高温热害

一、高温热害的概念及其对农作物的影响和危害

高温热害简称高温害,是高温对植物(生物)生长发育和产量形成所造成的损害,一般是由于高温超过植物(生物)生长发育上限温度造成的,主要包括高温害和果树林木日灼及畜、禽、水产渔类热害等。

高温对作物的影响和危害,一般以水稻危害较为明显,危害敏感期是水稻的盛花-乳熟期,水稻受害表现为最后三片功能叶早衰发黄,灌浆期缩短,千粒重下降,秕粒率增加,危害指标为日最高气温连续3天或以上≥35℃,使开花灌浆期水稻形成高温逼熟。长江以南的早稻、早中稻、杂交稻的灌浆期正值盛夏,往往受其危害,广东早稻后期遇到持续高温干燥的年份也会发生高温逼熟现象。高温还会引起蔬菜落花,使座果率降低,对黄瓜、茄子、菜豆等生长发育均带来不利影响,马铃薯受害后退化,薯块变小。果树及林木的热害有果树日灼、林木灼伤两种。形成热害的原因是高温,因为高温会使植株叶绿素失去活性、阻碍光合作用正常进行,降低光合速率,消耗量大大增强,使细胞内蛋白质凝集变性,细胞膜半透性丧失,植物的器官组织受到损伤;高温还能使光合同化物输送到穗部和籽粒的能力下降,酶的活性降低,致使灌浆期缩短,籽粒不饱满,产量下降。水稻开花期遇到35℃高温时,花粉粒破裂失去授粉能力,造成空粒。

二、高温热害的气候成因

众所周知,地球的热量主要来源于太阳辐射,我国处于北半球,春分过后,太阳直射点开始慢慢移到北半球,我国各地可照时数逐日增加,即日出越来越早,而日落越来越晚。到了夏至这一天,太阳直射北回归线,我国大部分地区白昼最长,即可照时间最多,按理说,夏至应是一年中最热的时候。然而“三伏天”(最热的时段)却从夏至以后第3个庚日算起,这是与地球的热量收支有关的。地球白天吸收太阳短波辐射来的热量,同时,又以长波形式向天空放出热量。进入春季,特别是进入夏季,地球白天吸收的热量越来越超过夜间散失的热量,这样,地面上积累的热量逐渐增多。而夏至这一天,从理论上虽说地球吸收的热量最多,但却不是地面积蓄热量最多的一天。夏至以后,地面每天仍在继续储蓄热量。到了三伏天,正是一年中地面积蓄热量最多的时候,这就是“热在三伏”的道理。显然这与一天的最高气温不是出现在正午而是在午后2时左右的道理是一样的。

所谓“热在三伏”,即从夏至以后第三个庚日开始入伏,叫做“初伏”(或叫“头伏”),第4个庚日以后叫“中伏”,立秋以后第一个庚日为“末伏”的始日,由于各年庚日不同,所以入伏的时间各年也不一样。一般来说,每伏为10天,但是,如果夏至以后的第三个庚日出现在立秋之前,这一年“中伏”就是20天了。可见,三伏一般出现在7月中旬到8月中旬之间,这正是一年中最热的时候。

据报导,根据我国2000多个气象台站的气象资料,我国大陆上大部分地区确实是“热在三伏”,只不过南方在“中伏”,而北方因初秋降温快而热在“头伏”,但沿海岛屿和滨海地区,由于海洋热容量比陆地大,因而升到全年最高气温的时间也比大陆的晚,最热时间一般在“末伏”。此外,我国也有一些地方,最热时间却不在三伏之内,如拉萨最热天气在6月上旬,西沙群岛在5月下旬。

当然,以上指的是多年状况,具体到某个年份也有例外。在盛夏三伏天,广东境内常受副热带高压控制和影响,其水平范围可达数千公里,属于大尺度天气系统,并形成下沉逆温,天空晴朗少云,风平浪静,若受它长期控制则会导致酷热;副热带高压脊线位于长江流域一带时,如后汛期的7~8月,在其西南(或南)边缘的东风气流下,常有热带气旋或东风波等热带天气系统活动,使广东出现热带气旋暴雨天气,从而送来了及时雨并起到消热解暑作用。

