東北地區(qū)不同降水保證率下玉米水分虧缺和干旱強(qiáng)度分析

郭安紅,李召祥,何 亮,張 蕾

(1 中國(guó)氣象局國(guó)家氣象中心，北京 100081；2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部工程建設(shè)服務(wù)中心，北京 100081)

東北地區(qū)是我國(guó)春玉米主產(chǎn)區(qū)，2012年黑龍江、吉林和遼寧三省春玉米播種面積超過(guò)1 000萬(wàn)hm2，并逐年增長(zhǎng)，到2016年超過(guò)1 200萬(wàn)hm2；2011—2016年三省玉米總產(chǎn)平均超過(guò)7 000萬(wàn)t，占全國(guó)春玉米總產(chǎn)量的30%左右[1]。東北地區(qū)玉米種植基本上還是旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)[2,3]。高曉榮等[4]研究表明，東北地區(qū)春玉米播種～七葉期需水量約為30～100 mm，七葉～抽雄階段為100～165 mm，抽雄～乳熟階段為80～140 mm，乳熟～成熟階段為30～100 mm；由于東北地區(qū)降水時(shí)空分布差異較大，特別是西部產(chǎn)區(qū)降水不足嚴(yán)重影響春玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成。2017、2018年黑龍江西部、吉林西部和遼寧西北部玉米播種階段降水不足，部分地區(qū)玉米不能及時(shí)下種或播種后無(wú)法出苗；2014、2015年遼寧中西部玉米抽雄吐絲階段降水持續(xù)偏少，干旱影響了玉米產(chǎn)量形成。因此，及時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)估旱情對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響，采取針對(duì)性的防旱抗旱措施對(duì)于確保東北地區(qū)玉米生產(chǎn)至關(guān)重要。

作物水分虧缺指數(shù)(CWDI)作為農(nóng)業(yè)干旱的綜合性指標(biāo)之一，綜合考慮了作物不同生育階段水分需求、不同水溫條件下蒸散發(fā)等因素，對(duì)監(jiān)測(cè)評(píng)估農(nóng)業(yè)干旱具有較好的適用性[5-6]。董朝陽(yáng)等[7]利用CWDI研究了我國(guó)北方春玉米各生育階段干旱年代際演變特征及空間分布規(guī)律，得出我國(guó)北方地區(qū)春玉米CWDI年代間波動(dòng)以華北、東北地區(qū)較為劇烈，且從20世紀(jì)80年代以來(lái)有波動(dòng)上升的趨勢(shì)。董秋婷等[8]利用CWDI分析了近50年?yáng)|北地區(qū)春玉米干旱的時(shí)空演變特征，得出在生長(zhǎng)季內(nèi)玉米的需水量與降水量均呈先增加后減少的變化趨勢(shì)、7月下旬達(dá)到峰值，CWDI值在4—6月和9月較高，易發(fā)生干旱。張淑杰等[9-10]利用CWDI研究了東北地區(qū)玉米生長(zhǎng)季內(nèi)干旱的季節(jié)性和區(qū)域性特點(diǎn)，得出玉米苗期、拔節(jié)期、抽雄開(kāi)花期、灌漿成熟期干旱發(fā)生頻率均呈東北向西南逐漸增加的分布趨勢(shì),遼寧西部和南部、吉林西部和黑龍江西南部地區(qū)干旱頻率較高。此外，還有一些其他干旱氣候指標(biāo)被用于東北地區(qū)干旱發(fā)生頻率和危險(xiǎn)性分析[11-15]。

降水保證率表示某一界限降水量出現(xiàn)的可靠程度，在農(nóng)業(yè)氣候分析中廣泛被應(yīng)用。一般分別把保證率為75%、50%和25%的降雨年份作為干旱年、平水年和濕潤(rùn)年。馬有絢等[16]分析了不同降水保證率下我國(guó)棉花全生育期的需水特征；張秋平等[17]分析了不同降水保證率下北京地區(qū)旱稻作物需水與降水的耦合關(guān)系以及各種情況下需要補(bǔ)充的灌溉量；魏新光等[18]分析了不同降水保證率下遼寧地區(qū)玉米全生育期水分盈虧時(shí)空分布特征，并據(jù)此將遼寧玉米灌溉模式進(jìn)行了分區(qū)。上述研究表明，不同降水保證率下作物水分需求盈虧的分析對(duì)合理安排作物生產(chǎn)用水具有很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。

