高寒區(qū)溫度三因子的時(shí)間變化及其與水稻產(chǎn)量的關(guān)系研究*

姜麗霞，宮麗娟，劉澤恩，于瑛楠，王 銘，趙慧穎

(1.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150030；2.哈爾濱市通河縣氣象局，黑龍江 哈爾濱 150030)

高寒區(qū)溫度三因子的時(shí)間變化及其與水稻產(chǎn)量的關(guān)系研究*

姜麗霞1，宮麗娟1，劉澤恩2，于瑛楠1，王 銘1，趙慧穎1

(1.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150030；2.哈爾濱市通河縣氣象局，黑龍江 哈爾濱 150030)

利用高寒區(qū)——黑龍江省44個(gè)氣象觀測(cè)站1980-2014年氣象資料和水稻單產(chǎn)資料，以旬為時(shí)間單元將生長(zhǎng)季(5-9月)劃分為15個(gè)研究時(shí)段，引入日平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫3個(gè)溫度因子，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，研究溫度三因子的時(shí)間變化趨勢(shì)和突變特征，并構(gòu)建溫度因子與水稻產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果表明：①1980-2014年間，研究區(qū)作物生長(zhǎng)季內(nèi)各研究時(shí)段溫度三因子隨時(shí)間總體以升高為主，其中最低氣溫升溫顯著。5-6月是溫度升高較快時(shí)期，升溫形勢(shì)表征為最低氣溫與最高氣溫升溫顯著不對(duì)稱(chēng)。②1980-2014年間，5月中旬至下旬、6月下旬至7月中旬、9月中旬至9月下旬有氣溫因子發(fā)生突變，突變主要發(fā)生在1980年代末至21世紀(jì)初，突變后升溫劇烈，升幅為1.2～2.2℃。③研究期間，研究區(qū)水稻生長(zhǎng)季內(nèi)大部研究時(shí)段的溫度因子與水稻單產(chǎn)相關(guān)顯著(P<0.01，P<0.05)，5-7月是溫度三因子與水稻單產(chǎn)相關(guān)最顯著的時(shí)間段，其中最低氣溫與水稻單產(chǎn)相關(guān)最顯著。④1980-2014年間，在不同研究時(shí)段內(nèi)，溫度單因子均與水稻單產(chǎn)呈正相關(guān)，表明在一定溫度范圍內(nèi)，溫度對(duì)產(chǎn)量的影響為正效應(yīng)。溫度各因子每升高1℃，水稻單產(chǎn)升高幅度為307～722 kg/hm2。

