一、高溫熱害的概念及其對農作物的影響和危害
高溫熱害簡稱高溫害,是高溫對植物(生物)生長發育和產量形成所造成的損害,一般是由於高溫超過植物(生物)生長發育上限溫度造成的,主要包括高溫害和果樹林木日灼及畜、禽、水產漁類熱害等。
高溫對作物的影響和危害,一般以水稻危害較為明顯,危害敏感期是水稻的盛花-乳熟期,水稻受害表現為最後三片功能葉早衰發黃,灌漿期縮短,千粒重下降,秕粒率增加,危害指標為日最高氣溫連續3天或以上≥35℃,使開花灌漿期水稻形成高溫逼熟。長江以南的早稻、早中稻、雜交稻的灌漿期正值盛夏,往往受其危害,廣東早稻後期遇到持續高溫乾燥的年份也會發生高溫逼熟現象。高溫還會引起蔬菜落花,使座果率降低,對黃瓜、茄子、菜豆等生長發育均帶來不利影響,馬鈴薯受害後退化,薯塊變小。果樹及林木的熱害有果樹日灼、林木灼傷兩種。形成熱害的原因是高溫,因為高溫會使植株葉綠素失去活性、阻礙光合作用正常進行,降低光合速率,消耗量大大增強,使細胞內蛋白質凝集變性,細胞膜半透性喪失,植物的器官組織受到損傷;高溫還能使光合同化物輸送到穗部和籽粒的能力下降,酶的活性降低,致使灌漿期縮短,籽粒不飽滿,產量下降。水稻開花期遇到35℃高溫時,花粉粒破裂失去授粉能力,造成空粒。
二、高溫熱害的氣候成因
眾所周知,地球的熱量主要來源於太陽輻射,我國處於北半球,春分過後,太陽直射點開始慢慢移到北半球,我國各地可照時數逐日增加,即日出越來越早,而日落越來越晚。到了夏至這一天,太陽直射北回歸線,我國大部分地區白晝最長,即可照時間最多,按理說,夏至應是一年中最熱的時候。然而「三伏天」(最熱的時段)卻從夏至以後第3個庚日算起,這是與地球的熱量收支有關的。地球白天吸收太陽短波輻射來的熱量,同時,又以長波形式向天空放出熱量。進入春季,特別是進入夏季,地球白天吸收的熱量越來越超過夜間散失的熱量,這樣,地面上積累的熱量逐漸增多。而夏至這一天,從理論上雖說地球吸收的熱量最多,但卻不是地面積蓄熱量最多的一天。夏至以後,地面每天仍在繼續儲蓄熱量。到了三伏天,正是一年中地面積蓄熱量最多的時候,這就是「熱在三伏」的道理。顯然這與一天的最高氣溫不是出現在正午而是在午後2時左右的道理是一樣的。
所謂「熱在三伏」,即從夏至以後第三個庚日開始入伏,叫做「初伏」(或叫「頭伏」),第4個庚日以後叫「中伏」,立秋以後第一個庚日為「末伏」的始日,由於各年庚日不同,所以入伏的時間各年也不一樣。一般來說,每伏為10天,但是,如果夏至以後的第三個庚日出現在立秋之前,這一年「中伏」就是20天了。可見,三伏一般出現在7月中旬到8月中旬之間,這正是一年中最熱的時候。
據報導,根據我國2000多個氣象臺站的氣象資料,我國大陸上大部分地區確實是「熱在三伏」,只不過南方在「中伏」,而北方因初秋降溫快而熱在「頭伏」,但沿海島嶼和濱海地區,由於海洋熱容量比陸地大,因而升到全年最高氣溫的時間也比大陸的晚,最熱時間一般在「末伏」。此外,我國也有一些地方,最熱時間卻不在三伏之內,如拉薩最熱天氣在6月上旬,西沙群島在5月下旬。
當然,以上指的是多年狀況,具體到某個年份也有例外。在盛夏三伏天,廣東境內常受副熱帶高壓控制和影響,其水平範圍可達數千公裡,屬於大尺度天氣系統,並形成下沉逆溫,天空晴朗少雲,風平浪靜,若受它長期控制則會導致酷熱;副熱帶高壓脊線位於長江流域一帶時,如後汛期的7~8月,在其西南(或南)邊緣的東風氣流下,常有熱帶氣旋或東風波等熱帶天氣系統活動,使廣東出現熱帶氣旋暴雨天氣,從而送來了及時雨並起到消熱解暑作用。
