李建楠 張寶林 楊雪婷 郭佳

摘要? 基于歷史資料初步統(tǒng)計分析了1950—2000年間內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害發(fā)生規(guī)律，利用ArcGIS空間分析技術研究了低溫冷害發(fā)生頻次和影響程度的空間變異，結果表明內(nèi)蒙古低溫冷害的發(fā)生在時間上具有不確定性、鏈式連年頻發(fā)的特點，在空間上具有廣泛性與區(qū)域性，玉米主產(chǎn)區(qū)受低溫冷害影響嚴重。研究結果為提高光溫資源利用率，并進一步開展低溫冷害風險評估與區(qū)劃及其氣候背景研究奠定了基礎。

關鍵詞 內(nèi)蒙古; 低溫冷害; 時空變化

中圖分類號：S162.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）01-050-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.01.019

Preliminary Statistical Analysis on the Spatial and Temporal Changes of Chilling Injury in the Ma？鄄jor Maize Production Re？鄄gions of Inner Mongolia

LI Jian-nan et al（College of Chemistry and Environmental Sciences，Inner Mongolia Normal University，Hohhot，Inner Mongolia? 010020）

Abstract Based on historical records on the frequencies and impacts of chilling injury during 1950 to 2000，statistical and spatial analysis using ArcGIS demonstrated its temporal and spatial changes in Inner Mongolia. Low？鄄temperature injury showed temporal uncertainty and successiveness，and spatial prevalence and regional characters. Maize production distributes over chilling affected regions in Inner Mongolia. The results would benefit studies on the use efficiency improvement of light？鄄temperature resource，risk assessment and zonalization，and climatological background of chilling injury in Inner Mongolia.

Key words? ?Inner Mongolia; Maize; Chilling injury; Temporal and spatial change

低溫冷害是指在生長季節(jié)內(nèi)，出現(xiàn)0℃以上低溫對農(nóng)作物造成損害的現(xiàn)象[1]。低溫冷害是農(nóng)業(yè)氣象災害研究的重要組成部分，在中國、尼泊爾、日本、巴基斯坦、澳大利亞及美國等國家常常發(fā)生[2]，造成了日本歷史上的3次大饑荒（1751—1763年、1781—1788和1830—1843年）和“明治兇作群”（1869、1884、1891、1893、1897、1902、1905和1906年）[3]。玉米是世界性作物，種植范圍廣、面積大。由于玉米是喜溫作物，對溫度變化非常敏感;低溫冷害成為影響東北玉米生產(chǎn)的主要氣象災害。1956—2011年遼寧省低溫冷害現(xiàn)象出現(xiàn)頻率高達30%，對玉米產(chǎn)量影響較大[4]。20世紀以來，由于全球氣候變暖，東北三省地區(qū)春玉米受害程度有所下降;但可種植界線北移東延，中、晚熟品種可種植面積擴大，使嚴重低溫冷害出現(xiàn)頻率明顯增加，種植風險增大[5]。

內(nèi)蒙古作為中國玉米主產(chǎn)區(qū)之一，種植面積和產(chǎn)量均居全國前列[6]。由于位于生態(tài)系統(tǒng)脆弱、農(nóng)牧交錯的狹長區(qū)域，內(nèi)蒙古氣候因子復雜。目前，關于氣候變化對內(nèi)蒙古玉米種植業(yè)影響的研究還比較缺乏[7]，低溫冷害相關研究開展較少[8-10]。在全球氣候變暖的背景下，內(nèi)蒙古地區(qū)的熱量資源有所上升，≥10℃積溫增加，玉米播期提前[11]，物候期延長，生育期偏長品種種植面積呈增加趨勢[12]，溫涼區(qū)具有成為玉米穩(wěn)產(chǎn)區(qū)的潛力[13];與此同時，初、終霜日期波動加大[14]，低溫冷害風險增加[8]。侯瓊等[8，10]研究了內(nèi)蒙古河套地區(qū)玉米低溫冷問題，王志春[9]分析了東部地區(qū)的低溫冷害風險，但內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害研究基礎還比較薄弱。低溫冷害的時空分布規(guī)律研究對于內(nèi)蒙古地區(qū)玉米生產(chǎn)具有重要意義，有利于提高光溫資源的利用率、預測低溫冷害的發(fā)生、評估對作物生產(chǎn)可能造成的影響，以采取預防措施規(guī)避冷害風險，保障糧食安全。

