基于統(tǒng)計資料的內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害時空分布規(guī)律的初步分析

李建楠 張寶林 楊雪婷 郭佳

摘要? 基于歷史資料初步統(tǒng)計分析了1950—2000年間內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害發(fā)生規(guī)律，利用ArcGIS空間分析技術(shù)研究了低溫冷害發(fā)生頻次和影響程度的空間變異，結(jié)果表明內(nèi)蒙古低溫冷害的發(fā)生在時間上具有不確定性、鏈?zhǔn)竭B年頻發(fā)的特點，在空間上具有廣泛性與區(qū)域性，玉米主產(chǎn)區(qū)受低溫冷害影響嚴(yán)重。研究結(jié)果為提高光溫資源利用率，并進(jìn)一步開展低溫冷害風(fēng)險評估與區(qū)劃及其氣候背景研究奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 內(nèi)蒙古; 低溫冷害; 時空變化

中圖分類號：S162.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）01-050-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.01.019

Preliminary Statistical Analysis on the Spatial and Temporal Changes of Chilling Injury in the Ma？鄄jor Maize Production Re？鄄gions of Inner Mongolia

LI Jian-nan et al（College of Chemistry and Environmental Sciences，Inner Mongolia Normal University，Hohhot，Inner Mongolia? 010020）

Abstract Based on historical records on the frequencies and impacts of chilling injury during 1950 to 2000，statistical and spatial analysis using ArcGIS demonstrated its temporal and spatial changes in Inner Mongolia. Low？鄄temperature injury showed temporal uncertainty and successiveness，and spatial prevalence and regional characters. Maize production distributes over chilling affected regions in Inner Mongolia. The results would benefit studies on the use efficiency improvement of light？鄄temperature resource，risk assessment and zonalization，and climatological background of chilling injury in Inner Mongolia.

Key words? ?Inner Mongolia; Maize; Chilling injury; Temporal and spatial change

低溫冷害是指在生長季節(jié)內(nèi)，出現(xiàn)0℃以上低溫對農(nóng)作物造成損害的現(xiàn)象[1]。低溫冷害是農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究的重要組成部分，在中國、尼泊爾、日本、巴基斯坦、澳大利亞及美國等國家常常發(fā)生[2]，造成了日本歷史上的3次大饑荒（1751—1763年、1781—1788和1830—1843年）和“明治兇作群”（1869、1884、1891、1893、1897、1902、1905和1906年）[3]。玉米是世界性作物，種植范圍廣、面積大。由于玉米是喜溫作物，對溫度變化非常敏感;低溫冷害成為影響東北玉米生產(chǎn)的主要?dú)庀鬄?zāi)害。1956—2011年遼寧省低溫冷害現(xiàn)象出現(xiàn)頻率高達(dá)30%，對玉米產(chǎn)量影響較大[4]。20世紀(jì)以來，由于全球氣候變暖，東北三省地區(qū)春玉米受害程度有所下降;但可種植界線北移東延，中、晚熟品種可種植面積擴(kuò)大，使嚴(yán)重低溫冷害出現(xiàn)頻率明顯增加，種植風(fēng)險增大[5]。

內(nèi)蒙古作為中國玉米主產(chǎn)區(qū)之一，種植面積和產(chǎn)量均居全國前列[6]。由于位于生態(tài)系統(tǒng)脆弱、農(nóng)牧交錯的狹長區(qū)域，內(nèi)蒙古氣候因子復(fù)雜。目前，關(guān)于氣候變化對內(nèi)蒙古玉米種植業(yè)影響的研究還比較缺乏[7]，低溫冷害相關(guān)研究開展較少[8-10]。在全球氣候變暖的背景下，內(nèi)蒙古地區(qū)的熱量資源有所上升，≥10℃積溫增加，玉米播期提前[11]，物候期延長，生育期偏長品種種植面積呈增加趨勢[12]，溫涼區(qū)具有成為玉米穩(wěn)產(chǎn)區(qū)的潛力[13];與此同時，初、終霜日期波動加大[14]，低溫冷害風(fēng)險增加[8]。侯瓊等[8，10]研究了內(nèi)蒙古河套地區(qū)玉米低溫冷問題，王志春[9]分析了東部地區(qū)的低溫冷害風(fēng)險，但內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害研究基礎(chǔ)還比較薄弱。低溫冷害的時空分布規(guī)律研究對于內(nèi)蒙古地區(qū)玉米生產(chǎn)具有重要意義，有利于提高光溫資源的利用率、預(yù)測低溫冷害的發(fā)生、評估對作物生產(chǎn)可能造成的影響，以采取預(yù)防措施規(guī)避冷害風(fēng)險，保障糧食安全。