本文通過(guò)分析春玉米播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期保證率分別為25%、50%和75%情況下自然降水與玉米水分需求之間的盈虧情況；同時(shí)，利用逐日水分虧缺距平指數(shù)(CWDIa)監(jiān)測(cè)旱情的持續(xù)和發(fā)展，通過(guò)累計(jì)水分虧缺定義玉米不同生長(zhǎng)發(fā)育階段干旱強(qiáng)度，并基于不同干旱強(qiáng)度等級(jí)發(fā)生頻率分析干旱風(fēng)險(xiǎn)，為準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)評(píng)估東北地區(qū)玉米各生長(zhǎng)發(fā)育階段旱情，科學(xué)制定生產(chǎn)用水計(jì)劃，有效規(guī)避干旱風(fēng)險(xiǎn)提供理論支撐。

1 資料來(lái)源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況及資料來(lái)源

氣象資料是采用1981—2016年遼寧、吉林、黑龍江3個(gè)省玉米主產(chǎn)區(qū)154個(gè)氣象站的逐日資料，其中包括降水量、最高氣溫、最低氣溫、平均溫度、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度和風(fēng)速等，玉米發(fā)育期的確定是利用3省48個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)站春玉米發(fā)育期觀測(cè)資料，見(jiàn)表1。3個(gè)省玉米平均成熟時(shí)間基本相同，黑龍江玉米播種較晚、發(fā)育期較短與玉米品種熟性有一定關(guān)系。

表1 東北三省春玉米發(fā)育期(m-d)

1.2 春玉米不同生長(zhǎng)發(fā)育階段降水保證率計(jì)算

某界限降水量在一定時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)的次數(shù)與同時(shí)段降水總次數(shù)的百分比稱為降水頻率，高于( 或低于) 某界限降水量的頻率總和稱為降水保證率。降水保證率表示某一界限降水量出現(xiàn)的可靠程度。本文采用經(jīng)驗(yàn)頻率法進(jìn)行計(jì)算。

利用1981—2016年?yáng)|北三省逐日降水資料，根據(jù)表1春玉米發(fā)育期以及生產(chǎn)實(shí)際上關(guān)注的主要階段，選取播種期(黑龍江：4月21日至5月20日；吉林和遼寧：4月11日至5月10日)、苗期(黑龍江：5月21日至6月30日；吉林和遼寧：5月11日至6月30日)、拔節(jié)吐絲期(7月1日至8月10日)以及灌漿期(8月11日至9月20日)計(jì)算保證率分別為25%、50%和75%條件下春玉米各發(fā)育期降水量。

1.3 累計(jì)水分虧缺和干旱強(qiáng)度計(jì)算

1.3.1 逐日水分虧缺距平計(jì)算 玉米逐日水分虧缺距平指數(shù)(CWDIa)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GBT 32136-2015 農(nóng)業(yè)干旱等級(jí)》[19]，由式(1)計(jì)算：

(1)

CWDI=a×CWDIj+b×CWDIj-1+c

×CWDIj-2+d×CWDIj-3+e×CWDIj-4

(2)

式中,CWDIj為第j時(shí)間單位(由計(jì)算當(dāng)日向前取10 d為一個(gè)時(shí)間單位)的水分虧缺指數(shù)(%)，CWDIj-1為第j-1時(shí)間單位的水分虧缺指數(shù)(%)，CWDIj-2為第j-2時(shí)間單位的水分虧缺指數(shù)(%)，依此類推；a、b、c、d、e為權(quán)重系數(shù)，各地可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況確定相應(yīng)系數(shù)值。第j時(shí)間單位的水分虧缺指數(shù)CWDIj計(jì)算公式如式：

(3)

