黑龍江省大豆生長(zhǎng)季干旱時(shí)空格局

朱海霞,李秀芬,趙慧穎,于瑛楠,王晾晾,姜麗霞

(1.中國(guó)氣象局東北地區(qū)生態(tài)氣象創(chuàng)新開放實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱 150030;2.黑龍江省氣象院士工作站，黑龍江 哈爾濱 150030;(3.黑龍江省氣象科學(xué)研究所，黑龍江 哈爾濱 150030)

黑龍江省是我國(guó)重要的大豆產(chǎn)區(qū)，是非轉(zhuǎn)基因大豆種植的凈土，黑龍江省大豆產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展對(duì)我國(guó)大豆產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有舉足輕重的作用。黑龍江省地處東北亞，受東亞大陸季風(fēng)氣候的控制，春季降水量小[1]，夏季降水時(shí)空分布不均，降水的年際變動(dòng)較大，易導(dǎo)致干旱的發(fā)生，若年代際與年際變化的少雨期同時(shí)出現(xiàn)易導(dǎo)致特大干旱的發(fā)生[2]。黑龍江省春季干旱頻繁[3]已是不爭(zhēng)的事實(shí)，春夏連旱高發(fā)，加之黑龍江省屬典型的旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，干旱現(xiàn)已成為威脅旱作農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一[4]。大豆屬于喜濕作物，生長(zhǎng)季需水量較多，是豆類作物中對(duì)缺水最敏感的作物之一[5-6]，其生長(zhǎng)季里任何階段的干旱對(duì)產(chǎn)量都將產(chǎn)生不同程度的影響。大豆播種期干旱易導(dǎo)致種子萌發(fā)遲緩[7]，苗期干旱則有利于根系的發(fā)育[8]，分枝期干旱易造成大豆植株矮小，初花期和鼓粒期干旱則造成葉面積小，根系生長(zhǎng)受阻，根系活力降低，并導(dǎo)致葉綠素含量和比重的下降[9]，而嚴(yán)重的干旱將導(dǎo)致大豆花數(shù)、莢數(shù)和粒數(shù)的減少[10]，最終表現(xiàn)為產(chǎn)量的下降。據(jù)《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》記載,東北大豆生產(chǎn)多受春旱制約，更有成災(zāi)嚴(yán)重的季節(jié)性連旱發(fā)生，造成不同程度的減產(chǎn)[11-12]。

關(guān)于作物干旱的研究多集中于衛(wèi)星遙感的干旱監(jiān)測(cè)評(píng)估[13-14]和干旱區(qū)劃[15-16]等方面，研究方法多集中于降水量指標(biāo)[17-18]和作物旱情指標(biāo)[19]。利用監(jiān)測(cè)土壤濕度的方法來評(píng)價(jià)黑龍江省農(nóng)業(yè)干旱的研究也較多[20-23]，但由于監(jiān)測(cè)土壤濕度方法主要為人工取土及烘干法，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，且成本高，無法做到對(duì)干旱的逐日監(jiān)測(cè)和評(píng)估，因此在研究作物干旱方面比較受限。

連續(xù)無有效降水日數(shù)(continuous days without available precipitation)多用于分析時(shí)段降水的特征[24-25]，因連續(xù)的無降水會(huì)導(dǎo)致干旱的發(fā)生[24]，故該方法可以用來表征干旱[26]?；谶B續(xù)無有效降水日數(shù)指標(biāo)分析干旱在時(shí)間尺度上更精細(xì)，現(xiàn)已成為表征干旱最常用的指標(biāo)之一[27-28]，并在使用上不斷改進(jìn)，在湖南、貴州等地被確定為地方標(biāo)準(zhǔn)[29-30]。黃晚華等[31-32]采用連續(xù)無有效降水日數(shù)分析研究了我國(guó)南方作物干旱特征，指出該指標(biāo)綜合了降水量和降水日數(shù)雙重因素，可間接反映農(nóng)田降水的收支情況及土壤水分盈虧，分析結(jié)果與實(shí)際干旱情況吻合性較好，可以用于作物干旱評(píng)估等研究。

