北方水稻低温冷害指标持续适用性检验与比较

●王 龙 刘丹丹 马明哲 赫东玉

（黑龙江北大荒农业股份有限公司八五四分公司 黑龙江 鸡西 158403）

北方水稻主要是单季粳稻，东北三省以及西北宁夏灌区是北方水稻的主产区。在黑龙江，水稻属于主栽作物。近年来随着旱改水工作的推进，黑龙江地区水稻种植面积不断扩大。黑龙江大米营养丰富且口感佳。但因受到气象灾害等因素影响，黑龙江水稻种植品质及产量始终不稳定，且时空变化幅度大。其中对黑龙江稻区生产影响最为严重的气象灾害是低温冷害，并且以障碍型冷害、延迟型冷害、混合型冷害为主要的表现形式。

水稻冷害指标主要是以温度对水稻有无冷害影响和具体冷害程度进行界定的量化指标，以水稻生长以及结实情况对环境温度做出的反应相关原理为基础，经试验和数据统计并展开科学分析而得出，在水稻气象服务中属于基础依据。20世纪70年代，我国相关研究人员就已对水稻幼穗分化、结实和开花受到低温影响的情况展开了研究，并初步阐明了低温对水稻结实的影响原理和低温影响水稻的关键期，即开花期和孕穗期。后期经过更深入的研究，基本掌握了积温、气温等条件和水稻产量、生长以及结实之间的关系，并梳理出水稻障碍型冷害日均气温指标和延迟性冷害温度指标（5～9月），相关指标一直沿用至今。

近年来，经过进一步改进传统水稻冷害指标，并针对早、中、晚熟品种区域分别界定了相关冷害指标，较为完整地编制出了水稻冷害等级及损失评估气象行业标准。也有研究人员提出了东北水稻冷害与夏季低温、极涡以及副热带高压、下垫面等有一定关系。虽然水稻低温冷害发生的机理机制、冷害区域格局以及冷害指标等会在一定时间之内比较稳定，但经过长期演变，并伴随着现代农业发展和全球气候变化，低温对水稻生长以及结实所产生的影响和相关影响参数将同步改变，并使得水稻冷害指标适用性有所变化，因此一般要每间隔一定时间（5～10年）重新检验水稻冷害指标的实际适用性，比较不同冷害指标的适用性改变情况与效果变化，并结合相关结果进行修订与指标体系调整，优选最佳指标，促使水稻生产气象服务能力不断提升，并强化水稻冷害防御能力。基于此，本文重点通过试验方式对北方水稻低温冷害指标持续适用性进行检验与比较研究，以期为黑龙江等北方稻区的安全生产提供理论参考。

1 试验方法

1.1 试验区域概况

本研究区域主要是黑龙江稻区，气候类型为寒温带和温带大陆性季风气候，全省从东向西按照干燥度指标主要分为湿润区、半湿润区和半干旱区，春季低温干旱，到了夏季则温热多雨，秋季则早霜、易涝，冬季寒冷且漫长。全省无霜期比较短，降水呈季风性特点，夏季降水充沛而冬季干燥少雨。受到气候条件影响，该区水稻主要是一熟制，同时在水稻栽培过程中多选择塑料棚育苗技术，综合应用人工及机械方式插秧，以水渠灌溉，区域内的病虫害防控及施肥等田间管理措施基本一致，稻区障碍型、延迟性冷害并存[1]。

1.2 试验代表点

黑龙江稻区种植品种多样化，且冷害严重，主要选择宝清（A）、虎林（B）、通河（C）、泰来（D）和依兰（E）五个县（市）为代表，并调取相应地区的气象站气温信息以及统计局的单产资料，资料年限范围为1970—2020年。

1.3 检验方法

水稻实际单产为ja，代表县（市）的水稻区试单产为jb，气象单产为jc，产量变率为jd（%），其中ja-jb=jc；jc/jb×100=jd。基于不同区域水稻产量序列变化情况，以多项式方法或滑动平均法对趋势产量进行计算。黑龙江水稻栽培以水利灌溉为主，光照条件良好，所以生长季的温度条件是影响水稻产量和冷害发生情况的决定性因素。参照毕海霞[2]研究论文，非冷害年的产量变率jd≥-5%；轻度冷害年的-5%＞jd≥-10%；中度冷害年的-10%＞jd≥-15%；严重冷害年的jd＜-15%[2]。气象指标界定冷害情况和实际情况对比，在统计分析中选择冷害指标界定是否发生冷害的正确率（f），计算公式是：

以典型冷害年的温度以及产量变率数据进行检验，并以冷害等级指标对冷害发生等级实际效果进行界定。计算得出的f数值越大，就证明冷害指标相对科学且客观，适宜继续使用，相反则不宜继续使用，需修订或直接废止[3]。

1.4 冷害指标

1.4.1 延迟型冷害指标ΔT5～9即5～9月温度指标，指5～9月每月气温均值相加后的距平值，是在水稻全生长季界定延迟型冷害的重要指标；

ΔT10即不小于10℃的活动积温距平，指当年不小于10℃活动积温减去多年均值后的差值，是在水稻全生长季界定延迟型冷害年的重要指标。

当年水稻发生冷害的阈值是ΔT10＜-70℃·d-1，其中-100℃·d-1≤ΔT10＜-70℃·d-1属轻度冷害；-120℃·d-1≤ΔT10＜-100℃·d-1属中度冷害；ΔT10＜-120℃·d-1属重度冷害[4]。