式中，Pj為第j時(shí)間單位的降水量(mm)；Ij為第j時(shí)間單位的灌溉量(mm)。由于東北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要依賴于自然降水，本文在計(jì)算的時(shí)候Ij取值為0；ETcj為第j時(shí)間單位作物實(shí)際蒸散量(mm),也是玉米第j時(shí)間單位的需水量，由ETcj=Kc×ET0計(jì)算。其中ET0為第j時(shí)間單位作物可能蒸散量，采用Penman-Monteith公式計(jì)算，具體方法見(jiàn)氣象干旱標(biāo)準(zhǔn)[20]；Kc為第j時(shí)間單位玉米所處發(fā)育階段的作物系數(shù)，確定方法見(jiàn)農(nóng)業(yè)干旱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[19]。

1.3.2 干旱評(píng)判和干旱強(qiáng)度計(jì)算 干旱的持續(xù)和發(fā)展是一個(gè)累積和漸進(jìn)的過(guò)程，結(jié)束則可因有效的降水即刻解除。玉米干旱過(guò)程的評(píng)判參照農(nóng)業(yè)干旱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[19]，當(dāng)分析時(shí)段內(nèi)某日CWDIa大于閾值0.4則干旱開(kāi)始，CWDIa計(jì)入該時(shí)段累計(jì)水分虧缺，至某日CWDIa小于閾值0.4則干旱結(jié)束。根據(jù)游程理論統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)累計(jì)水分虧缺，如圖1所示：CWDI0取0.4，ts為一個(gè)干旱過(guò)程的開(kāi)始，ta為干旱過(guò)程的結(jié)束，D為干旱持續(xù)時(shí)間，圖中大于CWDI0的面積為統(tǒng)計(jì)時(shí)段內(nèi)累計(jì)水分虧缺Sd。累計(jì)水分虧缺Sd是一個(gè)數(shù)值化指標(biāo)，可表征任意時(shí)段的干旱強(qiáng)度，通過(guò)將累計(jì)水分虧缺分級(jí)可以表征各生長(zhǎng)發(fā)育階段的干旱強(qiáng)度等級(jí)(表2)。

計(jì)算1981—2016年?yáng)|北三省玉米播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期以及灌漿期累計(jì)水分虧缺Sd，將各發(fā)育期Sd歷史數(shù)據(jù)由大到小進(jìn)行有序排列，按照樣本數(shù)5%、15%、30%，50%對(duì)應(yīng)的Sd值由高至低劃分5級(jí)干旱強(qiáng)度等級(jí)；其中Sd為0時(shí)，干旱等級(jí)為0(見(jiàn)表2)。例如播種期當(dāng)Sd為5.41～10.00時(shí)，干旱強(qiáng)度為3級(jí)、偏強(qiáng)；Sd為10. 01～17.20時(shí)，干旱強(qiáng)度為4級(jí)、極強(qiáng)。

圖1 時(shí)段累計(jì)水分虧缺計(jì)算圖示Fig.1 Calculation diagram of accumulated water deficit at certain time period

表2 東北地區(qū)春玉米不同生育期干旱強(qiáng)度分級(jí)

1.4 不同降水保證率下玉米水分盈虧計(jì)算

玉米播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期需水量ETc由各發(fā)育期內(nèi)的ETcj累加計(jì)算，取30年平均值作為該生長(zhǎng)階段的需水量。然后用1.2節(jié)的方法計(jì)算出的各生長(zhǎng)階段保證率分別為75%、50%和25%下的降水量與需水量差值來(lái)表示玉米水分盈虧，正值表示盈余，負(fù)值表示虧缺。

1.5 干旱氣候危險(xiǎn)性指數(shù)構(gòu)建

統(tǒng)計(jì)1981—2016年各生長(zhǎng)發(fā)育期不同干旱強(qiáng)度等級(jí)發(fā)生頻率作為干旱氣候危險(xiǎn)性致災(zāi)指標(biāo)，對(duì)不同等級(jí)致災(zāi)指標(biāo)給予不同的權(quán)重，對(duì)干旱致災(zāi)等級(jí)加權(quán)構(gòu)建干旱綜合氣候危險(xiǎn)性指數(shù)：

式中，Sr為春玉米干旱氣候危險(xiǎn)性指數(shù)，Si為各發(fā)育期內(nèi)不同干旱強(qiáng)度等級(jí)發(fā)生頻率，di為不同強(qiáng)度等級(jí)的權(quán)重，這里考慮等級(jí)越大貢獻(xiàn)越大的原則，分別給5個(gè)強(qiáng)度等級(jí)權(quán)重1/15、2/15、3/15、4/15、5/15。根據(jù)危險(xiǎn)性指數(shù)將危險(xiǎn)性劃分為高、較高、中等、中等偏低和低危險(xiǎn)區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期不同降水保證率下春玉米水分盈虧分析

