張淑娟，張昭迪

（大冶市氣象局，湖北 大冶 435100）

低溫對(duì)水稻造成的損害主要表現(xiàn)為種子發(fā)芽緩慢、幼苗萎黃、在孕穗期和抽穗開花期授粉受阻導(dǎo)致不育或結(jié)實(shí)率降低。我國(guó)的水稻平均4～5 年遭受1 次嚴(yán)重冷害。調(diào)查顯示，在我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)，水稻在早春也會(huì)遭受寒流的危害。

目前，關(guān)于水稻低溫冷害的研究大多集中在致災(zāi)機(jī)理、指標(biāo)、監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)等方面。參考黑龍江省緯度和海拔資料，王萍等用平均氣溫和作物低溫冷害指數(shù)計(jì)算了一般和嚴(yán)重低溫冷害指數(shù)值，分析了低溫冷害的分布特征[1]。參照《中國(guó)災(zāi)害性天氣氣候圖集》中低溫和冷害的定義方法，陳裴等將長(zhǎng)江中下游雙季稻區(qū)早稻的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段記錄為連續(xù)3天每天平均溫度≤12.0℃是低溫冷害過(guò)程[2]。尹思慧等人對(duì)江蘇省近30 年來(lái)單季稻抽穗和結(jié)實(shí)期低溫低溫傷害的時(shí)空特征及其對(duì)水稻產(chǎn)量的影響進(jìn)行研究[3]。

本研究將分析大冶市水稻低溫冷害的時(shí)空特征，并根據(jù)冷害發(fā)生的頻率，進(jìn)一步分析冷害的強(qiáng)度變化特征，為規(guī)避發(fā)生低溫冷害的風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

1 研究概況與方法

1.1 研究概況

日平均氣溫：選擇大冶市從1973 年—2020 年所有氣象站3月20日—4月30日的平均氣溫作為基本數(shù)據(jù)。

地理信息：選擇了大冶市的ArcGIS9.2 版本和1∶250 000地理信息背景數(shù)據(jù)。

在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，分析大冶市近40年水稻遭受春季低溫的時(shí)空變化特征，著重研究這些變化的趨勢(shì)和頻率，并深入研究低溫和水稻的傷害寒意變化的規(guī)律。

1.2 研究方法

冷害指標(biāo)。災(zāi)害強(qiáng)度的定義。以1973 年—2020 年的3月20 日—4 月 30 日為例，3 d 以上每天平均溫度在＜12℃為春季低溫冷害指數(shù)[4]，將冷害強(qiáng)度以低溫冷害過(guò)程的持續(xù)日數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)劃分輕度、中度、重度3 個(gè)等級(jí)，其中：3～4 d 是輕度，5～6 d 是中度，≥7 d 是重度[5]，同時(shí)定義每年 3 個(gè)等級(jí)冷害頻次的總和是該年總冷害頻次，計(jì)算1973 年—2020 年以來(lái)每一次冷害的開始日期、結(jié)束日期、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度。

氣候趨勢(shì)分析方法。大冶氣象站建站48 年的日平均氣溫，根據(jù)相關(guān)指標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選處理，得到每1年不同程度的冷害（輕、中、重）發(fā)生的頻次，通過(guò)線性趨勢(shì)分析法畫出相關(guān)圖表進(jìn)行趨勢(shì)變化分析。方程表示：

式中，xt——?dú)夂蜃兞康臄M合值；a0——變量初始值；a1——變量的趨勢(shì)變化率；t——時(shí)間。

xt與t的相關(guān)系數(shù)即為趨勢(shì)系數(shù)，表示氣候變量的趨勢(shì)傾向，正值表示x隨時(shí)間t呈增加趨勢(shì)，反之呈減少趨勢(shì)。

（3）反距離權(quán)重法。采用Arcgis插值技術(shù)，將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)插值到各稻區(qū)，用反距離權(quán)重法（Inverse Distance Weighting，IDW）進(jìn)行插值。因?yàn)榇笠笔袇^(qū)域小，且有建站至今的完整數(shù)據(jù)僅有1站，本文對(duì)于空間變化的研究將擴(kuò)大區(qū)域范圍，利用鄂東南區(qū)域的其余國(guó)家站數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間變化分析。用公式表示如下：

