基于统计资料的内蒙古玉米主产区低温冷害时空分布规律的初步分析

李建楠 张宝林 杨雪婷 郭佳

摘要  基于历史资料初步统计分析了1950—2000年间内蒙古地区低温冷害发生规律，利用ArcGIS空间分析技术研究了低温冷害发生频次和影响程度的空间变异，结果表明内蒙古低温冷害的发生在时间上具有不确定性、链式连年频发的特点，在空间上具有广泛性与区域性，玉米主产区受低温冷害影响严重。研究结果为提高光温资源利用率，并进一步开展低温冷害风险评估与区划及其气候背景研究奠定了基础。

关键词 内蒙古; 低温冷害; 时空变化

中图分类号：S162.5 文献标识码：A 文章编号：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

低温冷害是指在生长季节内，出现0℃以上低温对农作物造成损害的现象[1]。低温冷害是农业气象灾害研究的重要组成部分，在中国、尼泊尔、日本、巴基斯坦、澳大利亚及美国等国家常常发生[2]，造成了日本历史上的3次大饥荒（1751—1763年、1781—1788和1830—1843年）和“明治凶作群”（1869、1884、1891、1893、1897、1902、1905和1906年）[3]。玉米是世界性作物，种植范围广、面积大。由于玉米是喜温作物，对温度变化非常敏感;低温冷害成为影响东北玉米生产的主要气象灾害。1956—2011年辽宁省低温冷害现象出现频率高达30%，对玉米产量影响较大[4]。20世纪以来，由于全球气候变暖，东北三省地区春玉米受害程度有所下降;但可种植界线北移东延，中、晚熟品种可种植面积扩大，使严重低温冷害出现频率明显增加，种植风险增大[5]。

内蒙古作为中国玉米主产区之一，种植面积和产量均居全国前列[6]。由于位于生态系统脆弱、农牧交错的狭长区域，内蒙古气候因子复杂。目前，关于气候变化对内蒙古玉米种植业影响的研究还比较缺乏[7]，低温冷害相关研究开展较少[8-10]。在全球气候变暖的背景下，内蒙古地区的热量资源有所上升，≥10℃积温增加，玉米播期提前[11]，物候期延长，生育期偏长品种种植面积呈增加趋势[12]，温凉区具有成为玉米稳产区的潜力[13];与此同时，初、终霜日期波动加大[14]，低温冷害风险增加[8]。侯琼等[8，10]研究了内蒙古河套地区玉米低温冷问题，王志春[9]分析了东部地区的低温冷害风险，但内蒙古地区低温冷害研究基础还比较薄弱。低温冷害的时空分布规律研究对于内蒙古地区玉米生产具有重要意义，有利于提高光温资源的利用率、预测低温冷害的发生、评估对作物生产可能造成的影响，以采取预防措施规避冷害风险，保障粮食安全。

1 数据与方法

研究所用数据源于《中国气象灾害大典》[15]和《内蒙古统计年鉴》（1989—2017年）等资料。分析历史文献中内蒙古地区低温冷害发生的年份、影响区域、冷害强度等，统计各旗县灾害发生次数，利用ArcGIS空間分析技术研究内蒙古地区低温冷害发生频率和影响程度的空间变异。

1988—2016年间，从玉米区域产量可以看出，内蒙古地区玉米产区主要包括通辽市、赤峰市、兴安盟、呼伦贝尔市、巴彦淖尔市和鄂尔多斯市等地区，尤其是通辽市、赤峰市、兴安盟、呼伦贝尔市和巴彦淖尔市。在每一主产区，玉米总产量虽然在2015年后有下降趋势，但其变化基本上可以分为3个阶段，即缓慢增长期（1988—2000年）、快速增长期（2000—2012年）和基本稳定期（2012—2016年）（图1）。

2 结果与分析

2.1 内蒙古地区低温冷害分布的年代际变化

20世纪50—70年代冷害现象较为严重，多地发生严重冷害，70年代后虽仍有冷害发生，但冷害程度都为一般或较轻。1950—2000年间内蒙古地区低温冷害发生频率为37.5%，内蒙古东部地区发生频率为31.2%，中西部地区发生频率为25%。由此可见，内蒙古低温冷害的发生既有不确定性，也有链式的连年频繁发生（表1）。