高寒區(qū)；溫度三因子；時(shí)間變化；水稻產(chǎn)量

黑龍江省是中國(guó)最重要的糧食生產(chǎn)基地之一，其在國(guó)家糧食安全中占有重要地位。水稻是黑龍江省主要的糧食作物，但水稻是喜溫作物，對(duì)熱量條件要求較高，而黑龍江省所處緯度較高，熱量資源有限，易出現(xiàn)低溫天氣，在無(wú)形中造成熱量條件與作物需求之間的矛盾，使水稻生產(chǎn)受到影響和威脅，因此深入研究黑龍江省作物生長(zhǎng)季溫度時(shí)間變化及其與水稻產(chǎn)量的關(guān)系，甄別影響產(chǎn)量的主要溫度因子及影響時(shí)期，對(duì)水稻安全生產(chǎn)具有寶貴的參考價(jià)值，在推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、保障國(guó)家糧食安全中具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在全球氣候變化背景下，氣候變暖及其對(duì)農(nóng)業(yè)環(huán)境影響受到世界各國(guó)科學(xué)家的高度關(guān)注[1-7]，氣候——農(nóng)業(yè)——作物間關(guān)系得到了廣泛而深入的研究，并取得顯著進(jìn)展[8-10]。研究表明，氣候變化中溫度因子對(duì)作物產(chǎn)量表現(xiàn)出深刻影響[11]，氣候變化影響的農(nóng)業(yè)溫度也即成為焦點(diǎn)問(wèn)題[12]，圍繞這一問(wèn)題，許多專(zhuān)家學(xué)者從不同層面、不同角度、不同需求、不同方向上開(kāi)展了卓有成效的研究，在災(zāi)害、作物發(fā)育期、作物產(chǎn)量等方面比較集中，通過(guò)試驗(yàn)、田間觀測(cè)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、模型等多種方法探討各種氣象條件對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，Tauseef等[13]基于2012-2013年田間試驗(yàn)，采用熱量累積(GDD)、光熱轉(zhuǎn)換系數(shù)(HTU)、熱量利用率等與溫度有關(guān)的農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)，分析發(fā)現(xiàn)水稻品種SR-2在克什米爾山谷種植能夠獲取最高產(chǎn)量，上述農(nóng)業(yè)氣象指標(biāo)在印度還被用于水稻生理成熟期的預(yù)測(cè)[14]；Jansen等[15]在1990年代初即關(guān)注了溫度變化對(duì)水稻產(chǎn)量造成的影響，研究指出若溫度升高幅度超過(guò)0.8℃/10年，水稻產(chǎn)量將下降；郭建平等[16]經(jīng)過(guò)多年的深入研究建立了水稻低溫指標(biāo)體系；姜麗霞等[17]通過(guò)低溫控制試驗(yàn)，獲得了寒地水稻敏感性品種和耐冷性品種的障礙型冷害臨界溫度指標(biāo)分別為17℃、16℃；宋迎波等[18]闡述總結(jié)了不同作物生長(zhǎng)發(fā)育氣象指標(biāo)；李秀芬等[19]研究表明，推遲播期造成水稻產(chǎn)量降低，其真正原因在于灌漿期溫度低導(dǎo)致生境潛熱不足而使籽粒充實(shí)度下降；張?chǎng)蔚萚20]采用夜間增溫試驗(yàn)，觀測(cè)發(fā)現(xiàn)增溫使水稻單位面積總穎花數(shù)下降了12.6%，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。一直以來(lái)，作物積溫在生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象領(lǐng)域中占有重要地位，其能夠準(zhǔn)確表征作物不同發(fā)育時(shí)期熱量需求與供給的關(guān)系[21]，在氣候與農(nóng)業(yè)關(guān)系的研究中被廣泛采用，并被采納制定中華人民共中國(guó)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前已頒布實(shí)施[22-23]。

縱觀生態(tài)與農(nóng)業(yè)氣象領(lǐng)域的大量研究，其中關(guān)于寒地水稻與溫度關(guān)系的討論，由于研究目標(biāo)和角度不同，研究結(jié)果不盡相同。迄今為止，深入探討溫度三因子對(duì)寒地水稻生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響的研究報(bào)道仍較少見(jiàn)。值得一提的是，前期的大量研究所采用的溫度數(shù)據(jù)多為日均值，往往忽略了日最低氣溫和日最高氣溫。事實(shí)上，逐日最低氣溫、最高氣溫均為實(shí)際觀測(cè)值，在高緯度寒地水稻生長(zhǎng)期，最低氣溫、最高氣溫變化幅度大，其與水稻產(chǎn)量形成的關(guān)系較為密切。基于此，利用1980-2014年氣象數(shù)據(jù)，針對(duì)中國(guó)最北部的黑龍江地區(qū)，研究分析水稻生長(zhǎng)期溫度條件與產(chǎn)量的關(guān)系，深層次甄別影響寒地水稻產(chǎn)量的主要溫度因子及發(fā)育時(shí)期，進(jìn)而為揭示水稻生長(zhǎng)的溫度影響機(jī)制提供技術(shù)支撐，以期為水稻生產(chǎn)趨利避害以及種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供氣象參考，保證國(guó)家糧食安全。

