適合內(nèi)蒙古河套地區(qū)的低溫冷害動(dòng)態(tài)監(jiān)測指標(biāo),農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)論文河套灌區(qū)是我們國家最大的自流灌區(qū),位于內(nèi)蒙古高原中部黃河沿岸的平原地區(qū),西到賀蘭山,東至呼和浩特市以東,北到狼山、大青山、南界鄂爾多斯高原,得天獨(dú)厚的氣候和引黃灌溉條件使其成為內(nèi)蒙古重要農(nóng)業(yè)區(qū)和商品糧基地.當(dāng)前玉米的種植面積已占到糧食作物播種面積的50%,主導(dǎo)著全區(qū)糧食的豐歉.區(qū)域內(nèi)日照充足,熱量資源豐富,10℃以上活動(dòng)積溫3100~3650℃d,無霜期140~162天,呈現(xiàn)西高東低變化,偏東地區(qū)冷害風(fēng)險(xiǎn)較大.隨著氣候變暖內(nèi)蒙和東北地區(qū)的玉米氣候資源顯著增加[1-2],不同品種熟型玉米分布界限北移明顯[3],增加了玉米低溫冷害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn).研究區(qū)歷史上曾發(fā)生太多次不同程度的低溫冷害,近20年有3次范圍較大的冷害(1991、1995和2007年),平均減產(chǎn)5-10%,華而不實(shí)1991和1995年土默川地區(qū)、2007年巴彥淖爾市前山地區(qū)較為嚴(yán)重,減產(chǎn)15%以上.由于生長期較長品種播種面積的增大和溫度的波動(dòng)性加強(qiáng),低溫對玉米穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的影響重新遭到關(guān)注.低溫冷害是我們國家北方地區(qū)主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)禍之一,在東北地區(qū)發(fā)生比擬嚴(yán)重和頻繁.關(guān)于玉米低溫冷害指標(biāo)、機(jī)理的研究已有很多報(bào)道,主要是以積溫負(fù)距平、發(fā)育延遲天數(shù)和生物量損失為基礎(chǔ),多數(shù)指標(biāo)基于東北地區(qū)建立[4-11],并在冷害預(yù)測、監(jiān)測、評(píng)估中起著重要作用.當(dāng)前的指標(biāo)以氣候?qū)W意義的靜態(tài)指標(biāo)居多,缺乏從經(jīng)過和機(jī)制方面考慮,局域性較強(qiáng),難以推廣應(yīng)用到其它區(qū)域[11-13].因而,需要針對不同地區(qū)、不同發(fā)育時(shí)段建立能客觀描繪敘述低溫冷害發(fā)生規(guī)律的指標(biāo),以到達(dá)動(dòng)態(tài)監(jiān)測、評(píng)估的目的.文中利用河套地區(qū)近20a的玉米發(fā)育期、產(chǎn)量和溫度資料,根據(jù)不同品種類型和發(fā)育進(jìn)程,采用相對活動(dòng)積溫距平計(jì)算方式方法,綜合考慮冷害的階段性和延續(xù)性,制定合適內(nèi)蒙古河套地區(qū)應(yīng)用的低溫冷害動(dòng)態(tài)監(jiān)測指標(biāo),為及時(shí)監(jiān)測、評(píng)估和有效防御低溫冷害造成的危害提供科學(xué)根據(jù)和技術(shù)支撐.1材料與方式方法1.1資料來源和處理河套灌區(qū)12個(gè)氣象站1991-2020年4~10月逐日氣溫和臨河市、準(zhǔn)格爾旗、土左旗3個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測站資料來源于內(nèi)蒙古氣象信息中心,相應(yīng)地區(qū)歷年產(chǎn)量資料和2002-2018年內(nèi)蒙古玉米品比試驗(yàn)資料分別來源于內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)局和內(nèi)蒙古種子管理站.1.1.1發(fā)育期資料挑選比擬臨河、準(zhǔn)格爾旗近10年與近20年各發(fā)育期平均出現(xiàn)日期看出,近10年發(fā)育期略有推后,相差0-3天,相差2天以內(nèi)的發(fā)育時(shí)段占89%,總體變化不大.考慮到氣候變化和品種更新的影響,兼顧各站資料年限(土左旗發(fā)育期資料有14年),選用近10年(2001-2018年)資料分析各站玉米發(fā)育期正常年份平均出現(xiàn)日期代表多年平均狀況.1.1.2產(chǎn)量資料處理玉米氣象產(chǎn)量波動(dòng)系數(shù)采用(1)式計(jì)算,即:式中:It為t年的波動(dòng)系數(shù);Yt為t年實(shí)際產(chǎn)量(kg/hm);Yw為t年趨勢產(chǎn)量(kg/hm),采用線性或多項(xiàng)式擬合.