1 數(shù)據(jù)與方法

研究所用數(shù)據(jù)源于《中國氣象災(zāi)害大典》[15]和《內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒》（1989—2017年）等資料。分析歷史文獻(xiàn)中內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害發(fā)生的年份、影響區(qū)域、冷害強(qiáng)度等，統(tǒng)計各旗縣災(zāi)害發(fā)生次數(shù)，利用ArcGIS空間分析技術(shù)研究內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害發(fā)生頻率和影響程度的空間變異。

1988—2016年間，從玉米區(qū)域產(chǎn)量可以看出，內(nèi)蒙古地區(qū)玉米產(chǎn)區(qū)主要包括通遼市、赤峰市、興安盟、呼倫貝爾市、巴彥淖爾市和鄂爾多斯市等地區(qū)，尤其是通遼市、赤峰市、興安盟、呼倫貝爾市和巴彥淖爾市。在每一主產(chǎn)區(qū)，玉米總產(chǎn)量雖然在2015年后有下降趨勢，但其變化基本上可以分為3個階段，即緩慢增長期（1988—2000年）、快速增長期（2000—2012年）和基本穩(wěn)定期（2012—2016年）（圖1）。

2 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害分布的年代際變化

20世紀(jì)50—70年代冷害現(xiàn)象較為嚴(yán)重，多地發(fā)生嚴(yán)重冷害，70年代后雖仍有冷害發(fā)生，但冷害程度都為一般或較輕。1950—2000年間內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害發(fā)生頻率為37.5%，內(nèi)蒙古東部地區(qū)發(fā)生頻率為31.2%，中西部地區(qū)發(fā)生頻率為25%。由此可見，內(nèi)蒙古低溫冷害的發(fā)生既有不確定性，也有鏈?zhǔn)降倪B年頻繁發(fā)生（表1）。

2.2 內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害分布的空間變化

從圖2可以看出，低溫冷害在內(nèi)蒙古東部、中部和中西部均有發(fā)生。東部地區(qū)主要發(fā)生在通遼市和赤峰市;通遼市的扎魯特旗、科爾沁區(qū)和開魯縣冷害發(fā)生次數(shù)較多，赤峰市的林西縣冷害發(fā)生次數(shù)較多，其次為紅山區(qū)和巴林左旗。中部地區(qū)的烏蘭察布市冷害多發(fā)地為其東部的化德縣和商都縣、南部的涼城縣。中西部地區(qū)的巴彥淖爾市的臨河為低溫冷害發(fā)生次數(shù)最多的地區(qū)，呼和浩特市地區(qū)低溫冷害發(fā)生頻率也較高。1954、1957、1962、1995年為全區(qū)性低溫冷害年。1972年大部分地區(qū)年均氣溫較正常年偏低，呼倫貝爾市的扎蘭屯和興安盟最為嚴(yán)重。1979年中西部地區(qū)低溫冷害較為嚴(yán)重，尤其是烏蘭察布市的商都縣和涼城縣、呼和浩特市、巴彥淖爾市的臨河市和烏拉特前旗最為嚴(yán)重，作物減產(chǎn)明顯。因此，內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害的發(fā)生具有廣泛性和區(qū)域性。

2.3 內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害影響強(qiáng)度的空間變化

通過對低溫冷害發(fā)生地區(qū)與次數(shù)的統(tǒng)計分析，基于發(fā)生頻率確定的冷害影響強(qiáng)度可分為6級：嚴(yán)重區(qū)，P（頻率）≥20%;重度區(qū)，20%>P≥15%;中度區(qū)，15%>P>10%;一般區(qū)，10%≥P≥5%;較輕區(qū)，5%>P>0%;無影響區(qū)，P=0（圖3）。嚴(yán)重影響區(qū)域在內(nèi)蒙古東部，中部和中西部均有分布，如扎蘭屯市、化德縣和臨河市等地區(qū);重度影響區(qū)包括突泉縣、扎魯特旗、通遼市科爾沁區(qū)、林西縣和呼和浩特市等地區(qū)，主要發(fā)生在內(nèi)蒙古東部、中部;中度影響區(qū)包括烏蘭浩特、開魯縣、巴林左旗和赤峰市紅山區(qū)等地區(qū)，主要集中在內(nèi)蒙古東部地區(qū);輕度影響區(qū)為多倫縣、商都縣、涼城縣和烏拉特前旗等地區(qū)，主要分布在內(nèi)蒙古中部;一般影響區(qū)包括五原縣等地區(qū)，較輕影響區(qū)包括阿榮旗、莫力達(dá)瓦旗和集寧等地區(qū)，其他為無影響區(qū)。

3 討論

3.1 內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害時有發(fā)生，全區(qū)玉米低溫冷害研究基礎(chǔ)薄弱

