隨州地區(qū)61年來(lái)霜凍和霜凍害發(fā)生規(guī)律及對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響研究

周澤民 馬超 馮文麗 戴歡

【摘要】通過(guò)對(duì)隨州地區(qū)的隨州、廣水兩地國(guó)家氣象站1957～2017年61年氣象觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合農(nóng)業(yè)部門(mén)提供的隨州主要農(nóng)作物的生育期和凍害資料進(jìn)行研究，分析了隨州地區(qū)霜、不同等級(jí)的霜凍、霜凍害時(shí)空分布，探討了極端最低氣溫與極端最低地表溫度的關(guān)系，研究了不同季節(jié)霜凍出現(xiàn)的規(guī)律和霜凍害對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害，提出了防御霜凍害的具體措施。

【關(guān)鍵詞】霜凍;等級(jí)，特征;研究

【中圖分類號(hào)】P468

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

霜凍害是指在農(nóng)作物、果樹(shù)林木、蔬菜生長(zhǎng)季節(jié)，土壤表面或植株體溫遇到地面溫度降到0℃以下而引起植物受害的一種農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，霜凍害多出現(xiàn)在天氣相對(duì)較為溫暖，農(nóng)作物等正常生長(zhǎng)的春、秋轉(zhuǎn)換季節(jié)，常導(dǎo)致農(nóng)作物等遭到凍傷或死亡。對(duì)越冬作物等仍可生長(zhǎng)的隨州地區(qū)而言，冬季出現(xiàn)的異常低溫凍害如造成農(nóng)作物等受到凍傷凍死等危害，也屬于霜凍害的范疇。霜凍害主要危害越冬作物如冬小麥、油菜、果樹(shù)、蔬菜和部分熱帶亞熱帶作物如柑橘。霜凍害對(duì)農(nóng)作物等的危害在不同生育期是明顯不同的。在隨州地區(qū)，冬小麥拔節(jié)至抽穗期，油菜的抽薹開(kāi)花期，越冬蔬菜、果樹(shù)的開(kāi)花期，棉花、中稻、蔬菜苗期等生長(zhǎng)關(guān)鍵期，如遇到霜凍害就會(huì)降低結(jié)實(shí)率，凍傷凍死幼苗，嚴(yán)重影響農(nóng)作物、果樹(shù)和蔬菜的產(chǎn)量。

由于特殊的地理位置，隨州地區(qū)每年都會(huì)出現(xiàn)霜凍害天氣，是危害隨州越冬作物、果樹(shù)林木、蔬菜等一種主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，它發(fā)生頻率高，影響范圍廣，造成危害重。因此，了解霜凍害的發(fā)生特征，掌握霜凍害的危害規(guī)律，對(duì)于采取有針對(duì)性的防御措施，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高農(nóng)作物等經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。

1 資料與方法

為了了解和掌握隨州地區(qū)霜凍天氣的發(fā)生規(guī)律，采取有針對(duì)性的防御措施，減輕霜凍的危害，按照霜凍的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)了1957-2017年隨州、廣水兩地氣象觀測(cè)資料，結(jié)合隨州氣象和農(nóng)業(yè)部門(mén)觀測(cè)的主要農(nóng)作物生育期和凍害資料進(jìn)行研究分析。

2 隨州地區(qū)霜及霜凍害發(fā)生的規(guī)律

2.1 隨州地區(qū)霜日出現(xiàn)分布

2.1.1 隨州地區(qū)霜日的時(shí)空分布。霜是水汽在地面和近地面物體上凝結(jié)而成的白色松脆的冰晶。霜與霜凍害有密切聯(lián)系，又有一定的區(qū)別。霜是反映霜凍危害的最直觀天氣現(xiàn)象，因此，在實(shí)踐中常用霜日作為評(píng)價(jià)霜凍的指標(biāo)。

