宮恒瑞，普宗朝，鄭玉萍

（烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊830002）

昌吉州一次冬小麥凍害氣象條件分析及防御對(duì)策

宮恒瑞，普宗朝，鄭玉萍

（烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊830002）

2011—2012年冬季新疆昌吉州、農(nóng)六師等地冬小麥?zhǔn)艿搅私?0 a來(lái)最為嚴(yán)重的凍害。利用蔡家湖氣象站2011—2012年冬季降雪量、氣溫、積雪、地溫等資料與近30 a氣象資料進(jìn)行對(duì)比分析，用相關(guān)分析建立冬季最低氣溫與積雪厚度為因子的凍害指標(biāo)曲線，研究氣候變暖背景下2011—2012年冬季準(zhǔn)噶爾盆地南緣中部地區(qū)冬小麥發(fā)生凍害的氣候成因。結(jié)果表明，2012年1—2月的異常低溫、積雪偏薄是冬小麥?zhǔn)軆龊Φ闹饕颍? cm地溫較歷年異常偏低，是冬小麥?zhǔn)軆龊Φ闹苯釉?；造成?yán)重凍害的關(guān)鍵期在1月下旬的22—25日和28—29日。建議在北疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣中部地區(qū)將種植冬麥的區(qū)域向南推移，北部靠近沙漠區(qū)將種植冬麥改為種植春麥以減小凍害風(fēng)險(xiǎn)。

冬小麥；凍害；氣象原因；防御對(duì)策

以氣候變暖為主要特征的全球變化已成為一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)[1-4]。一些學(xué)者研究認(rèn)為，氣候變暖，尤其是冬季氣候變暖，將有效改善我國(guó)北方冬麥區(qū)冬麥安全越冬的氣候條件，冬麥適宜種植區(qū)的北界將向高緯度區(qū)域推移，冬麥遭受凍害的風(fēng)險(xiǎn)和概率也將明顯降低[5-6]。

近年來(lái)，有關(guān)全球氣候變化背景下烏昌地區(qū)氣候變化的研究結(jié)果也揭示了近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)該地區(qū)氣候明顯變暖，冬季變暖尤為顯著的事實(shí)。然而，在此背景下，2011—2012年昌吉州地區(qū)冬小麥發(fā)生嚴(yán)重凍害，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，農(nóng)六師共青團(tuán)國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)示范園約0.36萬(wàn)hm2冬小麥發(fā)生凍害死亡的占98%左右[7]。昌吉州其他地區(qū)也遭受了近30 a來(lái)最為嚴(yán)重的冬小麥凍害[8]。因此，調(diào)查并分析該地區(qū)冬小麥凍害的氣象條件，對(duì)防御此類氣象災(zāi)害具有十分重要的意義。許多學(xué)者對(duì)冬小麥凍害進(jìn)行了研究，李茂松等[9]對(duì)2004—2005年度黃淮海地區(qū)冬小麥凍害成因進(jìn)行了分析；李俊芬等[10]建立了小麥凍害二級(jí)分辨法；巴特爾等[11]采用決策樹法建立了北京地區(qū)冬小麥凍害預(yù)報(bào)系統(tǒng)；代立芹等[12]研究了氣候變暖背景下河北省冬小麥凍害變化，說明雖然氣候變暖，但氣候變化的不確定性、冷暖交替突變等特殊天氣使冬小麥凍害防御仍不容忽視。

本研究對(duì)昌吉州蔡家湖地區(qū)發(fā)生凍害的氣象條件進(jìn)行分析，在前人研究的基礎(chǔ)上，將冬小麥凍害的氣象指標(biāo)用線性方程定量化表示；并提出防御冬小麥凍害的對(duì)策，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應(yīng)氣候變化、確保小麥安全生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

調(diào)查結(jié)果顯示，受凍害的共青團(tuán)農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)示范區(qū)播種的小麥品種為冬性小麥（新冬33號(hào)、石冬8號(hào)）。9月中下旬播種；采取滴灌方式灌溉。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，當(dāng)?shù)?011年入冬期為12月4日，冬麥冬前積溫約500℃·d，生長(zhǎng)狀況良好。停止生長(zhǎng)時(shí)分蘗數(shù)1～3個(gè)，達(dá)到了壯苗的標(biāo)準(zhǔn)[13]。

