2013年黑龙江省春季低温特征及对主要农作物播种期的影响*

姜丽霞，王 萍，王冬冬，连 萍，吴 双，张雪梅，闫 平，李秀芬**



2013年黑龙江省春季低温特征及对主要农作物播种期的影响*

姜丽霞1，王 萍1，王冬冬2，连 萍3，吴 双1，张雪梅4，闫 平1，李秀芬1**

（1．黑龙江省气象科学研究所/中国气象局东北地区生态气象创新开放实验室/黑龙江省气象院士工作站，哈尔滨 150030；2．黑龙江省气象局机关服务中心，哈尔滨 150030；3．黑龙江省气象数据中心，哈尔滨 150030；4．哈尔滨市气象台，哈尔滨 150030）

黑龙江省；春季低温；农作物；播种期

气候变化对农业的影响已经成为国际研究的焦点问题[1]，其中的低温影响问题更受到广泛关注。低温灾害对粮食生产影响巨大，中国东北地区1972年低温灾害导致粮食比1971年减产约5×1010kg[2]，而对于欧亚大陆的东南亚山区，低温已限制山谷和梯田的复种[3]，可见温度高低对粮食生产的影响和限制性不容忽视。粮食生产始于春季，春季温度更是直接影响作物播种和出苗，并最终关系到作物产量和品质，此种温度影响效应在高纬度地区尤为突出[4−5]。作为中国最大的商品粮生产基地，东北地区粮食总产量占国家粮食总产量近20%，在保障国家粮食安全中占有举足轻重的地位。但该区恰处于高纬度区域，春季极易发生低温天气，2013年即发生了典型的春季低温，导致玉米、大豆等作物播种较常年普遍推迟5～15d，三省中黑龙江受影响最重[6−7]，可见高纬度区域的春季低温对作物播种造成的巨大影响，因此，深入研究黑龙江省典型春季低温的变化特征及其对主要粮食作物播种的影响，进而甄别影响作物播种的主要温度因子及影响程度，对防灾减灾及优化粮食种植格局具有宝贵的参考价值，在推动现代农业可持续发展，保障国家粮食安全中具有重要的现实意义。

几十年来，国内外众多专家学者从不同角度对低温及其影响开展了大量有价值的研究工作[8−16]，在低温冷害致灾机理、时空特征、风险评价、指标阈值、影响评估等方面取得了长足进展，各类研究得到了不断完善、修正和更新。对于大宗作物，Bano等[17−18]研究指出，低温是巴基斯坦春季玉米早期生长阶段的一个严重威胁，换言之，不利的春季气温变化会导致玉米发芽延迟和出苗率降低[19]，并降低玉米生产力和产量稳定性[20]。与玉米相比，水稻相对喜温，因此，对低温更为敏感[21]。Zhang等[22]研究表明，随低温处理温度的升高，水稻秧苗新叶出生所需天数呈降低趋势，这在一定程度说明低温对水稻新叶抽出速度存在抑制作用，李秀芬等[23]开展的不同播期试验进一步证明了播期推迟会造成水稻产量降低，而其根本原因在于水稻播期推迟造成灌浆期延后，致使灌浆期温度低从而导致籽粒充实度下降。相关研究均指示了春季气温的负效应作用，其主要表现为延迟农作物发育期，严重时导致产量下降，使农业生产受到严重损失[24−26]。

黑龙江省境内有松嫩平原和三江平原，两大平原地势平坦，土壤肥沃，令其具有明显的粮食生产优势，但其处于中国最北部，受高纬度的大陆性季风气候影响，该区春季气温变率大，且年际间多有震荡，时常出现低温天气，2009−2014年黑龙江省即处于一个相对低温期[4]，且2010年、2013年等年份的春季低温均对作物播种和生育进程造成延迟影响[4，6]，备受政府和社会各界关注。然而，迄今为止，基于气温三因子详细分析黑龙江省典型低温变化特征及对粮食生产影响的报道却仍较少见，因此，本研究利用1971−2016年资料，分析黑龙江省2013年典型春季低温的变化趋势及特征，探索低温对作物播种期的影响，以期为粮食安全生产提供气象参考。

