氣候變化對(duì)黑龍江省水稻障礙型冷害的影響

曲輝輝, 姜麗霞,*， 王冬冬

1 黑龍江省氣象科學(xué)研究所, 哈爾濱　150030

2 黑龍江省氣象局后勤服務(wù)中心, 哈爾濱　150030

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氣候變化對(duì)黑龍江省水稻障礙型冷害的影響

曲輝輝1, 姜麗霞1,*， 王冬冬2

1 黑龍江省氣象科學(xué)研究所, 哈爾濱150030

2 黑龍江省氣象局后勤服務(wù)中心, 哈爾濱150030

摘要:明確氣候變化對(duì)黑龍江省水稻孕穗期和抽穗期障礙型冷害的影響，可為水稻安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)?；诤邶埥?0個(gè)臺(tái)站1971—2012年的氣象資料和10個(gè)臺(tái)站1980—2011年水稻生育期數(shù)據(jù)，結(jié)合水稻障礙型冷害指標(biāo)，分析了氣候變化對(duì)黑龍江省水稻障礙型冷害的影響。結(jié)果表明：(1)水稻孕穗期障礙型冷害1990s發(fā)生頻率最低，2000s發(fā)生頻率最高；抽穗期障礙型冷害1970s和1980s發(fā)生頻率高，1990s和2000s發(fā)生頻率低。(2)抽穗期障礙型冷害發(fā)生程度大于孕穗期障礙型冷害。(3)不同熟型水稻品種可種植北界逐漸北移東擴(kuò)，極早熟、早熟和中熟品種可種植范圍分別縮小了5、21和11個(gè)縣(市)，中晚熟和晚熟品種可種植范圍分別擴(kuò)大了14和23個(gè)縣(市)。(4)隨著水稻種植格局的變化，不同熟型水稻障礙型冷害均在1990s發(fā)生頻率最低，2000s發(fā)生頻率最高。

關(guān)鍵詞：氣候變化; 黑龍江省; 水稻; 障礙型冷害

黑龍江省生產(chǎn)的稻米因顆粒飽滿、色澤清白、香味濃郁、口感極佳而廣受國(guó)內(nèi)消費(fèi)者歡迎。2003—2012年10 a時(shí)間內(nèi)，黑龍江省水稻播種面積從1.295×106hm2直線上升至3.82×106hm2，總產(chǎn)量從8.428×109kg快速增加至2.171×1010kg[1]，均增加近2倍。同時(shí)，黑龍江省水稻的播種面積和產(chǎn)量近5年來(lái)均居全國(guó)前列[2- 5]，對(duì)保障國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)稻米供應(yīng)至關(guān)重要。

近年來(lái)，氣候變化已得到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注，IPCC第4次評(píng)估報(bào)告[6]指出，氣候變化會(huì)增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性、改變種植布局和結(jié)構(gòu)，并加劇局部地區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。黑龍江省是我國(guó)緯度最高的省份，低溫冷害是主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一，低溫冷害的頻繁發(fā)生導(dǎo)致糧食產(chǎn)量不穩(wěn)定、年際波動(dòng)大[7]；同時(shí)，黑龍江省也是我國(guó)受氣候變化影響最顯著的地區(qū)之一[8]，1961年以來(lái)平均每10 a氣溫上升0.38 ℃，降水增加0.49%[9]。

研究結(jié)果表明，氣候變化導(dǎo)致水稻種植面積、生育期和產(chǎn)量均發(fā)生較大變化[10- 16]，水稻障礙型冷害的時(shí)空分布特征同樣受氣候變化影響[17- 20]，這些成果在合理指導(dǎo)水稻生產(chǎn)、有效規(guī)避冷害等方面的研究中具有重大意義。然而，隨著氣候變暖，理論上低溫事件發(fā)生頻率降低，水稻遭受障礙型冷害的影響也應(yīng)相應(yīng)減小，但由于極端氣候事件趨于頻繁，水稻生長(zhǎng)季內(nèi)溫度變幅增大[21]，同時(shí)人類對(duì)變暖做出了適應(yīng)行為，一定程度上選取了更長(zhǎng)生育期的水稻品種進(jìn)行播種，以求獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益，最終導(dǎo)致水稻障礙型冷害呈現(xiàn)頻繁的趨勢(shì)[17]，對(duì)水稻產(chǎn)量及品質(zhì)影響嚴(yán)重?？梢?jiàn)，在氣候變暖的大背景下，黑龍江省水稻生產(chǎn)仍面臨嚴(yán)峻形勢(shì)，因此，亟待加強(qiáng)本方面研究。本文基于黑龍江省逐日氣象數(shù)據(jù)及水稻生育期資料，結(jié)合水稻障礙型冷害指標(biāo)，分析氣候變化情景下黑龍江省水稻障礙型冷害變化特征，以實(shí)現(xiàn)為黑龍江省水稻安全生產(chǎn)及合理布局提供理論依據(jù)的目的。