三、高温热害的标准

(一)高温热害的标准

不同作物和同一作物的不同发育期的高温热害指标不同,因此,这里笼统地把高温热害标准定为日平均气温≥29℃和≥30℃;日最高气温≥32℃和≥35℃。

(二)高温热害的特点

广东地处低纬,太阳高度角终年相对较大,夏季漫长,冬季温暖,春季升温早,秋季降温迟。广东民间传统习俗,往往把中秋节作为高温热害结束期,此后气温日渐下降,但有些年份中秋节后仍会出现日最高气温≥32℃的炎热天气,群众称此现象为“秋老虎”。以广州市为例,“秋老虎”天气几乎年年都有,只不过因不同年景其持续时间与强度有所不同而已。一般来说,日最高气温≥32℃的出现时间在10月上旬便可结束。个别年份到11月上旬“立冬”前后仍会出现“秋老虎”天气,例如1966年11月10日曾达到32.4℃;而极端最高气温≥35℃的酷热天气一般在9月下旬终止。

广东的高温热害与副热带高压控制息息相关,同时又与秋季热带气旋活动有关。特别是9月份,仍是热带气旋盛发期,而高温往往又在热带气旋登陆之前出现。当西北太平洋和南海有热带气旋活动,并向广东沿海靠近时,副热带高压西部正盘据在广东上空,一般有3~5天的酝酿期,此时广东正受热浪煎熬。这是由于:一是高空气流辐散下沉增温;二是云层消散,天空晴朗,太阳辐射强烈;三是高压天气风平浪静利于热量积聚;四是副热带高压西部的偏南暖湿气流导致相对湿度加大;五是因风力小,水汽多但蒸发相对减少,故消耗热量亦随之减少,一方面利于陆地升温,另一方面使人体热量难以散发而感到热得难受。

四、高温热害对水稻生育的影响和危害

1、高温对水稻的危害特点

广东双季早稻开花结实期,常会遇到高温天气,对水稻生产造成较大影响。若遇到气温偏高的年份,一方面高温伤害水稻开花受精过程,导致空粒率增加;另一方面,高温伤害水稻的灌浆过程,导致秕粒率增加。广东自6月下旬到7月下旬正处高温季节,常出现日平均气温≥29℃,日最高气温≥35℃和伴随相对湿度在70%以下的高温干燥天气,这时正是早稻灌浆结实期,高温热害天气对水稻灌浆结实很不利。例如1978年7月1~20日气温明显偏高,在20天的时间里,有1/2的时间日平均气温≥30℃,≥29℃的有16天(占80%),日最高气温≥34℃的高温天气达12天,日平均相对湿度≤75%的有9天,当年早稻灌浆结实期缩短,产量明显下降,结实率比常年偏低10%~20%,千粒重比常年下降1~2克。但是,在这种高温干燥天气下,凡是田间保持浅水层的影响程度大为减轻,过早断水的农田危害明显加重。

(一)水稻花期受高温热害

1.高温对盛花时间开花率、花药开裂等均有不良影响,温度愈高,伤害愈重。中国科学院上海植物生理研究所人工气候室在籼稻(二九青)开花期,进行不同高温试验,在相对湿度70%的条件下,30℃高温处理5天对开花结实已有明显伤害,38℃高温处理5天则全部不能结实。开花期35℃高温处理6小时的空粒率比28℃处理增加13.2%~22.9%。

2.在水稻花期,不同高温强度及其持续时间对结实率影响不同,随着高温强度及其持续时间的加大和延长,水稻秕粒率和空粒率增加。

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℃。

3.高温危害的敏感期为水稻盛花期,盛花期前或盛花期后较轻,开花当时的高温对颖花不育有决定性影响。从花粉粒镜检情况看,花粉率充实正常率明显下降,畸形率明显增加。它主要影响颖花的开放、散粉和受精,因而空粒增多。