1 材料與方法

1.1 研究站點(diǎn)及資料來(lái)源

黑龍江省稻作區(qū)主要分布在50°N以南地區(qū)，為了最接近黑龍江省水稻生產(chǎn)實(shí)際情況，本文在主要稻作區(qū)選取了北安、海倫、慶安、鐵力、泰來(lái)、肇源、巴彥、五常、寧安、勃利、蘿北、寶清、富錦、湯原、虎林等44個(gè)氣象站作為研究站點(diǎn)，除大興安嶺地區(qū)外，其余12個(gè)行政區(qū)均有站點(diǎn)被選入，其中包含慶安、尚志、寶清、肇源、寧安、五常、方正、湯原、虎林等9個(gè)水稻觀測(cè)站(表1)。上述站點(diǎn)均勻分布在稻作區(qū)，水稻種植面積位列黑龍江省前44位，基本在1.2萬(wàn)hm2以上，具有較強(qiáng)代表性，能夠很好反映出稻作區(qū)的氣候特征和生產(chǎn)特點(diǎn)。

氣象資料包括44個(gè)氣象站1980-2014年5-9月逐日平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫、降水、日照時(shí)數(shù)， 9個(gè)水稻觀測(cè)站有記錄以來(lái)至2014年的水稻農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，均來(lái)自黑龍江省氣象局檔案館。1980-2014年水稻單產(chǎn)資料，來(lái)自黑龍江省統(tǒng)計(jì)局。水稻發(fā)育期等觀測(cè)資料按照中國(guó)氣象局《農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)規(guī)范》的要求進(jìn)行。

表1 研究區(qū)站點(diǎn)概況

1.2 研究方法

采用線性氣候傾向率分析各溫度因子的變化趨勢(shì)，即：

(1)

式中：a1×10為氣候傾向率，表示氣候要素的變化率，其符號(hào)正負(fù)表示升降。系數(shù)a0、a1通過(guò)最小二乘法來(lái)確定。

采用Mann-Kendall檢測(cè)法[24]研究各因子的突變特征。利用回歸方法分析氣象因子與水稻產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系。利用氣候統(tǒng)計(jì)方法對(duì)所有研究站點(diǎn)1980-2014年逐年逐日氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)處理，統(tǒng)計(jì)得到研究時(shí)期內(nèi)各時(shí)間單元的氣象要素值，并根據(jù)研究需求進(jìn)行平均處理。采用SPSS statistics 17.0處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度的時(shí)間變化

1980-2014年間，研究區(qū)水稻生長(zhǎng)季各研究時(shí)段氣溫三因子變化趨勢(shì)總體以升高為主，以5月上旬最低氣溫、7月下旬平均氣溫、5月上旬最高氣溫、8月上旬平均氣溫為例繪圖，由圖1可見(jiàn)，平均氣溫、最低氣溫、最高氣溫隨時(shí)間呈波動(dòng)式變化，其中以最低氣溫振蕩最劇烈。具體由表2可見(jiàn)，平均氣溫7月下旬表征為極微弱的下降趨勢(shì)(圖1b，P>0.05)，其余時(shí)段均為上升趨勢(shì)，但8月上旬升高幅度極小(圖1d，P>0.05)，接近于零，其它時(shí)段升高速率在0.1～0.8℃/10年，5月下旬、6月下旬、9月中旬、9月下旬通過(guò)0.05或0.01顯著性檢驗(yàn)；最低氣溫8月下旬呈下降趨勢(shì)(P>0.05)，其余時(shí)段均呈上升趨勢(shì)，升高速率在0.1～0.9℃/10年，通過(guò)0.05或0.01信度檢驗(yàn)的研究時(shí)段明顯增多，共計(jì)9個(gè)時(shí)段，其中5月中旬至7月上旬升溫極顯著，升溫速率在0.7～0.9℃/10年；最高氣溫7月下旬、8月上旬表現(xiàn)為下降趨勢(shì)(P>0.05)，其余時(shí)段的最高氣溫為升溫走勢(shì)，6月下旬、9月中旬、9月下旬3個(gè)時(shí)段通過(guò)0.05或0.01信度檢驗(yàn)。從不同時(shí)段的升溫速度來(lái)看，溫度三因子在5-6月、9月中至下旬升溫較快，其它時(shí)間相對(duì)較慢。進(jìn)一步比較三因子溫度升高速率可見(jiàn)，以8月上旬為分水嶺，其前期基本表征為最低氣溫升溫速度分別快于平均氣溫、最高氣溫，同時(shí)平均氣溫的升溫速度又快于最高氣溫，后期則恰好相反，表現(xiàn)為最高氣溫升溫速度最快?？傮w來(lái)說(shuō)，在研究區(qū)1980-2014年間，5-6月是溫度升高較快時(shí)期，升溫形勢(shì)表現(xiàn)為最低氣溫升溫顯著、最高氣溫升溫不明顯，即表征為最低氣溫與最高氣溫升溫顯著不對(duì)稱(chēng)，這與姜麗霞等[25]的研究結(jié)論一致。