1 材料与方法

1.1 资料来源

受作物观测资料限制，同时为了最接近黑龙江省粮食生产实际情况，选取呼玛、嫩江、龙江、海伦、庆安等28个农业气象观测站作为研究站点，上述站点有18个站点观测大豆，14个站点观测玉米，6个站点观测水稻，其中龙江、巴彦、哈尔滨等11站同时观测2种作物（表1）。这些站点均匀分布在研究区，嫩江、双城、巴彦、拜泉、五常、海伦、龙江、富锦等地粮食作物种植面积超过2.0×105hm2，其余站点也均在6.0×104hm2以上，具有较强代表性，能够很好地反映粮食产区的气候特征和生产特点。

研究资料包括上述站点1971−2016年3−5月逐日最高气温、最低气温、平均气温，各站有观测记录以来至2016年水稻、玉米和大豆发育期观测数据，各站2013年的土壤湿度观测数据，均来自黑龙江省气象局。玉米、水稻和大豆发育期观测资料按照中国气象局《农业气象观测规范》的要求进行，为保证资料的连续性，作物观测保持了观测方法的一致性，所观测品种的熟期在研究期间基本保持一致，且耕作方式不变。

表1 研究区站点概况

1.2 研究方法

根据气象学定义，考虑黑龙江省生产特点，确定春季时长为3−5月。常年指具有气候意义的1981−2010年共30a的平均状况。温度因子选取平均气温、最低气温和最高气温。

利用气候统计方法，首先将研究区各站点1971− 2016年春季平均气温因子进行平均处理，得到各年平均气温的春季平均值，再将2013年与1971−2016年（2013年除外，下同）各年的春季平均值进行比较，获取平均气温比较值，计算式为

将1971−2016年各年春季气温3个因子的逐日值与常年同期逐日值进行比较，计算式为

土壤水分适宜临界值参照黑龙江省气象局确定的土壤旱涝指标，即当土壤相对湿度≤70%，为土壤偏旱，70%～90%为土壤正常，＞90%为土壤偏湿。以SPSS statistics 17.0处理软件进行数据分析。采用线性气候倾向率、统计回归等方法，研究各因子的变化特征，分析温度因子与作物播种期的相关关系。

2 结果与分析

2.1 2013年春季气温平均值偏低的特征

2.2 2013年春季气温日平均值偏低的特征

图1 各站2013年春季气温因子（平均、最高、最低）平均值与1971−2016年各年差值（）的统计结果

注：矩形箱体代表集中50%的数据。

Note：The rectangular box body represents 50% of the data in the set.

表2 各站2013年春季温度与各年差值（）序列线性变化趋势（相关系数和变化倾向率）

注：*和**分别表示通过0.05和0.01水平的显著性检验，−表示未通过显著性检验。下同。

Note:*is P<0.05，**is P<0.01. – is no significance. The same as below.

图2 2013年全区春季温度因子日平均值与历年日平均值差值（）的变化趋势

图3 1971−2016年各年春季全区平均气温因子低于常年平均值的日数（d）

2.3 2013年春季低温对作物播种期的影响

图4 2013年各站点春季逐日温度低于平均值的总低温日数（a）和最长连续低温日数（b）

事实上，影响作物播种的气象因素较多，已有研究表明，土壤水分条件也是影响作物播种的一个重要限制因素，土壤湿涝会导致旱田作物播种推迟[24，27−28]。为进一步探索2013年播种期延迟的可能原因，将土壤湿度引入分析。水稻播种在秧棚中进行，不受农田土壤水分制约，因此仅对大豆和玉米进行分析。分析发现，研究区90%以上站点2013年播种前期和播种期间旱田表层内不同土层的土壤相对湿度在90%以上，土壤出现不同程度的内涝现象，而研究区大豆和玉米播种均在自然条件下进行，一般不采取排湿等措施，因此，结合已有研究成果及不同作物的响应来看，2013年研究区春播期间的土壤内涝也可能对作物播种产生不利影响，而低温与内涝的叠加更是造成大豆和玉米迟播，这也可能是导致部分站点春季气温三个因子与播种期不存在相关关系的原因之一。