圖2為東北地區(qū)春玉米播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期降水保證率為75%時(shí)水分需求盈虧情況，可以看出，此情景下大部地區(qū)降水不能滿足玉米生長(zhǎng)發(fā)育所需。播種期東北大部地區(qū)的水分虧缺量為10～30 mm，吉林西部和黑龍江松嫩平原西南部等地為30～40 mm(圖2a)；苗期遼寧西部、吉林西部水分虧缺量為50～80 mm，遼寧東部、吉林中部以及黑龍江大部地區(qū)虧缺量為10～50 mm，吉林東部降水基本能夠滿足玉米生長(zhǎng)所需(圖2b)；拔節(jié)吐絲期玉米耗水量較大，遼寧西部、吉林中西部、黑龍江大部水分虧缺量為50～80 mm，部分地區(qū)達(dá)80～130 mm，其余地區(qū)虧缺量為10～50 mm(圖2c)；灌漿期遼寧西部、吉林中西部和東北部、黑龍江西南部和東部部分地區(qū)水分虧缺量為50～80 mm，部分地區(qū)達(dá)80～130 mm(圖2d)。

圖3為播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期降水保證率為50%時(shí)玉米水分需求盈虧情況。此情況下，東北地區(qū)西部大部降水不能滿足玉米生長(zhǎng)發(fā)育所需。播種期黑龍江、吉林和遼寧三省的西部地區(qū)水分虧缺量為0～30 mm(圖3a)；苗期三省西部地區(qū)水分虧缺的范圍較播種階段縮小，但局地虧缺量增加，為0～50 mm(圖3b)；拔節(jié)吐絲期水分虧缺主要出現(xiàn)在黑龍江東部、松嫩平原西南部以及吉林西部和遼寧西部局地，虧缺量為10～80 mm(圖3c)；灌漿期黑龍江大部、吉林中西部和東北部、遼寧西部存在不同程度水分虧缺，其中三省的西部地區(qū)水分虧缺量在10～80 mm(圖3d)。

在播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期降水保證率為25%的情況下，東北地區(qū)大部降水能夠滿足玉米生長(zhǎng)水分需求，部分地區(qū)還存在100～200 mm的盈余，僅在吉林西部、黑龍江松嫩平原西南部以及遼寧西部的局地在播種期和灌漿期存在水分虧缺(圖4)，虧缺量一般不足50 mm。

2.2 春玉米不同生育期干旱強(qiáng)度分析

圖5～8為1981—2016年?yáng)|北地區(qū)玉米4個(gè)生育期平均干旱強(qiáng)度、最大干旱強(qiáng)度以及2000、2014年典型年的干旱強(qiáng)度分布，并根據(jù)表2評(píng)判干旱強(qiáng)度等級(jí)。玉米播種階段，東北大部地區(qū)平均干旱強(qiáng)度為1.01～5.20，其中西部地區(qū)略強(qiáng)，為2.23～5.20，東部黑龍江牡丹江、吉林通化、遼寧寬甸等地不足1.0(圖5a)。最大干旱強(qiáng)度在三省的西部地區(qū)為10.01～15.00，吉林白城、黑龍江龍江局地可達(dá)15.01～17.20，達(dá)到極強(qiáng)等級(jí)(4級(jí))；東部地區(qū)普遍為5.41～10.00，為偏強(qiáng)等級(jí)(3級(jí))，吉林樺甸等地局地不足5.40，為2級(jí)(圖5b)。2000年播種期，僅在吉林西部以及遼寧阜新、大連出現(xiàn)了中等偏弱、局地偏強(qiáng)(1～3級(jí))的旱情，強(qiáng)度值多為1.01～8.10，其余大部地區(qū)無(wú)明顯旱情(圖5c)；而2014年播種期，在黑龍江松嫩平原中西部、吉林西部以及遼寧大部地區(qū)出現(xiàn)了3級(jí)以上強(qiáng)度的旱情，強(qiáng)度值為5.41～15.60，其中黑龍江松嫩平原西北部、吉林白城西部以及遼寧中部平原等地達(dá)到或接近歷史最強(qiáng)旱情(圖5d)。