圖1 研究區(qū)1980-2014年5月上旬最低氣溫、7月下旬平均氣溫、5月上旬最高氣溫、8月上旬平均氣溫變化趨勢(shì)

時(shí)段T的R2T傾向率a1/(℃/10年)Tmin的R2Tmin傾向率/(℃/10年)Tmax的R2Tmax傾向率a3/(℃/10年)a2-a1a2-a3a1-a35月上旬0047040185?060003010205035月中旬0081060252??090014030306035月下旬0126?060362??090038040305026月上旬0060050242??080014030305026月中旬0074060245??070030050102016月下旬0169?080243??080143?090-01-017月上旬0046030289??070004010406027月中旬0074040124?040042040007月下旬000054030004-010304018月上旬000007010001-010102018月中旬003502000701007604-01-03-028月下旬0005010006-01004303-02-04-029月上旬002402000301006704-01-03-029月中旬0121?060026030191??08-03-05-029月下旬0219??080142?060220??1-02-04-02 注：?和??分別為通過(guò)005和001顯著性檢驗(yàn)，“-”表示未通過(guò)005檢驗(yàn)

采用Mann-Kendall 檢驗(yàn)法對(duì)各研究時(shí)段氣溫三因子進(jìn)行突變檢驗(yàn)，分析發(fā)現(xiàn)5月上旬、6月上旬至中旬、7月下旬至9月上旬氣溫三因子均未出現(xiàn)突變，7月中旬、9月中旬三因子均發(fā)生突變，其余時(shí)段1～2個(gè)因子發(fā)生突變；5個(gè)研究時(shí)段的最低氣溫、平均氣溫發(fā)生突變，而最高氣溫有4個(gè)時(shí)段。突變時(shí)間主要集中于1988-1993年、1997年、2001-2004年，可見(jiàn)溫度突變主要發(fā)生在1980年代末至21世紀(jì)初。突變后與突變前的溫度變化顯示，突變后溫度升高幅度較大，在1.2～2.2℃之間，其中最高溫度升高達(dá)2.2℃(表3)。