3 结论与讨论

（1）将2013年春季气温三因子的低温特征数据与1971−2016年各年数据进行比较，既凸显了“点时间（2013年）”的春季气温偏低特征，也很好表达了“历史序列”的春季气温的长序列变化，同时，引进3个气温因子，增强了温度分析的全面性而不再是单一的平均气温，且气温与作物发育期关系的建立使本研究兼顾了气象学和农学意义。

表3 各站点2013年春季气温因子的与作物播种期的间的相关关系及＞0的年数统计

（3）从研究区2013年春季气温的日平均值来看，其偏低的突出特征表现为累计的低温时间长，低温出现时间集中。各因子偏低日数均在48d以上，超过整个春季日数的50%，其中最长连续偏低日数主要分布于3−4月，大部站点达到春季日数的20%以上，部分站点的日最高气温的低温甚至持续1个月以上。

（5）一般来说，3−4月为黑龙江省农业生产备春耕时期，其中4月尤为重要，备春耕是春播工作的主要环节，其进度快慢直接影响播种的进度，另外，春播前地温回升速度以及土壤解冻快慢等均对春播存在重要影响。研究指出，春季持续低温会造成地温回升缓慢，冻土解冻偏晚，如若伴随农田土壤偏湿，则农机具无法在田间作业，整地、备春耕工作均会受到阻碍，进而导致农作物播种推迟[25，27]。2013年春季的低温恰集中于3−4月，多数站点出现在3月中旬—4月下旬初的时间段里，连续的低温抑制了地温的回升，致使土壤解冻缓慢，加之土壤过湿，内涝较重，在低温的不利条件下又叠加内涝的影响，造成无法适时备春耕，从而导致作物播种推迟。由此可见，黑龙江省春季3−4月的低温与内涝的叠加对作物适时播种影响较大，在农业防灾减灾上应给予重视。

（6）目前，黑龙江省粮食生产仍处于“靠天定年成”的阶段，充分合理利用气候资源、趋利避害、最大程度减低灾害影响是保障国家粮食安全的关键所在。因此，在气候变化背景下，农业生产应根据作物生育特性及其对气象条件的需求，充分考虑区域气候特征以及区域性灾害问题，结合农业供给侧结构性改革要求，研究优化作物种植格局。从本研究结果来看，三江平原的温度变化较其它地区相对稳定，适宜种植喜温的水稻，玉米、大豆所需温度条件相对冷凉，可考虑在松嫩平原和黑龙江省北部地区适当调整或增加种植面积。另外，未来气候变化的模拟结果在不断更新，在未来变化情景下，春季气温三个因子的分布规律、变化特征及对粮食生产的影响也有待进一步深入研究。

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Characteristics of Low Temperature in Spring and its Effect on Crops Seeding Dates in 2013 in Heilongjiang Province

JIANG Li-xia1, WANG Ping1, WANG Dong-dong2, LIAN Ping3, WU Shuang1, ZHANG Xue-mei4,YAN Ping1, LI Xiu-fen1

(1. Heilongjiang Province Institute of Meteorological Science/Innovation and Opening Laboratory of Regional Eco-Meteorology in Northeast, China Meteorological Administration/ Meteorological Academician Workstation of Heilongjiang Province, Harbin 150030, China; 2. Heilongjiang Meteorological Bureau Agency Service Center，Harbin 150030; 3. Heilongjiang Meteorological Data Center, Harbin 150030; 4. Harbin Meteorological Observatory, Harbin 150030)

Heilongjiang province; Spring low temperature; Crop; Seeding date

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.02.006

姜丽霞,王萍,王冬冬,等.2013年黑龙江省春季低温特征及对主要农作物播种期的影响[J].中国农业气象,2019,40(2):114−125

2018−07−25

。E-mail：ge-2003@163.com

中国气象局沈阳大气环境研究所区域合作项目（2018SYIAEHZ1）；国家自然科学基金项目（31671575；31671576）；黑龙江省气象局科技项目（HQZC2016015）

姜丽霞（1972−），女，硕士，正研级高级工程师，主要从事应用气象和气候资源研究。E-mail：jianglixia0326 @aliyun.com