由于受災(zāi)區(qū)域在農(nóng)六師共青團(tuán)農(nóng)場(chǎng)國(guó)家級(jí)兵團(tuán)農(nóng)業(yè)示范園區(qū)表現(xiàn)得最為典型，故選取距共青團(tuán)農(nóng)場(chǎng)最近的昌吉州蔡家湖站（直線距離約10 km，海拔高度相近）的氣象觀測(cè)資料進(jìn)行分析。選用該站2011年12月至2012年3月的日最低氣溫、侯平均氣溫（5 d為1侯）、月平均氣溫、月降水量、積雪深度、5 cm地溫等氣象觀測(cè)資料；歷史同期（1981—2010年）相對(duì)應(yīng)的30 a平均氣象資料作為對(duì)照的歷年資料。將2011—2012年冬季蔡家湖站氣象資料與歷年資料對(duì)比分析；在前人研究的基礎(chǔ)上，用相關(guān)分析法建立冬季最低氣溫與積雪厚度為因子的凍害指標(biāo)線性模型，用此模型討論了2011—2012年冬季對(duì)共青團(tuán)農(nóng)場(chǎng)冬小麥造成凍害的最為關(guān)鍵的時(shí)間段。

2 結(jié)果與分析

2.1 蔡家湖2011—2012年冬季降水量少、積雪偏薄

蔡家湖站入冬后12月降水量為2.4 mm，較歷年偏少70%以上；2012年1，2，3月降水量均較歷年明顯偏少（圖1）。由觀測(cè)資料得到，入冬至1月中旬多于50 d的時(shí)間內(nèi)積雪很少，至1月20日才形成大于5 cm的穩(wěn)定積雪，而此時(shí)氣溫異常偏低（1月22日極端最低氣溫達(dá)-35.3℃），2月22日出現(xiàn)一次降雪后才形成大于10 cm的積雪。

積雪具有良好的保溫作用。通常5 cm厚的積雪可以防止日最低氣溫-30℃的危害，10 cm厚的積雪可以防止日最低氣溫-35℃的危害。一般北疆地區(qū)可在12月底以前形成積雪，5 cm以上積雪時(shí)間準(zhǔn)格爾盆地南緣（本研究區(qū)正處于此位置）為90 d左右[14]。而2011—2012年冬季蔡家湖只有45 d的積雪深度大于5 cm，并且氣溫異常偏低的1月下旬平均積雪深度只有8 cm，而此時(shí)蔡家湖的極端最低氣溫為-35.3℃，8 cm積雪不能抵御-35.3℃低溫是造成冬小麥?zhǔn)軆龊Φ脑蛑弧?/p>

2.2 蔡家湖2011—2012年冬季平均氣溫較常年明顯偏低

蔡家湖站2011年的月平均氣溫12月底之前高于歷年同期2～3℃，進(jìn)入2012年1月后氣溫急劇下降，1月較歷年平均氣溫偏低1.9℃，2月較歷年偏低0.9℃。2012年1月平均氣溫較2011年12月下降了8.8℃（歷年下降4℃）。2011年12月第5侯氣溫開始較歷年偏低，低3.6℃，第6侯至2012年1月前4侯氣溫與歷年相差4℃，1月第5侯氣溫急劇下降，較歷年低7.6℃，第6侯低4.5℃，進(jìn)入2月也較歷年偏低，但偏低幅度減小，其中，2月第3侯較歷年偏低4.2℃。至3月第3侯，氣溫開始較歷年偏高，直至月末（圖2）。由以上分析認(rèn)為，冬季氣溫異常偏低是造成2011—2012年冬季冬小麥凍害的另一個(gè)原因，并且1月下旬是造成嚴(yán)重凍害的關(guān)鍵時(shí)期。

