孟自力，閆向泉，朱 倩，倪雪峰，朱 偉

（商丘市農(nóng)林科學院，河南商丘476000）

目前糧食安全面臨人口增長、土地和淡水限制、氣候變化三大挑戰(zhàn)，供需矛盾正在加劇。糧食生產(chǎn)與氣候變化密切相關。近百年來，由于全球工業(yè)化迅速發(fā)展，溫室效應加劇，氣候變暖趨勢已變得不可逆轉，導致我國近20 a來極端性天氣多發(fā)頻發(fā)。通過調查研究發(fā)現(xiàn)，氣候要素平均值變動同出現(xiàn)極端災害兩者間存在非線性關聯(lián)，溫度等一些氣象因子出現(xiàn)的較小變動，同樣可能造成災害出現(xiàn)的次數(shù)增多，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到較大損失[1-5]。所以，更進一步的對氣候極端事件的變化規(guī)律加以研究，發(fā)現(xiàn)其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的影響，克服氣候異常變化等不利因素，是保障國家糧食安全的重要研究內容。

在我國的糧食作物中，小麥位于水稻、玉米之后，排第3位，小麥的常年種植面積為糧食作物的22%左右，產(chǎn)量為總產(chǎn)量的21%左右，其對我國社會穩(wěn)定、糧食安全具有較大的影響。

商丘市屬于黃淮南片的中部，位于小麥種植的腹部，范圍在北緯 33°43′～34°52′，東經(jīng) 114°49′～116°39′，其氣象資料基本上可以代替黃淮中部麥區(qū)的平均氣候情況。商丘是國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)核心示范區(qū)，常年糧食產(chǎn)量60億kg左右，約占全國的1/90，河南省的1/9，其中，小麥播種面積近600萬hm2，總產(chǎn)約40億kg，商品糧調出量約30億kg，對河南省乃至全國的糧食安全十分重要[1]。但由于位于氣候帶界線（淮河）附近，氣候多變，引起小麥產(chǎn)量的年際間顯著波動，雖然前人對商丘氣象災害與小麥關系開展過研究，但研究資料較少、試驗方法單一，時間多在20世紀八九十年代，內容多是氣候變化對小麥生長發(fā)育的影響和小麥凍害的研究結果，或是對全年氣溫時空變化特征、汛期降水量進行分析，未涉及災害或小麥作物[6-12]。氣候變暖背景下，商丘小麥主要氣象災害發(fā)生規(guī)律和時空分布的新特征未能明了。

因此，依據(jù)該區(qū)1963—2010年的氣象資料和多年抗災栽培試驗，從確保糧食安全、趨利避害的角度入手，揭示商丘區(qū)域近50 a小麥主要氣象災害發(fā)生的新規(guī)律、形成原因及時空分布特征，對增強該區(qū)生產(chǎn)抗災能力、穩(wěn)定提高單產(chǎn)、增加農(nóng)民收入，促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展有著重要的現(xiàn)實和戰(zhàn)略意義。

1 材料和方法

1.1 材料來源

本研究采用的氣象數(shù)據(jù)來源于商丘市轄區(qū)永城、夏邑、虞城、梁園、寧陵、柘城、民權、睢縣8個縣級氣象觀測站1963—2010年的氣象資料，由商丘市氣象局提供。

1.2 研究方法

1.2.1 干旱指標的確定 利用軟件Excel 2003對商丘1963—2010年小麥生育期的降水較少的時間段求其降水量距平百分率，依據(jù)表1進行干旱等級區(qū)分[13]，并統(tǒng)計不同年代和不同生育期的不同類型干旱發(fā)生頻率。