4.水稻开花期受害的机理,一般认为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。高温主要伤害花粉粒,使之降低活力,并发现临近开花前的颖花对高温最为敏感,开花前一天的颖花受热害最重。

不过,广东早稻花期大部分地区主要出现在6月上、中旬,这时的高温天气出现机会不多,因此,对广东来说,主要是灌浆结实期热害的问题。

(二)水稻灌浆结实期受高温热害

中国科学院上海植物生理研究所报道,不同高温对水稻灌浆期的影响不同。日温32℃夜温27℃处理5天,千粒重有所下降。日温35℃夜温30℃处理5天,千粒重和结实率都明显降低。四川省农业科学院水稻研究所在杂交稻汕优2号灌浆期的高温试验中,指出开花后1~10天内,日平均气温大于28℃就会降低千粒重。

高温对籽粒灌浆的影响主要表现在秕粒率增加,实粒率和千粒重的降低上。据有关研究表明,乳熟前的高温伤害主要是降低实粒增加秕粒。乳熟后期的高温伤害主要是降低千粒重。杂交稻汕优2号乳熟期在25℃~27℃条件下的千粒重最大,当平均温度大于28℃时,千粒重有所下降,平均温度达30℃时,千粒重下降明显。研究还表明高温对水稻灌浆的影响主要在于籽粒过早减弱或停止灌浆,即高温缩短了籽粒对贮藏物质的接纳期。其原因是灌浆期遇到高温会使籽粒内磷酸化酶和淀粉的活性减弱,灌浆速度减低,影响到干物质的积累。另外,高温还增加了植株的呼吸强度,使叶温升高,整个植株体代谢也表明失调,所以灌浆期的高温最终表明为“逼熟”现象。

(三)水稻开花灌浆期受高温危害的温度指标

根据试验和调研,一般认为受害温度指标为:日最高气温持续3天以上≥35℃。盛花期36℃~37℃严重受害。

2、高温热害对玉米生育的影响和危害

高温热害是广东春种夏收玉米生育后期和夏种秋收玉米生育前中期经常遇到的不利气候因素。因为这时正处夏季6月、7月、8月,太阳高度角大、辐射强烈,地面吸收和累积的热量多,因此,常出现高温天气。广东7月、8月平均气温都超过28℃,日最高气温超过35℃的高温天气,6月下旬至9月上旬常见,内陆盆地可高达38℃~42℃的高温,对玉米生长发育和产量形成均有不利影响。

高温对玉米生理生化及生长发育的影响

在高温条件下,可降低光合酶的活性,破坏叶绿体结构和引起气孔关闭,从而影响光合作用。更主要的是在高温条件下呼吸强度增强,消耗明显增多,而使净光合积累减少。有试验表明,当田间CO2浓度为200~300ppm时,气温30℃,玉米光合强度为50毫克CO2/分米2·小时,当气温升高至40℃时,光合强度减弱至35~40毫克/分米2·小时。即高温比适温的光合强度降低20%~30%。

据报导,玉米受38℃~39℃热害3小时之后,光合效率下降70%,受热害1小时之后,光合效率也下降40%,在20℃的环境中经过6小时,光合效率仅能恢复至65%。说明38℃~39℃的高温热害时间越长受害越重,恢复愈难。

当气温高于32℃~35℃时不利于开花授粉,由于花粉粒在通常情况下,其活力只能保持5~6小时;8小时以后活力显著下降;24小时以后完全丧失活力。同时玉米花粉含水量只有60%,且保水力弱,在高温干燥环境下容易失水干瘪,散粉后1~2小时,花粉粒迅速失水,丧失活力而不能授粉。