三、高溫熱害的標準
(一)高溫熱害的標準
不同作物和同一作物的不同發育期的高溫熱害指標不同,因此,這裡籠統地把高溫熱害標準定為日平均氣溫≥29℃和≥30℃;日最高氣溫≥32℃和≥35℃。
(二)高溫熱害的特點
廣東地處低緯,太陽高度角終年相對較大,夏季漫長,冬季溫暖,春季升溫早,秋季降溫遲。廣東民間傳統習俗,往往把中秋節作為高溫熱害結束期,此後氣溫日漸下降,但有些年份中秋節後仍會出現日最高氣溫≥32℃的炎熱天氣,群眾稱此現象為「秋老虎」。以廣州市為例,「秋老虎」天氣幾乎年年都有,只不過因不同年景其持續時間與強度有所不同而已。一般來說,日最高氣溫≥32℃的出現時間在10月上旬便可結束。個別年份到11月上旬「立冬」前後仍會出現「秋老虎」天氣,例如1966年11月10日曾達到32.4℃;而極端最高氣溫≥35℃的酷熱天氣一般在9月下旬終止。
廣東的高溫熱害與副熱帶高壓控制息息相關,同時又與秋季熱帶氣旋活動有關。特別是9月份,仍是熱帶氣旋盛發期,而高溫往往又在熱帶氣旋登陸之前出現。當西北太平洋和南海有熱帶氣旋活動,並向廣東沿海靠近時,副熱帶高壓西部正盤據在廣東上空,一般有3~5天的醞釀期,此時廣東正受熱浪煎熬。這是由於:一是高空氣流輻散下沉增溫;二是雲層消散,天空晴朗,太陽輻射強烈;三是高壓天氣風平浪靜利於熱量積聚;四是副熱帶高壓西部的偏南暖溼氣流導致相對溼度加大;五是因風力小,水汽多但蒸發相對減少,故消耗熱量亦隨之減少,一方面利於陸地升溫,另一方面使人體熱量難以散發而感到熱得難受。
四、高溫熱害對水稻生育的影響和危害
廣東雙季早稻開花結實期,常會遇到高溫天氣,對水稻生產造成較大影響。若遇到氣溫偏高的年份,一方面高溫傷害水稻開花受精過程,導致空粒率增加;另一方面,高溫傷害水稻的灌漿過程,導致秕粒率增加。廣東自6月下旬到7月下旬正處高溫季節,常出現日平均氣溫≥29℃,日最高氣溫≥35℃和伴隨相對溼度在70%以下的高溫乾燥天氣,這時正是早稻灌漿結實期,高溫熱害天氣對水稻灌漿結實很不利。例如1978年7月1~20日氣溫明顯偏高,在20天的時間裡,有1/2的時間日平均氣溫≥30℃,≥29℃的有16天(佔80%),日最高氣溫≥34℃的高溫天氣達12天,日平均相對溼度≤75%的有9天,當年早稻灌漿結實期縮短,產量明顯下降,結實率比常年偏低10%~20%,千粒重比常年下降1~2克。但是,在這種高溫乾燥天氣下,凡是田間保持淺水層的影響程度大為減輕,過早斷水的農田危害明顯加重。
1、水稻花期受高溫熱害
(1)高溫對盛花時間開花率、花葯開裂等均有不良影響,溫度愈高,傷害愈重。中國科學院上海植物生理研究所人工氣候室在秈稻(二九青)開花期,進行不同高溫試驗,在相對溼度70%的條件下,30℃高溫處理5天對開花結實已有明顯傷害,38℃高溫處理5天則全部不能結實。開花期35℃高溫處理6小時的空粒率比28℃處理增加13.2%~22.9%。
(2)在水稻花期,不同高溫強度及其持續時間對結實率影響不同,隨著高溫強度及其持續時間的加大和延長,水稻秕粒率和空粒率增加。秈稻開花期間長期高溫傷害的臨界溫度為日平均氣溫30℃,短時高溫傷害的臨界溫度為35℃。