針對(duì)黑龍江省大豆安全生產(chǎn)面臨的干旱問題，采用連續(xù)無有效降水日數(shù)分析和評(píng)價(jià)大豆生長(zhǎng)季的干旱時(shí)空特征和年際變化特征，并考慮東北大豆生育特點(diǎn)，調(diào)整計(jì)算過程中的部分參數(shù)，研究黑龍江省大豆生長(zhǎng)季不同發(fā)育階段的逐日干旱動(dòng)態(tài)，提高干旱診斷和評(píng)估的準(zhǔn)確性，為不同區(qū)域作物布局以及大豆不同生長(zhǎng)階段的防旱避災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

降水資料采用黑龍江省氣象局1971-2016年80個(gè)氣象觀測(cè)站4月1日-10月10日逐日降水量觀測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 連續(xù)無有效降水日數(shù)計(jì)算

連續(xù)無有效降水日數(shù)是表征農(nóng)田水分補(bǔ)給狀況的重要指標(biāo)之一，為作物生長(zhǎng)季內(nèi)降水量小于有效降水臨界值的持續(xù)天數(shù)，以日數(shù)(d)表示。連續(xù)無有效降水日數(shù)計(jì)算詳見文獻(xiàn)[21]，結(jié)合黑龍江省大豆種植和生育特點(diǎn)等實(shí)際情況，對(duì)公式中關(guān)于解除大豆干旱過程的臨界值設(shè)定為25 mm。

1.3 干旱強(qiáng)度分級(jí)

結(jié)合參考文獻(xiàn)[31]，定義干旱指數(shù)(I)：

I=Dnp/G

(1)

式中,Dnp由文獻(xiàn)[31]計(jì)算可得，為作物生育期內(nèi)多次干旱過程累積連續(xù)無有效降水日數(shù)的累積值，簡(jiǎn)稱干旱持續(xù)天數(shù)；I為干旱指數(shù)，取值為1、2、3、4，分別表示輕旱、中旱、重旱、特旱；G為干旱等級(jí)劃分的天數(shù)(d)，根據(jù)黑龍江省干旱的實(shí)際特點(diǎn)，保水抗旱條件，地形地貌對(duì)干旱強(qiáng)度的等級(jí)影響，河谷、平原區(qū)G=40 d，丘陵、山間盆地區(qū)G=35 d，高原、山地區(qū)G=30 d。為方便計(jì)算，以海拔簡(jiǎn)化處理：海拔<100 m為河谷、平原區(qū)，記為Ⅰ區(qū);海拔100～300 m為丘陵、山間盆地區(qū)，記為Ⅱ區(qū)；海拔≥300 m為高原、山地，記為Ⅲ區(qū)。具體干旱指數(shù)和干旱持續(xù)天數(shù)等級(jí)劃分見表1。

表1 累積干旱持續(xù)天數(shù)分級(jí)/d

1.4 連續(xù)無有效降水日數(shù)評(píng)價(jià)分析

每年4-9月是黑龍江省大豆播種、出苗及生殖生長(zhǎng)的主要階段，將4-9月定義為大豆的生長(zhǎng)季；根據(jù)上述方法分別計(jì)算黑龍江省80個(gè)氣象站點(diǎn)歷年大豆生長(zhǎng)季基于連續(xù)無有效降水日數(shù)指標(biāo)的干旱指數(shù)，并分別統(tǒng)計(jì)不同等級(jí)的干旱發(fā)生年次頻率(簡(jiǎn)稱干旱頻率)，表示干旱發(fā)生頻繁程度；統(tǒng)計(jì)多年平均干旱持續(xù)天數(shù)，表示干旱強(qiáng)度；用區(qū)域干旱站次比反映干旱范圍。