在玉米籽粒灌浆成熟期,当日平均气温高于25℃时,因淀粉酶的活性受影响而不利于干物质的运输与积累。

玉米高温热害类型

(1)延迟型危害

在玉米生长发育过程中,较长时间受到不同程度的高温危害,使光合作用受阻,酶活性减弱,致使生长发育减慢。

(2)障碍型危害

在玉米生殖器官分化期到抽穗开花期,遭受异常高温危害,使生殖器官受到损害,造成不育或部分不育而减产。这种危害时间较短,但受害后难以恢复正常,表现为秃顶、缺粒、缺行甚至无果穗而减产较大。

(3)生长不良型

玉米在营养生长期受害后,致使高度降低,叶片数减少,粒数减少,穗变短。但成熟期没有明显延迟,千粒重也影响不大。主要因粒数少、生长弱而减产。

(4)混合型

在同一年内发生前期高温而使生长发育不良,后期又受低温危害造成灌浆缓慢,使玉米严重减产。

玉米热害指标

据有关研究认为,在35℃的环境下,玉米苗期的生长高度、干物重都受到明显影响。玉米抽雄期当温度高于32℃,授粉将受影响;后期温度高于25℃,如又遇干旱将出现高温逼熟而减产。

(1)玉米各生育阶段的热害指标

以中度热害为标准,苗期为36℃;生殖期为32℃;成熟期为28℃。

(2)出叶速度与温度关系(营养生长期)

33℃时受高温轻度危害,出叶速率开始下降;36℃时受中等危害,出叶速度明显下降;39℃时受害严重,出叶速率严重下降。

(3)轻、中、重度热害对产量的影响

以全生育期平均气温为标准,29℃轻度热害,将减产10%左右;33℃中度热害,将减产50%以上;36℃严重受害,将造成绝产。

玉米生育期不同,热害指标有明显差别,总趋势是苗期最耐热,生殖期次之,成熟期最不耐热。

五 高温热害对蔬菜生育的影响及危害

1、高温热害是形成秋淡的基本原因

高温热害对蔬菜生长发育和产量形成带来不利影响,是形成蔬菜供应秋淡的基本原因。因为蔬菜除冬瓜、南瓜、苦瓜、豆角和通心菜等极少数稍耐热品种外,大都不耐高温。广东地处低纬,太阳辐射强,不仅极端最高气温高,一般达35℃~38℃,个别地区、个别年份达42℃;而且高温季节长,5~9月平均气温都超过25℃,7~8月平均气温更高达28℃以上,对大多数喜温蔬菜,尤其是耐寒蔬菜是非宜菜期。日最高气温超过35℃的情况,在6月下旬至9月上旬比较常见。因此在盛夏季节,广东平原地区不仅冬性喜凉的蔬菜,如荷兰豆、西洋菜、菠菜、椰菜、萝卜等不能生长,就是喜温的蔬菜,如番茄、甜椒等也不宜种植,即使喜热的蔬菜,如小芥菜、苋菜和通心菜等,长时间的高温,尤其是高夜温,也会加速老化,纤维多、质量差、产量低;茄子、豆角也会出现早衰而低产。另外,高温多雨和高温干旱都会导致病虫害多发,造成蔬菜明显减产,甚至失收,加剧了夏秋淡季的发生。

2、高温对蔬菜作物生长发育的主要危害

高温对蔬菜生长发育的主要危害有:(1)夏季晴天中午,菜田土表温度常达40℃~50℃,高温抑制根系与植株生长和诱发病虫害,导致产低质劣。(2)夏季晴天中午高温强光灼伤植株,导致叶片萎蔫,光合能力降低。(3)夏季雨后转晴曝晒,土表温度急剧上升,土表水分汽化热使叶片烫伤,造成果菜类蔬菜落花落果等。

