郭瑞鴿,段里成,吳自明,李輝婕*

(1.江西農(nóng)業(yè)大學,江西 南昌 330045;2.江西省農(nóng)業(yè)氣象中心,江西 南昌 330096)

江西是我國雙季稻優(yōu)勢產(chǎn)區(qū),也是全國雙季稻種植比例最高的省份,在保障國家糧食安全方面占有極其重要的地位[1,2]。做好雙季稻減產(chǎn)保產(chǎn)技術(shù)服務(wù),對穩(wěn)定糧食生產(chǎn)具有重要意義。發(fā)生于早稻播種期間的倒春寒災(zāi)害和晚稻抽穗揚花期間的寒露風災(zāi)害,是雙季稻種植區(qū)主要的低溫災(zāi)害;其中倒春寒災(zāi)害影響早稻的安全播種育秧[3-5],寒露風災(zāi)害影響晚稻的安全齊穗[6,7],因此也是制約雙季稻茬口安排、品種熟期搭配的主要因素。自20世紀90年代以來,有關(guān)學者已針對廣西[4,8]、貴州[3,9]、江蘇[5]、江西[6,7]、廣東[10]等地區(qū)的倒春寒、寒露風發(fā)生特點及對水稻的危害開展了一些研究,但在全球氣候變暖、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式不斷革新的大背景下,水稻生育期氣候特點和栽培模式均發(fā)生了顯著變化[2,11,12],因此需要進一步對雙季稻區(qū)倒春寒和寒露風的發(fā)生規(guī)律開展研究,從而為水稻減災(zāi)保產(chǎn)提供技術(shù)支撐[13]。

近年來,江西水稻直播栽培方式發(fā)展迅速,直播季節(jié)由早稻直播發(fā)展到晚稻直播,直播區(qū)域由鄱陽湖地區(qū)發(fā)展到全省各地[2]。據(jù)江西省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳統(tǒng)計，2020年早稻直播比例約達50%。直播早稻在播種期抵御低溫的能力差；直播晚稻缺少秧田期，生長季節(jié)遲,因而遭遇寒露風災(zāi)害的風險高[14]。迄今針對江西早稻倒春寒災(zāi)害特征及影響的研究報道較少，而針對江西省晚稻寒露風災(zāi)害特征及其影響的研究較多,如劉文英等[15]對1959～2008年江西寒露風的發(fā)生情況和演變趨勢進行了分析；劉丹等對江西1961～2017年間寒露風初日、日數(shù)及站次的周期變化及對氣候變化的響應(yīng)進行了研究[13]。但以上研究均針對人工栽插、拋秧等移栽方式為主的晚稻,針對直播晚稻寒露風災(zāi)害特征的研究尚未見報道。我們以江西87個氣象站1961～2018年的氣象資料為基礎(chǔ),采用氣候分析方法,研究了適用于直播方式的早稻倒春寒、晚稻寒露風的災(zāi)害特征,旨在為雙季直播栽培模式水稻的減災(zāi)保產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

氣象數(shù)據(jù)來源于江西87個國家氣象站(全省共有89個站,剔除廬山、井岡山2個高山站,余87個站)1961～2018年共計58年的氣象監(jiān)測資料。

倒春寒災(zāi)害判別標準:根據(jù)直播早稻對氣溫條件的要求以及低溫對直播稻秧苗生長的影響[16,18],確定本文中倒春寒災(zāi)害指標：當3月20日～4月20日間日平均氣溫≤12 ℃、持續(xù)天數(shù)≥5 d時,判定為1次倒春寒過程。

寒露風災(zāi)害判別標準:采用江西省地方標準DB36/T 511─2018《雙季稻氣象災(zāi)害指標》[17]中的規(guī)定。江西目前種植的直播晚稻品種多集中于9月抽穗揚花[19],因此災(zāi)害判別時段定為9月1～30日。

倒春寒發(fā)生頻率:某站發(fā)生倒春寒的年數(shù)占總年數(shù)的比例。

倒春寒發(fā)生范圍比例:某年份發(fā)生倒春寒的站點數(shù)量占總站數(shù)的比例。在本研究中，局部地區(qū)發(fā)生指1%～10%的站點發(fā)生了災(zāi)害;部分地區(qū)發(fā)生指11%～80%的站點發(fā)生了災(zāi)害;全省普遍發(fā)生指80%及以上的站點發(fā)生了災(zāi)害。