連續(xù)無有效降水日數(shù)指標(biāo)可以逐日評(píng)估干旱的持續(xù)狀態(tài)和動(dòng)態(tài)變化，較準(zhǔn)確地記錄干旱發(fā)生時(shí)段。為準(zhǔn)確表征黑龍江省大豆生長(zhǎng)季不同時(shí)期干旱發(fā)生頻率的差異，考慮每次干旱過程開始一周內(nèi)的無降水日對(duì)大豆未造成明顯的影響，因此在統(tǒng)計(jì)1971-2016年歷年4月11-9月30日干旱過程中每日發(fā)生干旱過程年次數(shù)與統(tǒng)計(jì)資料年數(shù)之比時(shí)，將每次干旱過程的開始7 d計(jì)為無旱狀態(tài)，逐日評(píng)估46 a間大豆生長(zhǎng)季干旱頻次。

1.5 制圖平臺(tái)

氣候傾向率為每10 a的線性方程斜率，其物理意義表示隨著時(shí)間的增加，某氣候要素升高或下降的速率[33]，利用ArcGIS繪制干旱強(qiáng)度、干旱強(qiáng)度的氣候傾向率與各等級(jí)干旱程度頻率的空間分布圖?；贠ffice 2010制作46 a中大豆生長(zhǎng)季干旱范圍，80個(gè)氣象站的平均干旱強(qiáng)度及逐日干旱頻率動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)圖。

2 結(jié)果與分析

黑龍江省現(xiàn)分為13個(gè)市級(jí)地區(qū)，其中齊齊哈爾、綏化、大慶和哈爾濱屬松嫩平原；鶴崗、佳木斯、雙鴨山、七臺(tái)河和雞西屬三江平原；大興安嶺、黑河和伊春為大小興安嶺；松嫩平原、三江平原和黑河地區(qū)為黑龍江省主要農(nóng)業(yè)種植區(qū)。

2.1 大豆生長(zhǎng)季多年干旱強(qiáng)度的空間特征分析

利用公式計(jì)算黑龍江省大豆生長(zhǎng)季1971-2016年共計(jì)46 a的4月初-10月10日的干旱頻率，通過ArcGIS制圖，得到基于連續(xù)無有效降水日數(shù)的大豆生長(zhǎng)季內(nèi)干旱強(qiáng)度的空間分布(圖1a)和氣候傾向率(圖1b)。

黑龍江省大豆生長(zhǎng)季，松嫩平原西部1971-2016年的平均干旱程度最強(qiáng)，大豆生長(zhǎng)季干旱日數(shù)超過了80 d，其中松嫩平原西南部干旱日數(shù)超過了90 d，是黑龍江省干旱最嚴(yán)重的地域；農(nóng)業(yè)種植區(qū)中部是全省干旱程度最低的區(qū)域，干旱日數(shù)為70 d以下；松嫩平原中部自北向南一帶、黑河大部、三江平原、牡丹江大部干旱日數(shù)為70～80 d。

圖1b所示，46 a中，松嫩平原大部、牡丹江地區(qū)大豆生長(zhǎng)季干旱強(qiáng)度氣候傾向率為負(fù)值，表明這些區(qū)域干旱強(qiáng)度總體呈減少趨勢(shì)，尤其是牡丹江東南部干旱強(qiáng)度氣候傾向率為-2.5 d·(10a)-1，有較強(qiáng)的減少趨勢(shì)；三江平原大部、黑河地區(qū)和呼瑪縣干旱強(qiáng)度氣候傾向率為正值，表明這些區(qū)域干旱強(qiáng)度總體呈增加趨勢(shì)，其中三江平原東北角和黑河中部干旱強(qiáng)度氣候傾向率>2.5 d·(10a)-1，有明顯的增強(qiáng)趨勢(shì)。

黑龍江省西北和東北部是大豆的主要種植地區(qū)，大部區(qū)域的干旱強(qiáng)度均在60 d以上，尤其松嫩平原西南部干旱強(qiáng)度超過了90 d，結(jié)合表1中無旱等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來分析，黑龍江省中東大部大豆平均每年約有20 d以上的生育時(shí)間處于干旱狀態(tài)，西南部則約有近60 d的生育時(shí)間大豆處于干旱狀態(tài)，氣候傾向率表明大豆的主要種植區(qū)在46 a中干旱強(qiáng)度總體增加，進(jìn)一步增加了大豆生長(zhǎng)季遭遇干旱的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 黑龍江省大豆生長(zhǎng)季干旱強(qiáng)度(a)與其氣候傾向率(b)的分布Fig.1 The spatial distribution of drought intensity(a)and climate tendency rate of drought intensity(b)during growing season of soybean in Heilongjiang Province

