2.2.1第一特征向量场分布特征1346

2.2.2第二特征向量场分布特征

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472.2.2第二特征向量场分布特征江苏省水稻47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）。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。3高温热害对水稻的危害试验材料与方法3.1试验材料3高温热害对水稻的危害48图高温胁迫期间的每日最高温度图高温胁迫期间的每日最高温度49胁迫温度（℃）胁迫时间（天）脯氨酸含量（mg/gFW）游离氨基酸含量（mg/gFW）可溶性蛋白质含量（mg/gFW）ASA含量（ug/gFW）GSH含量（mg/gFW）对照CK-2.3aA3.9aA11.1aA493.0aA2.5aA391d2.1bA3.6bA9.8bB423.6bB2.0bAB3d1.5cB2.6cB8.4cC356.9cC1.8bcAB5d1.4cB2.4dB7.5dD286.25dD1.6cB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胁迫时间脯氨酸含量游离氨基酸含量可溶性蛋白质含量（m50胁迫温度（℃）胁迫时间（天）)扬稻6号南粳43花粉活力（％）花粉萌发率（％）花粉活力（％）花粉萌发率（％）对照-83.2aA

81.5aA

85.6aA79.3aA351d73.4bB

67.3bB

76.2bB67.5bB3d67.8cC

59.4cC

68.7cC54.4cC5d61.6dD

41.3eE

60.9dD46.8dD371d55.9eE

47.1dD47.0eE45.2dD3d37.5fF

31.9gF

36.3fF36.4eE5d28.9gG

23.2hG

28.7gG29.3fF391d39.5fF

37.8fE37.0fF35.7eE3d20.9hH

24.3hG

16.1hH21.7gG5d17.4iH

16.4iH

11.4iH14.6hH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号南粳43花粉活力（％51胁迫温度（℃）Stresstemperature(℃)胁迫时间（天）Stressduration(d)扬稻6号Yangdao6南粳43Nanjing43结实率（％）Seedsetting(%)千粒重（％）Thousandseedweights结实粒（％）Seedsetting(%)千粒重（％）ThousandseedweightsCK-80.4aA

27.9aA

90.9aA23.4aA351d77.0bAB

25.9aA

85.0bA24.7aA3d75.6bAB

27.6aA62.4dBCD24.1aA5d69.9abA27.9aA53.9eCDE26.5aA371d65.8abA27.1aA69.0cB26.2aA3d35.4dC26.9aA47.7fCDE23.2aA5d11.2eD26.1aA42.0gCDE24.6aA391d49.5cB28.0aA65.4cdBC23.4aA3d16.3eD24.4aA54.8eCD24.0aA5d1.7fD21.9aA28.3hF23.7aA表3水稻抽穗期不同高温胁迫下的结实率与千粒重胁迫温度（℃）Stresstemperature(℃)胁52项目Items扬稻6号结实率seedsettingratioofYangdao6

南粳43结实率SeedsettingratioofNanjing43花粉活力Pollenvigor(%)线性方程Formulaofrelationshipy=1.2108x-10.439y=0.6207x+30.899r0.9236**0.8287**花粉萌发率Pollengerminationratio(%)线性方程Formulaofrelationshipy=1.1533x+0.7488y=0.8465x+23.463r0.8786**0.8938**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项目扬稻6号结实率南粳43结实率花粉活力Pollenvig531）与对照相比，抽穗期遭遇高温胁迫，花药中游离氨基酸、可溶性蛋白质、ASA和GSH含量明显降低（p<0.01），并且各胁迫处理间的游离氨基酸、可溶性蛋白质、ASA和GSH含量的差异均达到显著或极显著水平（p<0.05或p<0.01）；

2）与对照相比，抽穗期高温胁迫显著降低了扬稻6号与南粳43的花粉活力、花粉萌发率以及籽粒结实率（p<0.01），并且随着胁迫温度的增加，胁迫时间的延长，2个水稻品种的花粉活力、花粉萌发率与籽粒结实率降幅就越大；3.4小结1）与对照相比，抽穗期遭遇高温胁迫，花药中游离氨基酸、可溶性543）抽穗期高温胁迫对2个水稻品种的千粒重影响较小，各个处理间千粒重的差距均未达到显著水平；4）相关分析表明，2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。3.4小结3）抽穗期高温胁迫对2个水稻品种的千粒重影响较小，各个处理间554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3天以上达到或高于35℃，（相对湿度小于70%），敏感期在水稻盛花期。4.1气象产量分离4.2江苏省水稻高温热害等级判别指标4江苏省水稻高温热害指标的确定高温热害的564.1气象产量分离南京徐州东台赣榆4.1气象产量分离南京徐州东台赣榆57站点方法TSTmfu南京Pearson相关-0.0790.171-0.0040.131-0.101偏相关-0.1470.2770.0570.137-0.243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

4.2江苏省水稻高温热害等级判别指标

站点方法TSTmfu南京Pearson相关-0.0790.58双因子复相关分析

Tm+因子南京徐州东台赣榆Tm+S0.3110.1070.1080.203Tm+u0.1010.512**0.2360.321T+f0.1780.1780.349*0.245Tm+T0.2350.2230.1050.153T+S0.338*0.1640.1120.209T+u0.1350.517**0.2330.337T+f0.1350.2060.355*0.257f+S0.3170.1790.327*0.314f+u0.1800.512**0.352*0.346*u+S0.2100.538**0.2630.2924.2江苏省水稻高温热害等级判别指标

双因子复相关分析Tm+因子南京徐州东台赣榆Tm+S0.59三因子复相关分析

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+u0.396*0.550**0.2630.3443T+Tm+f0.2490.2980.3550.3185T+Tm+u0.3150.518**0.2370.3456T+f+u0.1830.535**0.378*0.368*7S+Tm+f0.3470.1790.3490.3378S+Tm+u0.3480.539**0.2630.3319Tm+f