圖2 東北春玉米播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期降水保證率為75%時(shí)水分盈虧量/mmFig.2 Water deficit at sowing, seedling, jointing to silking and filling stage of spring maize under 75%precipitation guarantee rate in Northeast China

圖3 東北春玉米播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期降水保證率為50%時(shí)水分盈虧量/mmFig.3 Water deficit at sowing, seedling, jointing to silking and filling stages of spring maize under 50% of precipitation guarantee rate in Northeastern China.

圖4 東北春玉米播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期降水保證率為25%時(shí)水分盈虧量/mmFig.4 Water deficit at sowing, seedling, jointing to silking, and filling stages of spring maize under 25% of precipitation guarantee rate in Northeastern China.

苗期生長(zhǎng)階段，平均干旱強(qiáng)度由西北部向東南部減弱，遼寧中西部、吉林中西部、黑龍江大部地區(qū)為0.51～4.85(圖6a)。最大干旱強(qiáng)度在三省的西部地區(qū)和黑龍江三江平原為4級(jí)，強(qiáng)度值為7.83～15.00，其中吉林白城、遼寧阜新等地達(dá)15.01～24.70；其余地區(qū)最大干旱強(qiáng)度為2～3級(jí)，強(qiáng)度值0.51～7.82(圖6b)。2000年苗期，東北三省西部的部分地區(qū)出現(xiàn)了2～3級(jí)強(qiáng)度的干旱，強(qiáng)度值為0.51～7.32，中東部大部地區(qū)旱情較弱或無(wú)旱情(圖6c)；2014年苗期，黑龍江松嫩平原西部局地、吉林西部和東北部、遼寧大部出現(xiàn)了2～3級(jí)強(qiáng)度的干旱，其余地區(qū)旱情較弱或無(wú)旱情(圖6d)。

拔節(jié)～吐絲期，三省的西部地區(qū)平均干旱強(qiáng)度為1.34～2.40，其余大部地區(qū)為0.04～1.33(圖7a)。最大干旱強(qiáng)度在遼寧西部、吉林西部以及黑龍江的大部地區(qū)為4級(jí)，強(qiáng)度值5.81～15.00，黑龍江松嫩平原部分地區(qū)可達(dá)15.01～17.50；遼寧東部、吉林東部大部和黑龍江東南部為3級(jí)，強(qiáng)度值1.34～5.80(圖7b)。2000年拔節(jié)～吐絲期，遼寧大部、吉林西部和黑龍江大部出現(xiàn)了3～4級(jí)強(qiáng)度的干旱，其中三省的西部地區(qū)為4級(jí)，強(qiáng)度值為5.81～10.00，遼寧西部和黑龍江西部的部分地區(qū)達(dá)10.01～17.40(圖7c)；而2014年僅在遼寧中西部、吉林西南部、黑龍江東南部等地的部分地區(qū)出現(xiàn)了2級(jí)強(qiáng)度的旱情，遼寧西南部局地達(dá)到3級(jí)，其余地區(qū)旱情較弱或無(wú)旱情(圖7d)。

灌漿期，平均干旱強(qiáng)度自西向東南部減弱，黑龍江松嫩平原西部、吉林西部和遼寧西部的部分地區(qū)為1.77～3.70；吉林東南部和遼寧東北部不足0.30(圖8a)。最大干旱強(qiáng)度在遼寧西部、吉林西部以及黑龍江大部為4級(jí)，強(qiáng)度值5.76～15.00，局地可達(dá)18.70；其余地區(qū)多為3級(jí)，強(qiáng)度值1.77～5.75(圖8b)。2000年灌漿期，在遼寧中部、吉林西部和黑龍江松嫩平原等地出現(xiàn)了2～3級(jí)干旱，強(qiáng)度值為0.31～5.75，其余地區(qū)旱情較弱或無(wú)旱情(圖8c)；而2014年灌漿期，遼寧和吉林大部以及黑龍江的南部地區(qū)出現(xiàn)了不同強(qiáng)度干旱，其中遼寧中西部、吉林中部和東北部等地達(dá)到3～4級(jí)，強(qiáng)度值1.77～18.00(圖8d)。