2.3 蔡家湖2011—2012年冬季5 cm地溫較歷年明顯偏低

冬小麥分蘗節(jié)所處深度一般在3～5 cm，而分蘗節(jié)是冬小麥?zhǔn)軆龊ψ顬槊舾械牟课唬史治隽硕? cm土壤溫度變化。分析結(jié)果表明，蔡家湖站2011年12月5 cm地溫平均溫度與歷年基本持平，進(jìn)入1月蔡家湖月平均5 cm地溫較歷年低4.8℃，2月低3.7℃，3月低2.3℃（圖3）。由于冬季長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)嚴(yán)寒，1月和2月的超低溫造成了5 cm土層土壤溫度過低，使冬小麥分蘗節(jié)細(xì)胞間隙中的水分結(jié)冰[15]，造成細(xì)胞原生質(zhì)發(fā)生凝固，導(dǎo)致植株死亡，不能返青成活是冬小麥?zhǔn)軆龊Φ闹苯釉颉?/p>

3 基于積雪深度和最低氣溫的冬小麥凍害模型分析

3.1 基于積雪深度和最低氣溫的冬小麥凍害模型的建立

為了定量地研究在昌吉州地區(qū)冬季一定的積雪厚度到底能抵御的最低氣溫是多少，從而能更準(zhǔn)確地了解2011—2012年冬季造成冬小麥嚴(yán)重凍害的關(guān)鍵時(shí)期。在前人研究的基礎(chǔ)上[14，16]，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，總結(jié)了冬小麥越冬期分別在有積雪和無(wú)積雪情況下產(chǎn)生凍害的指標(biāo)：在無(wú)積雪覆蓋的情況下，最低氣溫高于-23℃時(shí)產(chǎn)生輕度凍害，在-23～-26℃產(chǎn)生中度凍害，低于-26℃時(shí)產(chǎn)生重度凍害；最低氣溫在-23～-26℃時(shí)，積雪深度小于1 cm，形成重度凍害，雪深1～3 cm則形成中度凍害，雪深大于3 cm時(shí)則產(chǎn)生輕度凍害；當(dāng)最低氣溫在-27～-30℃時(shí)，有3～5 cm的積雪產(chǎn)生輕到中度凍害，當(dāng)雪深小于3 cm時(shí)，則產(chǎn)生嚴(yán)重凍害；當(dāng)最低氣溫低于-30℃時(shí)，有5～8 cm的積雪產(chǎn)生輕到中度凍害，當(dāng)雪深小于5 cm時(shí)，則產(chǎn)生重度凍害。根據(jù)上述定量化的積雪深度和最低氣溫的不同組合可能對(duì)冬小麥產(chǎn)生不同凍害的標(biāo)準(zhǔn)，建立了不同積雪深度條件下冬麥能夠抵御最低氣溫的方程和曲線（圖4）。

圖4中，從上至下分別是冬小麥重度凍害、中度凍害和輕度凍害的趨勢(shì)線和回歸方程，3個(gè)方程均能通過顯著性檢驗(yàn)[17]。故認(rèn)為，當(dāng)一定的雪深在對(duì)應(yīng)的最低氣溫曲線以下則不產(chǎn)生凍害（安全越冬區(qū)），反之，當(dāng)最低氣溫在曲線以上時(shí)則產(chǎn)生相應(yīng)凍害（凍害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)）。

3.2 應(yīng)用冬小麥凍害模型分析造成冬小麥嚴(yán)重凍害的關(guān)鍵期

為了更清楚地分析2011—2012年冬小麥?zhǔn)軆龊Φ淖顬殛P(guān)鍵的時(shí)間段，將冬季最低氣溫低于-22℃的日期篩選出來(lái)（穩(wěn)定越冬期內(nèi)，當(dāng)氣溫高于-22℃時(shí)，地面無(wú)積雪冬小麥也不會(huì)產(chǎn)生凍害），共有42 d，分別與當(dāng)天實(shí)測(cè)的積雪深度相對(duì)應(yīng)，作散點(diǎn)圖并與圖4的斜線進(jìn)行疊加，得到圖5。