歷年氣象資料統(tǒng)計(jì)表明，隨州、廣水兩地的霜日有一定的差異。隨州年平均霜日為48.7天，歷年平均初霜日在11月14日，平均終霜日為3月16日，平均初、終間霜日為123.4天;廣水年平均霜日為51.9天，歷年平均初霜日在11月10日，平均終霜日為3月20日，平均初、終間霜日為131.3天。

從霜的年代分布看，隨州兩地在不同的年代，霜日有一定的差異（表1）。

隨州地區(qū)霜日的時(shí)空分布較為明顯。一是廣水霜日比隨州多。61年間廣水平均霜日比隨州多3.2天，平均初霜日比隨州提前4天，平均終霜日推遲4天，平均初、終間霜日廣水比隨州多7.9天。說(shuō)明隨州無(wú)霜期要長(zhǎng)于廣水。二是不同月份出現(xiàn)霜的情況有顯著差異。隨州地區(qū)的霜日主要集中在12月至來(lái)年1月，均占全年的80%以上，其中，1月份出現(xiàn)最多，分別占全年的31.4%（廣水）和33.7%（隨州）;12月份次之，4月和10月最少。4月之后，10月之前沒(méi)有出現(xiàn)霜。終霜日絕大多數(shù)年份出現(xiàn)在3月份，兩地出現(xiàn)在4月的終霜日頻率均為十年二遇;初霜日主要集中在11月份，出現(xiàn)在10月份的初霜日隨州為十年一遇，廣水為十年二遇;從1993年后兩地沒(méi)有在10月份出現(xiàn)初霜日。三是兩地在不同年代出現(xiàn)霜有較大的差異。除了1971-1980年代、1981-1990年代隨州比廣水略有偏多外，其它年代，廣水都比隨州偏多或持平。其中，1957-1960年代、1961-1970年代廣水比隨州都偏多11日。最近的2011-2017年代偏多6.7日（表1）。

2.1.2隨州地區(qū)霜日的年代變化規(guī)律。從圖1可以看出，隨州的年霜日數(shù)變化比較明顯。霜日最多年份出現(xiàn)在2013年，達(dá)72天，霜日最少年份出現(xiàn)在1967年和1997年，均只有28日，年霜日最多與年霜日最少二者相差44天。最近10幾年，年霜日有逐漸增加的趨勢(shì)，2004年以后增加的趨勢(shì)更加明顯，2013年達(dá)到歷史最高，對(duì)農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物的危害也趨于嚴(yán)重。

2.2 不同等級(jí)的霜凍時(shí)空分布特征

2.2.1 霜凍等級(jí)及時(shí)空分布特征。隨州地區(qū)空氣、土壤和植物體內(nèi)水汽含量比較充足，在寒冷的季節(jié)，當(dāng)最低氣溫在OoC以下時(shí)，出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的“白霜”現(xiàn)象的頻率很高。因此最低氣溫是判斷出現(xiàn)霜和霜凍的主要指標(biāo)。張靄琛（ 2008）根據(jù)中國(guó)主要作物對(duì)霜凍的抵抗能力，結(jié)合最低氣溫指標(biāo)，將霜凍程度劃分為四個(gè)等級(jí)（表2）。

根據(jù)上述霜凍等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)了隨州地區(qū)歷年不同等級(jí)最低氣溫出現(xiàn)的頻率（表3）。

從表3可知，隨州地區(qū)沒(méi)有出現(xiàn)一般霜凍，出現(xiàn)年最低氣溫為-5.10℃- -10.0℃的極嚴(yán)重霜凍頻率最多，兩地分別占整個(gè)年份的73.3%和83.3%。按照上述霜凍的最低氣溫劃分等級(jí)，在隨州地區(qū)發(fā)生極嚴(yán)重霜凍及毀滅性霜凍等級(jí)的頻率高達(dá)88.3%（隨州）和93.3%（廣水），平均十年九遇。說(shuō)明隨州地區(qū)的霜凍發(fā)生頻率高，影響范圍廣，這與隨州地區(qū)所處的地理位置和氣候特點(diǎn)密切相關(guān)。隨州屬于湖北省冬季極端最低氣溫最低的地區(qū)。1957-2017年的氣象資料統(tǒng)計(jì)，隨州地區(qū)歷年極端最低氣溫全部出現(xiàn)在冬季的12月-2月，年極端最低氣溫-4.6C - -16.3℃之間，隨州歷年最低氣溫-16.3℃（1969，1977年），廣水歷年最低氣溫-16.0℃（1977年）;歷年極端最低氣溫-21.0℃（洪山氣象站，1969年），這也是湖北省歷史上極端最低氣溫。