選擇氣象產(chǎn)量波動(dòng)系數(shù)小于0的年份作為減產(chǎn)年.1.2相對活動(dòng)積溫距平計(jì)算方式方法根據(jù)積溫原理,玉米完成某一發(fā)育期所需的積溫相對固定[9],其生長發(fā)育進(jìn)程中某時(shí)段熱量的知足程度可用該時(shí)段積溫距平占總生育期積溫的比率,即相對活動(dòng)積溫距平來表示:式中:TXJ為相對活動(dòng)積溫距平,Ti為i發(fā)育時(shí)段實(shí)測活動(dòng)積溫(℃d),TOi為i發(fā)育時(shí)段標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)積溫(℃d),TO為從出苗到成熟需要的總的標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)積溫(℃d).1.3玉米品種適宜種植區(qū)域劃分為了確定各站點(diǎn)適宜種植的品種類型和正確選取冷害指標(biāo),需要進(jìn)行玉米品種種植區(qū)域劃分.根據(jù)代表站點(diǎn)資料分析,玉米出苗日期平均為5月12日,成熟日期平均為9月20日,以近20年出苗-成熟期間的活動(dòng)積溫平均值為基準(zhǔn),參考內(nèi)蒙古玉米品種區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)[14],以10℃活動(dòng)積溫2850℃d、2750℃d為下限,劃分研究區(qū)玉米晚熟、中晚熟和中熟品種主要種植區(qū)域(表1).2低溫冷害指標(biāo)確實(shí)定2.1玉米平均發(fā)育日期和活動(dòng)積溫下限確實(shí)定統(tǒng)計(jì)近10年各站10℃活動(dòng)積溫累積進(jìn)程,去掉積溫明顯偏低年(臨河、土左旗和準(zhǔn)格爾旗分別去掉2010年、2003年和2006年),平均后作為該地區(qū)玉米不同生長階段所需的積溫(表2).參考品比試驗(yàn)結(jié)果(表3),得出臨河玉米發(fā)育進(jìn)程能夠代表晚熟品種,土左旗和準(zhǔn)格爾可分別代表中晚熟和中熟品種.綜合表2和表3結(jié)果,參考各站1991-2018年不同時(shí)段積溫的平均值,得出河套地區(qū)玉米主要品種在正常氣候條件下各發(fā)育期普遍出現(xiàn)時(shí)間和所需的活動(dòng)積溫(視作標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)積溫)(表4).2.2相對活動(dòng)積溫距平指標(biāo)確定基于延遲型冷害發(fā)生特點(diǎn)和生產(chǎn)實(shí)際,選擇發(fā)育期間隔日數(shù)20~30天的時(shí)段和抽雄-吐絲期6個(gè)發(fā)育時(shí)段制定冷害指標(biāo).考慮到指標(biāo)的通用性,采用固定時(shí)段積溫缺少量衡量.利用晚熟區(qū)3個(gè)站、中晚熟區(qū)6個(gè)站和中熟區(qū)3個(gè)站20年的日平均氣溫資料,以表4中的發(fā)育日期統(tǒng)計(jì)實(shí)測活動(dòng)積溫Ti,與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)積溫TOi和TO比擬計(jì)算出各時(shí)段各年的相對積溫距平,根據(jù)積溫減少幅度,參考?xì)v史低溫冷害發(fā)生情況,確定出晚熟、中晚熟和中熟品種各生育階段輕度、中度和重度相對活動(dòng)積溫距平冷害指標(biāo)(表5).2.3積溫指數(shù)等級(jí)指標(biāo)表5閾值反映了作物生長到某個(gè)階段積溫的相對虧缺程度,牽涉到低溫累積和高溫補(bǔ)償效應(yīng),但對不同時(shí)段低溫疊加作用或連續(xù)性的影響考慮缺乏.而低溫冷害是一個(gè)時(shí)間積累性農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)禍[5].在作物的全生育期中,任何時(shí)段出現(xiàn)的低溫都有可能使得發(fā)育期延遲,但能否最終成災(zāi),取決于低溫持續(xù)時(shí)間的長短和低溫的嚴(yán)重程度.通過分析歷史資料,低溫冷害的發(fā)生與低溫出現(xiàn)時(shí)段的多少或低溫持續(xù)時(shí)間長短關(guān)系密切,相關(guān)程度大于低溫強(qiáng)度,采用相關(guān)系數(shù)法對TXJ指標(biāo)進(jìn)行修正,得出下面積溫指數(shù)計(jì)算方式方法:式中:Ki為當(dāng)下時(shí)段積溫指數(shù),Si為當(dāng)下時(shí)段TXJ指標(biāo)判定的低溫出現(xiàn)的次數(shù),i=1-6;Dij為當(dāng)下時(shí)段冷害等級(jí),j=1-3,分別表示輕度、中度和重度.