2.2 内蒙古地区低温冷害分布的空间变化

从图2可以看出，低温冷害在内蒙古东部、中部和中西部均有发生。东部地区主要发生在通辽市和赤峰市;通辽市的扎鲁特旗、科尔沁区和开鲁县冷害发生次数较多，赤峰市的林西县冷害发生次数较多，其次为红山区和巴林左旗。中部地区的乌兰察布市冷害多发地为其东部的化德县和商都县、南部的凉城县。中西部地区的巴彦淖尔市的临河为低温冷害发生次数最多的地区，呼和浩特市地区低温冷害发生频率也较高。1954、1957、1962、1995年为全区性低温冷害年。1972年大部分地区年均气温较正常年偏低，呼伦贝尔市的扎兰屯和兴安盟最为严重。1979年中西部地区低温冷害较为严重，尤其是乌兰察布市的商都县和凉城县、呼和浩特市、巴彦淖尔市的临河市和乌拉特前旗最为严重，作物减产明显。因此，内蒙古玉米主产区低温冷害的发生具有广泛性和区域性。

2.3 内蒙古地区低温冷害影响强度的空间变化

通过对低温冷害发生地区与次数的统计分析，基于发生频率确定的冷害影响强度可分为6级：严重区，P（频率）≥20%;重度区，20%>P≥15%;中度区，15%>P>10%;一般区，10%≥P≥5%;较轻区，5%>P>0%;无影响区，P=0（图3）。严重影响区域在内蒙古东部，中部和中西部均有分布，如扎兰屯市、化德县和临河市等地区;重度影响区包括突泉县、扎鲁特旗、通辽市科尔沁区、林西县和呼和浩特市等地区，主要发生在内蒙古东部、中部;中度影响区包括乌兰浩特、开鲁县、巴林左旗和赤峰市红山区等地区，主要集中在内蒙古东部地区;轻度影响区为多伦县、商都县、凉城县和乌拉特前旗等地区，主要分布在内蒙古中部;一般影响区包括五原县等地区，较轻影响区包括阿荣旗、莫力达瓦旗和集宁等地区，其他为无影响区。

3 讨论

3.1 内蒙古玉米主产区低温冷害时有发生，全区玉米低温冷害研究基础薄弱

研究表明，1951—1990年40年间，夏季低温在内蒙古东部山区发生频率高达30%以上[16];然而，全区低温冷害分布时空规律的研究较少[8]，仅在莫力达瓦旗[17-19]、包头市[20]、鄂伦春自治旗[21]、兴安盟[22]和河套[10，23]等部分地区得以展开。王志春在内蒙古东部地区的研究表明低温冷害风险程度基本呈西北-东南向带状分布，高风险区位于纬度和海拔较高的呼伦贝尔市北部和西部地区，低风险区位于通辽市中南部、赤峰市东南部和兴安盟南部等海拔较低、地势相对平坦的地区[9]。

3.2 内蒙古玉米主产区低温冷害指标及其形成天气背景研究匮乏

中国东北三省玉米低温冷害的研究已取得许多成果，建立了玉米低温冷害判定指标，分析了低温冷害的时空分布規律。内蒙古玉米低温冷害指标研究较少[8，24]，更缺少低温冷害形成天气背景的相关研究。王志春等以玉米为研究对象，分析了热量条件及其变异、低温冷害发生频率，确定了低温冷害综合风险指数，对内蒙古东部地区玉米低温冷害进行了风险区划[9]。研究表明20世纪50—60年代中国发生的自然灾害不是突然发生的，有其孕育和发展过程[25]，灾害链规律不容忽视[26]。灾害发生的历史及其天气背景研究对加强防灾减灾有重大现实意义。

3.3 内蒙古玉米主产区低温冷害对策研究极少

影响东北地区粮食生产的气象灾害，主要是生育期间（5—9月）阶段性低温冷害而引起的[27]。20世纪50年代，我国发生过较为严重的低温冷害，内蒙古也受到影响，但未受到足够的重视。60—70年代，接连发生了1969、1972和1976年的低温冷害，造成了大范围的粮食减产，减产率达15%—20%。1977—1995年期间仍发生低温冷害，但是范围较小、强度偏低;1996—2008年，超过10年间未发生大范围的低温冷害，说明低温冷害发生的频率可能降低了，但是一旦进入年代际变化的低温期，再次发生影响范围广或者严重低温冷害的可能性还是存在的[3]。

有研究表明，1951—2010年间，东北地区玉米障碍型低温冷害发生频率呈增加趋势，延迟型冷害呈递减趋势[28]。但由于气温波动振幅加大，阶段性低温冷害亦可能严重;随着农业科技的进步，农作物品种推陈出新，但高产新品种往往对气候条件要求和敏感性更高，为了充分发挥遗传优势，挖掘生产潜力，需要加强对低温冷害的防范意识，并开展低温冷害对策研究。由于低温冷害具有可减轻性，在种植农作物时，考虑发生冷害的风险因素和气温条件，在一定程度上可以避免减产，降低损失。