表3 研究區(qū)1980-2014年各研究時(shí)段溫度因子的突變時(shí)間及突變前后溫度比較

2.2 水稻產(chǎn)量與溫度三因子的關(guān)系

2.2.1 不同溫度因子與水稻單產(chǎn)關(guān)系的差異

為甄別三個(gè)溫度因子對(duì)水稻產(chǎn)量的影響，采用逐步回歸方法分析三因子與水稻單產(chǎn)的關(guān)系，由表4、表5可見(jiàn)，1980-2014年，研究區(qū)水稻生長(zhǎng)季內(nèi)大部時(shí)段的氣溫因子與水稻單產(chǎn)具有極顯著或顯著的相關(guān)關(guān)系(P<0.01，P<0.05)，個(gè)別研究時(shí)段存在多溫度因子與水稻產(chǎn)量相關(guān)極顯著的現(xiàn)象。整體來(lái)看，在15個(gè)研究時(shí)段中，總計(jì)有8個(gè)時(shí)段的最低氣溫與水稻單產(chǎn)相關(guān)顯著，平均氣溫、最高氣溫分別為4個(gè)時(shí)段，這在一定程度上可以說(shuō)明在水稻產(chǎn)量形成中，最低氣溫在3個(gè)溫度因子中占主要地位。表4給出了單溫度因子與水稻單產(chǎn)的相關(guān)關(guān)系，由表可見(jiàn)，5月上旬至7月上旬各旬、7月下旬等研究時(shí)段均表征為最低氣溫與水稻單產(chǎn)相關(guān)顯著，其累積時(shí)間占生長(zhǎng)季全部時(shí)間的53%，可見(jiàn)最低氣溫在水稻產(chǎn)量形成中的重要作用。單溫度因子與水稻單產(chǎn)的相關(guān)關(guān)系均為正相關(guān)，表明在一定溫度范圍內(nèi)，水稻單產(chǎn)隨著溫度的升高而增加，溫度對(duì)水稻產(chǎn)量形成為正效應(yīng)作用。除了單因子與水稻產(chǎn)量顯著相關(guān)外，還表征出多溫度因子與水稻單產(chǎn)存在極顯著相關(guān)關(guān)系，均通過(guò)0.01的信度檢驗(yàn)(表5)，說(shuō)明在上述研究時(shí)段內(nèi)，多溫度因子協(xié)同作用對(duì)水稻產(chǎn)量影響更加顯著。

2.2.2 不同時(shí)段溫度因子與水稻單產(chǎn)關(guān)系的差異

由表4、表5可見(jiàn)，研究區(qū)不同研究時(shí)段的溫度因子與水稻單產(chǎn)相關(guān)關(guān)系不同，相關(guān)的顯著性也不相同。從研究時(shí)段看，8月所包含的3個(gè)研究時(shí)段的溫度因子與水稻單產(chǎn)不存在相關(guān)關(guān)系，而其余時(shí)段均有溫度因子與產(chǎn)量相關(guān)顯著。比較單因子相關(guān)顯著性，通過(guò)0.01顯著性檢驗(yàn)為6個(gè)時(shí)段，分別為5月中旬、5月下旬、6月中旬、6月下旬、7月上旬、7月中旬，其R2在0.22以上，值得關(guān)注的是，上述時(shí)段集中分布在水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)及生殖生長(zhǎng)初期；通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)為6個(gè)時(shí)段，分別為9月下旬、5月上旬、6月上旬、7月下旬、9月上旬、9月中旬，其R2在0.113以上，此6個(gè)時(shí)段則較為零散地分布在水稻整個(gè)生長(zhǎng)季(表4)。分析多溫度因子相關(guān)顯著性可見(jiàn)(表5)，在5月上旬、5月下旬、7月上旬等3個(gè)時(shí)段，出現(xiàn)多因子與產(chǎn)量相關(guān)顯著的現(xiàn)象，且均達(dá)到極顯著程度，R2在0.306以上，3個(gè)時(shí)段也均集中分布在水稻營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)及生殖生長(zhǎng)初期，其中5月上旬存在3種不同的相關(guān)關(guān)系，涉及3個(gè)溫度因子的相關(guān)關(guān)系的R2最高，為0.460?？傮w來(lái)看，5-7月是溫度因子與水稻單產(chǎn)相關(guān)最顯著的時(shí)間段。

表4 研究區(qū)溫度單因子與水稻產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系

表5 研究區(qū)氣象多因子與水稻產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系

3 討論

氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，一天中溫度呈波動(dòng)式變化，因此，本文在構(gòu)建溫度與水稻產(chǎn)量關(guān)系時(shí)，引入3個(gè)溫度因子——日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫，這在一定程度上使溫度對(duì)產(chǎn)量的影響研究更為全面、清晰，同時(shí)，考慮不同時(shí)期溫度條件對(duì)水稻產(chǎn)量的影響不同，本文對(duì)研究時(shí)段進(jìn)行細(xì)致劃分，采用旬尺度作為研究的時(shí)間單元，使研究結(jié)果更加接近實(shí)際情況。