3、蔬菜的高温热害指标

高温对蔬菜生产会产生严重危害,例如蕃茄在开花初期遇到40℃以上的高温会引起落花,持续时间越长座果率越低。菜豆在30℃以上授粉率大大降低。黄瓜在32℃以上净同化率下降,35℃以上呼吸消耗大于光合积累,如连续3小时45℃高温叶色变淡,雄花不开,花粉发芽不良,出现畸形果。根系在25℃以上易于老化。番茄向阳面在烈日曝晒下易产生日伤,如烈日与暴雨交替易发生裂果。茄子在25℃~30℃时,短花柱花较多,结实率低。马铃薯生长适温为15℃~19℃,高于21℃生长下降,温度在26℃~30℃,马铃薯块停止膨大。总之,高温热害不仅是广东夏季蔬菜生产的不利因素,而且是华北、长江流域等地夏季蔬菜生产的主要灾害。茄果类蔬菜在盛夏高温天气下大多数生长不良,难以越夏,特别是番茄。广东夏季高温期长,连冬瓜、豇豆等较为耐热的蔬菜有时都生长不良,只有耐热的通心菜、南瓜生长较正常。

六、高温热害对果树及林木的影响和危害

1、果树日灼

果树日灼是由强烈的太阳辐射增温引起的果树枝、干伤害,亦称灼伤。果树日灼在广东主要是夏季日灼。夏季日灼常常在干旱的天气条件下产生,主要危害果实和枝条皮层,由于水分供应不足,使植物蒸腾作用减弱。在夏季灼热的阳光下,果实和枝条的向阳面剧烈增温,因而遭受伤害。受害果实的表面出现淡紫色或淡褐色的干陷班,严重时表现裂果,枝条表面出现裂斑。夏季日灼实质是高温和干旱失水的综合危害。

在高温情况下,荔枝幼苗易发生顶芽枯萎和折腰,苗木纤瘦,难以达到嫁接要求。在高温时,特别是气温急升急降,会引起果实细胞成分变化,导致果实在生理上难以恢复的创伤。在果实发育早期遇高温干旱,则果皮发硬,甚至发生日灼,灌溉后因果肉急剧发育产生压力而裂果。

2、林木灼伤

林木灼伤分林木皮伤和根茎伤两种类型。林木皮灼类同果树的夏季日灼,是指树木向阳面受夏季辐射增温致伤的一种林业气象灾害。薄而光滑的树皮受强烈阳光照射,温度迅速增高使树皮形成层受到灼伤。受害的树皮呈斑点状伤痕或片状脱落,轻者病菌入侵伤口,影响林木生长;重者树皮干枯凋落,甚至造成整株死亡。皮灼危害树木的程度,一般与种植树木的树种、树龄、种植位置和日射时间长短有关。光滑薄皮树易发生皮灼;阴性树,特别是幼树,受阳光强烈照射,也易发生皮灼。空旷地比林地气温高,所以在林缘或疏林地上的树木比林内的树木灼伤重,靠近采伐区的林墙,由于暴露在阳光下,易受灼伤。

林木的根茎灼伤,是指林木幼苗或幼树根茎受土壤表层高温灼伤的一种林业气象灾害,灼伤后幼树树苗与土壤结触处出现2mm宽的环状伤痕,轻者树皮微黄,1~2天后出现倒伏现象;重者树皮呈暗褐色,当即死亡。根茎灼伤对苗圃育苗及山地(直射)造林危害很大,一般可降低成活率百分之几到百分之几十。林木幼苗,尤其是含沙较多的苗圃地和造林地的实生苗,在干热夏季最易发生。根茎灼伤程度与近地层的小气候、土壤条件及林木种类、地形等因素有关。砂质土壤易发生灼伤,山地比平原气温低,灼伤出现时间晚,危害也较轻。

八、高温热害的防御对策

减轻农业生物(作物、林、果、畜禽、花卉、渔业等)的高温热害主要有以下几方面的对策。

1、采取引种、育种等生物措施

运用气候相似、风土驯化,抗性育种等理论,选育和引进适合当地气候条件下生长、发育、高产、优质、抗热害的作物品种、畜禽品种和其它生物良种,使良种地方化。例如,选用抗高温热害的作物高产、优质良种,以减少高温对开花结实的伤害;对于林木皮灼应在造林时注意树种选择;选育和引进适合当地气候条件的优良畜禽品种,培育核心畜禽群体。