1數(shù)據(jù)與方法

1.1資料來(lái)源

本文使用的黑龍江省70個(gè)臺(tái)站1971—2012年逐日氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源為黑龍江省氣象局整編資料，水稻發(fā)育期為10個(gè)農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站1980—2011年的觀測(cè)資料。

1.2水稻發(fā)育期推算

由于黑龍江省水稻發(fā)育期觀測(cè)臺(tái)站僅有10個(gè)，其余60個(gè)氣象臺(tái)站無(wú)水稻發(fā)育期觀測(cè)數(shù)據(jù)，為解決這一問(wèn)題，本文根據(jù)美國(guó)森林昆蟲(chóng)學(xué)家A. D. Hopkins的物候定律[22]推算無(wú)觀測(cè)數(shù)據(jù)站點(diǎn)的水稻發(fā)育期，該物候定律主要內(nèi)容為：在北美洲溫帶內(nèi)，當(dāng)其他條件相同的情況下，每向北移動(dòng)1°，向東移動(dòng)5°或上升121.92 m，植物的發(fā)育期在春天和初夏將延遲4 d，在秋天則相反，提早4 d。

1.3水稻障礙型冷害指標(biāo)

水稻孕穗期和抽穗期對(duì)低溫敏感，在這兩個(gè)時(shí)期出現(xiàn)一定強(qiáng)度低溫會(huì)嚴(yán)重影響生殖器官的形成、發(fā)育和結(jié)實(shí)，出現(xiàn)障礙型冷害。本研究所使用水稻障礙型冷害指標(biāo)采用中國(guó)氣象局2009年發(fā)布的氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QX/T101—2009水稻、玉米冷害等級(jí)》[23],具體內(nèi)容見(jiàn)表1。

1.4黑龍江省水稻不同熟型品種積溫指標(biāo)及積溫計(jì)算

關(guān)于黑龍江省水稻不同熟型品種積溫指標(biāo)的研究比較少見(jiàn)，本文采用南瑞等人提出的≥10 ℃積溫指標(biāo)[24]，詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)表2。

表1　水稻障礙型冷害指標(biāo)

表2黑龍江省不同熟型水稻品種積溫指標(biāo)

Table 2The accumulated temperature for different maturating-type varieties of rice varieties in Heilongjiang Province

品種熟型Maturating-type≥10℃積溫/℃·d≥10℃Accumulatedtemperature極早熟Especial-early-matura-ting<2200早熟Early-maturating2200—2400中熟Midseason-maturating2400—2700中晚熟Middle-late-matura-ting2700—2800晚熟Late-maturating>2800

本研究采用5日滑動(dòng)平均法[25]判定≥10 ℃溫度的起止日期，即從一年中最長(zhǎng)的一段≥10 ℃的5日滑動(dòng)平均溫度序列中，選取第1個(gè)≥10 ℃的5日滑動(dòng)平均組中的第1個(gè)≥10 ℃的日期作為起始日期，選取最后一個(gè)≥10 ℃的5日滑動(dòng)平均組中的最后一個(gè)≥10 ℃的日期作為終止日期?！?0 ℃積溫為起止日期時(shí)段內(nèi)≥10 ℃的日平均氣溫的總和。采用經(jīng)驗(yàn)頻率法[23]計(jì)算得到的80%保證率下積溫判定播種品種熟型。

1.5時(shí)段劃分、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果表達(dá)

本文研究時(shí)段為1971—2012年，并通過(guò)逐年代比較的方式分析障礙型冷害和種植格局的變化特征，文中劃為4個(gè)時(shí)段：1970s、1980s、1990s及2000s。