4 结论

低温冷害发生的时空变化分析表明内蒙古玉米主产区低温冷害时有发生，其影响不容忽视。内蒙古地区遭遇过全区性、区域性低温年;由于温热条件差，农作物生长季热量不足，造成农作物减产。中东部的玉米主产区呼伦贝尔市、兴安盟、赤峰市和通辽市，西部的玉米主产区巴彦淖尔市低温冷害对玉米生产影响严重。20世纪以来，虽然气温有升高趋势，但仍存在发生低温冷害的可能性。在气候变化的背景下，基于历史统计资料的内蒙古地区低温冷害事件的历史分析可为进一步开展低温冷害形成机理和气候背景研究奠定基础，为低温冷害风险评估与区划提供科学依据。

参考文献

[1] 张丽文. 基于GIS和遥感的东北地区水稻冷害风险区划与监测研究[D].杭州：浙江大学，2013.

[2] 李袆君. 吉林省玉米低温冷害预测技术研究[D].北京：中国气象科学研究院，2005.

[3] 王绍武，马树庆，陈莉，等. 低温冷害[M]. 北京： 气象出版社，2009.

[4] 马利，王楠，贾德涛. 气象灾害对辽宁玉米生产影响与防御对策[J]. 安徽农业科学，2014，42（8）：2417-2418.

[5] 赵俊芳，杨晓光，刘志娟. 气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响[J]. 生态学报，2009，29（12）：6544-6551.

[6] 张宝林，罗瑞林，高聚林. 内蒙古东部玉米主产区气候空间的变化[J]. 湖北农业科学，2012，51（22）：5027-5033.

[7] 罗瑞林. 气候变化对内蒙古春玉米产量影响的研究[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2013.

[8] 侯琼，张晴华. 内蒙古地区玉米低温冷害动态监测指标的建立[J]. 中国农业气象，2013，34（5）：588-594.

[9] 王志春，杨军，姜晓芳，等. 基于GIS的内蒙古东部地区玉米低温冷害精细化风险区划[J]. 中国农业气象，2013，34（6）：715-719.

[10] 侯琼，王海梅，云文丽. 河套灌区玉米低温冷害监测评估指标的研究[J]. 干旱区资源与环境，2015，29（2）：179-184.

[11] 肖登攀. 气候变暖背景下内蒙古作物物候变化研究[J]. 中国农学通报，2015，31（26）：216-221.

[12] 侯琼，郭瑞清，杨丽桃. 内蒙古气候变化及其对主要农作物的影响[J]. 中国农业气象，2009，30（4）：560-564.

[13] 张宝林，罗瑞林，高聚林. 内蒙古东部玉米主产区气候条件的变化及其对玉米生产的影响[J]. 内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版），2013，42（2）：185-191.

[14] 白美兰，郝润全，高建峰，等. 内蒙古地区极端气候事件分布特征及对农业影响评估[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（2）：21-27.

[15] 沈建国，李喜仓，刘兴汉，等. 中国气象灾害大典 内蒙古卷[M]. 北京： 气象出版社，2008.

[16] 中国科学院大气物理研究所，中國科学院，国家计划委员会，等. 中国气候灾害分布图集[M]. 北京： 海洋出版社，1997.

[17] 张秀珍. 莫力达瓦旗低温冷害风险区划[J]. 现代农业科技，2017（6）：227-228.

[18] 张秀珍. 莫旗地区低温冷害指标及分析[J]. 农家科技（下旬刊），2017（2）：345.

[19] 张秀珍. 莫旗各乡镇低温冷害特征分析[J]. 现代农业，2017（3）：111-112.

[20] 夏雪莲. 包头地区低温冷害与粮食产量的关系[J]. 内蒙古农业科技，2012（4）：73，133.

[21] 张胜利. 鄂伦春自治旗低温冷害特点分析[J]. 南方农机，2017，48（4）：181.

[22] 庞万才，王桂芝. 低温冷害对兴安盟农田作物生态的影响及其防御对策[J]. 内蒙古气象，1990（1）：13-19.

[23] 孔德胤，李雪冰，郑红燕，等. 河套地区低温冷害研究[J]. 科技资讯，2011（31）：137.

[24] 张超. 积温距平指标在玉米低温冷害监测中的适用性分析[J]. 内蒙古科技与经济，2017（3）：71-73.

[25] 杨冬红，杨学祥. “拉马德雷”冷位相时期的全球强震和灾害[J]. 西北地震学报，2006，28（1）：95-96.

[26] 杨学祥. 灾害链规律不容忽视[N]. 文汇报，2008-03-02.

[27] 郭建平，田志会，左旭. 东北地区水稻热量指数预测模型[J]. 自然灾害学报，2004，13（3）：138-145.

[28] 张海娜，李菲，戴欣童. 1951—2010年东北地区玉米及水稻低温冷害统计分析[J]. 现代农业科技，2015（3）：264-266.