2.3 春玉米不同發(fā)育期干旱氣候危險(xiǎn)性評(píng)估

圖9給出了基于干旱強(qiáng)度分級(jí)頻率計(jì)算的東北三省玉米播種期、苗期、拔節(jié)～吐絲期和灌漿期干旱氣候危險(xiǎn)性指數(shù)分布?？梢钥闯?，東北三省西部在所有生育期內(nèi)干旱危險(xiǎn)性都相對(duì)較高；黑龍江東部在播種期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期也存在一定程度干旱危險(xiǎn)，吉林東部和遼寧東部多為干旱低危險(xiǎn)區(qū)。

3 結(jié)論與討論

本文通過(guò)分析東北地區(qū)春玉米播種期、苗期、拔節(jié)吐絲期和灌漿期在75%、50%和25%保證率下自然降水與玉米水分需求之間的盈虧、水分虧缺強(qiáng)度和干旱風(fēng)險(xiǎn)，得出以下主要結(jié)論：

1)4個(gè)生育期降水保證率為75%的干旱情況下，東北地區(qū)大部自然降水不能滿足玉米水分需求，4個(gè)生育期的虧缺量分別為10～40、10～80、10～130 mm和10～130 mm；在保證率為50%的情況下，東北地區(qū)西部自然降水不能滿足玉米水分需求，4個(gè)生育期水分需求虧缺量分別為0～30、0～50、0～80 mm和0～80 mm，且拔節(jié)～吐絲期和灌漿期在黑龍江東部地區(qū)也存在0～30 mm的水分虧缺；在保證率為25%的濕潤(rùn)情況下，僅播種期和灌漿期在吉林西部、黑龍江松嫩平原西南部和遼寧西部局地存在0～50 mm的水分虧缺。

2)1981—2016年，在玉米4個(gè)生育期，最大干旱強(qiáng)度的空間分布多是西部高、東南部低。遼寧西部、吉林西部和黑龍江松嫩平原大部以及三江平原部分地區(qū)在4個(gè)發(fā)育期最大干旱強(qiáng)度均可達(dá)到極強(qiáng)4級(jí)，而遼寧東部和吉林東部最大干旱強(qiáng)度為中等至偏強(qiáng)(2～3級(jí))。2000年玉米拔節(jié)～吐絲期，遼寧大部、吉林西部和黑龍江大部出現(xiàn)了偏強(qiáng)至極強(qiáng)(3～4級(jí))干旱，其中三省的西部地區(qū)為4級(jí)，強(qiáng)度值為5.81～10.00，遼寧西部和黑龍江西部的部分地區(qū)達(dá)10.01～17.40；由于拔節(jié)～吐絲階段為玉米水分需求關(guān)鍵期，干旱脅迫導(dǎo)致玉米穗發(fā)育不良、結(jié)實(shí)率下降，最終導(dǎo)致較大幅度減產(chǎn)。2014年玉米播種期，黑龍江松嫩平原中西部、吉林西部以及遼寧大部地區(qū)出現(xiàn)了偏強(qiáng)至極強(qiáng)(3～4級(jí))的旱情，強(qiáng)度值為5.41～15.60，其中黑龍江松嫩平原西北部、吉林白城西部以及遼寧中部平原等地達(dá)到或接近歷史最強(qiáng)；干旱造成玉米播種困難，出現(xiàn)毀、補(bǔ)種或改種現(xiàn)象；在灌漿期旱情再度發(fā)展，在遼寧中西部、吉林中部和東北部等地達(dá)到3～4級(jí)，導(dǎo)致玉米灌漿不充分，造成一定程度的產(chǎn)量損失。

圖6 東北春玉米苗期平均干旱強(qiáng)度、最大干旱強(qiáng)度以及2000、2014年干旱強(qiáng)度Fig.6 Average drought intensity, maximum drought intensity and drought intensity in 2000 and 2014 at seedling stage of spring maize in Northeastern China

圖7 東北春玉米拔節(jié)～吐絲期平均干旱強(qiáng)度、最大干旱強(qiáng)度以及2000、2014年干旱強(qiáng)度Fig.7 Average drought intensity, maximum drought intensity, and drought intensity in 2000 and 2014 at jointing to silking stage of spring maize in Northeastern China.