在黑龍江省，水稻在5-7月先后進(jìn)入移栽期、分蘗期、孕穗抽穗期，大量研究表明該時(shí)期恰是形成產(chǎn)量三因素即穗數(shù)、每穗粒數(shù)(每穗穎花數(shù))、成粒率的關(guān)鍵時(shí)期，其中水稻分蘗期是決定穗數(shù)并為穗粒發(fā)育奠定基礎(chǔ)的重要時(shí)期，孕穗抽穗期是形成每穗穎花數(shù)、成粒率的重要時(shí)期。從本文研究結(jié)果來(lái)看，恰恰5-7月是溫度因子與水稻單產(chǎn)相關(guān)最顯著的時(shí)間段，這一方面說(shuō)明了該時(shí)段溫度因子與產(chǎn)量直接相關(guān)，另一方面也反映了該時(shí)期溫度因子對(duì)產(chǎn)量形成具有至關(guān)重要的作用，研究表明，分蘗期間氣溫適宜可促進(jìn)分蘗速度，提高分蘗成穗率[26]；移栽20 d 后增溫2℃可使每穴約增加1 個(gè)分蘗莖[27]；穗粒數(shù)與孕穗到抽穗期最低氣溫成正相關(guān)[28]，可見(jiàn)本文研究結(jié)果與上述研究結(jié)論相吻合。另外，本文通過(guò)細(xì)致分析發(fā)現(xiàn)，存在多溫度因子與產(chǎn)量相關(guān)顯著的現(xiàn)象，且最低氣溫與水稻產(chǎn)量相關(guān)最顯著，說(shuō)明5-7月溫度因子的優(yōu)劣及匹配與水稻產(chǎn)量的高低密切相關(guān)，且最低氣溫具有重要作用。

溫度單因子與水稻產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系顯示，在不同研究時(shí)段內(nèi)，溫度單因子均與水稻單產(chǎn)呈正相關(guān)，在一定溫度范圍內(nèi)，隨著各溫度因子的升高，水稻單產(chǎn)呈現(xiàn)不同程度的升高趨勢(shì)，其中最低氣溫每升高1℃，單產(chǎn)升高幅度在410～722 kg/hm2，平均氣溫每升高1℃，單產(chǎn)升高幅度在431～554 kg/hm2，最高氣溫每升高1℃，單產(chǎn)升高幅度在307～365 kg/hm2，可見(jiàn)，溫度對(duì)產(chǎn)量的影響為正效應(yīng)，且最低氣溫引起產(chǎn)量升高的幅度較大。研究表明[16]，1992年為低溫年之一，黑龍江省部分地區(qū)作物生長(zhǎng)季溫度條件差，五常市即是1992年初夏溫度不高的地區(qū)之一，該年五常市水稻單產(chǎn)為6700 kg/hm2，比1991年、1993年分別下降2%、7%，比較分析1991、1992、1993年5-7月溫度狀況，1992年該時(shí)段平均氣溫、最低氣溫均比1991、1993年偏低，且以最低氣溫偏低顯著，負(fù)距平達(dá)-0.8℃；最高氣溫與1991年持平，比1993年偏低0.1℃；1992年5-7月≥10℃活動(dòng)積溫比1991、1993年同期分別偏低49℃·d、60℃·d，可見(jiàn)1992年溫度條件差于相鄰2年，其產(chǎn)量也相應(yīng)偏低，這一定程度上印證了溫度對(duì)產(chǎn)量的正效應(yīng)作用。進(jìn)一步比較分析3年的最低氣溫可見(jiàn)，5-7月最低氣溫的變化形式相似，均呈波動(dòng)式變化，但1992年6月4-16日出現(xiàn)了一個(gè)明顯的低溫時(shí)段(圖2)，期間的平均最低氣溫比1991年、1993年分別偏低5.2℃、4.8℃，偏低之多可見(jiàn)一斑，其后在7月3-10日、7月19-21日也分別出現(xiàn)偏低時(shí)段。據(jù)記載，五常市1992年該時(shí)段未發(fā)生重大氣象災(zāi)害[29]，同時(shí)降水適中、日照正常，可見(jiàn)溫度條件是影響水稻產(chǎn)量的主要因素之一，分析其原因，主要是6月4-16日最低氣溫偏低，此時(shí)間水稻開(kāi)始分蘗，溫度低影響分蘗速度，會(huì)降低分蘗成穗率，而7月3-10日、7月19-21日水稻即將進(jìn)入孕穗期并孕穗，溫度低對(duì)孕穗不利，且易形成空癟粒。