本文通過(guò)ArcGIS軟件10.0版本的畫圖功能，采用反距離權(quán)重法插值，并按掩膜提取，實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果的空間表達(dá)。

2結(jié)果分析

2.1水稻孕穗期障礙型冷害時(shí)空分布特征

根據(jù)A. D. Hopkins物候定律對(duì)黑龍江省水稻孕穗期的推算結(jié)果，結(jié)合水稻孕穗期障礙型冷害指標(biāo)，逐年判定黑龍江省70個(gè)臺(tái)站水稻孕穗期障礙型冷害的發(fā)生情況；利用ArcGIS軟件10.0版本分別繪制1970s、1980s、1990s及2000s 4個(gè)時(shí)段孕穗期障礙型冷害分布圖。

圖1為黑龍江省水稻孕穗期障礙型冷害各年代發(fā)生頻率?？梢钥闯觯邶埥∷驹兴肫谡系K型冷害發(fā)生頻率多為1%—10%，個(gè)別地區(qū)達(dá)10%以上；其中1970s水稻孕穗期障礙型冷害主要發(fā)生在黑龍江省北部及東南部地區(qū)；1980s水稻孕穗期障礙型冷害主要發(fā)生在北部地區(qū)，與1970s相比，發(fā)生區(qū)域有向西向北移動(dòng)的趨勢(shì)；1990s水稻孕穗期障礙型冷害主要發(fā)生在西北部地區(qū)，2000s全省水稻普遍發(fā)生孕穗期障礙型冷害。結(jié)合表3可見(jiàn)，1970s和1980s水稻孕穗期障礙型冷害的發(fā)生范圍雖然從圖中直觀略有變化，但經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)顯著差異，1990s水稻孕穗期障礙型冷害發(fā)生頻率顯著減小，2000s較1990s水稻孕穗期障礙型冷害發(fā)生頻率極顯著增大。

為進(jìn)一步確定冷害大面積發(fā)生的年份，下文對(duì)黑龍江省水稻孕穗期障礙型冷害發(fā)生縣(市)個(gè)數(shù)進(jìn)行了逐年統(tǒng)計(jì)。

從圖2可以看出，在1971—2012年，2006年水稻孕穗期障礙型冷害發(fā)生范圍最廣，共有34個(gè)縣(市)發(fā)生，約占研究區(qū)域的50%；5—20個(gè)縣(市)發(fā)生孕穗期障礙型冷害的年份有1971、1986、1990、1991、2001和2009年；有3—4個(gè)縣(市)發(fā)生孕穗期障礙型冷害的年份有1972、1981、1982、1983、1992、2003和2012年；1978、1984、1985、1989和1996年發(fā)生孕穗期障礙型冷害的縣(市)為1—2個(gè)；其余年份未發(fā)生孕穗期障礙型冷害。

圖1　黑龍江省水稻孕穗期障礙型冷害發(fā)生頻率Fig.1　Frequency of sterile-type cooling injury at booting stage of rice during each decade (1970s, 1980s, 1990s, and 2000s) in Heilongjiang Province

圖2　黑龍江省水稻孕穗期障礙型冷害發(fā)生范圍年際變化Fig.2　Annual series of the numbers of counties with sterile-type cooling injury at booting stage of rice in Heilongjiang Province