2.2 大豆生長(zhǎng)季多年各等級(jí)干旱程度頻率的空間特征分析

黑龍江省1971-2016年間，大豆生長(zhǎng)季輕度干旱頻率空間分布見圖2a，松嫩平原西部輕度干旱頻率最低，不足10%，哈爾濱東部-伊春-鶴崗西部一帶及三江平原東北部輕度干旱頻率高于30%，其他大部地區(qū)輕度干旱頻率為10%～30%。

大豆生長(zhǎng)季中度干旱頻率空間分布見圖2b，松嫩平原中東大部、牡丹江大部中度干旱頻率較高，超過50%，其余大部地區(qū)中度干旱頻率40%～50%，其中松嫩平原西南部中度干旱頻率低于40%。

大豆生長(zhǎng)季重度干旱頻率空間分布見圖2c，松嫩平原西部重度干旱頻率較高，超過40%，外圍由北向南的呼瑪、訥河、依安至肇州一帶重度干旱頻率30%～40%，其它農(nóng)業(yè)種植區(qū)重度干旱頻率低于30%。

大豆生長(zhǎng)季特旱頻率空間分布見圖2d，松嫩平原西南角個(gè)別地帶特旱頻率超過了15%，其中齊齊哈爾東南角特旱頻率為25%以上，是黑龍江省特旱頻率最高區(qū)域，其它農(nóng)業(yè)種植區(qū)特旱頻率低于15%，其中中東大部特旱頻率低于5%。

綜上所述，46 a中，黑龍江省大部分的農(nóng)業(yè)種植區(qū)發(fā)生的中度干旱頻率最高。而黑龍江省中部地區(qū)，即松嫩平原東部、伊春地區(qū)、三江平原的東北部和西北部輕度干旱頻率發(fā)生較高，說明這些區(qū)域在大豆生長(zhǎng)季遭遇干旱危害的可能性較低，是大豆生產(chǎn)比較安全的區(qū)域；但黑龍江省西部，尤其是松嫩平原西部重度干旱的頻率明顯高于其他區(qū)域，表明該地區(qū)大豆在生長(zhǎng)季易遭遇嚴(yán)重的干旱。

2.3 大豆多年中度和重度以上干旱程度的空間特征分析

大豆屬于深根系作物，適度的干旱對(duì)苗期生長(zhǎng)較為有利，植株易于形成發(fā)達(dá)的根系，而中度以上干旱對(duì)大豆的生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生不利影響，重度以上干旱對(duì)大豆產(chǎn)生明顯的危害。

黑龍江省1971-2016年間，大豆生長(zhǎng)季中度以上干旱頻率空間分布見圖3a，除個(gè)別地帶，黑龍江省農(nóng)業(yè)種植區(qū)中度以上干旱頻率均超過了60%，其中松嫩平原西部中度以上干旱頻率最高，超過90%，幾乎表現(xiàn)為年年發(fā)生中度以上的干旱，對(duì)大豆的生長(zhǎng)發(fā)育和形態(tài)建成產(chǎn)生影響；其外圍區(qū)域中度以上干旱頻率較高為80%～90%；松嫩平原東部、伊春大部、三江平原東北部和西北部中度干旱以上頻率低于70%，其它農(nóng)區(qū)的中度以上干旱頻率為70%～80%?？v觀黑龍江省，除伊春市和東北角等個(gè)別地區(qū)外，全區(qū)中度以上的干旱頻率均在60%，46 a中約28 a為中度以上的干旱，而西南部約40余年均發(fā)生了中度以上干旱，所以干旱始終是威脅大豆安全生產(chǎn)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。

