基于統計資料的內蒙古玉米主產區低溫冷害時空分布規律的初步分析

李建楠 張寶林 楊雪婷 郭佳

摘要? 基于歷史資料初步統計分析了1950—2000年間內蒙古地區低溫冷害發生規律，利用ArcGIS空間分析技術研究了低溫冷害發生頻次和影響程度的空間變異，結果表明內蒙古低溫冷害的發生在時間上具有不確定性、鏈式連年頻發的特點，在空間上具有廣泛性與區域性，玉米主產區受低溫冷害影響嚴重。研究結果為提高光溫資源利用率，并進一步開展低溫冷害風險評估與區劃及其氣候背景研究奠定了基礎。

關鍵詞 內蒙古; 低溫冷害; 時空變化

中圖分類號：S162.5 文獻標識碼：A 文章編號：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

低溫冷害是指在生長季節內，出現0℃以上低溫對農作物造成損害的現象[1]。低溫冷害是農業氣象災害研究的重要組成部分，在中國、尼泊爾、日本、巴基斯坦、澳大利亞及美國等國家常常發生[2]，造成了日本歷史上的3次大饑荒（1751—1763年、1781—1788和1830—1843年）和“明治兇作群”（1869、1884、1891、1893、1897、1902、1905和1906年）[3]。玉米是世界性作物，種植范圍廣、面積大。由于玉米是喜溫作物，對溫度變化非常敏感;低溫冷害成為影響東北玉米生產的主要氣象災害。1956—2011年遼寧省低溫冷害現象出現頻率高達30%，對玉米產量影響較大[4]。20世紀以來，由于全球氣候變暖，東北三省地區春玉米受害程度有所下降;但可種植界線北移東延，中、晚熟品種可種植面積擴大，使嚴重低溫冷害出現頻率明顯增加，種植風險增大[5]。

內蒙古作為中國玉米主產區之一，種植面積和產量均居全國前列[6]。由于位于生態系統脆弱、農牧交錯的狹長區域，內蒙古氣候因子復雜。目前，關于氣候變化對內蒙古玉米種植業影響的研究還比較缺乏[7]，低溫冷害相關研究開展較少[8-10]。在全球氣候變暖的背景下，內蒙古地區的熱量資源有所上升，≥10℃積溫增加，玉米播期提前[11]，物候期延長，生育期偏長品種種植面積呈增加趨勢[12]，溫涼區具有成為玉米穩產區的潛力[13];與此同時，初、終霜日期波動加大[14]，低溫冷害風險增加[8]。侯瓊等[8，10]研究了內蒙古河套地區玉米低溫冷問題，王志春[9]分析了東部地區的低溫冷害風險，但內蒙古地區低溫冷害研究基礎還比較薄弱。低溫冷害的時空分布規律研究對于內蒙古地區玉米生產具有重要意義，有利于提高光溫資源的利用率、預測低溫冷害的發生、評估對作物生產可能造成的影響，以采取預防措施規避冷害風險，保障糧食安全。

1 數據與方法

研究所用數據源于《中國氣象災害大典》[15]和《內蒙古統計年鑒》（1989—2017年）等資料。分析歷史文獻中內蒙古地區低溫冷害發生的年份、影響區域、冷害強度等，統計各旗縣災害發生次數，利用ArcGIS空間分析技術研究內蒙古地區低溫冷害發生頻率和影響程度的空間變異。

1988—2016年間，從玉米區域產量可以看出，內蒙古地區玉米產區主要包括通遼市、赤峰市、興安盟、呼倫貝爾市、巴彥淖爾市和鄂爾多斯市等地區，尤其是通遼市、赤峰市、興安盟、呼倫貝爾市和巴彥淖爾市。在每一主產區，玉米總產量雖然在2015年后有下降趨勢，但其變化基本上可以分為3個階段，即緩慢增長期（1988—2000年）、快速增長期（2000—2012年）和基本穩定期（2012—2016年）（圖1）。

2 結果與分析

2.1 內蒙古地區低溫冷害分布的年代際變化

20世紀50—70年代冷害現象較為嚴重，多地發生嚴重冷害，70年代后雖仍有冷害發生，但冷害程度都為一般或較輕。1950—2000年間內蒙古地區低溫冷害發生頻率為37.5%，內蒙古東部地區發生頻率為31.2%，中西部地區發生頻率為25%。由此可見，內蒙古低溫冷害的發生既有不確定性，也有鏈式的連年頻繁發生（表1）。