2.2水稻抽穗期障礙型冷害時(shí)空分布特征

基于對(duì)水稻抽穗期的推算結(jié)果和抽穗期障礙型冷害指標(biāo)，逐年判定黑龍江省70個(gè)臺(tái)站水稻抽穗期障礙型冷害的發(fā)生情況，并對(duì)其時(shí)空分布特征進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖3為黑龍江省水稻抽穗期障礙型冷害各年代發(fā)生頻率。從圖中可見(jiàn)，黑龍江省大部水稻種植區(qū)均不同頻率發(fā)生抽穗期障礙型冷害。1970s除西南部部分縣(市)外，其他大部地區(qū)均發(fā)生抽穗期障礙型冷害，發(fā)生頻率多在10%以上，東北部地區(qū)發(fā)生頻率高于30%，個(gè)別縣(市)發(fā)生頻率高于50%；1980s水稻抽穗期障礙型冷害分布更為廣泛，全省約90%縣(市)水稻發(fā)生抽穗期障礙型冷害，西北部地區(qū)及小興安嶺東側(cè)地區(qū)發(fā)生頻率達(dá)20%以上，其他大部地區(qū)發(fā)生頻率低于20%；1990s南部部分地區(qū)水稻未發(fā)生抽穗期障礙型冷害，其余約80%地區(qū)均有發(fā)生，且大部地區(qū)發(fā)生頻率高于10%；2000s抽穗期障礙型冷害發(fā)生范圍較1990s有所縮小，西北部地區(qū)發(fā)生頻率高于20%，其他地區(qū)發(fā)生頻率低于20%。結(jié)合表3可見(jiàn)，1970s至1980s水稻抽穗期障礙型冷害發(fā)生頻率無(wú)顯著變化，至1990s水稻抽穗期障礙型冷害發(fā)生頻率極顯著減小，2000s與1990s水稻抽穗期障礙型冷害發(fā)生頻率無(wú)顯著差異。

圖3　黑龍江省各年代抽穗期障礙型冷害發(fā)生頻率Fig.3　Frequency of sterile-type cooling injury at heading stage of rice during each decade (1970s, 1980s, 1990s, and 2000s) in Heilongjiang Province

圖4　黑龍江省水稻抽穗期障礙型冷害發(fā)生范圍年際變化Fig.4　Annual series of the numbers of counties with sterile-type cooling injury at heading stage of rice in Heilongjiang province

圖4為黑龍江省水稻抽穗期障礙型冷害發(fā)生縣(市)個(gè)數(shù)逐年變化情況。可以看出，2008年和2011年黑龍江全省水稻未發(fā)生抽穗期障礙型冷害；1973、1980、1988、1994、1995、1998、1999、2005和2010年發(fā)生抽穗期障礙型冷害的縣(市)為5個(gè)以下；6—10個(gè)縣(市)發(fā)生抽穗期障礙型冷害的年份有1974、1975、1978、1979、1984、1996和2004年；11—20個(gè)縣(市)發(fā)生抽穗期障礙型冷害的年份有1976、1983、1987、1989、1991、1993、2000、2003、2006、2007和2009年；1971、1972、1977、1981、1990、1992和2012年黑龍江省發(fā)生抽穗期障礙型冷害的縣(市)多于20個(gè)。

2.3水稻孕穗期與抽穗期障礙型冷害比較

圖5為黑龍江省1971—2012年水稻孕穗期和抽穗期障礙型冷害發(fā)生頻率。從圖中可見(jiàn)，1971—2012年

表3　顯著性檢驗(yàn)

黑龍江省85%以上地區(qū)水稻發(fā)生孕穗期障礙型冷害，近100%地區(qū)水稻發(fā)生抽穗期障礙型冷害。孕穗期障礙型冷害發(fā)生頻率多低于10%，而抽穗期障礙型冷害發(fā)生頻率呈現(xiàn)自西南向東北逐漸升高的趨勢(shì)，北部地區(qū)發(fā)生頻率達(dá)20%以上。經(jīng)檢驗(yàn)(表3)，黑龍江省水稻障礙型冷害發(fā)生頻率抽穗期高于孕穗期，且達(dá)極顯著水平。

同時(shí)，本研究的黑龍江省70個(gè)縣(市)中，抽穗期發(fā)生障礙型冷害的縣(市)數(shù)量多于孕穗期發(fā)生障礙型冷害縣(市)數(shù)量，同樣達(dá)極顯著水平(表3)?？梢?jiàn)，抽穗期障礙型冷害的發(fā)生程度明顯大于孕穗期障礙型冷害。

2.4氣候變化背景下水稻種植格局變化

隨著氣候變暖，作物生長(zhǎng)季≥10 ℃積溫增加，作物生育期延長(zhǎng)，水稻種植格局發(fā)生相應(yīng)變化。依據(jù)不同熟型水稻品種所需積溫指標(biāo)，以80%保證率下的積溫條件對(duì)黑龍江省水稻的種植格局做出判定。

圖5　1971—2012年黑龍江省水稻障礙型冷害發(fā)生頻率Fig.5　Frequency of sterile-type cooling injury of rice from l971 to 2012 in Heilongjiang Province