研究表明，1951—1990年40年間，夏季低溫在內(nèi)蒙古東部山區(qū)發(fā)生頻率高達(dá)30%以上[16];然而，全區(qū)低溫冷害分布時空規(guī)律的研究較少[8]，僅在莫力達(dá)瓦旗[17-19]、包頭市[20]、鄂倫春自治旗[21]、興安盟[22]和河套[10，23]等部分地區(qū)得以展開。王志春在內(nèi)蒙古東部地區(qū)的研究表明低溫冷害風(fēng)險程度基本呈西北-東南向帶狀分布，高風(fēng)險區(qū)位于緯度和海拔較高的呼倫貝爾市北部和西部地區(qū)，低風(fēng)險區(qū)位于通遼市中南部、赤峰市東南部和興安盟南部等海拔較低、地勢相對平坦的地區(qū)[9]。

3.2 內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害指標(biāo)及其形成天氣背景研究匱乏

中國東北三省玉米低溫冷害的研究已取得許多成果，建立了玉米低溫冷害判定指標(biāo)，分析了低溫冷害的時空分布規(guī)律。內(nèi)蒙古玉米低溫冷害指標(biāo)研究較少[8，24]，更缺少低溫冷害形成天氣背景的相關(guān)研究。王志春等以玉米為研究對象，分析了熱量條件及其變異、低溫冷害發(fā)生頻率，確定了低溫冷害綜合風(fēng)險指數(shù)，對內(nèi)蒙古東部地區(qū)玉米低溫冷害進(jìn)行了風(fēng)險區(qū)劃[9]。研究表明20世紀(jì)50—60年代中國發(fā)生的自然災(zāi)害不是突然發(fā)生的，有其孕育和發(fā)展過程[25]，災(zāi)害鏈規(guī)律不容忽視[26]。災(zāi)害發(fā)生的歷史及其天氣背景研究對加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)有重大現(xiàn)實意義。

3.3 內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害對策研究極少

影響東北地區(qū)糧食生產(chǎn)的氣象災(zāi)害，主要是生育期間（5—9月）階段性低溫冷害而引起的[27]。20世紀(jì)50年代，我國發(fā)生過較為嚴(yán)重的低溫冷害，內(nèi)蒙古也受到影響，但未受到足夠的重視。60—70年代，接連發(fā)生了1969、1972和1976年的低溫冷害，造成了大范圍的糧食減產(chǎn)，減產(chǎn)率達(dá)15%—20%。1977—1995年期間仍發(fā)生低溫冷害，但是范圍較小、強(qiáng)度偏低;1996—2008年，超過10年間未發(fā)生大范圍的低溫冷害，說明低溫冷害發(fā)生的頻率可能降低了，但是一旦進(jìn)入年代際變化的低溫期，再次發(fā)生影響范圍廣或者嚴(yán)重低溫冷害的可能性還是存在的[3]。

有研究表明，1951—2010年間，東北地區(qū)玉米障礙型低溫冷害發(fā)生頻率呈增加趨勢，延遲型冷害呈遞減趨勢[28]。但由于氣溫波動振幅加大，階段性低溫冷害亦可能嚴(yán)重;隨著農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步，農(nóng)作物品種推陳出新，但高產(chǎn)新品種往往對氣候條件要求和敏感性更高，為了充分發(fā)揮遺傳優(yōu)勢，挖掘生產(chǎn)潛力，需要加強(qiáng)對低溫冷害的防范意識，并開展低溫冷害對策研究。由于低溫冷害具有可減輕性，在種植農(nóng)作物時，考慮發(fā)生冷害的風(fēng)險因素和氣溫條件，在一定程度上可以避免減產(chǎn)，降低損失。

4 結(jié)論

低溫冷害發(fā)生的時空變化分析表明內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害時有發(fā)生，其影響不容忽視。內(nèi)蒙古地區(qū)遭遇過全區(qū)性、區(qū)域性低溫年;由于溫?zé)釛l件差，農(nóng)作物生長季熱量不足，造成農(nóng)作物減產(chǎn)。中東部的玉米主產(chǎn)區(qū)呼倫貝爾市、興安盟、赤峰市和通遼市，西部的玉米主產(chǎn)區(qū)巴彥淖爾市低溫冷害對玉米生產(chǎn)影響嚴(yán)重。20世紀(jì)以來，雖然氣溫有升高趨勢，但仍存在發(fā)生低溫冷害的可能性。在氣候變化的背景下，基于歷史統(tǒng)計資料的內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害事件的歷史分析可為進(jìn)一步開展低溫冷害形成機(jī)理和氣候背景研究奠定基礎(chǔ)，為低溫冷害風(fēng)險評估與區(qū)劃提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張麗文. 基于GIS和遙感的東北地區(qū)水稻冷害風(fēng)險區(qū)劃與監(jiān)測研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2013.