圖2 五常市1991-1993年5-7月最低氣溫變化

2017年中共中央1號(hào)文件指出，要在確保國(guó)家糧食安全的基礎(chǔ)上推進(jìn)農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，并將“進(jìn)一步優(yōu)化農(nóng)業(yè)區(qū)域布局”列為一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。目前在氣候變化影響下，雖熱量資源增加，但同時(shí)災(zāi)害頻發(fā)，程度呈加重趨勢(shì)?，F(xiàn)階段黑龍江省糧食生產(chǎn)仍處于“靠天定年成”階段，忽略化肥、農(nóng)藥等條件，結(jié)合本文研究結(jié)果，可以看出在高寒區(qū)域——黑龍江省，溫度條件仍是影響水稻產(chǎn)量形成的主要因素。因此，調(diào)整優(yōu)化水稻種植結(jié)構(gòu)、發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應(yīng)根據(jù)水稻生育特性及其對(duì)熱量條件的需求，充分考慮區(qū)域氣候資源以及區(qū)域性災(zāi)害問(wèn)題，對(duì)水稻種植格局進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃布署和調(diào)整，做到趨利避害、合理高效利用氣候資源。

4 結(jié)論

(1)本文以旬為時(shí)間單元細(xì)劃研究時(shí)段，引入溫度三因子——日平均氣溫、日最低氣溫、日最高氣溫分析構(gòu)建溫度與水稻產(chǎn)量關(guān)系，全面揭示了一日中溫度的均值、高值、低值對(duì)水稻產(chǎn)量的影響，使溫度對(duì)產(chǎn)量的影響研究更為深入、細(xì)致，研究結(jié)果更好地反映了實(shí)際情況。

(2)1980-2014年間，研究區(qū)作物生長(zhǎng)季內(nèi)各研究時(shí)段氣溫三因子隨時(shí)間的變化趨勢(shì)總體以升高為主，其中以最低氣溫升溫顯著。5-6月是溫度升高較快時(shí)期，升溫形勢(shì)表現(xiàn)為最低氣溫升溫顯著、最高氣溫升溫不明顯，即表征為最低氣溫與最高氣溫升溫顯著不對(duì)稱(chēng)，這與姜麗霞等[25]的研究結(jié)論一致。

(3)研究期間，研究區(qū)部分研究時(shí)段溫度發(fā)生突變，平均氣溫、最低氣溫發(fā)生突變的研究時(shí)段多于最高氣溫。溫度突變主要發(fā)生在1980年代末至21世紀(jì)初，多在1988-1993年、1997年、2001-2004年。突變后與突變前溫度變化劇烈，距平在1.2～2.2℃之間。

(4)1980-2014年間，研究區(qū)水稻生長(zhǎng)季內(nèi)大部研究時(shí)段的溫度因子與水稻單產(chǎn)具有極顯著或顯著的相關(guān)關(guān)系(P<0.01，P<0.05)，5-7月是溫度各因子與水稻單產(chǎn)相關(guān)最顯著的時(shí)間段，且最低氣溫與水稻單產(chǎn)相關(guān)最顯著，表明其在水稻產(chǎn)量形成中具有重要作用。