圖6為黑龍江省不同熟型水稻品種種植格局的年代際變化。從圖中可以看出，1970s黑龍江省6個(gè)縣(市)適宜種植極早熟水稻品種，早熟和中熟水稻品種的種植北界分別為遜克縣(N49°34′，E128°25′)和甘南縣(N47°56′，E123°3′)，適宜種植范圍分別為25和38個(gè)縣(市)，僅泰來(lái)縣(N46 24′，E123°25′)可種植中晚熟水稻品種。1980s早熟水稻品種可種植北界變化不明顯，中熟水稻品種可種植北界北移至訥河市(N48°29′，E124°51′)，中晚熟水稻品種最北可種植于杜爾伯特蒙古族自治縣(N46°52′，E124°26′)，極早熟和早熟水稻品種適宜種植范圍分別縮小為3和18個(gè)縣(市)，中熟和中晚熟品種適宜種植區(qū)域分別增至44和5個(gè)縣(市)。至1990s，早熟品種可種植北界略有南退，中熟水稻品種可種植北界東擴(kuò)至撫遠(yuǎn)縣(N48°22′，E134°17′)，早熟和中熟水稻品種適宜種植區(qū)域分別縮小至11和42個(gè)縣(市)，極早熟和中晚熟品種種植范圍分別擴(kuò)大至6和8個(gè)縣(市)，西南部3個(gè)縣(市)可種植晚熟水稻品種。2000s以來(lái)水稻種植格局發(fā)生巨大變化，早熟品種種植北界北移至黑河市(N50°15′，E127°27′)，中熟品種種植北界北移至五大連池市(N48°3′，E126°11′)，西部地區(qū)北移明顯，中晚熟品種種植界限北移至甘南縣(N47°56′，E123°3′)，東擴(kuò)至綏濱縣(N47°17′，E131°51′)，晚熟品種種植界限明顯北移東擴(kuò)，最北可達(dá)富?？h(N47°48′，E124°29′)，最東可達(dá)寶清(N46°19′，E132°11′)，極早熟、早熟和中熟品種適宜種植區(qū)域分別縮小了5、21和11個(gè)縣(市)，中晚熟和晚熟品種適宜種植范圍分別擴(kuò)大了14和23個(gè)縣(市)，其中晚熟品種可種植范圍變化最為顯著。

圖6　黑龍江省不同熟型水稻品種種植格局年代際變化Fig.6　The planting distributions for each maturating-type variety of rice during each decade in Heilongjiang Province

2.5水稻種植格局與障礙型冷害關(guān)系

黑龍江省水稻的種植北界和產(chǎn)量均顯著地受溫度條件限制，氣候顯著變暖為水稻種植提供了條件[7]，使生育期更長(zhǎng)、產(chǎn)量更高的水稻品種適宜種植北界不斷北移東擴(kuò)，相對(duì)于1970s，1980s由于氣候變暖帶來(lái)的水稻單產(chǎn)增加量為3.9%—4.9%；相對(duì)于1980s，1990s氣候變暖使水稻單產(chǎn)增產(chǎn)9.9%—12.3%[20]。氣候變暖在使水稻單產(chǎn)增加的同時(shí)，障礙型冷害的發(fā)生頻率也相應(yīng)變化。

表4黑龍江省不同熟型水稻障礙型冷害發(fā)生頻率/%

Table 4Frequency of sterile-type cooling injury for each maturating-type of rice during each decade in Heilongjiang Province

品種熟型Maturating-type1970s1980s1990s2000s極早熟Especial-early-matura-ting45473342早熟Early-maturating28292331中熟Middle-maturating17211424中晚熟Middle-late-matura-ting06117晚熟Late-maturating--313

由2.4結(jié)果可知，1970s—2000s不同熟型水稻的適宜種植范圍不斷變化，各年代不同熟型水稻品種適宜種植區(qū)內(nèi)障礙型冷害平均發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，黑龍江省水稻極早熟、早熟、中熟和中晚熟品種自1970s起，生育期內(nèi)障礙型冷害的發(fā)生頻率呈現(xiàn)出增大-減小-增大的變化趨勢(shì)，晚熟品種自1990s至2000s障礙型冷害的發(fā)生頻率增大?？梢?jiàn)，在水稻種植格局調(diào)整和氣候變化的雙重作用下，黑龍江省水稻遭受障礙型冷害的幾率呈波動(dòng)趨勢(shì)，且波動(dòng)趨勢(shì)較一致，1990s水稻障礙型冷害的發(fā)生頻率最低，2000s年障礙型冷害發(fā)生頻率最高。