(3)高溫危害的敏感期為水稻盛花期,盛花期前或盛花期後較輕,開花當時的高溫對穎花不育有決定性影響。從花粉粒鏡檢情況看,花粉率充實正常率明顯下降,畸形率明顯增加。它主要影響穎花的開放、散粉和受精,因而空粒增多。
(4)水稻開花期受害的機理,一般認為是花粉管尖端大量破裂,使其失去受精能力,而形成大量空秕粒。高溫主要傷害花粉粒,使之降低活力,並發現臨近開花前的穎花對高溫最為敏感,開花前一天的穎花受熱害最重。
不過,廣東早稻花期大部分地區主要出現在6月上、中旬,這時的高溫天氣出現機會不多,因此,對廣東來說,主要是灌漿結實期熱害的問題。
2、水稻灌漿結實期受高溫熱害
中國科學院上海植物生理研究所報導,不同高溫對水稻灌漿期的影響不同。日溫32℃夜溫27℃處理5天,千粒重有所下降。日溫35℃夜溫30℃處理5天,千粒重和結實率都明顯降低。四川省農業科學院水稻研究所在雜交稻汕優2號灌漿期的高溫試驗中,指出開花後1~10天內,日平均氣溫大於28℃就會降低千粒重。
高溫對籽粒灌漿的影響主要表現在秕粒率增加,實粒率和千粒重的降低上。據有關研究表明,乳熟前的高溫傷害主要是降低實粒增加秕粒。乳熟後期的高溫傷害主要是降低千粒重。雜交稻汕優2號乳熟期在25℃~27℃條件下的千粒重最大,當平均溫度大於28℃時,千粒重有所下降,平均溫度達30℃時,千粒重下降明顯。研究還表明高溫對水稻灌漿的影響主要在於籽粒過早減弱或停止灌漿,即高溫縮短了籽粒對貯藏物質的接納期。其原因是灌漿期遇到高溫會使籽粒內磷酸化酶和澱粉的活性減弱,灌漿速度減低,影響到乾物質的積累。另外,高溫還增加了植株的呼吸強度,使葉溫升高,整個植株體代謝也表明失調,所以灌漿期的高溫最終表明為「逼熟」現象。
3、水稻開花-灌漿期受高溫危害的溫度指標
根據試驗和調研,一般認為受害溫度指標為:日最高氣溫持續3天以上≥35℃。盛花期36℃~37℃嚴重受害。
五、高溫熱害對玉米生育的影響和危害
高溫熱害是廣東春種夏收玉米生育後期和夏種秋收玉米生育前中期經常遇到的不利氣候因素。因為這時正處夏季6月、7月、8月,太陽高度角大、輻射強烈,地面吸收和累積的熱量多,因此,常出現高溫天氣。廣東7月、8月平均氣溫都超過28℃,日最高氣溫超過35℃的高溫天氣,6月下旬至9月上旬常見,內陸盆地可高達38℃~42℃的高溫,對玉米生長發育和產量形成均有不利影響。
1、高溫對玉米生理生化及生長發育的影響
在高溫條件下,可降低光合酶的活性,破壞葉綠體結構和引起氣孔關閉,從而影響光合作用。更主要的是在高溫條件下呼吸強度增強,消耗明顯增多,而使淨光合積累減少。有試驗表明,當田間CO2濃度為200~300ppm時,氣溫30℃,玉米光合強度為50毫克CO2/分米2·小時,當氣溫升高至40℃時,光合強度減弱至35~40毫克/分米2·小時。即高溫比適溫的光合強度降低20%~30%。
據報導,玉米受38℃~39℃熱害3小時之後,光合效率下降70%,受熱害1小時之後,光合效率也下降40%,在20℃的環境中經過6小時,光合效率僅能恢復至65%。說明38℃~39℃的高溫熱害時間越長受害越重,恢復愈難。