1 數(shù)據(jù)與方法

研究所用數(shù)據(jù)源于《中國氣象災害大典》[15]和《內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒》（1989—2017年）等資料。分析歷史文獻中內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害發(fā)生的年份、影響區(qū)域、冷害強度等，統(tǒng)計各旗縣災害發(fā)生次數(shù)，利用ArcGIS空間分析技術研究內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害發(fā)生頻率和影響程度的空間變異。

1988—2016年間，從玉米區(qū)域產(chǎn)量可以看出，內(nèi)蒙古地區(qū)玉米產(chǎn)區(qū)主要包括通遼市、赤峰市、興安盟、呼倫貝爾市、巴彥淖爾市和鄂爾多斯市等地區(qū)，尤其是通遼市、赤峰市、興安盟、呼倫貝爾市和巴彥淖爾市。在每一主產(chǎn)區(qū)，玉米總產(chǎn)量雖然在2015年后有下降趨勢，但其變化基本上可以分為3個階段，即緩慢增長期（1988—2000年）、快速增長期（2000—2012年）和基本穩(wěn)定期（2012—2016年）（圖1）。

2 結果與分析

2.1 內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害分布的年代際變化

20世紀50—70年代冷害現(xiàn)象較為嚴重，多地發(fā)生嚴重冷害，70年代后雖仍有冷害發(fā)生，但冷害程度都為一般或較輕。1950—2000年間內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害發(fā)生頻率為37.5%，內(nèi)蒙古東部地區(qū)發(fā)生頻率為31.2%，中西部地區(qū)發(fā)生頻率為25%。由此可見，內(nèi)蒙古低溫冷害的發(fā)生既有不確定性，也有鏈式的連年頻繁發(fā)生（表1）。

2.2 內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害分布的空間變化

從圖2可以看出，低溫冷害在內(nèi)蒙古東部、中部和中西部均有發(fā)生。東部地區(qū)主要發(fā)生在通遼市和赤峰市;通遼市的扎魯特旗、科爾沁區(qū)和開魯縣冷害發(fā)生次數(shù)較多，赤峰市的林西縣冷害發(fā)生次數(shù)較多，其次為紅山區(qū)和巴林左旗。中部地區(qū)的烏蘭察布市冷害多發(fā)地為其東部的化德縣和商都縣、南部的涼城縣。中西部地區(qū)的巴彥淖爾市的臨河為低溫冷害發(fā)生次數(shù)最多的地區(qū)，呼和浩特市地區(qū)低溫冷害發(fā)生頻率也較高。1954、1957、1962、1995年為全區(qū)性低溫冷害年。1972年大部分地區(qū)年均氣溫較正常年偏低，呼倫貝爾市的扎蘭屯和興安盟最為嚴重。1979年中西部地區(qū)低溫冷害較為嚴重，尤其是烏蘭察布市的商都縣和涼城縣、呼和浩特市、巴彥淖爾市的臨河市和烏拉特前旗最為嚴重，作物減產(chǎn)明顯。因此，內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害的發(fā)生具有廣泛性和區(qū)域性。

2.3 內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害影響強度的空間變化

通過對低溫冷害發(fā)生地區(qū)與次數(shù)的統(tǒng)計分析，基于發(fā)生頻率確定的冷害影響強度可分為6級：嚴重區(qū)，P（頻率）≥20%;重度區(qū)，20%>P≥15%;中度區(qū)，15%>P>10%;一般區(qū)，10%≥P≥5%;較輕區(qū)，5%>P>0%;無影響區(qū)，P=0（圖3）。嚴重影響區(qū)域在內(nèi)蒙古東部，中部和中西部均有分布，如扎蘭屯市、化德縣和臨河市等地區(qū);重度影響區(qū)包括突泉縣、扎魯特旗、通遼市科爾沁區(qū)、林西縣和呼和浩特市等地區(qū)，主要發(fā)生在內(nèi)蒙古東部、中部;中度影響區(qū)包括烏蘭浩特、開魯縣、巴林左旗和赤峰市紅山區(qū)等地區(qū)，主要集中在內(nèi)蒙古東部地區(qū);輕度影響區(qū)為多倫縣、商都縣、涼城縣和烏拉特前旗等地區(qū)，主要分布在內(nèi)蒙古中部;一般影響區(qū)包括五原縣等地區(qū)，較輕影響區(qū)包括阿榮旗、莫力達瓦旗和集寧等地區(qū)，其他為無影響區(qū)。

3 討論

3.1 內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害時有發(fā)生，全區(qū)玉米低溫冷害研究基礎薄弱