2001年以來(lái)，雖然氣候變暖顯著，各熟型品種水稻適宜種植北界明顯北移東擴(kuò)，但各熟型品種適宜種植區(qū)域內(nèi)遭受障礙型冷害的頻率亦達(dá)到了近4個(gè)時(shí)代的最高峰。可見(jiàn)，在氣候變暖的大背景下，在通過(guò)種植格局調(diào)整獲得水稻高產(chǎn)的同時(shí)，還面臨著遭受障礙型冷害的高風(fēng)險(xiǎn)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中要慎重調(diào)整水稻種植格局，適當(dāng)配比不同熟型品種進(jìn)行播種，降低水稻遭受障礙型冷害的風(fēng)險(xiǎn)，在獲得高產(chǎn)的同時(shí)還應(yīng)達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)。

3結(jié)論與討論

本文以黑龍江省水稻為研究對(duì)象，基于《QX/T101—2009水稻、玉米冷害等級(jí)》[22]制定的北方水稻障礙型冷害指標(biāo)，利用A. D. Hopkins物候定律，通過(guò)Excel、ArcGIS等技術(shù)，明確了氣候變化背景下黑龍江省水稻障礙型冷害的變化特征。結(jié)果表明：

(1)在研究時(shí)段內(nèi)，黑龍江省水稻孕穗期障礙型冷害在1990s發(fā)生頻率最低，2000s發(fā)生頻率最高，1970s和1980s居中。水稻抽穗期障礙型冷害1970s和1980s發(fā)生頻率高，1990s和2000s發(fā)生頻率低。方修琦等人在2005年研究表明，黑龍江省水稻孕穗期、花期障礙型冷害發(fā)生頻率1970s和1980s均高于1990s[17]，與本研究結(jié)論較一致。

(2)黑龍江省水稻孕穗期障礙型冷害發(fā)生范圍較廣的年份有1971、1986、1990、1991、2001、2006和2009年，此結(jié)論與姜麗霞等人[20]的研究結(jié)論基本一致；抽穗期障礙型冷害發(fā)生范圍較廣的年份有1971、1972、1977、1981、1990、1992和2012年。

(3)在研究時(shí)段內(nèi)，抽穗期障礙型冷害較孕穗期障礙型冷害更為嚴(yán)重發(fā)生。

(4)氣候變暖為黑龍江省種植長(zhǎng)生育期水稻品種提供了有利條件，各熟型品種適宜種植北界在不斷變化中逐漸北移東擴(kuò)。極早熟、早熟和中熟品種適宜種植范圍在波動(dòng)中縮小，分別從1970s的6、25和38個(gè)縣(市)縮小至2000s的1、4和27個(gè)縣(市)，中晚熟和晚熟品種可種植范圍快速擴(kuò)大，分別從1970s的1和0個(gè)縣(市)增至15和23個(gè)縣(市)。這一研究結(jié)論與趙俊芳等人對(duì)東北玉米的研究結(jié)果比較相似[26]。

(5)隨著種植格局的不斷變化，各熟型水稻品種適宜種植區(qū)內(nèi)障礙型冷害發(fā)生頻率變化規(guī)律較一致，1990s發(fā)生頻率最低，2000s發(fā)生頻率最高。雖然氣候變暖，但是隨著種植格局改變水稻生產(chǎn)遭受障礙型冷害的風(fēng)險(xiǎn)并未減小，因此水稻種植格局必須與氣候變化相適應(yīng)，減少障礙型冷害對(duì)水稻產(chǎn)量造成的影響。

所得結(jié)論可為水稻生產(chǎn)規(guī)避障礙型冷害提供科學(xué)指導(dǎo)，對(duì)黑龍江省水稻播種品種選擇具有重要指導(dǎo)意義。但是，水稻在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，除時(shí)常遭受障礙型冷害外，延遲型冷害或混合型冷害同樣嚴(yán)重影響水稻產(chǎn)量。目前對(duì)延遲型冷害及混合型冷害的研究相對(duì)薄弱，因此在今后研究中，需綜合考慮障礙型冷害與延遲型冷害對(duì)水稻生產(chǎn)的影響，提出更加合理的水稻生產(chǎn)格局，進(jìn)一步提高對(duì)水稻生產(chǎn)指導(dǎo)的科學(xué)性和實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]黑龍江省統(tǒng)計(jì)局, 國(guó)家統(tǒng)計(jì)局黑龍江調(diào)查總隊(duì). 黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒-2013. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2013.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒—2010. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2010.