2.2 內蒙古地區低溫冷害分布的空間變化

從圖2可以看出，低溫冷害在內蒙古東部、中部和中西部均有發生。東部地區主要發生在通遼市和赤峰市;通遼市的扎魯特旗、科爾沁區和開魯縣冷害發生次數較多，赤峰市的林西縣冷害發生次數較多，其次為紅山區和巴林左旗。中部地區的烏蘭察布市冷害多發地為其東部的化德縣和商都縣、南部的涼城縣。中西部地區的巴彥淖爾市的臨河為低溫冷害發生次數最多的地區，呼和浩特市地區低溫冷害發生頻率也較高。1954、1957、1962、1995年為全區性低溫冷害年。1972年大部分地區年均氣溫較正常年偏低，呼倫貝爾市的扎蘭屯和興安盟最為嚴重。1979年中西部地區低溫冷害較為嚴重，尤其是烏蘭察布市的商都縣和涼城縣、呼和浩特市、巴彥淖爾市的臨河市和烏拉特前旗最為嚴重，作物減產明顯。因此，內蒙古玉米主產區低溫冷害的發生具有廣泛性和區域性。

2.3 內蒙古地區低溫冷害影響強度的空間變化

通過對低溫冷害發生地區與次數的統計分析，基于發生頻率確定的冷害影響強度可分為6級：嚴重區，P（頻率）≥20%;重度區，20%>P≥15%;中度區，15%>P>10%;一般區，10%≥P≥5%;較輕區，5%>P>0%;無影響區，P=0（圖3）。嚴重影響區域在內蒙古東部，中部和中西部均有分布，如扎蘭屯市、化德縣和臨河市等地區;重度影響區包括突泉縣、扎魯特旗、通遼市科爾沁區、林西縣和呼和浩特市等地區，主要發生在內蒙古東部、中部;中度影響區包括烏蘭浩特、開魯縣、巴林左旗和赤峰市紅山區等地區，主要集中在內蒙古東部地區;輕度影響區為多倫縣、商都縣、涼城縣和烏拉特前旗等地區，主要分布在內蒙古中部;一般影響區包括五原縣等地區，較輕影響區包括阿榮旗、莫力達瓦旗和集寧等地區，其他為無影響區。

3 討論

3.1 內蒙古玉米主產區低溫冷害時有發生，全區玉米低溫冷害研究基礎薄弱

研究表明，1951—1990年40年間，夏季低溫在內蒙古東部山區發生頻率高達30%以上[16];然而，全區低溫冷害分布時空規律的研究較少[8]，僅在莫力達瓦旗[17-19]、包頭市[20]、鄂倫春自治旗[21]、興安盟[22]和河套[10，23]等部分地區得以展開。王志春在內蒙古東部地區的研究表明低溫冷害風險程度基本呈西北-東南向帶狀分布，高風險區位于緯度和海拔較高的呼倫貝爾市北部和西部地區，低風險區位于通遼市中南部、赤峰市東南部和興安盟南部等海拔較低、地勢相對平坦的地區[9]。

3.2 內蒙古玉米主產區低溫冷害指標及其形成天氣背景研究匱乏

中國東北三省玉米低溫冷害的研究已取得許多成果，建立了玉米低溫冷害判定指標，分析了低溫冷害的時空分布規律。內蒙古玉米低溫冷害指標研究較少[8，24]，更缺少低溫冷害形成天氣背景的相關研究。王志春等以玉米為研究對象，分析了熱量條件及其變異、低溫冷害發生頻率，確定了低溫冷害綜合風險指數，對內蒙古東部地區玉米低溫冷害進行了風險區劃[9]。研究表明20世紀50—60年代中國發生的自然災害不是突然發生的，有其孕育和發展過程[25]，災害鏈規律不容忽視[26]。災害發生的歷史及其天氣背景研究對加強防災減災有重大現實意義。

3.3 內蒙古玉米主產區低溫冷害對策研究極少

影響東北地區糧食生產的氣象災害，主要是生育期間（5—9月）階段性低溫冷害而引起的[27]。20世紀50年代，我國發生過較為嚴重的低溫冷害，內蒙古也受到影響，但未受到足夠的重視。60—70年代，接連發生了1969、1972和1976年的低溫冷害，造成了大范圍的糧食減產，減產率達15%—20%。1977—1995年期間仍發生低溫冷害，但是范圍較小、強度偏低;1996—2008年，超過10年間未發生大范圍的低溫冷害，說明低溫冷害發生的頻率可能降低了，但是一旦進入年代際變化的低溫期，再次發生影響范圍廣或者嚴重低溫冷害的可能性還是存在的[3]。

有研究表明，1951—2010年間，東北地區玉米障礙型低溫冷害發生頻率呈增加趨勢，延遲型冷害呈遞減趨勢[28]。但由于氣溫波動振幅加大，階段性低溫冷害亦可能嚴重;隨著農業科技的進步，農作物品種推陳出新，但高產新品種往往對氣候條件要求和敏感性更高，為了充分發揮遺傳優勢，挖掘生產潛力，需要加強對低溫冷害的防范意識，并開展低溫冷害對策研究。由于低溫冷害具有可減輕性，在種植農作物時，考慮發生冷害的風險因素和氣溫條件，在一定程度上可以避免減產，降低損失。

4 結論

低溫冷害發生的時空變化分析表明內蒙古玉米主產區低溫冷害時有發生，其影響不容忽視。內蒙古地區遭遇過全區性、區域性低溫年;由于溫熱條件差，農作物生長季熱量不足，造成農作物減產。中東部的玉米主產區呼倫貝爾市、興安盟、赤峰市和通遼市，西部的玉米主產區巴彥淖爾市低溫冷害對玉米生產影響嚴重。20世紀以來，雖然氣溫有升高趨勢，但仍存在發生低溫冷害的可能性。在氣候變化的背景下，基于歷史統計資料的內蒙古地區低溫冷害事件的歷史分析可為進一步開展低溫冷害形成機理和氣候背景研究奠定基礎，為低溫冷害風險評估與區劃提供科學依據。

參考文獻

[1] 張麗文. 基于GIS和遙感的東北地區水稻冷害風險區劃與監測研究[D].杭州：浙江大學，2013.