研究表明，1951—1990年40年間，夏季低溫在內(nèi)蒙古東部山區(qū)發(fā)生頻率高達30%以上[16];然而，全區(qū)低溫冷害分布時空規(guī)律的研究較少[8]，僅在莫力達瓦旗[17-19]、包頭市[20]、鄂倫春自治旗[21]、興安盟[22]和河套[10，23]等部分地區(qū)得以展開。王志春在內(nèi)蒙古東部地區(qū)的研究表明低溫冷害風險程度基本呈西北-東南向帶狀分布，高風險區(qū)位于緯度和海拔較高的呼倫貝爾市北部和西部地區(qū)，低風險區(qū)位于通遼市中南部、赤峰市東南部和興安盟南部等海拔較低、地勢相對平坦的地區(qū)[9]。

3.2 內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害指標及其形成天氣背景研究匱乏

中國東北三省玉米低溫冷害的研究已取得許多成果，建立了玉米低溫冷害判定指標，分析了低溫冷害的時空分布規(guī)律。內(nèi)蒙古玉米低溫冷害指標研究較少[8，24]，更缺少低溫冷害形成天氣背景的相關研究。王志春等以玉米為研究對象，分析了熱量條件及其變異、低溫冷害發(fā)生頻率，確定了低溫冷害綜合風險指數(shù)，對內(nèi)蒙古東部地區(qū)玉米低溫冷害進行了風險區(qū)劃[9]。研究表明20世紀50—60年代中國發(fā)生的自然災害不是突然發(fā)生的，有其孕育和發(fā)展過程[25]，災害鏈規(guī)律不容忽視[26]。災害發(fā)生的歷史及其天氣背景研究對加強防災減災有重大現(xiàn)實意義。

3.3 內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害對策研究極少

影響東北地區(qū)糧食生產(chǎn)的氣象災害，主要是生育期間（5—9月）階段性低溫冷害而引起的[27]。20世紀50年代，我國發(fā)生過較為嚴重的低溫冷害，內(nèi)蒙古也受到影響，但未受到足夠的重視。60—70年代，接連發(fā)生了1969、1972和1976年的低溫冷害，造成了大范圍的糧食減產(chǎn)，減產(chǎn)率達15%—20%。1977—1995年期間仍發(fā)生低溫冷害，但是范圍較小、強度偏低;1996—2008年，超過10年間未發(fā)生大范圍的低溫冷害，說明低溫冷害發(fā)生的頻率可能降低了，但是一旦進入年代際變化的低溫期，再次發(fā)生影響范圍廣或者嚴重低溫冷害的可能性還是存在的[3]。

有研究表明，1951—2010年間，東北地區(qū)玉米障礙型低溫冷害發(fā)生頻率呈增加趨勢，延遲型冷害呈遞減趨勢[28]。但由于氣溫波動振幅加大，階段性低溫冷害亦可能嚴重;隨著農(nóng)業(yè)科技的進步，農(nóng)作物品種推陳出新，但高產(chǎn)新品種往往對氣候條件要求和敏感性更高，為了充分發(fā)揮遺傳優(yōu)勢，挖掘生產(chǎn)潛力，需要加強對低溫冷害的防范意識，并開展低溫冷害對策研究。由于低溫冷害具有可減輕性，在種植農(nóng)作物時，考慮發(fā)生冷害的風險因素和氣溫條件，在一定程度上可以避免減產(chǎn)，降低損失。

4 結論

低溫冷害發(fā)生的時空變化分析表明內(nèi)蒙古玉米主產(chǎn)區(qū)低溫冷害時有發(fā)生，其影響不容忽視。內(nèi)蒙古地區(qū)遭遇過全區(qū)性、區(qū)域性低溫年;由于溫熱條件差，農(nóng)作物生長季熱量不足，造成農(nóng)作物減產(chǎn)。中東部的玉米主產(chǎn)區(qū)呼倫貝爾市、興安盟、赤峰市和通遼市，西部的玉米主產(chǎn)區(qū)巴彥淖爾市低溫冷害對玉米生產(chǎn)影響嚴重。20世紀以來，雖然氣溫有升高趨勢，但仍存在發(fā)生低溫冷害的可能性。在氣候變化的背景下，基于歷史統(tǒng)計資料的內(nèi)蒙古地區(qū)低溫冷害事件的歷史分析可為進一步開展低溫冷害形成機理和氣候背景研究奠定基礎，為低溫冷害風險評估與區(qū)劃提供科學依據(jù)。

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