表1 主要農(nóng)區(qū)降水量距平百分率（Pa）農(nóng)業(yè)干旱等級劃分 %

1.2.2 凍害指標的確定 凍害發(fā)生頻率＝（發(fā)生年份/總年份）×100%；重凍比＝（重度凍害發(fā)生年份/凍害發(fā)生年份）×100%。

利用1963—2010年商丘市8個縣級氣象觀測站觀測資料，求出商丘冬前、越冬、早春和晚春極端最低氣溫，利用商丘市農(nóng)科院1981—2010年的小麥區(qū)試觀測資料和商丘同期小麥發(fā)育期觀測資料，分析確定小麥拔節(jié)期早晚和凍害發(fā)生情況；利用商丘市氣象站同期的初霜日、終霜日和冬季氣溫資料計算平均初霜日、終霜日、距平及平均偏差，分析確定冬季冷暖年型。凍害類型：按發(fā)生時期分成初冬凍害（越冬前）、越冬凍害（越冬期）、早春凍害（返青至拔節(jié)期）和晚霜凍害（拔節(jié)后）4種類型。按危害程度分成輕重2種，即葉尖受凍發(fā)黃至葉片凍死1/2，分蘗凍死率小于20%或幼穗受凍長度小于1/4的為輕度凍害；葉片凍死1/2以上，分蘗凍死率大于20%或幼穗受凍長度大于1/4的為重度凍害。

1.2.3 干熱風指標的確定 依據(jù)河南省干熱風發(fā)生的氣象指標（表2），求出1963—2010年商丘市8個縣區(qū)市每年4—5月份干熱風日、干熱風天氣過程發(fā)生情況，而后確定干熱風年型和統(tǒng)計各縣及商丘市干熱風的發(fā)生頻率。

表2 河南省干熱風發(fā)生的氣象指標（高溫低濕型）

2 結果與分析

2.1 干旱的發(fā)生規(guī)律

從表3可以看出，在1971—1980年，10 a中出現(xiàn)了6次旱情，分別為2次中旱、2次重旱、2次特旱；在1981—1990年，10 a中出現(xiàn)了10次旱情，分別為輕旱1次、中旱3次、重旱3次、特旱3次；在1991—2000年，10 a中出現(xiàn)了7次旱情，分別為2次重旱，5次特旱；2001—2010年，10 a中出現(xiàn)了9次旱情，分別為1次輕旱、4次中旱、4次重旱，出現(xiàn)干旱年的頻率在80%左右，依據(jù)不同干旱類型發(fā)生頻率，能夠發(fā)現(xiàn)輕旱、中旱、重旱特旱的比重分別是6%，28%，66%左右，出現(xiàn)干旱年的頻率在80%左右，由以上分析結果可知，商丘小麥種植區(qū)域屬于易發(fā)生干旱的地區(qū)，尤其是1970—1990年，重旱、特旱的發(fā)生頻率呈現(xiàn)多發(fā)趨勢，帶來較大危害，1990—2010年，特旱減少，中旱、重旱增多，干旱的發(fā)生頻率增加，危害呈減輕趨勢。

表3 不同年代小麥干旱發(fā)生動態(tài)

從圖1可以看出，20世紀70，80年代，小麥的冬前、越冬2個時期容易出現(xiàn)干旱，拔節(jié)期出現(xiàn)干旱的頻率相對較低；20世紀90年代，小麥越冬期出現(xiàn)干旱的頻率最低，其次是播種期，其干旱頻率最高在春季；2000—2010年，干旱發(fā)生表現(xiàn)出20世紀70年代、80年代和90年代高發(fā)季節(jié)的疊加特征，即越冬期最高，早春次之，灌漿期最低，但持續(xù)時間略有不同，越冬期干旱持續(xù)時間短于70年代，長于80年代，播種期和春季干旱持續(xù)時間短于90年代，其中，播種期干旱時間后移到出苗期，春季干旱前移到早春。表明小麥播種至出苗期和春季干旱的發(fā)生頻率并未減少，而是居高不下，越冬期干旱與20世紀90年代相比有加重趨勢。