倒春寒強度:倒春寒災(zāi)害持續(xù)時間越長、發(fā)生范圍越大,對直播早稻的影響程度越大。但目前尚未見明確的江西直播早稻倒春寒等級劃分標準,因此采用累計站天數(shù)表征每年寒露風的強度。具體計算方法：逐年逐站計算倒春寒持續(xù)天數(shù);當平均氣溫≤12 ℃的持續(xù)天數(shù)不足5 d時,未達到倒春寒災(zāi)害標準,不予統(tǒng)計;當平均氣溫≤12 ℃的持續(xù)天數(shù)超過5 d時,以最長持續(xù)天數(shù)作為災(zāi)害持續(xù)天數(shù)。某年內(nèi)所有站點倒春寒最長持續(xù)天數(shù)之和為該年倒春寒災(zāi)害的累計站天數(shù)。累計站天數(shù)指標兼顧了倒春寒持續(xù)時間和發(fā)生范圍,可以較好地反映倒春寒的強度。歸一化后得到倒春寒強度指數(shù),用于分析倒春寒強度的年際變化特征。

寒露風強度:寒露風災(zāi)害等級已有輕、中、重3級明確的劃分,每年可能發(fā)生多次不同等級的寒露風災(zāi)害。考慮到災(zāi)害等級越高,災(zāi)害強度越大,因此對不同等級的災(zāi)害持續(xù)天數(shù)賦予階梯權(quán)重,最終確定每年的寒露風強度指數(shù)Z，其具體計算公式如下:

Z=k1×D1+k2×D2+k3×D3

上式中：D1、D2、D3分別為1級(重度)、2級(中度)、3級(輕度)的持續(xù)天數(shù);k1、k2、k3分別為1級、2級、3級的影響權(quán)重,分別取值4、2、1。

2 結(jié)果與分析

2.1 倒春寒的災(zāi)害特征

2.1.1 倒春寒發(fā)生頻率的空間分布特征 統(tǒng)計1961～2018年間各臺站倒春寒的發(fā)生頻率,結(jié)果表明：江西全省倒春寒的平均發(fā)生頻率為38%；在不同地區(qū)間倒春寒發(fā)生頻率差異較大,瑞昌、德安、安義、彭澤、銅鼓、湖口、武寧等站的倒春寒發(fā)生頻率較高,達50%～57%,主要位于贛西北地區(qū)；贛南中南部的發(fā)生頻率較低,低于20%；其余大部分地區(qū)的發(fā)生頻率為30%～50%,西部高于東部。

58年間倒春寒災(zāi)害發(fā)生頻率的前后差異十分明顯,分前28年、近30年分別繪制了災(zāi)害頻率分布圖(圖1)。在前28年,贛北贛中大部倒春寒發(fā)生頻率在50%以上,贛中南部、贛南北部、贛東北部分地區(qū)在40%～50%,贛南中南部低于40%。近30年,全省僅贛北北部個別站的發(fā)生頻率達50%,贛西北、贛中西部為30%～50%,其余普遍低于30%。30%頻率的分界線由贛南北擴至贛北大部。

圖1 前28年(左)和近30年(右)倒春寒發(fā)生頻率比較

2.1.2 倒春寒發(fā)生范圍的年際變化特征 統(tǒng)計了逐年倒春寒災(zāi)害的發(fā)生范圍,分析了倒春寒災(zāi)害的年際變化特征。結(jié)果(表1)表明：在1961～2018年58年間中,有29%的年份全省未發(fā)生倒春寒災(zāi)害;有21%的年份在局部地區(qū)發(fā)生了倒春寒災(zāi)害;有22%的年份在部分地區(qū)發(fā)生了倒春寒災(zāi)害;有29%的年份在全省普遍發(fā)生了倒春寒災(zāi)害。其中,全省性倒春寒災(zāi)害在20世紀80、90年代發(fā)生最為頻繁,在20年中有5年均發(fā)生了全省性倒春寒。在2000年以后倒春寒災(zāi)害呈明顯減少的趨勢,在18年間僅2004年發(fā)生了全省性倒春寒。

表1 1961～2018年江西倒春寒災(zāi)害發(fā)生范圍的統(tǒng)計結(jié)果

從圖2可以看出：倒春寒災(zāi)害的發(fā)生范圍在年際間呈顯著的下降趨勢(P<0.05)；在20世紀60年代，倒春寒災(zāi)害的發(fā)生范圍最大,全省平均58%的站點發(fā)生了倒春寒災(zāi)害;80、90年代次之,平均有52%的站點發(fā)生了倒春寒災(zāi)害;70年代倒春寒的發(fā)生范圍較小,平均37%的站點發(fā)生了倒春寒災(zāi)害；自2001年以來災(zāi)害發(fā)生范圍明顯減少,2001～2010年、2011～2018年分別僅有14%、11%的站點發(fā)生了倒春寒災(zāi)害。