(5)1980-2014年間，在不同研究時(shí)段內(nèi)，溫度各因子與水稻單產(chǎn)呈正相關(guān)，表明在一定溫度范圍內(nèi)，溫度對(duì)產(chǎn)量的影響為正效應(yīng)。溫度各因子每升高1℃，單產(chǎn)升高幅度在307～722 kg/hm2。

(6)目前而言，熱量資源仍是制約高寒地區(qū)水稻生產(chǎn)的主要因素，在氣候變化影響下，如何優(yōu)化水稻種植結(jié)構(gòu)，進(jìn)而合理高效利用氣候資源，并能夠最大限度趨利避害以獲得好品質(zhì)、高產(chǎn)量，這將是未來(lái)的工作重點(diǎn)，此部分工作應(yīng)在今后進(jìn)行深入研究。

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The Temporal Change of Three Air Temperature Factors and Relationship Between Air Temperature and Rice Yield in Very Cold Region

JIANG Lixia1, GONG Lijuan1, LIU Zeen2, YU Yingnan1, WANG Ming1and ZHAO Huiying1

(1.HeilongjiangProvinceInstitute’ofMeteorologicalScience,Harbin150030,China;2.HarbinTongheCountyMeteorologicalBureau,Harbin150030,China)

Based on the meteorological observation data and rice yield data from 44 meteorological stations in a very cold region—Heilongjiang province, the growth season(from May to September) was divided into 15 research periods and each research period included ten days, By introducing the daily average air temperature, minimum air temperature and maximum air temperature and using mathematical statistics method, temporal distribution characteristics and mutation characteristics of three temperature factors was investigated, and the correlation between temperature and rice yield was analyzed. Results showed that the air temperature rose in each research period of the growth period in the study area from 1980 to 2014, and the minimum air temperature increased significantly. The air temperature raised quickly in the period between May and June, and minimum air temperature and maximum air temperature increased non-symmetrically. The air temperature factors mutated in mid-May, late-May, late-June, early-July, mid-July, mid-September and late-September during 1980 to 2014, mutation occurred mainly from the late 1980s to the early 21st century, the air temperature changed dramatically, it increased 1.2 ～ 2.2 ℃ after the mutation. During the study period, correlation between the air temperature factors and rice yield was significant in many research periods of the growth season in the study area(P<0.01，P<0.05), and the correlation was the most from May to July, the minimum air temperature was very significantly correlated to the rice yield. The correlation between the air temperature of single factor and rice yield was positively significant in the different research period during 1980 to 2014, which showed that the air temperature was favorable to rice yield and leaded to rice yield increasing. The each air temperature increased 1℃, rice yield increased 307 ～ 7 222 kg/hm-2.

very cold region; three factors of air temperature; the temporal change; rice yield

姜麗霞，宮麗娟，劉澤恩，等.高寒區(qū)溫度三因子的時(shí)間變化及其與水稻產(chǎn)量的關(guān)系研究[J].災(zāi)害學(xué)，2018，33(1)：5-11.[JIANG Lixia, GONG Lijuan, LIU Zeen,et al.The Temporal Change of Three Air Temperature Factors and Relationship Between Air Temperature and Rice Yield in Very Cold Region[J].Journal of Catastrophology，2018，33(1)：5-11.

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.002.]

2017-05-09

2017-07-01

中國(guó)氣象局氣候變化專(zhuān)項(xiàng)(CCSF201606)；中國(guó)氣象局核心業(yè)務(wù)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)(CMAHX20160205)

姜麗霞(1972-)，女，吉林德惠人，碩士，高級(jí)工程師，主要從事應(yīng)用氣象、氣候資源研究.E-mail:hljjlx@163.com

趙慧穎(1964-)，男，黑龍江省訥河人，碩士，研究員，主要從事應(yīng)用氣象、氣候變化研究.E-mail: zhaohhyy2008@aliyun.com

X43；S511；S64；P46

A

1000-811X(2018)01-0005-07

10.3969/j.issn.1000-811X.2018.01.002