孫倩倩 王也 袁東敏 閔裕秋 隋偉輝

（1 中國(guó)氣象局華風(fēng)氣象傳媒集團(tuán)，北京 100081；2 南京信息工程大學(xué)，南京 210044）

0 引言

我國(guó)是世界上自然災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)的國(guó)家之一。由于地處季風(fēng)氣候區(qū)，各地氣溫、降水等氣象環(huán)境條件的年際變化較大，干旱、低溫冷害、冰雹、高溫等氣象災(zāi)害頻頻發(fā)生。而農(nóng)業(yè)是氣候影響最敏感的領(lǐng)域之一，頻率高、強(qiáng)度大的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害給中國(guó)農(nóng)業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。因此掌握農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的特點(diǎn)和發(fā)生規(guī)律，對(duì)于防御氣象災(zāi)害、提高防災(zāi)減災(zāi)的能力，保障農(nóng)業(yè)增產(chǎn)具有十分重要的意義。

農(nóng)業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展方向開始向分工精細(xì)化過(guò)渡，因而對(duì)農(nóng)業(yè)氣象信息的需求也日趨提高。另外，農(nóng)業(yè)氣象信息產(chǎn)品往往缺少圖形匹配，影響了科學(xué)普及和提示服務(wù)的效果。因此提供具體的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害信息，應(yīng)該逐漸向著精細(xì)化、圖形化的方向發(fā)展，將農(nóng)業(yè)氣象研究的科技成果通過(guò)圖集形式向農(nóng)民進(jìn)行傳播，增強(qiáng)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害科普宣傳力度，提升為農(nóng)服務(wù)的效果。

1 研究思路

目前關(guān)于農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害研究成果眾多，不過(guò)普遍是以單一災(zāi)種對(duì)作物的影響為研究對(duì)象，但作物在不同生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期或階段所遭受的氣象災(zāi)害有所差異，對(duì)最終產(chǎn)量的影響也有不同[3-5]。針對(duì)這一短板，本文分析提煉了玉米、小麥、水稻這三種作物的不同生長(zhǎng)發(fā)育期的高影響天氣，給出相應(yīng)服務(wù)提示，并通過(guò)Surfer、Photoshop等軟件進(jìn)行圖形產(chǎn)品開發(fā)，建立科普宣傳圖集，電視、網(wǎng)站、微博、微信等媒體均可以使用發(fā)布，通過(guò)全媒體進(jìn)行廣泛傳播，也可以提高受眾的接受度。

2 玉米不同生育期災(zāi)害性天氣分析

我國(guó)31 個(gè)?。ㄊ小^(qū)）都有玉米種植，從東北平原起，經(jīng)黃淮海平原，至西南地區(qū)，形成了一條中國(guó)玉米帶[6]。在玉米整個(gè)生長(zhǎng)期中，干旱、澇災(zāi)、低溫冷害、高溫?zé)岷κ瞧湟装l(fā)生的幾種災(zāi)害（圖1）[7]。

圖1 玉米發(fā)育期高影響天氣 Fig. 1 High-impact weather in the corn development

2.1 干旱

每年4—5月，正是東北、西北、華北等地春玉米播種的季節(jié)，若發(fā)生春季干旱，對(duì)出苗和苗期生長(zhǎng)不利。而初夏（5月下旬—6月上、中旬）正是華北等地麥茬玉米、夏玉米的播種季節(jié)，此時(shí)若上述3旬的旬降水量不足20 mm，總雨量不足50 mm，或表層土壤濕度占田間持水量≤60%，將造成玉米晚播或出苗不好（圖2）。

圖2 玉米干旱指標(biāo) Fig. 2 Drought susceptibility index of corn

當(dāng)植株開始進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)階段，對(duì)水分要求迫切，抽雄前10天至后20天，是水分的臨介期，穗分化及開花期正是伏旱和伏秋連旱易發(fā)生期。干旱嚴(yán)重時(shí)，7月下旬—8月中旬，連續(xù)2旬的旬雨量不能滿足玉米需求，將造成雄穗與雌穗抽出時(shí)間間隔太長(zhǎng)，授粉不良，果穗籽粒少；雄穗和雌穗抽不出來(lái)，雌穗部分不育甚至空桿。