由圖5可知，在輕度凍害趨勢(shì)線以上的有11 d，分別是12月23，25，26，27日和1月21，22，23，24，25，28，29日；在中度凍害趨勢(shì)線以上的有6 d，分別是1月22，23，24，25，28，29日；在嚴(yán)重凍害趨勢(shì)線以上的有3 d，分別是1月22，23，28日。由此可見，2011—2012年冬季對(duì)共青團(tuán)農(nóng)場(chǎng)冬小麥造成嚴(yán)重凍害的關(guān)鍵期在1月的22—25日和28—29日。

4 討論與結(jié)論

2011—2012年冬季氣溫總體偏低，并且1月下旬氣溫異常偏低；降雪量偏少、積雪深度較歷年明顯偏薄。偏薄的積雪不能抵御異常低溫是冬小麥?zhǔn)軆龊Φ闹饕颉? cm地溫較歷年異常偏低是冬小麥?zhǔn)軆龊Φ闹苯釉?。通過建立基于積雪深度的冬小麥凍害模型，分析出造成共青團(tuán)農(nóng)場(chǎng)冬小麥嚴(yán)重凍害的關(guān)鍵期為2012年1月下旬的22—25日和28—29日。

雖然全球變暖已經(jīng)成為共識(shí)，但是氣候變暖的同時(shí)，天氣的冷暖、干濕變率更大，災(zāi)害性天氣出現(xiàn)的概率增大[13，16]，氣候?qū)鹘y(tǒng)種植作物和災(zāi)害影響也發(fā)生了相應(yīng)的改變。在實(shí)際生產(chǎn)中，調(diào)整作物結(jié)構(gòu)和種植制度，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局[18]就顯得非常重要。北疆冬小麥凍害防御除了采取合理布局小麥品種，調(diào)整小麥適播期，澆好冬前封凍水，加強(qiáng)田間管理，提高凍害預(yù)警能力等措施[12]之外，也需要考慮適當(dāng)調(diào)整一些傳統(tǒng)作物的種植區(qū)域。據(jù)以上分析提出建議供探討：為應(yīng)對(duì)異常氣候?qū)Χ←溤斐蓛龊Γ诒苯疁?zhǔn)噶爾盆地南緣中部地區(qū)將種植冬麥的區(qū)域向南（冬季氣溫相對(duì)較高，積雪較厚）推移，而北部靠近沙漠區(qū)將種植冬麥改為種植春麥以減小凍害風(fēng)險(xiǎn)。在現(xiàn)有的中、長(zhǎng)期氣候預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)水平不能完全滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的現(xiàn)實(shí)下，這樣的措施可以避免一些極端的天氣氣候帶來(lái)的損失，從而使農(nóng)民遭受損失的概率降低。

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M eteorological Condition Analysis and Defensive M easures of the 2011-2012 W inter W heat Frozen Injury in Changji

GONG Hengrui，PU Zongchao，ZHENG Yuping
（Urumqi Meteorological Bureau，Urumqi 830002，China）

Thewinter of 2011-2012,winter wheat suffered the themost serious freezing injury in Changji last 30 years.The paper analysed meteorological causes of winter wheat frozen injury by used meteorological data of Caijiahu station such as temperature,snow cover and soil temperature in winter.In the context of climate warming,the meteorological conditions of winter wheat frozen injury was studyed along the middle Tianshan Mountains area and close to the South edge of the desert planting zone.The results showed that low temperature and thin snow anomaly was primary cause of wheat frozen injury in winter January and February 2012.Exceptionally low 5 cm soil temperature than over the same period,direct cause of wheat frozen injury.Causing serious damage of critical period was in late 22-25 and 28-29 January.The author suggested that the plantingwinterwheat region southward,nearnorth desertplanting springwheat should in themiddle Tianshan Mountainsarea and close to the Zhungeer Basin to reduce frozen injury risk.

winterwheat;frozen injury;meteorological causes;defensemeasure

S512.1＋1

A

1002-2481（2016）07-0984-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.07.22

2016-03-04

國(guó)家公益性行業(yè)（氣象）科研專項(xiàng)（GYHY201106043）

宮恒瑞（1979-），女，安徽定遠(yuǎn)人，工程師，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)與研究工作。