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒—2011. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2011.

[4]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒—2012. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2012.

[5]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒—2013. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2013.

[6]IPCC. Summary for policymakers // Climate Change 2007:the Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge:Cambridge University Press, 2007:195- 199.

[7]襲祝香, 馬樹(shù)慶, 王琪. 東北區(qū)低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及區(qū)劃. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2003, 12(2):98- 102.

[8]趙俊芳, 延曉冬, 賈根鎖. 東北森林凈第一性生產(chǎn)力與碳收支對(duì)氣候變化的響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2008, 28(1):92- 102.

[9]高永剛, 溫秀卿, 顧紅, 姬菊芝. 黑龍江省氣候變化趨勢(shì)對(duì)自然植被第一性凈生產(chǎn)力的影響. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2007, 35(6):171- 178.

[10]方修琦, 盛靜芬. 從黑龍江省水稻種植面積的時(shí)空變化看人類對(duì)氣候變化影響的適應(yīng). 自然資源學(xué)報(bào), 2000, 15(3):213- 217.

[11]劉桃菊, 殷新佑, 戚昌瀚, 唐建軍, 陳美球. 氣候變化與水稻生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成關(guān)系的模擬研究. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 16(3):486- 490.

[12]羅群英, 林而達(dá). 區(qū)域氣候變化情景下氣候變率對(duì)我國(guó)水稻產(chǎn)量影響的模擬研究. 生態(tài)學(xué)報(bào), 1999, 19(4):557- 559.

[13]張宇, 王馥棠. 氣候變暖對(duì)我國(guó)水稻生產(chǎn)可能影響的數(shù)值模擬試驗(yàn)研究. 應(yīng)用氣象學(xué)報(bào), 1995, 6(增刊):19- 25.

[14]劉曉菲, 張朝, 帥嘉冰, 王品, 史文嬌, 陳一, 陶福祿. 黑龍江省冷害對(duì)水稻產(chǎn)量的影響. 地理學(xué)報(bào), 2012, 67(9):1223- 1232.

[15]方修琦, 王媛, 徐錟, 云雅如. 近20年氣候變暖對(duì)黑龍江省水稻增產(chǎn)的貢獻(xiàn). 地理學(xué)報(bào), 2004, 59(6):820- 828.

[16]鄧振鏞, 王強(qiáng), 張強(qiáng), 傾繼祖, 楊啟國(guó), 袁志鵬, 劉文婧, 徐金芳. 中國(guó)北方氣候暖干化對(duì)糧食作物的影響及應(yīng)對(duì)措施. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(22):6278- 6288.

[17]方修琦, 王媛, 朱曉禧. 氣候變暖的適應(yīng)行為與黑龍江省夏季低溫冷害的變化. 地理研究, 2005, 24(5):664- 672.

[18]郭曉麗, 王立剛, 邱建軍, 李金華, 祝必琴, 肖金香, 高懋芳. 基于GIS的東北地區(qū)水稻低溫冷害區(qū)劃研究. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 31(3):494- 498.

[19]矯江, 許顯濱, 孟英. 黑龍江省水稻低溫冷害及對(duì)策研究. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2004, 25(2):26- 28.

[20]姜麗霞, 李帥, 閆平, 紀(jì)仰慧, 朱海霞, 王萍, 郭建平. 黑龍江水稻孕穗期障礙型冷害及其對(duì)產(chǎn)量的影響. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象, 2009, 30(3):463- 468.

[21]王紹武, 馬樹(shù)慶, 陳莉, 王琪, 黃建斌. 低溫冷害. 北京:氣象出版社, 2009.