抽雄—成熟期，土壤濕度占田間持水的百分率小于60%時(shí)開始受旱，小于40%時(shí)嚴(yán)重受旱，將造成花粉死亡，花絲干枯，不能受粉[8-9]。

2.2 澇災(zāi)

從出苗至七葉期易受澇害，當(dāng)土壤水分過(guò)多或積水時(shí)，會(huì)使根部受害，甚至死亡。當(dāng)田間持水量90%以上持續(xù)3 d時(shí)，玉米三葉期表現(xiàn)紅、細(xì)、瘦弱，生長(zhǎng)停止；連續(xù)降雨大于5 d時(shí)，苗弱黃或死亡。

大喇叭期以后，耐澇性逐漸提高。但花期7月下旬—8月中旬雨量之和大于200 mm，或8月上旬的雨量大于100 mm時(shí)，就會(huì)影響玉米的正常開花授粉，造成大量禿頂和空粒。

玉米中后期，耐澇性較強(qiáng)。若地面淹水深度10 mm并持續(xù)3 d，只要葉片露出水面都不會(huì)死亡，不過(guò)產(chǎn)量會(huì)受到很大的影響。但若出現(xiàn)大于10 d的連陰雨天氣，玉米光合作用減弱，植株瘦弱常出現(xiàn)空桿（圖3）[10-11]。

圖3 玉米澇災(zāi)指標(biāo) Fig. 3 Flood susceptibility index of corn

2.3 低溫冷害

玉米的低溫冷害主要發(fā)生區(qū)域是在東北三省和內(nèi)蒙古，可分兩種情況：一是夏季低溫，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)使抽穗期推遲，在持續(xù)低溫得影響下玉米灌漿期縮短，在早霜到來(lái)時(shí)籽粒不能正常成熟，如果早霜提前到來(lái)，則遭受低溫減產(chǎn)更為嚴(yán)重；二是秋季降溫早，使籽粒灌漿期縮短，玉米生育前期溫度不低，但秋季降溫過(guò)早，降溫強(qiáng)度強(qiáng)、速度快，初霜到來(lái)早，灌漿期氣溫低，灌漿速度緩慢，且灌漿期明顯縮短，籽粒不能正常成熟而減產(chǎn)[12-13]。

圖4 玉米低溫冷害指標(biāo) Fig. 4 Chill index of corn

2.4 高溫?zé)岷?/h3>

黃淮海地區(qū)6—9月是一年中溫度最高和降水最集中的季節(jié)。特別是7月下旬—8月上旬，是一年中平均氣溫最高的時(shí)間段，常出現(xiàn)極端高溫天氣（圖5）。而這時(shí)黃淮海玉米處在孕穗至吐絲授粉時(shí)期，是產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期，對(duì)在地作物的后期產(chǎn)量形成影響較大[14]。

圖5 玉米高溫?zé)岷χ笜?biāo) Fig. 5 High temperature damage index of corn

綜上四種氣象災(zāi)害，得到玉米生育關(guān)鍵期重點(diǎn)氣象服務(wù)提示（表1）。

3 小麥不同生育期災(zāi)害性天氣分析

小麥?zhǔn)且环N溫帶長(zhǎng)日照植物，其適應(yīng)范圍較廣，自18°—50°N，從平原到海拔4000 m的高度均有栽培。我國(guó)小麥按種植季節(jié)可劃分為三個(gè)區(qū)域：春小麥區(qū)，主要分布在長(zhǎng)城以北；北方冬小麥區(qū)，主要分布在秦嶺、淮河以北，長(zhǎng)城以南；南方冬麥區(qū)，主要分布在秦嶺淮河以南[15]。