大豆生長(zhǎng)季重度以上干旱頻率空間分布見圖3b，除了黑龍江省中部一帶重度以上干旱頻率低于20%，中西大部重度以上干旱頻率高于20%，其中松嫩平原西南部重度以上干旱頻率超過50%，46 a中有一半的年份大豆會(huì)遭遇重度以上的干旱；其外圍區(qū)域重度干旱以上頻率為30%～50%，其它大部農(nóng)區(qū)重度干旱以上頻率低于30%。黑龍江省中部地區(qū)大豆在生長(zhǎng)季遭遇重度以上干旱的危害明顯小于松嫩平原西部，是大豆生產(chǎn)比較安全的區(qū)域。由表1可知，平原區(qū)重度以上的干旱程度為90～120 d，丘陵、山地區(qū)干旱程度更高，而大豆的生育期約120 d，若重度以上的干旱發(fā)生時(shí)期與大豆生育期吻合，大豆將遭遇干旱的深度影響，輕者造成植株矮小，嚴(yán)重的可造成葉片葉綠素含量明顯降低，葉片萎蔫、枯黃，甚至?xí)鹬仓甑乃劳觥８珊祵?duì)大豆生產(chǎn)的影響最終體現(xiàn)在產(chǎn)量上，嚴(yán)重干旱將造成分枝數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量的明顯降低[34]。

圖2 黑龍江省大豆生長(zhǎng)季輕度(a)、中度(b)、重度(c)和特旱(d)的頻率分布Fig.2 The frequency distribution of slight(a),medium(b),severe(c)and extreme drought(d)during growing season of soybean in Heilongjiang Province

圖3 黑龍江省大豆生長(zhǎng)季中度以上干旱(a)和重度以上干旱(b)的頻率分布Fig.3 The frequency distribution above medium(a)and severe drought(b)during growing season of soybean in Heilongjiang Province

2.4 大豆生長(zhǎng)季多年中度和重度以上干旱范圍的時(shí)間特征分析

圖4為1971-2016年黑龍江省大豆生長(zhǎng)季內(nèi)干旱站次比，分別反映中度以上干旱范圍(圖4a)和重度以上干旱范圍(圖4b)的年際變化特征。圖4a所示，全省80個(gè)氣象觀測(cè)站，除了1994年，其余年份大豆生長(zhǎng)季內(nèi)中度以上干旱站次比超過50%，有一半的觀測(cè)點(diǎn)發(fā)生了中度以上的干旱。1976年、1977年、1979年、1982年、1986年、1989年、1996年、1997年、1999年、2001年、2004年、2007年大豆生長(zhǎng)季內(nèi)干旱站次比均超過90%，發(fā)生了全省性的、大范圍的干旱。

圖4b所示，全省80個(gè)氣象觀測(cè)站，1981年、1985年、1990年、1991年、1993年、2013年、2015年重度以上干旱站次比低于10%，干旱對(duì)大豆未產(chǎn)生較大影響，大豆生長(zhǎng)發(fā)育良好；1973年、1975年、1977年、1986年、1992年、1995年、1996年、2008年和2010年大豆生長(zhǎng)季內(nèi)重度以上干旱站次比為30%～50%；而1976年、1979年、1982年、1989年、1999年、2001年、2004年、2007年大豆生長(zhǎng)季內(nèi)干旱站次比超過了50%，有一半的觀測(cè)點(diǎn)發(fā)生了重度以上的干旱，尤其是2007年，重度以上干旱站次比高達(dá)77.5%，達(dá)到了46 a中之最，嚴(yán)重影響了大豆的生長(zhǎng)發(fā)育。

2.5 大豆生長(zhǎng)季多年干旱程度的時(shí)間特征分析

圖5為1971-2016年黑龍江省大豆生長(zhǎng)季內(nèi)80個(gè)氣象站點(diǎn)平均的干旱強(qiáng)度的歷年變化。除1981年、1983年、1990年、1991年、1994年大豆生長(zhǎng)季內(nèi)干旱強(qiáng)度少于60 d外，其余年份均超過了60 d，其中1976年、1979年、1982年、1989年、1999年、2001年、2004年、2007年干旱持續(xù)天數(shù)超過了90 d，表明大豆生長(zhǎng)季4-9月的6個(gè)月中，有近3個(gè)月大豆處于干旱缺水狀態(tài)，嚴(yán)重影響其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量建成。