圖8 東北春玉米灌漿期平均干旱強(qiáng)度、最大干旱強(qiáng)度以及2000、2014年干旱強(qiáng)度Fig.8 Average drought intensity, maximum drought intensity, and drought intensity in 2000 and 2014 at filling stage of spring maize in Northeastern China.

圖9 東北春玉米播種期、苗期、拔節(jié)～吐絲期和灌漿期干旱氣候風(fēng)險(xiǎn)Fig.9 Drought climatic risk at sowing, seedling, jointing to silking, and filling stage of spring maize in Northeastern China

3)基于干旱強(qiáng)度等級(jí)頻率分析的玉米干旱氣候風(fēng)險(xiǎn)與不同降水保證率下玉米水分盈虧分析的結(jié)果相一致。東北三省西部在4個(gè)發(fā)育期干旱的危險(xiǎn)性都相對(duì)較高，出現(xiàn)水分虧缺的可能性在50%以上，特別是吉林西部、黑龍江松嫩平原西南部以及遼寧西部地區(qū)，在播種期和灌漿期出現(xiàn)水分虧缺的可能性要大于75%；黑龍江東部在拔節(jié)吐絲期和灌漿期也存在一定程度干旱危險(xiǎn)，出現(xiàn)水分虧缺的可能性在50%以上；吉林東部和遼寧東部干旱危險(xiǎn)性較低，出現(xiàn)水分虧缺的可能性約為25%左右。

綜合上述分析，可將東北地區(qū)玉米生產(chǎn)防旱抗旱的策略分為四級(jí)區(qū)域。一級(jí)區(qū)域主要包括吉林西部、黑龍江松嫩平原西南部和遼寧西部的阜新等地，在玉米各發(fā)育期降水正常的年份里都存在一定程度水分虧缺，且即使在播種期和灌漿期濕潤(rùn)年份里自然降水仍不能完全滿足該階段生長(zhǎng)發(fā)育需求，最大干旱強(qiáng)度達(dá)到4級(jí)，干旱風(fēng)險(xiǎn)高，因而在無(wú)灌溉條件下種植玉米減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)是非常高的，防旱抗旱工作需要常年進(jìn)行。二級(jí)區(qū)域是東北地區(qū)西部除一級(jí)區(qū)域以外的其他地區(qū)，在玉米各發(fā)育期濕潤(rùn)年份不會(huì)出現(xiàn)水分虧缺，但在正常年份存在水分虧缺、需要進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，干旱年份最大干旱強(qiáng)度可達(dá)到4級(jí)，干旱風(fēng)險(xiǎn)較高；該區(qū)域要做好玉米各發(fā)育期正常至偏旱年份的防旱抗旱工作。三級(jí)區(qū)域是在黑龍江東部地區(qū)，在玉米各發(fā)育期干旱年份里存在水分虧缺，且拔節(jié)吐絲期和灌漿期在降水正常年份也存在一定程度的水分虧缺，在極端干旱年份干旱強(qiáng)度也可達(dá)到4級(jí)；該區(qū)域除了抓好干旱年份玉米的防旱抗旱工作，也需要關(guān)注拔節(jié)吐絲期和灌漿期降水正常年份的水分虧缺，及時(shí)灌溉補(bǔ)水，保證玉米正常生長(zhǎng)發(fā)育。四級(jí)區(qū)域主要位于吉林東部和遼寧東部地區(qū)，僅在干旱年份部分地區(qū)存在水分虧缺，最大干旱強(qiáng)度一般為2～3級(jí)，干旱風(fēng)險(xiǎn)比較低，這個(gè)區(qū)域僅需要在干旱年份進(jìn)行補(bǔ)充灌溉；但是需要關(guān)注苗期、拔節(jié)～吐絲期和灌漿期在濕潤(rùn)年份會(huì)出現(xiàn)100～200 mm的水分盈余，低洼農(nóng)田的玉米可能會(huì)出現(xiàn)漬澇害，影響玉米的生長(zhǎng)發(fā)育。