按照災(zāi)害的嚴(yán)重程度排列，對(duì)小麥影響最嚴(yán)重的幾種災(zāi)害依次為：干旱、凍害、霜凍、濕害、大風(fēng)、熱害（干熱風(fēng)、雨后青枯）、爛場(chǎng)雨（圖6）。

3.1 干旱

小麥干旱災(zāi)害是我國(guó)麥區(qū)，尤其是北方冬麥區(qū)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。播種出苗期容易出現(xiàn)夾秋旱，一般是出現(xiàn)在9—11月，氣溫持續(xù)偏高、降水稀少、空氣干燥、蒸發(fā)旺盛，導(dǎo)致土壤迅速失水。播種期出現(xiàn)干旱會(huì)影響根、葉的生長(zhǎng)，出苗的時(shí)間推遲，嚴(yán)重的種子不能發(fā)芽。越冬期若發(fā)生干旱將使次生根的發(fā)育明顯受阻。返青拔節(jié)期干旱將使生長(zhǎng)發(fā)育遲緩。抽穗開花期以及灌漿成熟期如果發(fā)生干旱會(huì)直接影響到小麥的產(chǎn)量，干旱較嚴(yán)重時(shí)，畝產(chǎn)量會(huì)顯著減少[16-17]。

表1 玉米生育關(guān)鍵期重點(diǎn)氣象服務(wù)提示 Table 1 Main meteorological service tips in the corn development

圖6 小麥發(fā)育期高影響天氣 Fig. 6 High-impact weather in the wheat development

3.2 凍害

小麥凍害是小麥與溫度關(guān)系的反應(yīng)，是小麥在不同生育時(shí)期環(huán)境溫度低于其三基點(diǎn)溫度的下限溫度，使其生育受阻的一種氣象災(zāi)害現(xiàn)象。

11 月中下旬—12月中旬，最低氣溫驟降10 ℃左右，達(dá)-10 ℃以下，持續(xù) 2～3 d，小麥的幼苗未經(jīng)過(guò)抗寒性鍛煉，抗凍能力較差，極易形成初冬凍害。12 月下旬—翌年2 月中旬處在小麥越冬期，持續(xù)低溫或因天氣反常造成凍融交替而形成的小麥凍害。2月下旬—3月中旬，小麥返青至拔節(jié)期間，麥苗植株生長(zhǎng)加快，抗寒力明顯下降，如遇寒流侵襲則易造成凍害，此類凍害發(fā)生較為頻繁且程度較重，是黃淮麥區(qū)的主要凍害類型。3月下旬—4月中旬，小麥在拔節(jié)至抽穗期間，對(duì)低溫極為敏感，氣溫回暖后又突然下降形成的霜凍，極易形成霜凍凍害（圖7）[18-20]。

圖7 冬小麥凍害類型 Fig. 7 Cold injury types of winter wheat

3.3 濕害

濕害是南方小麥產(chǎn)區(qū)穩(wěn)定持續(xù)增產(chǎn)的主要障礙因子，隨著降雨量的增加，濕害程度也會(huì)有相應(yīng)加重，單產(chǎn)相應(yīng)降低。以拔節(jié)-成熟期發(fā)生濕害損失最重，尤其是長(zhǎng)江中下游由于湖泊較多，地下水位較高，小麥生育期降雨偏多，大大超出小麥一生總的需水量，造成不同程度的濕害。

夏季爛場(chǎng)雨多發(fā)生在5月下旬—6月中旬，發(fā)生嚴(yán)重洪澇災(zāi)害使得小麥?zhǔn)艿捷^大損失的，均為爛場(chǎng)雨[21-22]。

3.4 大風(fēng)

在小麥生育中后期，因受氣候因素或是栽培措施不當(dāng)，易造成小麥大面積發(fā)生倒伏，嚴(yán)重影響小麥成熟，造成減產(chǎn)。氣候因素是，在小麥灌漿末期，由于先后陰雨，伴隨大于5～6級(jí)的陣風(fēng)或大風(fēng)，可使小麥大面積發(fā)生倒伏。

