豫东地区小麦常见气象灾害的发生规律探讨

孟自力，闫向泉，朱 倩，倪雪峰，朱 伟

（商丘市农林科学院，河南商丘476000）

目前粮食安全面临人口增长、土地和淡水限制、气候变化三大挑战，供需矛盾正在加剧。粮食生产与气候变化密切相关。近百年来，由于全球工业化迅速发展，温室效应加剧，气候变暖趋势已变得不可逆转，导致我国近20 a来极端性天气多发频发。通过调查研究发现，气候要素平均值变动同出现极端灾害两者间存在非线性关联，温度等一些气象因子出现的较小变动，同样可能造成灾害出现的次数增多，使农业生产受到较大损失[1-5]。所以，更进一步的对气候极端事件的变化规律加以研究，发现其对农业生产造成的影响，克服气候异常变化等不利因素，是保障国家粮食安全的重要研究内容。

在我国的粮食作物中，小麦位于水稻、玉米之后，排第3位，小麦的常年种植面积为粮食作物的22%左右，产量为总产量的21%左右，其对我国社会稳定、粮食安全具有较大的影响。

商丘市属于黄淮南片的中部，位于小麦种植的腹部，范围在北纬 33°43′～34°52′，东经 114°49′～116°39′，其气象资料基本上可以代替黄淮中部麦区的平均气候情况。商丘是国家现代农业核心示范区，常年粮食产量60亿kg左右，约占全国的1/90，河南省的1/9，其中，小麦播种面积近600万hm2，总产约40亿kg，商品粮调出量约30亿kg，对河南省乃至全国的粮食安全十分重要[1]。但由于位于气候带界线（淮河）附近，气候多变，引起小麦产量的年际间显著波动，虽然前人对商丘气象灾害与小麦关系开展过研究，但研究资料较少、试验方法单一，时间多在20世纪八九十年代，内容多是气候变化对小麦生长发育的影响和小麦冻害的研究结果，或是对全年气温时空变化特征、汛期降水量进行分析，未涉及灾害或小麦作物[6-12]。气候变暖背景下，商丘小麦主要气象灾害发生规律和时空分布的新特征未能明了。

因此，依据该区1963—2010年的气象资料和多年抗灾栽培试验，从确保粮食安全、趋利避害的角度入手，揭示商丘区域近50 a小麦主要气象灾害发生的新规律、形成原因及时空分布特征，对增强该区生产抗灾能力、稳定提高单产、增加农民收入，促进农村经济发展有着重要的现实和战略意义。

1 材料和方法

1.1 材料来源

本研究采用的气象数据来源于商丘市辖区永城、夏邑、虞城、梁园、宁陵、柘城、民权、睢县8个县级气象观测站1963—2010年的气象资料，由商丘市气象局提供。

1.2 研究方法

1.2.1 干旱指标的确定 利用软件Excel 2003对商丘1963—2010年小麦生育期的降水较少的时间段求其降水量距平百分率，依据表1进行干旱等级区分[13]，并统计不同年代和不同生育期的不同类型干旱发生频率。

表1 主要农区降水量距平百分率（Pa）农业干旱等级划分 %

1.2.2 冻害指标的确定 冻害发生频率＝（发生年份/总年份）×100%；重冻比＝（重度冻害发生年份/冻害发生年份）×100%。

利用1963—2010年商丘市8个县级气象观测站观测资料，求出商丘冬前、越冬、早春和晚春极端最低气温，利用商丘市农科院1981—2010年的小麦区试观测资料和商丘同期小麦发育期观测资料，分析确定小麦拔节期早晚和冻害发生情况；利用商丘市气象站同期的初霜日、终霜日和冬季气温资料计算平均初霜日、终霜日、距平及平均偏差，分析确定冬季冷暖年型。冻害类型：按发生时期分成初冬冻害（越冬前）、越冬冻害（越冬期）、早春冻害（返青至拔节期）和晚霜冻害（拔节后）4种类型。按危害程度分成轻重2种，即叶尖受冻发黄至叶片冻死1/2，分蘖冻死率小于20%或幼穗受冻长度小于1/4的为轻度冻害；叶片冻死1/2以上，分蘖冻死率大于20%或幼穗受冻长度大于1/4的为重度冻害。