圖4 大豆生長(zhǎng)季發(fā)生中度以上(a)和重度以上(b)干旱的站次比Fig.4 Percent of weather station above medium(a)and severe drought(b)to eighty meteorological stations during growing season of soybean

圖5 大豆生長(zhǎng)季80個(gè)氣象站平均干旱程度的多年變化Fig.5 Change of mean drought intensity on eighty meteorological stations during growing season of soybean

20世紀(jì)70年代、80年代、90年代、21世紀(jì)最初10年及2011-2016年5個(gè)時(shí)段中，以21世紀(jì)最初10年平均干旱強(qiáng)度為最強(qiáng)，以近6 a為最弱；5個(gè)時(shí)段中分別以1979年、1982年、1999年、2007年、2011年平均干旱強(qiáng)度為首，其80個(gè)氣象站點(diǎn)平均干旱強(qiáng)度分別為101、101、94、104 d和88 d，并以2007年平均干旱強(qiáng)度為46 a中之首。由于大豆長(zhǎng)時(shí)間處于干旱缺水狀態(tài)，嚴(yán)重影響了大豆的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量建成，大豆植株矮小，發(fā)育不良，旱情較重地區(qū)的部分地塊大豆未封垅，且底部花莢脫落，造成大量減產(chǎn)[35]。

2.6 大豆生長(zhǎng)季逐日干旱頻率動(dòng)態(tài)變化

連續(xù)無有效降水日數(shù)指標(biāo)與其他干旱指標(biāo)相比優(yōu)勢(shì)明顯，該指標(biāo)可以逐日評(píng)估干旱的持續(xù)狀態(tài)和動(dòng)態(tài)變化，較準(zhǔn)確記錄干旱發(fā)生時(shí)段。為表征大豆生長(zhǎng)季不同時(shí)期干旱發(fā)生頻率的差異，現(xiàn)分析1971-2016年4月11日-9月30日逐日干旱頻率動(dòng)態(tài)變化,具體計(jì)算過程參見文獻(xiàn)[31]。

為了充分分析黑龍江省大豆生長(zhǎng)季4-9月逐日干旱頻率的時(shí)間變化和地理特征，將黑龍江省分為7個(gè)地理區(qū)域(圖6)，即:黑龍江西北部大豆種植的北界，呼瑪(圖6a)、黑龍江省北部嘉蔭(圖6b)、黑龍江省中部綏棱(圖6c)、黑龍江省西南部泰來(6d)、黑龍江省南部雙城(圖6e)、黑龍江省北部偏東集賢(圖6f)、黑龍江省東南部寧安(圖6g)，基本覆蓋了黑龍江省大豆種植的主要產(chǎn)區(qū)，逐日分析大豆生長(zhǎng)季4月11日-9月30日，即大豆從播種、出苗、三真葉、分枝、開花、鼓粒和成熟，共計(jì)173 d里逐日干旱頻率的時(shí)間差異和地理差異。為方便分析，將逐日干旱頻率在20%、35%、50%、65%和80%以上時(shí)段分別稱為干旱較明顯、明顯、多發(fā)、高發(fā)和頻發(fā)。

綜合圖6a～6g，黑龍江省大豆生長(zhǎng)季基于連續(xù)無有效降水日數(shù)逐日干旱頻率動(dòng)態(tài)變化以“V”形為主要特征，干旱頻率均表現(xiàn)為先波動(dòng)下降，降至最低點(diǎn)，再波動(dòng)上升。4月中旬初至5月末各地干旱頻率多為頻發(fā)或高發(fā)態(tài)勢(shì)，但存在地域間差別。以呼瑪和泰來為代表的西部地區(qū)，大豆播種和出苗期間，均呈較高的干旱頻率，尤其是泰來，持續(xù)表現(xiàn)為頻發(fā)態(tài)勢(shì)；6月份各地干旱頻率多以迅速下降為主要特征；7月份大部分區(qū)域干旱頻率降至最低，以較明顯態(tài)勢(shì)為主，而中部的綏棱7月大部分時(shí)段干旱頻率低于20%；8月份多地干旱頻率呈小幅波動(dòng)上升，多維持在30%～45%，而泰來8月份的干旱頻率多為45%～60%；9月份多地干旱頻率迅速攀升，并以高發(fā)態(tài)勢(shì)為主。

