昌吉州一次冬小麥凍害氣象條件分析及防御對策

宮恒瑞，普宗朝，鄭玉萍

（烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊830002）

昌吉州一次冬小麥凍害氣象條件分析及防御對策

宮恒瑞，普宗朝，鄭玉萍

（烏魯木齊市氣象局，新疆烏魯木齊830002）

2011—2012年冬季新疆昌吉州、農六師等地冬小麥受到了近30 a來最為嚴重的凍害。利用蔡家湖氣象站2011—2012年冬季降雪量、氣溫、積雪、地溫等資料與近30 a氣象資料進行對比分析，用相關分析建立冬季最低氣溫與積雪厚度為因子的凍害指標曲線，研究氣候變暖背景下2011—2012年冬季準噶爾盆地南緣中部地區冬小麥發生凍害的氣候成因。結果表明，2012年1—2月的異常低溫、積雪偏薄是冬小麥受凍害的主要原因；5 cm地溫較歷年異常偏低，是冬小麥受凍害的直接原因；造成嚴重凍害的關鍵期在1月下旬的22—25日和28—29日。建議在北疆準噶爾盆地南緣中部地區將種植冬麥的區域向南推移，北部靠近沙漠區將種植冬麥改為種植春麥以減小凍害風險。

冬小麥；凍害；氣象原因；防御對策

以氣候變暖為主要特征的全球變化已成為一個不爭的事實[1-4]。一些學者研究認為，氣候變暖，尤其是冬季氣候變暖，將有效改善我國北方冬麥區冬麥安全越冬的氣候條件，冬麥適宜種植區的北界將向高緯度區域推移，冬麥遭受凍害的風險和概率也將明顯降低[5-6]。

近年來，有關全球氣候變化背景下烏昌地區氣候變化的研究結果也揭示了近半個世紀以來該地區氣候明顯變暖，冬季變暖尤為顯著的事實。然而，在此背景下，2011—2012年昌吉州地區冬小麥發生嚴重凍害，據不完全統計，農六師共青團國家級農業示范園約0.36萬hm2冬小麥發生凍害死亡的占98%左右[7]。昌吉州其他地區也遭受了近30 a來最為嚴重的冬小麥凍害[8]。因此，調查并分析該地區冬小麥凍害的氣象條件，對防御此類氣象災害具有十分重要的意義。許多學者對冬小麥凍害進行了研究，李茂松等[9]對2004—2005年度黃淮海地區冬小麥凍害成因進行了分析；李俊芬等[10]建立了小麥凍害二級分辨法；巴特爾等[11]采用決策樹法建立了北京地區冬小麥凍害預報系統；代立芹等[12]研究了氣候變暖背景下河北省冬小麥凍害變化，說明雖然氣候變暖，但氣候變化的不確定性、冷暖交替突變等特殊天氣使冬小麥凍害防御仍不容忽視。

本研究對昌吉州蔡家湖地區發生凍害的氣象條件進行分析，在前人研究的基礎上，將冬小麥凍害的氣象指標用線性方程定量化表示；并提出防御冬小麥凍害的對策，旨在為農業生產適應氣候變化、確保小麥安全生產提供科學依據。

1 材料和方法

調查結果顯示，受凍害的共青團農場農業示范區播種的小麥品種為冬性小麥（新冬33號、石冬8號）。9月中下旬播種；采取滴灌方式灌溉。統計結果顯示，當地2011年入冬期為12月4日，冬麥冬前積溫約500℃·d，生長狀況良好。停止生長時分蘗數1～3個，達到了壯苗的標準[13]。

由于受災區域在農六師共青團農場國家級兵團農業示范園區表現得最為典型，故選取距共青團農場最近的昌吉州蔡家湖站（直線距離約10 km，海拔高度相近）的氣象觀測資料進行分析。選用該站2011年12月至2012年3月的日最低氣溫、侯平均氣溫（5 d為1侯）、月平均氣溫、月降水量、積雪深度、5 cm地溫等氣象觀測資料；歷史同期（1981—2010年）相對應的30 a平均氣象資料作為對照的歷年資料。將2011—2012年冬季蔡家湖站氣象資料與歷年資料對比分析；在前人研究的基礎上，用相關分析法建立冬季最低氣溫與積雪厚度為因子的凍害指標線性模型，用此模型討論了2011—2012年冬季對共青團農場冬小麥造成凍害的最為關鍵的時間段。