2、合理安排生产布局,减轻高温伤害

合理安排生产布局,使关键期避过高温时期,减轻高温伤害。例如,合理安排作物品种和播植期,使开花灌浆期尽量避开高温季节。注意造林方式,怕灼伤的阴性树种与耐灼伤的阳性树种混交搭配,营造复层林,以避免阴性树的灼伤;造林时要选低湿地,在高温干旱地区造林应选择耐灼的阳性树种;采伐时应采用带状采伐,使保留下来的树木对更新幼树起遮荫的作用。对畜禽要采用新技术饲养,建立后备牲畜(奶牛)、禽类繁殖场和人工配种站,利用冷冻精液人工授精繁育优良畜(奶牛)禽种。

3、改善小气候环境条件

改善小气候环境条件的措施,主要有:

(一)掌握好水稻开花灌浆期的水分管理,采用“以水调温”的措施,设法降低田土温度,增大植株间的空气湿度,以适应作物生长发育的要求,缓解高温热害。水稻抽穗开花期要浅水勤灌,最好采用日灌夜排或日间喷灌,防止断水过早;旱地作物要勤浇水、多淋水,最好采用喷灌等;蔬菜作物要发挥设施园艺多功能条件进行降温防热栽培,建立各种类型的蔬菜保护地生产基地。

(二)改善花卉环境条件

1.遮荫。使花卉置于荫棚下养护。

2.洒水。以湿降温,减少叶面蒸腾。但切忌在炎热中午向已经开始萎蔫的花卉浇冷水,以免根毛丧失活力。

3.避雨。高温烈日骤雨易伤根毛,雨后积水易引起烂根,故露地花卉在暴雨前应适当遮盖和雨后及时排除积水。

4.通风。高温下通风不良会影响花卉生育和诱发病虫害。通风可适当降低花场温度,调节空气湿度。

(三)对林木幼苗的根茎灼伤,可用喷水、苗圃地盖草、插遮荫枝、搭遮阴棚等办法防御。

(四)改善畜禽环境条件

1.利用地形小气候特点,畜舍址应选择在通风干燥处。

2.适当提高畜舍高度,但应注意太阳高度的影响,防止阳光直射舍内。

3.畜舍舍顶进行降温处理,注意通风换气、增加舍顶反射率、降低吸收率;舍顶培土种植、蓄水养殖;舍顶放覆盖物等。

4.加厚墙体,增加对流通风。还可用凉棚饲养。

5.舍内人工通风、喷水降温。

(五)禽类在高温季节应尽量创造条件,提供理想的禽舍条件和产蛋环境温度,以获取最高的产肉率和产蛋率。

4、因地制宜采取科学管理措施。
(一)搞好作物水肥管理

在高温季节出现前要增施有机肥,采取早管、精管,促使枝叶繁茂以减轻日晒,壮苗可以提高对高温的抵抗能力。在高温出现时喷晒3%的过磷酸钙等有减轻高温伤害的效果。

(二)搞好水产鱼类高温期饲养管理

在高温期间主要增设增氧机,并在鱼虾浮头条件出现时,采用调节饲料,套灌塘水增氧等措施,尽量保持水质新鲜,合理密养,适时捕捞,及时换水,减少投料次数与数量。当出现鱼虾浮头现象时,采取抽新水入塘或开放增氧机进行补救,防止弄浊塘水。

(三)采取科学饲养管理措施

1.根据天气气候变化调节畜禽作息时间

2.根据天气气候变化,调节畜禽饲料结构,夏季喂清凉饲料、精料,提高蛋白质含量。

3.根据天气气候变化,调节饲料喂养密度,注意调节饲养密度,即畜舍内要减少饲养头(只)数。

此外,在高温季节采取防暑措施,加强遮荫和通风,使辐射热和对流热降低。向畜体洒冷水或地面泼冷水,可增加地面传导失热和蒸发散热,使温度下降;加强饲养管理,改善畜禽的居住环境,创造良好的生活条件,妥善安排日常生活来适应畜禽要求,保证夏季不掉膘不生病。

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