大豆屬于喜濕作物，生長(zhǎng)季充足的降水有利于大豆?fàn)I養(yǎng)階段旺盛生長(zhǎng)，同時(shí)能促進(jìn)大豆的開花和結(jié)莢。黑龍江省歷年來4月中旬至5月中旬，大豆自南向北開始播種，如圖6所示，此階段黑龍江省各地逐日干旱頻率均處于頻發(fā)或高發(fā)態(tài)勢(shì)，影響大豆種子萌動(dòng)和出苗，同時(shí)不利于培育壯苗，尤其是西南部地區(qū)多年持續(xù)的干旱頻發(fā)，使當(dāng)?shù)夭坏貌辉靿劜シN，以保證大豆的順利種植，致使種植成本增加，影響了大豆種植的積極性。6月份多為大豆苗期和三真葉期，是大豆根系形成的主要時(shí)期，適度的干旱有利于大豆形成發(fā)達(dá)的深根系，因此6月份各地逐日較高頻率的干旱對(duì)大豆后期的健壯生長(zhǎng)有一定的積極作用。7月份多為大豆的開花結(jié)莢期，是大豆需水最多的時(shí)期之一，也是用水關(guān)鍵期，嚴(yán)重的干旱將造成開花不利，甚至是落花落莢，影響產(chǎn)量建成。如圖6所示，7月份全省各地逐日干旱頻率降至大豆生育期中最低時(shí)段，能在一定程度上滿足大豆的正常生長(zhǎng)發(fā)育，但仍有一定的干旱發(fā)生，尤其是西南部，干旱頻率仍為40%～45%，干旱態(tài)勢(shì)明顯，易造成大豆開花結(jié)莢不利，如2007年，大豆花莢期遭遇長(zhǎng)時(shí)間的干旱，造成了產(chǎn)量的大幅下降。8月初主要是大豆結(jié)莢期，中后期為鼓粒期，此階段各地逐日干旱頻率多呈明顯態(tài)勢(shì)，對(duì)大豆的結(jié)莢和鼓粒產(chǎn)生了一定的威脅，尤其是大豆鼓粒階段，西部地區(qū)干旱頻率上升，易影響籽粒灌漿和乳熟。9月初多為黑龍江省中南部農(nóng)區(qū)大豆的鼓粒期，9月中后期為大豆成熟的主要階段，而9月初各地逐日干旱頻率急劇攀升，不利于籽粒的灌漿，但中后期較高的干旱頻率，有益于莖稈的脫水和籽粒的成熟，同時(shí)少水的天氣對(duì)大豆脫粒和晾曬非常有利。

圖6 黑龍江省西北部(a)、北部(b)、中部(c)、西南部(d)、南部(e)、東北部(f)和東南部(g)代表站大豆生長(zhǎng)季逐日干旱頻率動(dòng)態(tài)變化Fig.6 Dynamic change of daily drought frequency in soybean growth season at typical stations such as the northwest(a),the north(b),the middle(c),the southwest(d),the south(e),the northeast(f)and the southeast(g)of Heilongjiang Province

3 結(jié)論與討論

1)根據(jù)黑龍江省地理位置特點(diǎn)和大豆生育特性，將連續(xù)無有效降水日數(shù)指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和完善，用于評(píng)估黑龍江省大豆生長(zhǎng)季旱情，在此基礎(chǔ)上分析了黑龍江省大豆生長(zhǎng)季干旱格局。黑龍江省大豆生長(zhǎng)季，松嫩平原西部46 a的平均干旱程度最強(qiáng)，其中松嫩平原西南部是干旱最嚴(yán)重的區(qū)域。從氣候傾向率來看，三江平原東北角和黑河中部干旱強(qiáng)度有明顯的增強(qiáng)趨勢(shì)，而牡丹江東南部干旱強(qiáng)度有較強(qiáng)的減少趨勢(shì)。