圖2 1961～2018年倒春寒災(zāi)害發(fā)生范圍的年際變化

2.1.3 倒春寒災(zāi)害強度的變化特征 計算歷年倒春寒累計站天數(shù),歸一化處理后分析倒春寒強度。結(jié)果(圖3)表明：在58年期間全省的倒春寒強度以1996年為最強,累計站天數(shù)達1027;1992、1988、1976年分別排第2、3、4位,累計站天數(shù)分別為919、871、868；在58年間倒春寒強度指數(shù)呈減弱的趨勢。

圖3 1961～2018年倒春寒強度指數(shù)的年際變化

在各年代間倒春寒災(zāi)害持續(xù)天數(shù)存在明顯差異，在20世紀90年代持續(xù)天數(shù)最長,累計站天數(shù)為393站天;60年代、80年代的倒春寒災(zāi)害持續(xù)天數(shù)接近,分別為325、324站天;70年代較少,為221站天；在2001年以后,持續(xù)天數(shù)較上世紀明顯減少，在2001～2010和2011～2018年期間的累計站天數(shù)分別僅有77和58站天。

倒春寒持續(xù)天數(shù)最長為17 d,分別發(fā)生在1976年3月20日至4月5日和1996年3月20日至4月5日,發(fā)生區(qū)域為贛北、贛中。共有7年發(fā)生了區(qū)域性持續(xù)10 d以上的倒春寒災(zāi)害,分別為1965年(41站)、1976年(36站)、1987年(25站)、1988年(66站)、1991年(11站)、1992年(77站)、1996年(72站),詳見表2。在2000年以后全省均未發(fā)生持續(xù)10 d以上的倒春寒災(zāi)害。

表2 江西省持續(xù)10 d以上的倒春寒過程

2.2 寒露風的災(zāi)害特征

2.2.1 寒露風發(fā)生頻率的空間分布特征 分所有級別、重度、中度、輕度級別,分別統(tǒng)計了各站寒露風災(zāi)害的發(fā)生頻率。結(jié)果表明：在9月1～30日間江西省寒露風災(zāi)害發(fā)生十分頻繁；其中贛西北的發(fā)生頻率最高,在90%以上,即幾乎每年都會發(fā)生寒露風災(zāi)害；贛南大部及贛東北局部的發(fā)生頻率較低,為50%～70%；其余地區(qū)的發(fā)生頻率居中，為70%～90%(圖4)。

圖4 江西不同等級的寒露風災(zāi)害發(fā)生頻率

寒露風發(fā)生程度以輕度和中度為主，其中輕度發(fā)生頻率以30%～40%為主,南部高于北部；中度發(fā)生頻率以30%～50%為主,北部高于南部；重度寒露風發(fā)生頻率很低,在58年中僅資溪、宜黃、宜春、萍鄉(xiāng)、寧岡、蓮花等6站達10%～29%,其余站點均低于10%。

2.2.2 寒露風發(fā)生范圍的年際變化特征 統(tǒng)計了逐年寒露風災(zāi)害的發(fā)生范圍,分析了寒露風災(zāi)害的年際變化特征,見圖5。結(jié)果表明,在1961～2018年間,平均每年有76%的站點發(fā)生了寒露風災(zāi)害,其中平均5%的站點發(fā)生了重度寒露風。

在不同年份之間,寒露風發(fā)生站點比例差異十分差著。有63%的年份在全省普遍發(fā)生了寒露風災(zāi)害，有28%的年份在部分地區(qū)發(fā)生了寒露風災(zāi)害，有9%的年份在局部地區(qū)發(fā)生了寒露風災(zāi)害。其中重度寒露風發(fā)生年份較少,有62%的年份所有站點均未發(fā)生重度寒露風,有24%的年份(14年)在局部地區(qū)發(fā)生了重度寒露風,有14%的年份(8年)在部分地區(qū)發(fā)生了重度寒露風，詳見表3。

表3 1961～2018年江西寒露風災(zāi)害發(fā)生范圍的統(tǒng)計結(jié)果

在整個研究期內(nèi)，寒露風發(fā)生站點比例的變化趨勢不明顯。從各年代平均來看,20世紀70、80、90三個年代的平均發(fā)生范圍接近,約占87%;2001～2010、2011～2018兩個時段的平均發(fā)生范圍接近,約占57%。重度寒露風的年代際特征與所有等級寒露風的不同,在2001～2010年發(fā)生站點比例最高,平均達7.2%;而在2011～2018年又降到了2.2%，詳見表4。

