暖冬驟增對江漢平原越冬作物的不利影響初探

曹鋒

摘要：在全球氣候變暖的大背景下，中國冬季增溫明顯，利用江漢平原鐘祥國家基本氣象站66年氣象資料，分析了暖、常、冷冬變化趨勢與相關(guān)特征，表明暖冬正驟然增加，且冬季氣溫有新變化趨勢，這將導(dǎo)致油菜、小麥等越冬作物生育進(jìn)程加快，過早進(jìn)入營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)期，因抗寒力減弱導(dǎo)致凍害，也有利于病蟲害發(fā)生。通過對不同類型冬季做馬爾科夫鏈概率轉(zhuǎn)移分析，可以制作冷、常、暖年的趨勢預(yù)報，以便于提前采取相應(yīng)的對策。

關(guān)鍵詞：暖冬；越冬作物；凍害；概率轉(zhuǎn)移；江漢平原

中圖分類號：P466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）17-0034-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.17.008 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： In the background of global warming， the domestic weather increase is especially evident in winter. Through the analysis of 66 years meteorological materials in Zhongxiang National Basic Meteorological Station of Jianghan Plain， the trend and features of warm， normal， and cold winters are shown to testify the acceleration of warm winter as well as the new trend of climate change in winter. It would definitely speed up the growth process of winter crop （like rape， wheat， etc.） and step into the vegetative growth and reproductive development stages too early to resist cold， which would cause frozen damage and potential pest/disease damage. By means of Chapman-Kolmogorov transition probability analysis of different kinds of winter， we could make trend forecast of warm， normal， and cold year so as to take corresponding measures in advance.

Key words： warm winter； winter crop； frozen damage； transition probability； Jianghan Plain

在全球變暖的大背景下，近百年來，中國年平均氣溫升高了0.5～0.8 ℃，略高于同期全球增溫平均值，近50年變暖尤其明顯（國發(fā)〔2007〕17號文轉(zhuǎn)《中國應(yīng)對氣候變化國家方案》）。從季節(jié)分布看，冬季增溫最明顯。在江漢平原有代表性的荊州市6個站點，冬季縮短較明顯，由20世紀(jì)60年代最長的123 d，從1990年開始到現(xiàn)在已縮短為107～110 d[1]。

暖冬的增多直接影響越冬作物。本研究分析了地處江漢平原的鐘祥國家基本氣象站數(shù)十年氣象記載資料，分析了暖、常、冷冬變化趨勢與相關(guān)特征，表明暖冬增多，且冬季3月氣溫變化有趨勢，這里對暖冬的增加給越冬作物油菜、小麥等生長發(fā)育帶來的影響進(jìn)行了初步分析與探索，以期為冷、常、暖年的趨勢預(yù)報，減小對作物的影響提供參考。

1 資料與方法

采用鐘祥國家基本氣象站1952—2017年氣象記載資料，用上年12月到當(dāng)年1月、2月的3個月氣溫平均值，與1981—2010年的平均值5.2 ℃作為冬季常年值或氣候值進(jìn)行比較，凡距平值為0.5或以上者作為暖冬，距平值為-0.5或以下者作為冷冬，距平值在正負(fù)0.5以下者作為常冬，進(jìn)行了不同類型冬季變化趨勢、暖冬及其不同變化位相，對油菜、小麥的不利影響，不同冬季狀態(tài)的馬爾科夫鏈及其概率轉(zhuǎn)移分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 歷年暖、常、冷冬類型變化趨勢

鐘祥市自1952年有氣象記錄以來，暖冬發(fā)生概率在1952—1960年、1961—1970年為0，在1978年首次出現(xiàn)暖冬，即1971—1980年暖冬概率達(dá)0.10，并不斷增加到2011—2017年的0.57（7年中連續(xù)4年出現(xiàn)暖冬）；常冬發(fā)生概率由1952—1960年的0.56，波動上升到1991—2000年的0.80，后下降到0.14；冷冬發(fā)生概率由1952—1960年的0.44且保持在0.40，1991—2000年減少為0后，2001—2010、2011—2017年又增加到0.29。以上分析表明，由于暖冬的增加，常冬、冷冬減少（表1）。