3.5 干熱風(fēng)

干熱風(fēng)是小麥生長(zhǎng)發(fā)育后期，即開花、灌漿、乳熟階段，一種高溫低濕并伴有一定風(fēng)力的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，麥株的芒、穗、葉片和莖稈等部位均可受害。較為嚴(yán)重的干熱風(fēng)平均10年1～2次，而一般區(qū)域性干熱風(fēng)幾乎年年都有發(fā)生。一般年份干熱風(fēng)可使小麥減產(chǎn)1～2成，嚴(yán)重年份減產(chǎn)3成以上[23-24]。

綜上幾種氣象災(zāi)害，得到小麥生育關(guān)鍵期重點(diǎn)氣象服務(wù)提示（表2）。

4 水稻

水稻是一種喜溫、喜濕的短日照作物，除海拔在2600 m以上的青藏高原以及東北、西北高山地區(qū)外，南起海南島崖縣，北至黑龍江黑河都可種植水稻[25]。在其生育期內(nèi)，干旱、低溫冷害、高溫?zé)岷?、澇害為最主要的幾種災(zāi)害（圖8）。

表2 小麥生育關(guān)鍵期重點(diǎn)氣象服務(wù)提示Table 2 Main meteorological service tips in the wheat development

圖8 水稻發(fā)育期高影響天氣及主要影響期 Fig. 8 High-impact weather in the rice development and main influencing periods

4.1 干旱

幼苗期，由于秧苗在移栽過(guò)程中，根系受損，新根發(fā)育剛開始，吸收力弱，而葉片蒸騰作用仍繼續(xù)進(jìn)行，因而此時(shí)耐旱力較弱。分蘗前期由于移栽之后新根逐漸長(zhǎng)出，耐旱能力較剛移栽后要強(qiáng)一些，但后期，分蘗需水量提高，干旱則容易導(dǎo)致植株分蘗數(shù)減少，植株矮小。孕穗期，幼植需要大量的水分和養(yǎng)分，如果水分供應(yīng)不足，則花粉粒發(fā)育受阻，穎花數(shù)減少，穎花退化，結(jié)實(shí)粒數(shù)減少，產(chǎn)量降低。抽穗開花期需水量仍比較大，抗旱力較弱，干旱會(huì)影響授粉。乳熟期，水稻大量光合作用積累干物質(zhì)，養(yǎng)分形成和運(yùn)轉(zhuǎn)集中，都需要適量的水分，此時(shí)抗旱能力較弱，干旱則容易造成灌漿不飽滿，秕粒增多，蠟熟期則影響較小[26-27]。

4.2 低溫冷害

水稻作為喜溫作物，對(duì)于熱量需求較高，低溫冷害是水稻生長(zhǎng)期間主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，我國(guó)所有稻區(qū)都可能受到低溫冷害的威脅。水稻生長(zhǎng)季內(nèi)，低溫冷害主要出現(xiàn)在三個(gè)時(shí)段，也可以稱之為是水稻“三寒”（圖9）。

圖9 水稻低溫冷害指標(biāo) Fig. 9 Chill index of rice

“清明寒”即倒春寒，一般出現(xiàn)在3月中旬—4月上旬，影響南方早稻的播種育秧，若是出現(xiàn)在播種前，則會(huì)導(dǎo)致播種期延遲，若是播種之后，則容易引起早稻爛種、爛秧，還可能影響早稻分蘗和幼穗分化。

“小滿寒”也稱“五月寒”，是指5月出現(xiàn)連續(xù)3 d或以上日平均氣溫≤20 ℃的低溫天氣。在5月前期出現(xiàn)，會(huì)影響早稻的返青分蘗，會(huì)引起生育期推遲，減少有效分蘗。出現(xiàn)在5月下旬—6月上旬，則主要影響早稻孕穗揚(yáng)花，花粉粒不能正常成熟，不能受精而造成空粒、癟粒。