當氣溫高於32℃~35℃時不利於開花授粉,由於花粉粒在通常情況下,其活力只能保持5~6小時;8小時以後活力顯著下降;24小時以後完全喪失活力。同時玉米花粉含水量只有60%,且保水力弱,在高溫乾燥環境下容易失水乾癟,散粉後1~2小時,花粉粒迅速失水,喪失活力而不能授粉。
在玉米籽粒灌漿成熟期,當日平均氣溫高於25℃時,因澱粉酶的活性受影響而不利於乾物質的運輸與積累。
2、玉米高溫熱害類型
(1)延遲型危害
在玉米生長發育過程中,較長時間受到不同程度的高溫危害,使光合作用受阻,酶活性減弱,致使生長發育減慢。
(2)障礙型危害
在玉米生殖器官分化期到抽穗開花期,遭受異常高溫危害,使生殖器官受到損害,造成不育或部分不育而減產。這種危害時間較短,但受害後難以恢復正常,表現為禿頂、缺粒、缺行甚至無果穗而減產較大。
(3)生長不良型
玉米在營養生長期受害後,致使高度降低,葉片數減少,粒數減少,穗變短。但成熟期沒有明顯延遲,千粒重也影響不大。主要因粒數少、生長弱而減產。
(4)混合型
在同一年內發生前期高溫而使生長發育不良,後期又受低溫危害造成灌漿緩慢,使玉米嚴重減產。
3、玉米熱害指標
據有關研究認為,在35℃的環境下,玉米苗期的生長高度、乾物重都受到明顯影響。玉米抽雄期當溫度高於32℃,授粉將受影響;後期溫度高於25℃,如又遇乾旱將出現高溫逼熟而減產。
(1)玉米各生育階段的熱害指標
以中度熱害為標準,苗期為36℃;生殖期為32℃;成熟期為28℃。
(2)出葉速度與溫度關係(營養生長期)
33℃時受高溫輕度危害,出葉速率開始下降;36℃時受中等危害,出葉速度明顯下降;39℃時受害嚴重,出葉速率嚴重下降。
(3)輕、中、重度熱害對產量的影響
以全生育期平均氣溫為標準,29℃輕度熱害,將減產10%左右;33℃中度熱害,將減產50%以上;36℃嚴重受害,將造成絕產。
玉米生育期不同,熱害指標有明顯差別,總趨勢是苗期最耐熱,生殖期次之,成熟期最不耐熱。
六、高溫熱害對蔬菜生育的影響及危害
1、高溫熱害是形成秋淡的基本原因
高溫熱害對蔬菜生長發育和產量形成帶來不利影響,是形成蔬菜供應秋淡的基本原因。因為蔬菜除冬瓜、南瓜、苦瓜、豆角和通心菜等極少數稍耐熱品種外,大都不耐高溫。廣東地處低緯,太陽輻射強,不僅極端最高氣溫高,一般達35℃~38℃,個別地區、個別年份達42℃;而且高溫季節長,5~9月平均氣溫都超過25℃,7~8月平均氣溫更高達28℃以上,對大多數喜溫蔬菜,尤其是耐寒蔬菜是非宜菜期。日最高氣溫超過35℃的情況,在6月下旬至9月上旬比較常見。因此在盛夏季節,廣東平原地區不僅冬性喜涼的蔬菜,如荷蘭豆、西洋菜、菠菜、椰菜、蘿蔔等不能生長,就是喜溫的蔬菜,如番茄、甜椒等也不宜種植,即使喜熱的蔬菜,如小芥菜、莧菜和通心菜等,長時間的高溫,尤其是高夜溫,也會加速老化,纖維多、質量差、產量低;茄子、豆角也會出現早衰而低產。另外,高溫多雨和高溫乾旱都會導致病蟲害多發,造成蔬菜明顯減產,甚至失收,加劇了夏秋淡季的發生。
2、高溫對蔬菜作物生長發育的主要危害
高溫對蔬菜生長發育的主要危害有:(1)夏季晴天中午,菜田土表溫度常達40℃~50℃,高溫抑制根系與植株生長和誘發病蟲害,導致產低質劣。(2)夏季晴天中午高溫強光灼傷植株,導致葉片萎蔫,光合能力降低。(3)夏季雨後轉晴曝曬,土表溫度急劇上升,土表水分汽化熱使葉片燙傷,造成果菜類蔬菜落花落果等。
3、蔬菜的高溫熱害指標