2 結果與分析

2.1 蔡家湖2011—2012年冬季降水量少、積雪偏薄

蔡家湖站入冬后12月降水量為2.4 mm，較歷年偏少70%以上；2012年1，2，3月降水量均較歷年明顯偏少（圖1）。由觀測資料得到，入冬至1月中旬多于50 d的時間內積雪很少，至1月20日才形成大于5 cm的穩定積雪，而此時氣溫異常偏低（1月22日極端最低氣溫達-35.3℃），2月22日出現一次降雪后才形成大于10 cm的積雪。

積雪具有良好的保溫作用。通常5 cm厚的積雪可以防止日最低氣溫-30℃的危害，10 cm厚的積雪可以防止日最低氣溫-35℃的危害。一般北疆地區可在12月底以前形成積雪，5 cm以上積雪時間準格爾盆地南緣（本研究區正處于此位置）為90 d左右[14]。而2011—2012年冬季蔡家湖只有45 d的積雪深度大于5 cm，并且氣溫異常偏低的1月下旬平均積雪深度只有8 cm，而此時蔡家湖的極端最低氣溫為-35.3℃，8 cm積雪不能抵御-35.3℃低溫是造成冬小麥受凍害的原因之一。

2.2 蔡家湖2011—2012年冬季平均氣溫較常年明顯偏低

蔡家湖站2011年的月平均氣溫12月底之前高于歷年同期2～3℃，進入2012年1月后氣溫急劇下降，1月較歷年平均氣溫偏低1.9℃，2月較歷年偏低0.9℃。2012年1月平均氣溫較2011年12月下降了8.8℃（歷年下降4℃）。2011年12月第5侯氣溫開始較歷年偏低，低3.6℃，第6侯至2012年1月前4侯氣溫與歷年相差4℃，1月第5侯氣溫急劇下降，較歷年低7.6℃，第6侯低4.5℃，進入2月也較歷年偏低，但偏低幅度減小，其中，2月第3侯較歷年偏低4.2℃。至3月第3侯，氣溫開始較歷年偏高，直至月末（圖2）。由以上分析認為，冬季氣溫異常偏低是造成2011—2012年冬季冬小麥凍害的另一個原因，并且1月下旬是造成嚴重凍害的關鍵時期。

2.3 蔡家湖2011—2012年冬季5 cm地溫較歷年明顯偏低

冬小麥分蘗節所處深度一般在3～5 cm，而分蘗節是冬小麥受凍害最為敏感的部位，故分析了冬季5 cm土壤溫度變化。分析結果表明，蔡家湖站2011年12月5 cm地溫平均溫度與歷年基本持平，進入1月蔡家湖月平均5 cm地溫較歷年低4.8℃，2月低3.7℃，3月低2.3℃（圖3）。由于冬季長時間出現嚴寒，1月和2月的超低溫造成了5 cm土層土壤溫度過低，使冬小麥分蘗節細胞間隙中的水分結冰[15]，造成細胞原生質發生凝固，導致植株死亡，不能返青成活是冬小麥受凍害的直接原因。

3 基于積雪深度和最低氣溫的冬小麥凍害模型分析

3.1 基于積雪深度和最低氣溫的冬小麥凍害模型的建立

為了定量地研究在昌吉州地區冬季一定的積雪厚度到底能抵御的最低氣溫是多少，從而能更準確地了解2011—2012年冬季造成冬小麥嚴重凍害的關鍵時期。在前人研究的基礎上[14，16]，結合當地實際情況，總結了冬小麥越冬期分別在有積雪和無積雪情況下產生凍害的指標：在無積雪覆蓋的情況下，最低氣溫高于-23℃時產生輕度凍害，在-23～-26℃產生中度凍害，低于-26℃時產生重度凍害；最低氣溫在-23～-26℃時，積雪深度小于1 cm，形成重度凍害，雪深1～3 cm則形成中度凍害，雪深大于3 cm時則產生輕度凍害；當最低氣溫在-27～-30℃時，有3～5 cm的積雪產生輕到中度凍害，當雪深小于3 cm時，則產生嚴重凍害；當最低氣溫低于-30℃時，有5～8 cm的積雪產生輕到中度凍害，當雪深小于5 cm時，則產生重度凍害。根據上述定量化的積雪深度和最低氣溫的不同組合可能對冬小麥產生不同凍害的標準，建立了不同積雪深度條件下冬麥能夠抵御最低氣溫的方程和曲線（圖4）。