將1963—2010年度小麥生育期干旱發(fā)生頻率列于表4，從表4可以看出，小麥生育中期發(fā)生頻率為 35.9%，生育前期為 29.1%，生育后期為14.8%，其中，越冬期干旱發(fā)生頻率最高，返青至拔節(jié)期次之。從上述分析結果可知，小麥生育中期干旱發(fā)生頻率為10年4遇，是生育期干旱的高發(fā)期，但生育前期的越冬期干旱亦不容忽視，易加重凍害，危害風險最大。

表4 干旱的季節(jié)分布情況%

從圖2可以看出，不同縣區(qū)干旱期間平均降水量表現(xiàn)為永城＞柘城＞夏邑＞睢縣＞梁園＞虞城＞寧陵＞民權，干旱呈現(xiàn)東部和南部危害輕，中部次之，北部和西部重的空間分布。

2.2 凍害的發(fā)生規(guī)律

根據(jù)凍害出現(xiàn)的時間[14]，分為初冬、越冬、早春、晚霜4種災害類型，這其中災害類型的發(fā)生時間分別為越冬前、越冬時、返青-拔節(jié)期、拔節(jié)后；將1963—2010年度小麥冬前、越冬期、返青至拔節(jié)期和拔節(jié)后極端最低氣溫線性回歸分析結果列于表5，從表5可以看出，冬前、越冬期、返青至拔節(jié)期和拔節(jié)后極端最低氣溫呈逐漸上升趨勢，上升幅度分別為 0.40，0.59，0.37，0.59 ℃/10 a，由此可知，各期極端最低氣溫的上升，使小麥凍害發(fā)生的危害程度降低。

表5 小麥不同生育期極端最低氣溫線性回歸趨勢的比較

將1981—2010年度初霜日、終霜日、拔節(jié)早晚及不同凍害發(fā)生情況列于表6。從表6可以看出，初霜日大致在11月2日左右，終霜日在4月7日左右，出現(xiàn)凍害的頻率是100%。而初冬、越冬、早春、晚霜這4個時期出現(xiàn)頻率的比例分別是63.5%，90%，80%和74%；重凍比分別為30%，30%，50%和30%。1987—2010年凍害發(fā)生頻率較1981—1986 年分別增減 -4.2%，8.4%，-4.1%和 8.3%。此外，根據(jù)對田間災后的了解，4種災害類型減產(chǎn)幅度一般是初冬10%～30%，越冬5%～20%，早春5%～40%，晚霜15%～70%。由分析結果可知，商丘小麥種植區(qū)域出現(xiàn)凍害的時間較早，終止的時間相對較晚，平均每年的發(fā)生頻率較高，出現(xiàn)的頻率也較多，造成的危害較大。在越冬期時，凍害出現(xiàn)的次數(shù)較多，但程度較輕，而初冬、晚霜期凍害出現(xiàn)的次數(shù)較少，但程度較深，早春期凍害出現(xiàn)的次數(shù)不僅多，而且程度較深，同時伴隨溫度的提升，凍害在初冬、早春期處于縮減狀態(tài)，而越冬、晚霜期則逐漸變多。

表6 歷年初霜日、終霜日、冷暖、拔節(jié)早晚及不同凍害發(fā)生情況

將商丘各縣市區(qū)1963—2010年度小麥越冬期平均及極端最低氣溫列于表7。從表7可以看出，不同縣區(qū)平均與極端最低氣溫合計值高低順序為永城＜夏邑＜虞城＜民權＜柘城＜睢縣＜寧陵＜梁園，表明商丘東部區(qū)域凍害重于西部、西南部和中部。