2.2 暖冬及其氣溫變化趨勢對油菜、小麥的不利影響

暖冬最大的問題是越冬作物在較高氣溫環(huán)境下，不僅冬季生長期縮短，甚至無休眠期，而且較高的積溫使生育進(jìn)程加快，引起油菜提前抽薹，小麥提前拔節(jié)。這樣會過早由營養(yǎng)生長進(jìn)入營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)期，其抗寒能力明顯減弱，引起凍害，而且江漢平原位于漢江下游地區(qū)，是北方冷空氣南下的重要通道，雨凇出現(xiàn)機(jī)會多，荊州、鐘祥市年均雨凇3.0～3.6 d[2]，易致冰凍危害加劇。如2013—2014年整個江漢平原屬暖冬，在2013年9月20日播種的油菜，通常0 ℃以上的活動積溫達(dá)1 355 ℃·d左右即可抽薹[3]，就在2014年1月22日抽薹（積溫達(dá)1 492.9 ℃·d，較常年同期多137 ℃·d），過早抽薹往往植株橫向發(fā)育不良，出現(xiàn)頂端生長過旺，其抗寒能力銳減。結(jié)果在2月氣溫由1月7.1 ℃（較常年明顯偏高3.1 ℃）的情況下出現(xiàn)降低，從4日開始連續(xù)6 d出現(xiàn)低溫雨雪并接續(xù)冰凍天氣，5～15日日平均氣溫連續(xù)降至3 ℃以下（其中4 d連續(xù)低于0 ℃），最低氣溫連續(xù)11 d在0 ℃或以下，11日僅-5.5 ℃。因遭凍害裂薹現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，還使其第一分枝發(fā)育不良，致使以后結(jié)莢數(shù)、子粒數(shù)都減少。對過早拔節(jié)的小麥、甚至過早孕穗的大麥影響也很嚴(yán)重。如在10月20日播種的小麥，一般3 ℃以上活動積溫達(dá)790 ℃·d左右進(jìn)入拔節(jié)期，這樣在1月10日就拔節(jié)了（其活動積溫達(dá)813.3 ℃·d，較常年同期偏多76.2 ℃·d），上述低溫造成過早拔節(jié)小麥幼穗發(fā)育不良，對穗粒數(shù)或育性都產(chǎn)生了一定影響。尤其大麥已處于孕穗期，對低溫的抵抗力更加減弱。特別是在花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期，造成分生組織細(xì)胞受凍死亡，致穗分化和生長發(fā)育停止，其減產(chǎn)達(dá)15%。

小麥抽穗揚花日平均氣溫以18～20 ℃為宜，但暖冬會使其抽穗明顯提前，引起低溫危害。2008—2009年江漢平原及以北地區(qū)屬暖冬，上年10月17日播種的半冬性偏春性品種豫農(nóng)202，在2月20日進(jìn)入拔節(jié)普遍期，3月23日即進(jìn)入抽穗普期，較大面積的鄭麥9023也都在此前后抽穗[4]，播種到抽穗0 ℃以上活動積溫達(dá)1 474.4 ℃·d，較常年同期多200 ℃·d以上，結(jié)果在開花期3月28日到4月4日，連續(xù)遭遇日平均氣溫8 d低于12～10 ℃以下低溫陰雨天氣，導(dǎo)致結(jié)實率明顯下降。

此外，暖冬有利于病菌孢子與蟲卵甚至蟲的安全越冬，給病蟲害暴發(fā)留下了隱患，如蚜蟲的危害也較嚴(yán)重。若12月平均氣溫達(dá)5.5 ℃或以上，1月最低氣溫高于-5.2 ℃時，只要上年9—11月有1個月降水量在100 mm左右，小麥白粉病就會大發(fā)生[5]。

2.3 冬季3個月平均氣溫變化時空位相及其影響

1952—2017年冬季12、1、2月平均氣溫變化時空位相，66年中有4種類型：一是降后升，其概率為54/66（0.82）；二是降后降，其概率為5/66（0.08）；三是升后升，其概率為6/66（0.09）；四是升后降，其概率為1/66（0.02）。很明顯，歷年冬季3個月最常見的變化趨勢是呈先降后升的趨勢、呈一直下降的趨勢（即1月氣溫比上年12月低，2月又比1月低）與呈一直上升的趨勢（即1月氣溫比上年12月高，2月比1月高）都不到0.10，前者往往是前冬暖后冬冷，與之相反的是前冬冷后冬暖，而先升后降是初次發(fā)生的極小概率事件，它與冬季最常見的先降后升完全相反，就在1月氣溫高于2月氣溫下降的情況下，極易遭到凍害，這是發(fā)生在暖年中的例外。