1.2.3 干热风指标的确定 依据河南省干热风发生的气象指标（表2），求出1963—2010年商丘市8个县区市每年4—5月份干热风日、干热风天气过程发生情况，而后确定干热风年型和统计各县及商丘市干热风的发生频率。

表2 河南省干热风发生的气象指标（高温低湿型）

2 结果与分析

2.1 干旱的发生规律

从表3可以看出，在1971—1980年，10 a中出现了6次旱情，分别为2次中旱、2次重旱、2次特旱；在1981—1990年，10 a中出现了10次旱情，分别为轻旱1次、中旱3次、重旱3次、特旱3次；在1991—2000年，10 a中出现了7次旱情，分别为2次重旱，5次特旱；2001—2010年，10 a中出现了9次旱情，分别为1次轻旱、4次中旱、4次重旱，出现干旱年的频率在80%左右，依据不同干旱类型发生频率，能够发现轻旱、中旱、重旱特旱的比重分别是6%，28%，66%左右，出现干旱年的频率在80%左右，由以上分析结果可知，商丘小麦种植区域属于易发生干旱的地区，尤其是1970—1990年，重旱、特旱的发生频率呈现多发趋势，带来较大危害，1990—2010年，特旱减少，中旱、重旱增多，干旱的发生频率增加，危害呈减轻趋势。

表3 不同年代小麦干旱发生动态

从图1可以看出，20世纪70，80年代，小麦的冬前、越冬2个时期容易出现干旱，拔节期出现干旱的频率相对较低；20世纪90年代，小麦越冬期出现干旱的频率最低，其次是播种期，其干旱频率最高在春季；2000—2010年，干旱发生表现出20世纪70年代、80年代和90年代高发季节的叠加特征，即越冬期最高，早春次之，灌浆期最低，但持续时间略有不同，越冬期干旱持续时间短于70年代，长于80年代，播种期和春季干旱持续时间短于90年代，其中，播种期干旱时间后移到出苗期，春季干旱前移到早春。表明小麦播种至出苗期和春季干旱的发生频率并未减少，而是居高不下，越冬期干旱与20世纪90年代相比有加重趋势。

将1963—2010年度小麦生育期干旱发生频率列于表4，从表4可以看出，小麦生育中期发生频率为 35.9%，生育前期为 29.1%，生育后期为14.8%，其中，越冬期干旱发生频率最高，返青至拔节期次之。从上述分析结果可知，小麦生育中期干旱发生频率为10年4遇，是生育期干旱的高发期，但生育前期的越冬期干旱亦不容忽视，易加重冻害，危害风险最大。

表4 干旱的季节分布情况%

从图2可以看出，不同县区干旱期间平均降水量表现为永城＞柘城＞夏邑＞睢县＞梁园＞虞城＞宁陵＞民权，干旱呈现东部和南部危害轻，中部次之，北部和西部重的空间分布。

2.2 冻害的发生规律

根据冻害出现的时间[14]，分为初冬、越冬、早春、晚霜4种灾害类型，这其中灾害类型的发生时间分别为越冬前、越冬时、返青-拔节期、拔节后；将1963—2010年度小麦冬前、越冬期、返青至拔节期和拔节后极端最低气温线性回归分析结果列于表5，从表5可以看出，冬前、越冬期、返青至拔节期和拔节后极端最低气温呈逐渐上升趋势，上升幅度分别为 0.40，0.59，0.37，0.59 ℃/10 a，由此可知，各期极端最低气温的上升，使小麦冻害发生的危害程度降低。

表5 小麦不同生育期极端最低气温线性回归趋势的比较

将1981—2010年度初霜日、终霜日、拔节早晚及不同冻害发生情况列于表6。从表6可以看出，初霜日大致在11月2日左右，终霜日在4月7日左右，出现冻害的频率是100%。而初冬、越冬、早春、晚霜这4个时期出现频率的比例分别是63.5%，90%，80%和74%；重冻比分别为30%，30%，50%和30%。1987—2010年冻害发生频率较1981—1986 年分别增减 -4.2%，8.4%，-4.1%和 8.3%。此外，根据对田间灾后的了解，4种灾害类型减产幅度一般是初冬10%～30%，越冬5%～20%，早春5%～40%，晚霜15%～70%。由分析结果可知，商丘小麦种植区域出现冻害的时间较早，终止的时间相对较晚，平均每年的发生频率较高，出现的频率也较多，造成的危害较大。在越冬期时，冻害出现的次数较多，但程度较轻，而初冬、晚霜期冻害出现的次数较少，但程度较深，早春期冻害出现的次数不仅多，而且程度较深，同时伴随温度的提升，冻害在初冬、早春期处于缩减状态，而越冬、晚霜期则逐渐变多。