表7 商丘各縣市區(qū)1963—2010年度小麥越冬期平均氣溫及極端最低氣溫比較 ℃

2.3 干熱風的發(fā)生規(guī)律

依據(jù)河南省干熱風發(fā)生氣象指標[15]，計算1963—2010年度上述8個縣區(qū)市每年4—5月和6月上旬干熱風日、干熱風發(fā)生程度，確定干熱風年型，并統(tǒng)計干熱風的發(fā)生頻率。從圖3可以看出，干熱風在商丘發(fā)生總體上呈逐漸減少趨勢，平均每10 a以15.3%的速度遞減，其中，1963—1979年為干熱風高發(fā)期，發(fā)生頻率為100%，而后逐漸減少，自20世紀80年代以來，隨著5月下旬至6月上旬平均氣溫逐漸降低[16]，降水逐漸增多，商丘干熱風的發(fā)生頻率呈逐漸減少趨勢，危害風險降低。

從圖3，4，5可以看出，商丘發(fā)生重干熱風的縣區(qū)個數(shù)呈逐漸減少趨勢，輕干熱風的縣區(qū)個數(shù)則呈逐漸增加趨勢，由此可知，商丘地區(qū)重干熱風發(fā)生面積呈逐漸減少，危害程度呈逐漸減輕趨勢。

由表8可知，各縣市區(qū)干熱風發(fā)生頻率依次為永城＞民權＞睢縣＞梁園＞虞城＞寧陵＞柘城＞夏邑，其中，重干熱風發(fā)生頻率永城最高，為77.8%，虞城次之，為 62.2%，夏邑最小，為 44.4%；輕干熱風發(fā)生頻率睢縣、梁園最高，為20%，民權次之，為15.6%，夏邑最小，為 2.2%。由此可知，商丘地區(qū)干熱風的區(qū)域發(fā)生頻率趨勢為東部＞西部＞中部。

表8 商丘各縣市區(qū)45 a小麥干熱風發(fā)生頻率 %

3 結論與討論

黃淮中部麥區(qū)是干旱的多發(fā)區(qū)，發(fā)生情況為十年八遇。近20 a，干旱發(fā)生的頻率較1971—1990年沒有多大變化，只是重旱、特旱年份增多，但21世紀最初10 a較20世紀90年代，輕旱、中旱、重旱年份增多，特旱年份減少，小麥播種出苗期干旱的發(fā)生頻率有增加趨勢，返青至開花階段干旱發(fā)生的頻率變化不大。越冬期在不同年代之間波動性較大，尚不能確定是否與全球氣候變暖有關，在空間分布方面，干旱在商丘地區(qū)的發(fā)生呈現(xiàn)東部和南部少，中部次之，北部和西部多的規(guī)律性。

黃淮中部麥區(qū)是小麥凍害的多發(fā)區(qū)和重發(fā)區(qū)，發(fā)生情況為十年十遇，凍害重災發(fā)生情況為十年八遇，隨著氣候變暖，冬前、越冬期、返青至拔節(jié)及拔節(jié)后極端最低氣溫分別以 10 年 0.4，0.59，0.37，0.59 ℃的幅度升高，凍害的危害有相對減輕趨勢，但凍害發(fā)生的頻率并沒改變，仍朝著初冬凍害、早春凍害減少，越冬凍害、晚霜凍害增多的趨勢發(fā)展，表現(xiàn)出發(fā)生早，終止晚，年均概率高，發(fā)生次數(shù)多，危害程度重的特點，值得警惕的是，越冬期干旱頻率增加的態(tài)勢，極易造成小麥的苗情較弱，從而使小麥在極端最低氣溫不低情況下，凍害的危害反而加重。

黃淮中部麥區(qū)是小麥干熱風的多發(fā)區(qū)，發(fā)生類型以高溫低濕型為主，發(fā)生情況為十年七八遇，其中，重干熱風為十年五六遇，輕干熱風為十年四遇。隨著全球氣候變暖，該區(qū)的小麥干熱風的發(fā)生頻率則以10 a 15%速度遞減，危害面積及危害程度呈減少減輕趨勢。區(qū)域內干熱風發(fā)生呈現(xiàn)東部高于西部，西部高于中部；重干熱風南部和中部輕、東部和北部重的空間分布。

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