表4 不同年代寒露風災(zāi)害發(fā)生站點所占比例 %

2.2.3 寒露風災(zāi)害強度的變化特征 統(tǒng)計每年各站寒露風強度指數(shù)之和,歸一化后繪制了寒露風強度的年際變化圖。由圖6可見：在1961～2018年期間寒露風累積強度指數(shù)呈一定的下降趨勢,但不顯著；從70年代后期至90年代,寒露風強度指數(shù)的年際間變化幅度最大；從60年代至70年代，以及在2000年以后年際變化幅度較??；2014年以后寒露風強度指數(shù)持續(xù)低于平均值。

圖6 寒露風強度指數(shù)的年際變化

寒露風強度排前10位的年份依次為1980、1997、1988、2006、1994、1967、1982、2002、1979、1965年,出現(xiàn)在80年代的有3次,出現(xiàn)在60年代、90年代、2001～2010年的各有2次,出現(xiàn)在70年代有1次;在2011年以后尚未出現(xiàn)比較強的寒露風災(zāi)害。主要低溫時段出現(xiàn)在9月中旬和下旬,少數(shù)年份出現(xiàn)在9月上旬。發(fā)生范圍均為全省性寒露風,在1997、1988年發(fā)生重度等級寒露風的范圍達30～31站(表5)。

表5 江西寒露風強度居前10位的年份

3 結(jié)論與討論

過去58年江西直播早稻倒春寒災(zāi)害平均發(fā)生頻率為38%,贛西北山區(qū)最高,贛南最低;總體分布北部高于南部、西部高于東部,這反映出江西省東部、南部地區(qū)更適于發(fā)展直播早稻。近30年與前28年相比,倒春寒發(fā)生頻率全省平均下降了24個百分點,30%頻率的分界線由贛南北擴至贛西北;倒春寒災(zāi)害強度呈下降趨勢,1996年以來未出現(xiàn)持續(xù)10 d以上的嚴重倒春寒災(zāi)害。說明江西直播早稻倒春寒災(zāi)害對氣候變化的響應(yīng)顯著,這也與近年來直播稻比例不斷增加的現(xiàn)象[2]一致。

直播晚稻寒露風災(zāi)害發(fā)生程度以輕度和中度為主,頻率一般為30%～50%;重度寒露風發(fā)生頻率較低,大部分地區(qū)的重度寒露風發(fā)生頻率低于10%。在58年間，寒露風輕、中度災(zāi)害的發(fā)生范圍大,重度災(zāi)害的發(fā)生范圍小,約有24%的年份在局部地區(qū)發(fā)生了重度寒露風，有14%的年份在部分地區(qū)發(fā)生了重度寒露風,未出現(xiàn)全省普遍性的重度寒露風災(zāi)害。寒露風災(zāi)害強度呈下降趨勢,2014年以后寒露風強度指數(shù)持續(xù)低于平均值。以上研究結(jié)果與劉文英、劉丹等[13,15]的研究結(jié)果總體一致。

在全球氣候變暖的大背景下,雖然江西倒春寒、寒露風災(zāi)害均有一定程度的減輕趨勢,但因極端氣候事件發(fā)生頻率加大,采用直播方式播種的雙季稻仍有可能遭遇較為嚴重的低溫災(zāi)害,需加以警惕。在播種前,應(yīng)盡可能選用抗低溫品種,在品種搭配上要選擇“早熟+遲熟”或“中熟+中熟”組合,并合理安排播期,直播早稻不早于3月下旬,直播晚稻不遲于7月下旬,以降低遭遇倒春寒和寒露風災(zāi)害的風險。當直播早稻在播種后遇倒春寒天氣時,可以利用水傳熱比較均勻、遇冷水時水溫下降緩慢的特點,在降溫前進行灌水防寒護秧,采取“夜灌日排”、“晴排雨灌”的措施調(diào)節(jié)田間小氣候[20]。當直播晚稻遇到寒露風災(zāi)害時,可以在降溫前對尚未抽穗或始穗的田塊灌4～10 cm的深水層[1],同時可噴施葉面肥提高植株的抗逆能力;對受寒露風影響而出穗遲緩的田塊,可在始穗期噴施調(diào)節(jié)劑以加快抽穗進度;另外在寒露風來臨時可在上午9：00水稻開花前和下午15：00水稻收花后,在田間進行人工噴灌,至溫度回升時停止,這樣可以減少葉片干枯,防止花粉、柱頭干枯而促進授粉。