參考減產(chǎn)程度對K值進(jìn)行等級(jí)劃分:當(dāng)Ki=2．4－3．1時(shí)，輕度冷害減產(chǎn)0～5%;3．2－4．0時(shí)，中度冷害減產(chǎn)5～10%;4．1以上時(shí)，重度冷害減產(chǎn)10%以上。積溫指數(shù)等級(jí)指標(biāo)不僅反映了作物生長經(jīng)過中積溫虧缺程度,也考慮了階段溫度的持續(xù)影響和后期溫度的補(bǔ)償效應(yīng).3指標(biāo)檢驗(yàn)和應(yīng)用3.1歷史回代檢驗(yàn)采用公式(2)、(3)和表5計(jì)算各站不同時(shí)段的積溫指數(shù),并與相應(yīng)等級(jí)指標(biāo)比擬,得出冷害等級(jí)指數(shù)斷定結(jié)果(表6):近20年共發(fā)生不同程度低溫冷害60站次,華而不實(shí)重度冷害占31.7%,中輕度占68.3%,低溫年與減產(chǎn)年的一致率為68.3%.區(qū)域上看,1991年有10個(gè)站出現(xiàn)了冷害,均造成減產(chǎn),1993、1995、2003、2004年有8個(gè)站同時(shí)出現(xiàn)冷害,發(fā)生率67%以上,屬全區(qū)域性冷害年;1992年有7站出現(xiàn)冷害,發(fā)生率58.3%,為區(qū)域性冷害,除2004年外71%的地區(qū)出現(xiàn)減產(chǎn),講明大范圍的低溫冷害常造成減產(chǎn),且回代檢驗(yàn)的準(zhǔn)確性較高.3.2指標(biāo)的外推檢驗(yàn)對2018-2020年冷害發(fā)生判別表示清楚,2020年河套偏南地區(qū)發(fā)生較嚴(yán)重低溫冷害,造成不同程度的減產(chǎn),華而不實(shí)準(zhǔn)格爾旗、土左旗、臨河區(qū)較為嚴(yán)重,減產(chǎn)15%以上,呼和浩特市、包頭較輕,發(fā)生區(qū)域占到67%.2018年準(zhǔn)格爾發(fā)生了輕度冷害,外推檢驗(yàn)冷害年與減產(chǎn)的一致性為85.7%(表7).冷害判定與氣象減產(chǎn)率的一致性表示清楚所建指有較好的準(zhǔn)確性.4討論河套灌區(qū)玉米低溫冷害以延遲型冷害為主,危害特點(diǎn)是低溫出如今營養(yǎng)生長期則會(huì)延遲抽穗,若發(fā)生在籽粒構(gòu)成期,則使凈光合能力降低,導(dǎo)致作物灌漿不充分而減產(chǎn).但在作物生長經(jīng)過中,低溫既能夠累積加重危害,可以以得到后期高溫?zé)崃康膹浹a(bǔ)而減輕危害,因而,低溫冷害的發(fā)生是一個(gè)連續(xù)的系統(tǒng)經(jīng)過,對它的監(jiān)測預(yù)測也應(yīng)當(dāng)是動(dòng)態(tài)的.以往的指標(biāo)多以靜態(tài)為主,文中基于6個(gè)關(guān)鍵發(fā)育期建立的指標(biāo)反映了生長季各階段低溫累積效應(yīng)和高溫補(bǔ)償效益,基本知足了低溫冷害動(dòng)態(tài)監(jiān)測的需要.然而,不同生長階段玉米對一樣溫度的敏感性不同,本指標(biāo)沒有考慮溫度熱效益的影響,需要今后進(jìn)一步研究,以加強(qiáng)指標(biāo)的代表性和準(zhǔn)確性.冷害的危害程度一般以減產(chǎn)率來判別.與我們國家東部地區(qū)相比,河套地區(qū)玉米低溫冷害的危害相對較輕,為了能客觀反映研究區(qū)冷害發(fā)生,文中設(shè)定的減產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)較東北地區(qū)低5%,即減產(chǎn)率0~5%、5~10%、10~15%分別為輕度、中度和重度冷害.冷害判定結(jié)果與氣象減產(chǎn)率的一致性比擬高,但要到達(dá)完全一致是很困難的,由于氣象產(chǎn)量的波動(dòng)受多種氣候因子的影響,區(qū)分單一氣象要素對產(chǎn)量的影響特別困難.冷害年作物產(chǎn)量的降低不僅與低溫有關(guān),而且會(huì)伴隨有霜凍、干旱、病蟲害等其它災(zāi)禍,常造成減產(chǎn)幅度與冷害程度不一致的現(xiàn)象,同時(shí)發(fā)生冷害后也未必都造成減產(chǎn)[15],低溫冷害發(fā)生與氣象減產(chǎn)年的一致性,除了受氣象產(chǎn)量的模擬偏差,品種熟性選擇誤差,指標(biāo)本身的判定能力等影響外,還會(huì)遭到低溫發(fā)生時(shí)段與程度差異的影響,若冷害發(fā)生在敏感期且比擬嚴(yán)重,即便后期熱量充足也會(huì)對產(chǎn)量造成影響[16],而在抽雄-吐絲和灌漿初期熱量充足,其它時(shí)期的低溫對產(chǎn)量影響較輕.2004年土默川地區(qū)低溫明顯,主要是玉米生長前期熱量缺乏,生育期雖有推后但在吐絲前后日平均溫度較高,平均為24.3℃,且晚霜出現(xiàn)的晚而未造成明顯減產(chǎn).