2)松嫩平原西部發(fā)生中度以上干旱頻率最高，幾乎表現(xiàn)為年年發(fā)生中度以上的干旱；松嫩平原西南部發(fā)生重度以上干旱頻率超過50%，46 a中有一半的年份大豆會(huì)遭遇重度以上干旱；黑龍江省中部地區(qū)大豆在生長(zhǎng)季遭遇重度以上干旱頻率明顯小于松嫩平原西部，是大豆生產(chǎn)比較安全的區(qū)域。從大豆安全種植的角度看，中部好于東部，東部總體好于西部，西部的北部好于南部。

3)1976年、1979年、1982年、1989年、1999年、2001年、2004年、2007年黑龍江省發(fā)生了大范圍、程度重的干旱，其中2007年，黑龍江省80個(gè)氣象站中約有62個(gè)氣象站所在地發(fā)生了重度以上的干旱；20世紀(jì)70年代、80年代、90年代、21世紀(jì)最初10年及2011-2016年5個(gè)時(shí)段中，以21世紀(jì)最初10年干旱強(qiáng)度為最強(qiáng)，以近6年為最弱；其中2007年干旱強(qiáng)度為46 a中之首，平均干旱強(qiáng)度為104 d。研究表明[36]三江平原西部自2007年6月下旬開始出現(xiàn)干旱，并伴隨著持續(xù)的高溫少雨天氣，大田土壤水分迅速蒸發(fā)，干旱程度不斷加重，旱區(qū)逐漸向西部擴(kuò)展，中小河流和小型水庫(kù)陸續(xù)斷流、干涸，松花江佳木斯段水位降至歷史同期最低點(diǎn)，至8月7日，黑龍江省東西大部土壤干旱程度達(dá)到最重，農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期提前結(jié)束。2007年干旱特點(diǎn)主要表現(xiàn)為農(nóng)田受旱面積大，區(qū)域性和擴(kuò)展性強(qiáng)，作物產(chǎn)量顯著降低。降水持續(xù)偏少與持續(xù)的高溫是導(dǎo)致2007年干旱發(fā)生的直接原因；大氣環(huán)流形勢(shì)異常則是導(dǎo)致此次氣候異常事件的根本原因[37]。

4)作物的合理布局較為復(fù)雜，涉及土壤、氣候、栽培及經(jīng)濟(jì)政策等方面，其中起決定作用的是氣候條件。大豆屬于喜水、喜涼作物，在大豆的水分臨界期遭遇嚴(yán)重干旱會(huì)造成產(chǎn)量的明顯下降；上述研究表明黑龍江省中東部及西北部干旱強(qiáng)度和中重度以上的干旱頻率低于其它區(qū)域，大豆生產(chǎn)的安全系數(shù)較高，可以著重開展大豆的種植。因黑龍江省受東亞大陸季風(fēng)氣候的控制，作物生長(zhǎng)季干旱時(shí)有發(fā)生，即使是上述地區(qū)開展大豆種植，也無法完全避免干旱對(duì)大豆的危害，但可以通過防災(zāi)減災(zāi)來降低干旱的不利影響。解決大豆生長(zhǎng)季干旱的根本方式即是轉(zhuǎn)變雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)模式，興修水利和噴灌設(shè)施。對(duì)于大豆播種期春旱的頻發(fā)，應(yīng)主要做好種子抗旱包衣及造墑播種等耕作措施，確保抓全苗；而大豆苗期可適度干旱，以蹲苗促壯為目的，利于大豆形成發(fā)達(dá)的根系；7月份，大豆進(jìn)入開花結(jié)莢期，8月則主要為鼓粒期，是大豆的需水臨界期和關(guān)鍵期，若沒有水利設(shè)施保障而遭遇干旱，要減少鏟趟的田間耕作次數(shù)，減少散墑，如遇嚴(yán)重干旱，條件允許地區(qū)可開展人工增雨作業(yè)，從多方面做好大豆干旱的防災(zāi)減災(zāi)工作，避免或減少干旱對(duì)大豆形態(tài)建成造成的危害及產(chǎn)量上的損失。