大冶市水稻低温冷害的时空分布研究

张淑娟，张昭迪

（大冶市气象局，湖北 大冶 435100）

低温对水稻造成的损害主要表现为种子发芽缓慢、幼苗萎黄、在孕穗期和抽穗开花期授粉受阻导致不育或结实率降低。我国的水稻平均4～5 年遭受1 次严重冷害。调查显示，在我国长江中下游地区，水稻在早春也会遭受寒流的危害。

目前，关于水稻低温冷害的研究大多集中在致灾机理、指标、监测和评价等方面。参考黑龙江省纬度和海拔资料，王萍等用平均气温和作物低温冷害指数计算了一般和严重低温冷害指数值，分析了低温冷害的分布特征[1]。参照《中国灾害性天气气候图集》中低温和冷害的定义方法，陈裴等将长江中下游双季稻区早稻的营养生长阶段记录为连续3天每天平均温度≤12.0℃是低温冷害过程[2]。尹思慧等人对江苏省近30 年来单季稻抽穗和结实期低温低温伤害的时空特征及其对水稻产量的影响进行研究[3]。

本研究将分析大冶市水稻低温冷害的时空特征，并根据冷害发生的频率，进一步分析冷害的强度变化特征，为规避发生低温冷害的风险提供参考。

1 研究概况与方法

1.1 研究概况

日平均气温：选择大冶市从1973 年—2020 年所有气象站3月20日—4月30日的平均气温作为基本数据。

地理信息：选择了大冶市的ArcGIS9.2 版本和1∶250 000地理信息背景数据。

在现有研究成果的基础上，分析大冶市近40年水稻遭受春季低温的时空变化特征，着重研究这些变化的趋势和频率，并深入研究低温和水稻的伤害寒意变化的规律。

1.2 研究方法

冷害指标。灾害强度的定义。以1973 年—2020 年的3月20 日—4 月 30 日为例，3 d 以上每天平均温度在＜12℃为春季低温冷害指数[4]，将冷害强度以低温冷害过程的持续日数为标准划分轻度、中度、重度3 个等级，其中：3～4 d 是轻度，5～6 d 是中度，≥7 d 是重度[5]，同时定义每年 3 个等级冷害频次的总和是该年总冷害频次，计算1973 年—2020 年以来每一次冷害的开始日期、结束日期、持续时间和强度。

气候趋势分析方法。大冶气象站建站48 年的日平均气温，根据相关指标对数据进行筛选处理，得到每1年不同程度的冷害（轻、中、重）发生的频次，通过线性趋势分析法画出相关图表进行趋势变化分析。方程表示：

式中，xt——气候变量的拟合值；a0——变量初始值；a1——变量的趋势变化率；t——时间。

xt与t的相关系数即为趋势系数，表示气候变量的趋势倾向，正值表示x随时间t呈增加趋势，反之呈减少趋势。

（3）反距离权重法。采用Arcgis插值技术，将统计数据插值到各稻区，用反距离权重法（Inverse Distance Weighting，IDW）进行插值。因为大冶市区域小，且有建站至今的完整数据仅有1站，本文对于空间变化的研究将扩大区域范围，利用鄂东南区域的其余国家站数据，进行空间变化分析。用公式表示如下：

式中，Z——待估计的气温栅格值；Z（xi）——第i（i=1，2，……，n）个气象站点的数据；n——站点数目；di——插值点到第i个气象站点的距离；p——距离的幂。

2 研究结果与分析

2.1 大冶市春季水稻低温冷害时间变化特征

通过1973年—2020年的3月20日—4月30的历史气象资料及研究方法，大冶市早稻春季低温冷害的发生情况见图1。

图1 1973年—2020年大冶市早稻春季低温冷害发生次数Fig.1 The occurrence times of low temperature chilling injury of early rice in spring in Daye City from 1973 to 2020

根据图1 可知，1973 年—2020 年大冶市春季总低温冷害次数在0～3F 范围内波动，大冶市春季早稻的幼穗分化期的低温冷害情况总体为下降趋势。其中，分别于1973 年、1975年、2000 年、2001 年、2004 年、2007 年、2014 年达到冷害总次数最小值0 次，说明这7 年为大冶市春季早稻的幼穗分化期的安全年；分别于1978年、1979年、1987年、1993年达到达到冷害总次数最大值3 次，说明这4 年为大冶市春季早稻的幼穗分化期的危险年；此外，不同等级冷害发生的频次来看，分别于1976年、1980年、1983年、1987年、1988年、1991年、1992年、1996 年、1998 年出现了重度冷害，说明这8 年为大冶市春季早稻的幼穗分化期的低温冷害也较为严重，值得关注的是1998 年以后大冶市春季早稻的幼穗分化期再无重度冷害情况出现。

2.2 大冶市春季水稻低温冷害空间变化特征

采用Arcgis 画图，选取黄石地区（3 站）、咸宁地区（6 站）画出1973 年—2020 年鄂东南地区冷害分布图，按强度分：总强度、轻度、中度、重度，见图2。

图2 1973年—2020年研究区域春季水稻低温冷害的空间分布Fig.2 The spatial distribution of rice chilling injury in spring in the study area from 1973 to 2020

图2 显示了48 年来鄂东南地区各个年代冷害平均发生频次的空间分布。以大冶市做主要分析：①总冷害发生频次为1.05～1.25 次/年（图2-A），空间分布经纬向差异较为明显，多发区位于西南部的通城县和东北部的大冶市；②轻度冷害发生频次为0.6～0.8 次/年（图2-B），大冶市遭遇轻度冷害次数居多；③中度冷害发生频次为0.2～0.3 次/年（图2-C），大冶市遭遇中度冷害次数居中；④重度冷害发生频次为0.19～0.27次/年（图2-B），大冶市遭遇总度冷害次数最少；从总个鄂东南地区来看，嘉鱼县总冷害发生情况最少；轻度冷害空间差异较小，全区轻度冷害普遍偏多（各年代均在0.30 次/年以上），通城县遭遇轻度低温冷害情况最多；中度冷害普遍偏少（最多仅0.4次/年），通城县遭遇中度低温冷害情况最多，崇阳县次之。

3 讨论

本研究认为，大冶市春季早稻的幼穗分化期的低温冷害情况呈下降趋势，低温冷害发生次数2000 年以前较多，2000年后较少，并且在1998 年之后无重度低温冷害情况发生，同时，从鄂东南地区春季水稻低温冷害的空间分布情况来看，大冶市低温冷害次数较多，但总体趋于平缓。