圖4中，從上至下分別是冬小麥重度凍害、中度凍害和輕度凍害的趨勢線和回歸方程，3個方程均能通過顯著性檢驗[17]。故認為，當一定的雪深在對應的最低氣溫曲線以下則不產生凍害（安全越冬區），反之，當最低氣溫在曲線以上時則產生相應凍害（凍害風險區）。

3.2 應用冬小麥凍害模型分析造成冬小麥嚴重凍害的關鍵期

為了更清楚地分析2011—2012年冬小麥受凍害的最為關鍵的時間段，將冬季最低氣溫低于-22℃的日期篩選出來（穩定越冬期內，當氣溫高于-22℃時，地面無積雪冬小麥也不會產生凍害），共有42 d，分別與當天實測的積雪深度相對應，作散點圖并與圖4的斜線進行疊加，得到圖5。

由圖5可知，在輕度凍害趨勢線以上的有11 d，分別是12月23，25，26，27日和1月21，22，23，24，25，28，29日；在中度凍害趨勢線以上的有6 d，分別是1月22，23，24，25，28，29日；在嚴重凍害趨勢線以上的有3 d，分別是1月22，23，28日。由此可見，2011—2012年冬季對共青團農場冬小麥造成嚴重凍害的關鍵期在1月的22—25日和28—29日。

4 討論與結論

2011—2012年冬季氣溫總體偏低，并且1月下旬氣溫異常偏低；降雪量偏少、積雪深度較歷年明顯偏薄。偏薄的積雪不能抵御異常低溫是冬小麥受凍害的主要原因。5 cm地溫較歷年異常偏低是冬小麥受凍害的直接原因。通過建立基于積雪深度的冬小麥凍害模型，分析出造成共青團農場冬小麥嚴重凍害的關鍵期為2012年1月下旬的22—25日和28—29日。

雖然全球變暖已經成為共識，但是氣候變暖的同時，天氣的冷暖、干濕變率更大，災害性天氣出現的概率增大[13，16]，氣候對傳統種植作物和災害影響也發生了相應的改變。在實際生產中，調整作物結構和種植制度，優化農業生產布局[18]就顯得非常重要。北疆冬小麥凍害防御除了采取合理布局小麥品種，調整小麥適播期，澆好冬前封凍水，加強田間管理，提高凍害預警能力等措施[12]之外，也需要考慮適當調整一些傳統作物的種植區域。據以上分析提出建議供探討：為應對異常氣候對冬小麥造成凍害，在北疆準噶爾盆地南緣中部地區將種植冬麥的區域向南（冬季氣溫相對較高，積雪較厚）推移，而北部靠近沙漠區將種植冬麥改為種植春麥以減小凍害風險。在現有的中、長期氣候預測預報水平不能完全滿足農業生產需要的現實下，這樣的措施可以避免一些極端的天氣氣候帶來的損失，從而使農民遭受損失的概率降低。

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M eteorological Condition Analysis and Defensive M easures of the 2011-2012 W inter W heat Frozen Injury in Changji

GONG Hengrui，PU Zongchao，ZHENG Yuping
（Urumqi Meteorological Bureau，Urumqi 830002，China）

Thewinter of 2011-2012,winter wheat suffered the themost serious freezing injury in Changji last 30 years.The paper analysed meteorological causes of winter wheat frozen injury by used meteorological data of Caijiahu station such as temperature,snow cover and soil temperature in winter.In the context of climate warming,the meteorological conditions of winter wheat frozen injury was studyed along the middle Tianshan Mountains area and close to the South edge of the desert planting zone.The results showed that low temperature and thin snow anomaly was primary cause of wheat frozen injury in winter January and February 2012.Exceptionally low 5 cm soil temperature than over the same period,direct cause of wheat frozen injury.Causing serious damage of critical period was in late 22-25 and 28-29 January.The author suggested that the plantingwinterwheat region southward,nearnorth desertplanting springwheat should in themiddle Tianshan Mountainsarea and close to the Zhungeer Basin to reduce frozen injury risk.

winterwheat;frozen injury;meteorological causes;defensemeasure

S512.1＋1

A

1002-2481（2016）07-0984-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.07.22

2016-03-04

國家公益性行業（氣象）科研專項（GYHY201106043）

宮恒瑞（1979-），女，安徽定遠人，工程師，碩士，主要從事農業氣象服務與研究工作。