由此看出,利用減產(chǎn)年來判定冷害發(fā)生存在一定的不確定性,尋找其它生物指標(biāo)來輔助判定冷害影響特別必要.5結(jié)論通過分析項(xiàng)目區(qū)玉米的發(fā)育進(jìn)程和10℃的活動(dòng)積溫,確定出晚熟、中晚熟和中熟玉米品種主要發(fā)育期在氣候正常年份平均出現(xiàn)的日期和標(biāo)準(zhǔn)活動(dòng)積溫;并基于相對活動(dòng)積溫距平(TXJ)指標(biāo)建立了積溫指數(shù)計(jì)算方式方法,既刻畫出冷害的階段性和延續(xù)性,也反映了不同時(shí)段低溫疊加作用,可用于描繪敘述玉米延遲型冷害的發(fā)生發(fā)展.該指標(biāo)在玉米生長發(fā)育各時(shí)期均可進(jìn)行冷害判別,后一次判別可看作是對前一次判別的修訂和補(bǔ)充,越接近成熟期,判別結(jié)果越準(zhǔn)確.這一指標(biāo)為實(shí)現(xiàn)玉米低溫冷害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)和災(zāi)損評(píng)估的動(dòng)態(tài)化提供科學(xué)根據(jù),也為河套地區(qū)玉米生產(chǎn)和減災(zāi)等農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)提供一個(gè)新的技術(shù)手段.以下為參考文獻(xiàn)[1]張存厚,李云鵬,李興華,等.內(nèi)蒙古近30年10℃積溫變化特征分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2018,23(5):100-105.[2]胡燕宇,延軍平,李雙雙.大東北地區(qū)暖溫帶北界對氣候變暖的響應(yīng)[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2020,27(5):107-113.[3]賈建英,郭建平.東北地區(qū)近46年氣候變化特征分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2018,25(10):109-115.[4]馬樹慶,劉玉英,王琪.玉米低溫冷害動(dòng)態(tài)評(píng)估和預(yù)測方式方法[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2006,17(10):1905-1910.[5]李祎君,王春乙.東北地區(qū)玉米低溫冷害綜合指標(biāo)研究[J].自然災(zāi)禍學(xué)報(bào),2007,16(6):15-20.[6]劉布春,王石立,莊立偉,等.基于東北玉米區(qū)域動(dòng)力模型的低溫冷害預(yù)報(bào)應(yīng)用研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2003,14(5):616-625.[7]郭建平,田志會(huì),張涓涓.東北地區(qū)玉米熱量指數(shù)的預(yù)測模型研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2003,14(5):626-633.[8]朱海霞,紀(jì)仰慧,閆平,等.黑龍江省玉米低溫冷害發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)趨勢及預(yù)報(bào)模型[J].氣象科技,2018,38(3):368-372.[9]郭建平,馬樹慶.農(nóng)作物低溫冷害監(jiān)測預(yù)測理論和實(shí)踐[M].北京:氣象出版社,2018:36-38.[10]馬樹慶,龔祝香,王琪.中國東北地區(qū)玉米低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].自然災(zāi)禍學(xué)報(bào),2003,12(3):137-141.[11]高曉容,王春乙,張繼權(quán).氣候變暖對東北玉米低溫冷害分布規(guī)律的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2020,32(7):2110-2118.[12]王遠(yuǎn)皓,王春乙,張雪芬.作物低溫冷害指標(biāo)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究進(jìn)展[J].氣象科技,2008,36(3):310