高溫對蔬菜生產會產生嚴重危害,例如蕃茄在開花初期遇到40℃以上的高溫會引起落花,持續時間越長座果率越低。菜豆在30℃以上授粉率大大降低。黃瓜在32℃以上淨同化率下降,35℃以上呼吸消耗大於光合積累,如連續3小時45℃高溫葉色變淡,雄花不開,花粉發芽不良,出現畸形果。根系在25℃以上易於老化。番茄向陽面在烈日曝曬下易產生日傷,如烈日與暴雨交替易發生裂果。茄子在25℃~30℃時,短花柱花較多,結實率低。馬鈴薯生長適溫為15℃~19℃,高於21℃生長下降,溫度在26℃~30℃,馬鈴薯塊停止膨大。總之,高溫熱害不僅是廣東夏季蔬菜生產的不利因素,而且是華北、長江流域等地夏季蔬菜生產的主要災害。茄果類蔬菜在盛夏高溫天氣下大多數生長不良,難以越夏,特別是番茄。廣東夏季高溫期長,連冬瓜、豇豆等較為耐熱的蔬菜有時都生長不良,只有耐熱的通心菜、南瓜生長較正常。
七、高溫熱害對果樹及林木的影響和危害
1、果樹日灼
果樹日灼是由強烈的太陽輻射增溫引起的果樹枝、幹傷害,亦稱灼傷。果樹日灼在廣東主要是夏季日灼。夏季日灼常常在乾旱的天氣條件下產生,主要危害果實和枝條皮層,由於水分供應不足,使植物蒸騰作用減弱。在夏季灼熱的陽光下,果實和枝條的向陽面劇烈增溫,因而遭受傷害。受害果實的表面出現淡紫色或淡褐色的幹陷班,嚴重時表現裂果,枝條表面出現裂斑。夏季日灼實質是高溫和乾旱失水的綜合危害。
在高溫情況下,荔枝幼苗易發生頂芽枯萎和折腰,苗木纖瘦,難以達到嫁接要求。在高溫時,特別是氣溫急升急降,會引起果實細胞成分變化,導致果實在生理上難以恢復的創傷。在果實發育早期遇高溫乾旱,則果皮發硬,甚至發生日灼,灌溉後因果肉急劇發育產生壓力而裂果。
2、林木灼傷
林木灼傷分林木皮傷和根莖傷兩種類型。林木皮灼類同果樹的夏季日灼,是指樹木向陽面受夏季輻射增溫致傷的一種林業氣象災害。薄而光滑的樹皮受強烈陽光照射,溫度迅速增高使樹皮形成層受到灼傷。受害的樹皮呈斑點狀傷痕或片狀脫落,輕者病菌入侵傷口,影響林木生長;重者樹皮乾枯凋落,甚至造成整株死亡。皮灼危害樹木的程度,一般與種植樹木的樹種、樹齡、種植位置和日射時間長短有關。光滑薄皮樹易發生皮灼;陰性樹,特別是幼樹,受陽光強烈照射,也易發生皮灼。空曠地比林地氣溫高,所以在林緣或疏林地上的樹木比林內的樹木灼傷重,靠近採伐區的林牆,由於暴露在陽光下,易受灼傷。
林木的根莖灼傷,是指林木幼苗或幼樹根莖受土壤表層高溫灼傷的一種林業氣象災害,灼傷後幼樹樹苗與土壤結觸處出現2mm寬的環狀傷痕,輕者樹皮微黃,1~2天后出現倒伏現象;重者樹皮呈暗褐色,當即死亡。根莖灼傷對苗圃育苗及山地(直射)造林危害很大,一般可降低成活率百分之幾到百分之幾十。林木幼苗,尤其是含沙較多的苗圃地和造林地的實生苗,在乾熱夏季最易發生。根莖灼傷程度與近地層的小氣候、土壤條件及林木種類、地形等因素有關。砂質土壤易發生灼傷,山地比平原氣溫低,灼傷出現時間晚,危害也較輕。
八、高溫熱害的防禦對策
減輕農業生物(作物、林、果、畜禽、花卉、漁業等)的高溫熱害主要有以下幾方面的對策。
1、採取引種、育種等生物措施
運用氣候相似、風土馴化,抗性育種等理論,選育和引進適合當地氣候條件下生長、發育、高產、優質、抗熱害的作物品種、畜禽品種和其它生物良種,使良種地方化。例如,選用抗高溫熱害的作物高產、優質良種,以減少高溫對開花結實的傷害;對於林木皮灼應在造林時注意樹種選擇;選育和引進適合當地氣候條件的優良畜禽品種,培育核心畜禽群體。