[22]Hopkins A D. Periodic events and natural laws as guides to agricultural research and practice. U. S. Dept. Agr. Monthly Weather Rev, 1918, 9(Suppl):10- 12.

[23]霍治國(guó), 馬樹(shù)慶, 柏秦鳳, 賀楠. QX/T 101—2009 水稻、玉米冷害等級(jí). 北京:氣象出版社, 2009.

[24]南瑞, 高永剛, 閆平, 韓俊杰. 黑龍江省水稻主栽品種熱量指標(biāo)鑒定及應(yīng)用. 黑龍江氣象, 2005, (4):18- 20.

[25]曲曼麗. 農(nóng)業(yè)氣候?qū)嵙?xí)指導(dǎo):農(nóng)業(yè)氣候分析方法30例. 北京:北京農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社, 1991.

[26]趙俊芳, 楊曉光, 劉志娟. 氣候變暖對(duì)東北三省春玉米嚴(yán)重低溫冷害及種植布局的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(12):6544- 6551.

Influence of climate change on sterile-type cooling injury in rice in Heilongjiang Province, China

QU Huihui1, JIANG Lixia1,*, WANG Dongdong2

1HeilongjiangProvinceInstituteofMeteorologicalSciences,Harbin150030,China2LogisticServiceCenter,HeilongjiangProvincialMeteorologyBureau,Harbin150030,China

Abstract:Climate change and its effects are the major concerns among researchers in a variety of fields. A large quantity of rice is produced in Heilongjiang Province, China; however, the yield and quality can be adversely affected by low temperatures. Heilongjiang Province shows obvious signs of climate warming. Therefore, in the context of climate change, understanding the causes cold damage of rice at booting and heading stages leading to sterility could provide scientific basis for reliable rice production in Heilongjiang Province. We analyzed the influences of climate change cold-damage induced sterility in rice in Heilongjiang Province. Using meteorological data from 70 weather stations during the period between 1971 and 2012 and rice phenology data from 10 of these stations between 1980 and 2011, rice phenological parameters for the other 60 stations were estimated. This was done by applying the phenology law proposed by A. D. Hopkins combined with indices of cold-damage induced sterility in rice (following meteorological standard QX/T101-2009:degrees of cooling injury of rice and maize, Chinese Meteorological Administration, 2009). (1) The frequency of cold-damage induced sterility at booting stage of rice was highest in the 2000s, followed by the 1970s and 1980s, and was the lowest in the 1990s. The widest distribution of cold-damage induced sterility at booting stage (approximately 5—20 counties) happened in 1971, 1986, 1990, 1991, 2001, 2006, and 2009. The frequency of cold-damage induced sterility at heading stage was higher during the 1970s and 1980s, and lower during from the 1990s to 2000s. The widest distribution of cold-damage induced sterility at heading stage (more than 20 counties) occurred in 1971, 1972, 1977, 1981, 1990, 1992, and 2012. (2) Both the frequency and geographical extent of cold-damage induced sterility at booting stage were higher than that at heading stage. (3) Rice planting patterns, which are determined based on accumulated temperature, changed with changes in climate. The potential area of cultivation of each variety extended northward and eastward gradually. The potential areas of cultivation for very-early-maturating, early-maturating and middle-maturating varieties were reduced to 5, 21, and 11 counties, respectively. However, the potential areas of cultivation of middle-late-maturating and late-maturating varieties expanded to 14 and 23 counties, respectively. Therefore, the change in potential cultivation area for late-maturating varieties was the most significant. (4) With the changes in planting distributions of rice, the frequency of cold-damage induced sterility in rice was variable, with the lowest occurrence in the 1990s and the highest occurrence in the 2000s.

Key Words:climate change; Heilongjiang Province; rice; sterile-type cooling injury

DOI:10.5846/stxb201405221059

*通訊作者

Corresponding author.E-mail:hljjlx@163.com

收稿日期:2014- 05- 22; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 06- 12

基金項(xiàng)目:公益性行業(yè)(氣象)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(GYHY201306036)

曲輝輝, 姜麗霞, 王冬冬.氣候變化對(duì)黑龍江省水稻障礙型冷害的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(3):769- 777.

Qu H H, Jiang L X, Wang D D.Influence of climate change on sterile-type cooling injury in rice in Heilongjiang Province, China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(3):769- 777.