當(dāng)然，在暖冬年，若3個月的氣溫一直呈上升趨勢，由于12～1月日平均氣溫3 ℃以下的日數(shù)極少，小麥等越冬作物無休眠期，春性品種可免遭極端低溫凍害，使分蘗較多，營養(yǎng)生長體增大，因提前拔節(jié)，在冬季較低積溫環(huán)境下，幼穗發(fā)育較充分（時間拉長），有利于多穗、多粒、大穗的形成，只要合理地將播種期從原來10月中旬后期推遲到10月25日—11月10日，實施科學(xué)水肥管理，將利于高產(chǎn)。

2.4 不同類型冬季狀態(tài)的馬爾科夫鏈及其概率轉(zhuǎn)移

利用（2）式還可以計算三階、四階等高階轉(zhuǎn)移概率矩陣。通常為了預(yù)報來年冬季是冷冬、常冬、暖冬哪種類型，在預(yù)報方法上，由于上述系列是按冷冬（1）、常冬（2）、暖冬（3）表示，如果最后2個狀態(tài)為2、2，可先查表2由S2經(jīng)一階轉(zhuǎn)移到S2的概率最大，為0.57，轉(zhuǎn)移到S3的概率次之，為0.24，轉(zhuǎn)移到S1的概率最小，為0.19，所以一階轉(zhuǎn)移結(jié)果應(yīng)預(yù)報為S2即2；接著用倒數(shù)第二年的狀態(tài)2，查表3由S2經(jīng)二階轉(zhuǎn)移到S2的概率最大，為0.52，轉(zhuǎn)移到S1的概率次之，為0.33，轉(zhuǎn)移到S3的概率最小，為0.14，故二階轉(zhuǎn)移結(jié)果應(yīng)預(yù)報為S2（即2），這樣最終預(yù)報為2即常冬。如1994年常冬編碼2，其前一年1993年常年也編碼2，先查表2一階為2，再查表3二階也為2，都是預(yù)報1995年為常冬，結(jié)果實況與預(yù)報相符。因此，馬爾科夫鏈概率轉(zhuǎn)移法可作為預(yù)報未來冷冬、常冬、暖冬類型的參考方法。

3 結(jié)論與討論

鐘祥市1952年至2017年，在1978年首次出現(xiàn)暖冬，并從1996年開始不斷加速增長到2011—2017年的概率達(dá)0.57；暖冬最大的問題是越冬作物在較高氣溫環(huán)境下，活動積溫明顯增加使生育進(jìn)程加快，引起油菜提前抽薹，小麥提前拔節(jié)，導(dǎo)致由營養(yǎng)生長過早進(jìn)入營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)期，其抗寒能力明顯減弱，引起凍害，使油菜第一分枝發(fā)育不良，致以后結(jié)莢數(shù)、子粒數(shù)均減少。對過早拔節(jié)的小麥、甚至過早孕穗的大麥影響也很嚴(yán)重。特別是在大麥花粉母細(xì)胞減數(shù)分裂期，造成分生組織細(xì)胞受凍死亡，致穗分化和生長發(fā)育停止，導(dǎo)致其減產(chǎn)嚴(yán)重。

冬季3個月平均氣溫變化趨勢中發(fā)現(xiàn)有先升后降趨勢，更易使越冬作物遭遇凍害，這應(yīng)該引起高度重視。利用不同類型冬季狀態(tài)的馬爾科夫鏈及其概率轉(zhuǎn)移分析，可以對今后暖冬的發(fā)生與否做趨勢預(yù)報參考。

隨著暖冬的增加，可能會導(dǎo)致這3個月的氣溫呈一直上升的年份相應(yīng)增加，這就可免遭極端低溫凍害。這類年可采用春性品種，使之分蘗適度增多（為防過旺生長可適時鎮(zhèn)壓或葉面噴施抑旺促壯的多效唑），雖會提前拔節(jié)，但冬季積溫較低，能使幼穗分化期拉長，可從爭多穗、大穗上下功夫，科學(xué)水肥管理，變被動為主動，取得高產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賀程程.荊州四季初日與長度變化特征分析[J].湖北氣象，2017（3）：27-31.

[2] 湖北省地方志編纂委員會辦公室.湖北氣候志[M].武漢：湖北人民出版社，1989.

[3] 黃智敏，黃 璟.中國東亞熱帶農(nóng)業(yè)濕地高效種養(yǎng)模式研究與實踐[M].北京：氣象出版社，2007.

[4] 黃智敏.農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)手冊[M].北京：金盾出版社，2013.

[5] 成尚廉.小麥白粉病大量發(fā)生的農(nóng)業(yè)氣象條件分析[J].湖北植保，2001，1（1）：18-19.