“秋分寒”即“寒露風(fēng)”，是指寒露節(jié)氣前后，我國(guó)南部秋季晚稻開花期間，強(qiáng)冷空氣侵入引起顯著降溫，影響水稻開花、授粉、受精和灌漿，使水稻結(jié)實(shí)率和品質(zhì)下降而減產(chǎn)的一種低溫危害[28-29]。由于水稻品種的差異，寒露風(fēng)的致災(zāi)指標(biāo)也有所不同，粳稻適于在高緯度或高海拔種植，耐寒性較好，在抽穗至開花期，當(dāng)日平均氣溫連續(xù)3 d低于20 ℃，或2 d低于18 ℃時(shí)，容易遭受寒露風(fēng)災(zāi)害；而秈稻適宜在低緯度、低海拔濕熱地區(qū)種植，不耐寒，當(dāng)日平均氣溫連續(xù)3 d低于22 ℃，或2 d低于20 ℃時(shí)，就容易致災(zāi)[30]。

4.3 高溫?zé)岷?/h3>

高溫?zé)岷σ话闶窃谒境樗虢Y(jié)實(shí)期，氣溫超過(guò)水稻正常生育溫度上限，影響正常開花結(jié)實(shí)，造成空秕粒率上升而減產(chǎn)甚至絕收。在我國(guó)北方稻區(qū)，水稻生長(zhǎng)期內(nèi)，很少有高溫危害。而在南方稻區(qū)，內(nèi)陸地區(qū)高溫?zé)岷τ绊懘笥谘睾?，尤其在長(zhǎng)江流域多地，水稻容易遭受高溫?zé)岷Γ瑢?dǎo)致水稻生育期縮短，灌漿不足，結(jié)實(shí)率下降，稻米品變差[31-32]。其中抽穗開花期是水稻對(duì)高溫最敏感的生育階段，其次為灌漿結(jié)實(shí)期和孕穗期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期高溫影響最小。

4.4 澇害

水稻屬于水田作物，有著較強(qiáng)的耐澇能力，在一定的淹水環(huán)境中，還有利于水稻的生長(zhǎng)，但在長(zhǎng)期淹水的環(huán)境仍會(huì)受到傷害。一方面可能會(huì)造成植株倒伏、莖稈折斷、葉片根系受損等直接傷害；另一方面，在淹水的環(huán)境下，氧氣和光照不足，光合速率和呼吸作用減弱，會(huì)導(dǎo)致光合產(chǎn)量降低，從而影響產(chǎn)量。

水稻孕穗期和抽穗開花期對(duì)淹水的反應(yīng)最為敏感，耐澇性差，淹水后損失嚴(yán)重，其次是灌漿期和幼穗分化期；而分蘗期和成熟期耐澇性較強(qiáng)，淹水3～4 d影響還不大。淹水對(duì)于水稻生殖生長(zhǎng)影響要更大一些，此時(shí)淹水將影響幼穗發(fā)育，容易出現(xiàn)爛穗、畸形穗等現(xiàn)象。乳熟期是水稻干物質(zhì)積累、形成產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期，淹水會(huì)阻礙胚乳發(fā)育，導(dǎo)致空秕粒增加，米質(zhì)下降。而在蠟熟期和完熟期，水稻灌漿完成之后，淹水影響不大，但可能會(huì)由于長(zhǎng)期淹水，谷粒浸泡導(dǎo)致發(fā)炎霉?fàn)€而引起減產(chǎn)[33-34]。

綜上幾種氣象災(zāi)害，得到水稻生育關(guān)鍵期重點(diǎn)氣象服務(wù)提示（表3）。

表3 水稻生育關(guān)鍵期重點(diǎn)氣象服務(wù)提示 Table 3 Main meteorological service tips in the rice development