表6 历年初霜日、终霜日、冷暖、拔节早晚及不同冻害发生情况

将商丘各县市区1963—2010年度小麦越冬期平均及极端最低气温列于表7。从表7可以看出，不同县区平均与极端最低气温合计值高低顺序为永城＜夏邑＜虞城＜民权＜柘城＜睢县＜宁陵＜梁园，表明商丘东部区域冻害重于西部、西南部和中部。

表7 商丘各县市区1963—2010年度小麦越冬期平均气温及极端最低气温比较 ℃

2.3 干热风的发生规律

依据河南省干热风发生气象指标[15]，计算1963—2010年度上述8个县区市每年4—5月和6月上旬干热风日、干热风发生程度，确定干热风年型，并统计干热风的发生频率。从图3可以看出，干热风在商丘发生总体上呈逐渐减少趋势，平均每10 a以15.3%的速度递减，其中，1963—1979年为干热风高发期，发生频率为100%，而后逐渐减少，自20世纪80年代以来，随着5月下旬至6月上旬平均气温逐渐降低[16]，降水逐渐增多，商丘干热风的发生频率呈逐渐减少趋势，危害风险降低。

从图3，4，5可以看出，商丘发生重干热风的县区个数呈逐渐减少趋势，轻干热风的县区个数则呈逐渐增加趋势，由此可知，商丘地区重干热风发生面积呈逐渐减少，危害程度呈逐渐减轻趋势。

由表8可知，各县市区干热风发生频率依次为永城＞民权＞睢县＞梁园＞虞城＞宁陵＞柘城＞夏邑，其中，重干热风发生频率永城最高，为77.8%，虞城次之，为 62.2%，夏邑最小，为 44.4%；轻干热风发生频率睢县、梁园最高，为20%，民权次之，为15.6%，夏邑最小，为 2.2%。由此可知，商丘地区干热风的区域发生频率趋势为东部＞西部＞中部。

表8 商丘各县市区45 a小麦干热风发生频率 %

3 结论与讨论

黄淮中部麦区是干旱的多发区，发生情况为十年八遇。近20 a，干旱发生的频率较1971—1990年没有多大变化，只是重旱、特旱年份增多，但21世纪最初10 a较20世纪90年代，轻旱、中旱、重旱年份增多，特旱年份减少，小麦播种出苗期干旱的发生频率有增加趋势，返青至开花阶段干旱发生的频率变化不大。越冬期在不同年代之间波动性较大，尚不能确定是否与全球气候变暖有关，在空间分布方面，干旱在商丘地区的发生呈现东部和南部少，中部次之，北部和西部多的规律性。

黄淮中部麦区是小麦冻害的多发区和重发区，发生情况为十年十遇，冻害重灾发生情况为十年八遇，随着气候变暖，冬前、越冬期、返青至拔节及拔节后极端最低气温分别以 10 年 0.4，0.59，0.37，0.59 ℃的幅度升高，冻害的危害有相对减轻趋势，但冻害发生的频率并没改变，仍朝着初冬冻害、早春冻害减少，越冬冻害、晚霜冻害增多的趋势发展，表现出发生早，终止晚，年均概率高，发生次数多，危害程度重的特点，值得警惕的是，越冬期干旱频率增加的态势，极易造成小麦的苗情较弱，从而使小麦在极端最低气温不低情况下，冻害的危害反而加重。

黄淮中部麦区是小麦干热风的多发区，发生类型以高温低湿型为主，发生情况为十年七八遇，其中，重干热风为十年五六遇，轻干热风为十年四遇。随着全球气候变暖，该区的小麦干热风的发生频率则以10 a 15%速度递减，危害面积及危害程度呈减少减轻趋势。区域内干热风发生呈现东部高于西部，西部高于中部；重干热风南部和中部轻、东部和北部重的空间分布。

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