[2] 李袆君. 吉林省玉米低溫冷害預測技術研究[D].北京：中國氣象科學研究院，2005.

[3] 王紹武，馬樹慶，陳莉，等. 低溫冷害[M]. 北京： 氣象出版社，2009.

[4] 馬利，王楠，賈德濤. 氣象災害對遼寧玉米生產影響與防御對策[J]. 安徽農業科學，2014，42（8）：2417-2418.

[5] 趙俊芳，楊曉光，劉志娟. 氣候變暖對東北三省春玉米嚴重低溫冷害及種植布局的影響[J]. 生態學報，2009，29（12）：6544-6551.

[6] 張寶林，羅瑞林，高聚林. 內蒙古東部玉米主產區氣候空間的變化[J]. 湖北農業科學，2012，51（22）：5027-5033.

[7] 羅瑞林. 氣候變化對內蒙古春玉米產量影響的研究[D].呼和浩特：內蒙古農業大學，2013.

[8] 侯瓊，張晴華. 內蒙古地區玉米低溫冷害動態監測指標的建立[J]. 中國農業氣象，2013，34（5）：588-594.

[9] 王志春，楊軍，姜曉芳，等. 基于GIS的內蒙古東部地區玉米低溫冷害精細化風險區劃[J]. 中國農業氣象，2013，34（6）：715-719.

[10] 侯瓊，王海梅，云文麗. 河套灌區玉米低溫冷害監測評估指標的研究[J]. 干旱區資源與環境，2015，29（2）：179-184.

[11] 肖登攀. 氣候變暖背景下內蒙古作物物候變化研究[J]. 中國農學通報，2015，31（26）：216-221.

[12] 侯瓊，郭瑞清，楊麗桃. 內蒙古氣候變化及其對主要農作物的影響[J]. 中國農業氣象，2009，30（4）：560-564.

[13] 張寶林，羅瑞林，高聚林. 內蒙古東部玉米主產區氣候條件的變化及其對玉米生產的影響[J]. 內蒙古師范大學學報（自然科學漢文版），2013，42（2）：185-191.

[14] 白美蘭，郝潤全，高建峰，等. 內蒙古地區極端氣候事件分布特征及對農業影響評估[J]. 干旱地區農業研究，2009，27（2）：21-27.

[15] 沈建國，李喜倉，劉興漢，等. 中國氣象災害大典 內蒙古卷[M]. 北京： 氣象出版社，2008.

[16] 中國科學院大氣物理研究所，中國科學院，國家計劃委員會，等. 中國氣候災害分布圖集[M]. 北京： 海洋出版社，1997.

[17] 張秀珍. 莫力達瓦旗低溫冷害風險區劃[J]. 現代農業科技，2017（6）：227-228.

[18] 張秀珍. 莫旗地區低溫冷害指標及分析[J]. 農家科技（下旬刊），2017（2）：345.

[19] 張秀珍. 莫旗各鄉鎮低溫冷害特征分析[J]. 現代農業，2017（3）：111-112.

[20] 夏雪蓮. 包頭地區低溫冷害與糧食產量的關系[J]. 內蒙古農業科技，2012（4）：73，133.

[21] 張勝利. 鄂倫春自治旗低溫冷害特點分析[J]. 南方農機，2017，48（4）：181.

[22] 龐萬才，王桂芝. 低溫冷害對興安盟農田作物生態的影響及其防御對策[J]. 內蒙古氣象，1990（1）：13-19.

[23] 孔德胤，李雪冰，鄭紅燕，等. 河套地區低溫冷害研究[J]. 科技資訊，2011（31）：137.

[24] 張超. 積溫距平指標在玉米低溫冷害監測中的適用性分析[J]. 內蒙古科技與經濟，2017（3）：71-73.

[25] 楊冬紅，楊學祥. “拉馬德雷”冷位相時期的全球強震和災害[J]. 西北地震學報，2006，28（1）：95-96.

[26] 楊學祥. 災害鏈規律不容忽視[N]. 文匯報，2008-03-02.

[27] 郭建平，田志會，左旭. 東北地區水稻熱量指數預測模型[J]. 自然災害學報，2004，13（3）：138-145.

[28] 張海娜，李菲，戴欣童. 1951—2010年東北地區玉米及水稻低溫冷害統計分析[J]. 現代農業科技，2015（3）：264-266.