[2] 李袆君. 吉林省玉米低溫冷害預(yù)測技術(shù)研究[D].北京：中國氣象科學(xué)研究院，2005.

[3] 王紹武，馬樹慶，陳莉，等. 低溫冷害[M]. 北京： 氣象出版社，2009.

[4] 馬利，王楠，賈德濤. 氣象災(zāi)害對遼寧玉米生產(chǎn)影響與防御對策[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（8）：2417-2418.

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

[6] 張寶林，羅瑞林，高聚林. 內(nèi)蒙古東部玉米主產(chǎn)區(qū)氣候空間的變化[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，51（22）：5027-5033.

[7] 羅瑞林. 氣候變化對內(nèi)蒙古春玉米產(chǎn)量影響的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[8] 侯瓊，張晴華. 內(nèi)蒙古地區(qū)玉米低溫冷害動態(tài)監(jiān)測指標(biāo)的建立[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（5）：588-594.

[9] 王志春，楊軍，姜曉芳，等. 基于GIS的內(nèi)蒙古東部地區(qū)玉米低溫冷害精細(xì)化風(fēng)險區(qū)劃[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（6）：715-719.

[10] 侯瓊，王海梅，云文麗. 河套灌區(qū)玉米低溫冷害監(jiān)測評估指標(biāo)的研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2015，29（2）：179-184.

[11] 肖登攀. 氣候變暖背景下內(nèi)蒙古作物物候變化研究[J]. 中國農(nóng)學(xué)通報，2015，31（26）：216-221.

[12] 侯瓊，郭瑞清，楊麗桃. 內(nèi)蒙古氣候變化及其對主要農(nóng)作物的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象，2009，30（4）：560-564.

[13] 張寶林，羅瑞林，高聚林. 內(nèi)蒙古東部玉米主產(chǎn)區(qū)氣候條件的變化及其對玉米生產(chǎn)的影響[J]. 內(nèi)蒙古師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)漢文版），2013，42（2）：185-191.

[14] 白美蘭，郝潤全，高建峰，等. 內(nèi)蒙古地區(qū)極端氣候事件分布特征及對農(nóng)業(yè)影響評估[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2009，27（2）：21-27.

[15] 沈建國，李喜倉，劉興漢，等. 中國氣象災(zāi)害大典 內(nèi)蒙古卷[M]. 北京： 氣象出版社，2008.

[16] 中國科學(xué)院大氣物理研究所，中國科學(xué)院，國家計劃委員會，等. 中國氣候災(zāi)害分布圖集[M]. 北京： 海洋出版社，1997.

[17] 張秀珍. 莫力達(dá)瓦旗低溫冷害風(fēng)險區(qū)劃[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2017（6）：227-228.

[18] 張秀珍. 莫旗地區(qū)低溫冷害指標(biāo)及分析[J]. 農(nóng)家科技（下旬刊），2017（2）：345.

[19] 張秀珍. 莫旗各鄉(xiāng)鎮(zhèn)低溫冷害特征分析[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2017（3）：111-112.

[20] 夏雪蓮. 包頭地區(qū)低溫冷害與糧食產(chǎn)量的關(guān)系[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2012（4）：73，133.

[21] 張勝利. 鄂倫春自治旗低溫冷害特點分析[J]. 南方農(nóng)機(jī)，2017，48（4）：181.

[22] 龐萬才，王桂芝. 低溫冷害對興安盟農(nóng)田作物生態(tài)的影響及其防御對策[J]. 內(nèi)蒙古氣象，1990（1）：13-19.

[23] 孔德胤，李雪冰，鄭紅燕，等. 河套地區(qū)低溫冷害研究[J]. 科技資訊，2011（31）：137.

[24] 張超. 積溫距平指標(biāo)在玉米低溫冷害監(jiān)測中的適用性分析[J]. 內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2017（3）：71-73.

[25] 楊冬紅，楊學(xué)祥. “拉馬德雷”冷位相時期的全球強(qiáng)震和災(zāi)害[J]. 西北地震學(xué)報，2006，28（1）：95-96.

[26] 楊學(xué)祥. 災(zāi)害鏈規(guī)律不容忽視[N]. 文匯報，2008-03-02.

[27] 郭建平，田志會，左旭. 東北地區(qū)水稻熱量指數(shù)預(yù)測模型[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報，2004，13（3）：138-145.

[28] 張海娜，李菲，戴欣童. 1951—2010年東北地區(qū)玉米及水稻低溫冷害統(tǒng)計分析[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（3）：264-266.