2、合理安排生產布局,減輕高溫傷害
合理安排生產布局,使關鍵期避過高溫時期,減輕高溫傷害。例如,合理安排作物品種和播植期,使開花灌漿期儘量避開高溫季節。注意造林方式,怕灼傷的陰性樹種與耐灼傷的陽性樹種混交搭配,營造復層林,以避免陰性樹的灼傷;造林時要選低溼地,在高溫乾旱地區造林應選擇耐灼的陽性樹種;採伐時應採用帶狀採伐,使保留下來的樹木對更新幼樹起遮蔭的作用。對畜禽要採用新技術飼養,建立後備牲畜(奶牛)、禽類繁殖場和人工配種站,利用冷凍精液人工授精繁育優良畜(奶牛)禽種。
3、改善小氣候環境條件
改善小氣候環境條件的措施,主要有:
(1)掌握好水稻開花灌漿期的水分管理,採用「以水調溫」的措施,設法降低田土溫度,增大植株間的空氣溼度,以適應作物生長發育的要求,緩解高溫熱害。水稻抽穗開花期要淺水勤灌,最好採用日灌夜排或日間噴灌,防止斷水過早;旱地作物要勤澆水、多淋水,最好採用噴灌等;蔬菜作物要發揮設施園藝多功能條件進行降溫防熱栽培,建立各種類型的蔬菜保護地生產基地。
(2)改善花卉環境條件
1.遮蔭。使花卉置於蔭棚下養護。
2.灑水。以溼降溫,減少葉面蒸騰。但切忌在炎熱中午向已經開始萎蔫的花卉澆冷水,以免根毛喪失活力。
3.避雨。高溫烈日驟雨易傷根毛,雨後積水易引起爛根,故露地花卉在暴雨前應適當遮蓋和雨後及時排除積水。
4.通風。高溫下通風不良會影響花卉生育和誘發病蟲害。通風可適當降低花場溫度,調節空氣溼度。
(3)對林木幼苗的根莖灼傷,可用噴水、苗圃地蓋草、插遮蔭枝、搭遮陰棚等辦法防禦。
(4)改善畜禽環境條件
1.利用地形小氣候特點,畜舍址應選擇在通風乾燥處。
2.適當提高畜舍高度,但應注意太陽高度的影響,防止陽光直射舍內。
3.畜舍舍頂進行降溫處理,注意通風換氣、增加舍頂反射率、降低吸收率;舍頂培土種植、蓄水養殖;舍頂放覆蓋物等。
4.加厚牆體,增加對流通風。還可用涼棚飼養。
5.舍內人工通風、噴水降溫。
(5)禽類在高溫季節應儘量創造條件,提供理想的禽舍條件和產蛋環境溫度,以獲取最高的產肉率和產蛋率。
4、因地制宜採取科學管理措施。
(1)搞好作物水肥管理
在高溫季節出現前要增施有機肥,採取早管、精管,促使枝葉繁茂以減輕日曬,壯苗可以提高對高溫的抵抗能力。在高溫出現時噴曬3%的過磷酸鈣等有減輕高溫傷害的效果。
(2)搞好水產魚類高溫期飼養管理
在高溫期間主要增設增氧機,並在魚蝦浮頭條件出現時,採用調節飼料,套灌塘水增氧等措施,儘量保持水質新鮮,合理密養,適時捕撈,及時換水,減少投料次數與數量。當出現魚蝦浮頭現象時,採取抽新水入塘或開放增氧機進行補救,防止弄濁塘水。
(3)採取科學飼養管理措施
1.根據天氣氣候變化調節畜禽作息時間
2.根據天氣氣候變化,調節畜禽飼料結構,夏季餵清涼飼料、精料,提高蛋白質含量。
3.根據天氣氣候變化,調節飼料餵養密度,注意調節飼養密度,即畜舍內要減少飼養頭(只)數。
此外,在高溫季節採取防暑措施,加強遮蔭和通風,使輻射熱和對流熱降低。向畜體灑冷水或地面潑冷水,可增加地面傳導失熱和蒸發散熱,使溫度下降;加強飼養管理,改善畜禽的居住環境,創造良好的生活條件,妥善安排日常生活來適應畜禽要求,保證夏季不掉膘不生病。