式中，Z——待估計(jì)的氣溫柵格值；Z（xi）——第i（i=1，2，……，n）個(gè)氣象站點(diǎn)的數(shù)據(jù)；n——站點(diǎn)數(shù)目；di——插值點(diǎn)到第i個(gè)氣象站點(diǎn)的距離；p——距離的冪。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 大冶市春季水稻低溫冷害時(shí)間變化特征

通過(guò)1973年—2020年的3月20日—4月30的歷史氣象資料及研究方法，大冶市早稻春季低溫冷害的發(fā)生情況見圖1。

圖1 1973年—2020年大冶市早稻春季低溫冷害發(fā)生次數(shù)Fig.1 The occurrence times of low temperature chilling injury of early rice in spring in Daye City from 1973 to 2020

根據(jù)圖1 可知，1973 年—2020 年大冶市春季總低溫冷害次數(shù)在0～3F 范圍內(nèi)波動(dòng)，大冶市春季早稻的幼穗分化期的低溫冷害情況總體為下降趨勢(shì)。其中，分別于1973 年、1975年、2000 年、2001 年、2004 年、2007 年、2014 年達(dá)到冷害總次數(shù)最小值0 次，說(shuō)明這7 年為大冶市春季早稻的幼穗分化期的安全年；分別于1978年、1979年、1987年、1993年達(dá)到達(dá)到冷害總次數(shù)最大值3 次，說(shuō)明這4 年為大冶市春季早稻的幼穗分化期的危險(xiǎn)年；此外，不同等級(jí)冷害發(fā)生的頻次來(lái)看，分別于1976年、1980年、1983年、1987年、1988年、1991年、1992年、1996 年、1998 年出現(xiàn)了重度冷害，說(shuō)明這8 年為大冶市春季早稻的幼穗分化期的低溫冷害也較為嚴(yán)重，值得關(guān)注的是1998 年以后大冶市春季早稻的幼穗分化期再無(wú)重度冷害情況出現(xiàn)。

2.2 大冶市春季水稻低溫冷害空間變化特征

采用Arcgis 畫圖，選取黃石地區(qū)（3 站）、咸寧地區(qū)（6 站）畫出1973 年—2020 年鄂東南地區(qū)冷害分布圖，按強(qiáng)度分：總強(qiáng)度、輕度、中度、重度，見圖2。

圖2 1973年—2020年研究區(qū)域春季水稻低溫冷害的空間分布Fig.2 The spatial distribution of rice chilling injury in spring in the study area from 1973 to 2020

圖2 顯示了48 年來(lái)鄂東南地區(qū)各個(gè)年代冷害平均發(fā)生頻次的空間分布。以大冶市做主要分析：①總冷害發(fā)生頻次為1.05～1.25 次/年（圖2-A），空間分布經(jīng)緯向差異較為明顯，多發(fā)區(qū)位于西南部的通城縣和東北部的大冶市；②輕度冷害發(fā)生頻次為0.6～0.8 次/年（圖2-B），大冶市遭遇輕度冷害次數(shù)居多；③中度冷害發(fā)生頻次為0.2～0.3 次/年（圖2-C），大冶市遭遇中度冷害次數(shù)居中；④重度冷害發(fā)生頻次為0.19～0.27次/年（圖2-B），大冶市遭遇總度冷害次數(shù)最少；從總個(gè)鄂東南地區(qū)來(lái)看，嘉魚縣總冷害發(fā)生情況最少；輕度冷害空間差異較小，全區(qū)輕度冷害普遍偏多（各年代均在0.30 次/年以上），通城縣遭遇輕度低溫冷害情況最多；中度冷害普遍偏少（最多僅0.4次/年），通城縣遭遇中度低溫冷害情況最多，崇陽(yáng)縣次之。

3 討論

本研究認(rèn)為，大冶市春季早稻的幼穗分化期的低溫冷害情況呈下降趨勢(shì)，低溫冷害發(fā)生次數(shù)2000 年以前較多，2000年后較少，并且在1998 年之后無(wú)重度低溫冷害情況發(fā)生，同時(shí)，從鄂東南地區(qū)春季水稻低溫冷害的空間分布情況來(lái)看，大冶市低溫冷害次數(shù)較多，但總體趨于平緩。