Δ即不小于10℃的积温差额，指水稻某一生长阶段稳定在不小于10℃的活动积温减去水稻同期生长所需不小于10℃活动积温后的差值。

1.4.2 障碍型冷害指标水稻孕穗期、开花期常出现障碍性冷害，孕穗或开花期的日均气温指标、日最低气温指标为常用指标，同时对低温持续时间加以考量，见表1。

表1 障碍性冷害常用指标

2 结果与分析

2.1 冷害指标对是否发生冷害界定的正确率

经统计分析，发现ΔT5～9对延迟型冷害的界定准确率在前30年（即1970—1999年）各代表县（市）的均值是80.8%，近21年（2000—2020年）的均值是77.2%，整体年均正确率是79%，正确水平较高，年代变化不大，所以此指标在之后5年仍适宜继续使用。

ΔT10对延迟型冷害的界定准确率在前30年各代表县（市）的均值是75.8%，近21年的均值是72.6%，整体年均正确率是74.2%，虽有良好稳定性，但正确水平偏低，正确率较ΔT5～9低约5%，尤其是宝清、通河的正确率低于70%，证明此指标在之后5年不宜继续使用。

Δ在移栽期到抽穗期对延迟型冷害的界定准确率前30年是73.5%，近21年的均值是79.0%；移栽期到成熟期对延迟型冷害界定准确率前30年是75.1%，近21年的均值是80.3%。这两种指标数据都较稳定，且正确率处于较高水平。移栽期到成熟期的正确率比插秧期到抽穗期的高，在对延迟型冷害的界定中，考量时期越长，所包含的积温以及生长信息也就越多。同时，前期冷害监测预警效果优良，可辅助防灾措施的制定和落实，所以这两种指标不可互相替代，且近21年的指标正确率和前30年相比提升均超5%，证明后续5年仍适用。

日均气温指标在孕穗期界定障碍性冷害的正确率前30年为73.2%，近21年为74.5%，均值是73.9%；日最低气温指标在孕穗期界定障碍性冷害的正确率前30年是78.1%，近21年是78.5%，均值是78.3%。总体来说，这两项指标稳定性较好，不过地区差异较大，多数超过75%，极个别可超过80%，界定效果较好，后续5年仍适用。同时，和日均气温指标相比，日最低气温指标界定准确率偏高约5%，所以有更佳的冷害预判效果，在孕穗期监测障碍性冷害以及开展预警工作的过程中，以日最低气温指标为主要判断依据。

日均气温指标在开花期界定障碍性冷害的正确率前30年为68.2%，近21年为73.5%，均值是70.9%；日最低气温指标在开花期界定障碍性冷害的正确率前30年是73.2%，近21年是79.3%，均值是76.3%。近年来，在综合考虑品种、气候变化等情况基础上对此类指标作出了修订，所以近21年界定正确率明显超过前30年，所以在后续5年仍可使用。

2.2 冷害等级指标的适用性检验

在冷害等级检验中，气象等级指标所界定冷害等级和真实的冷害等级一致，则为1；若和真实冷害等级差一个级别，则为0.5；若和真实冷害等级差2个级别或直接相反，则为0。本研究所选代表性县（市）以ΔT5～9对水稻冷害等级的界定准确率比较高，平均达到78.1%。正常情况下，大部分县（市）的指标判定准确性较高，而在区域冷害年判定准确率稍有下降，证明ΔT5～9在修订之后，对于水稻冷害等级的判定相对可靠且稳定，原则上后续5年仍可使用。

另外，所选代表性县（市）以ΔT10对水稻冷害等级的界定准确率相对较低，平均只有66.8%，和ΔT5～9指标相比准确率明显偏低，还有个别县市低于60%。此项指标只在无冷害年和严重冷害年表现出较高准确性，但在其他年份所做出的判定大多失准。这说明随着气候的变化，ΔT10指标在界定冷害等级方面表现不佳，在后续5年不适合继续使用，可进行修订，也可废止，并在相关业务工作的开展中着重选择ΔT5～9指标。

3 结论

多年来，黑龙江稻区频繁发生低温冷害，且多次影响到全省的水稻种植产量。然而，近30年来因低温冷害造成的减产较以往有明显减轻，这可能是由于以往年份水稻种植主要选用直播方式进行，水稻抗低温冷害能力较弱。而近年来多选用育苗移栽方式，水稻则具有更强的抗低温冷害能力，且气候方面低温程度也更小。但总的来说，低温冷害仍然是影响黑龙江水稻优质、高产、安全生产的最重要因素。

本研究表明，在水稻低温冷害界定中，5～9月气温指标、积温差额指标、日均气温指标、日最低气温指标和具体间指标在后续5年可继续使用，而积温距平指标因正确率偏低不适合继续使用。在后期针对全生长季水稻界定低温冷害期间，应首先选择ΔT5～9指标，同时在移栽期至抽穗期以及移栽期至成熟期的积温差额指标界定冷害中准确率较高，不过两项指标因有时效差异，所以不可互相替代。此外，两种障碍型冷害指标原则上可继续使用。