由表4可見(jiàn)，隨州歷年極端最低氣溫出現(xiàn)的區(qū)間以-7.10℃- -10.0℃和-5.1 - -7.0℃為主，幾乎占總頻率的四分之三，-4.60℃-5.0℃和-10.100C - -15.0℃兩個(gè)區(qū)間出現(xiàn)的頻率相同;在時(shí)間分布上，年極端最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間一般在12下旬月-2月中旬的冬季，以12月下旬最多，1月上旬和下旬次之，2月下旬最少。1月下旬雖然年極端最低氣溫出現(xiàn)頻率不是最多，但出現(xiàn)< -10.0℃的頻率占其總年份的66.7%，其中年極端最低氣溫<-15.0℃的2個(gè)年份都出現(xiàn)在1月下旬。

2.2.2 歷年毀滅性霜凍害的時(shí)空分布。隨州地區(qū)出現(xiàn)<-10.0℃的毀滅性霜凍年份時(shí)空分布差異明顯。61年里，隨州共出現(xiàn)了10年，平均十年二遇;廣水出現(xiàn)了7年，平均十年一遇。日最低氣溫< -15℃的低溫天氣兩地出現(xiàn)較少，在61年中，隨州共出現(xiàn)了兩年（1969年，1977年）。廣水僅出現(xiàn)了一年（1977年）。兩地出現(xiàn)毀滅性霜凍均集中在冬季的12月下旬-2月中旬（表5）。

在近10年（2008-2017年）中，隨州有3年出現(xiàn)了<-10.0℃的情況，平均十年三遇，說(shuō)明隨州毀滅性霜凍害有明顯的增加趨勢(shì)，年霜日數(shù)也呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)，應(yīng)引起農(nóng)業(yè)部門(mén)和農(nóng)民群眾的高度重視。

隨州地區(qū)出現(xiàn)毀滅性的霜凍害雖較為罕見(jiàn)，但造成的損失卻十分嚴(yán)重。由于毀滅性霜凍害極端氣溫低，危害程度深，影響范圍廣，對(duì)越冬作物、果樹(shù)、蔬菜都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的危害，特別是對(duì)柑橘、楊梅和茶樹(shù)等危害更甚。資料表明，柑橘低于-11℃會(huì)出現(xiàn)重度凍害。1991年12月下旬受強(qiáng)寒潮影響，從12月24日-31日隨州連續(xù)8天日平均氣溫在0℃以下，極端最低氣溫僅-12.3℃，此次低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，來(lái)的早，降溫幅度大，隨州屬于最重凍害區(qū)。導(dǎo)致全市80%的柑橘凍死，對(duì)柑橘種植造成毀滅性的破壞，柑橘種植從此一蹶不振;茶樹(shù)和小麥、油菜等越冬作物凍害也十分嚴(yán)重。隨州最近一次的毀滅性霜凍害出現(xiàn)在2016年1月25日，極端最低氣溫僅-12.4℃，造成油菜、冬小麥、越冬蔬菜發(fā)生明顯的凍害，造成嚴(yán)重的減產(chǎn)。

2.2.3 隨州地區(qū)不同季節(jié)霜凍害的分布特征。根據(jù)霜凍害發(fā)生的季節(jié)和危害情況，將霜凍害分為秋霜凍（早霜凍）和春霜凍（晚霜凍）兩個(gè)類型。對(duì)于隨州地區(qū)而言，出現(xiàn)在10-11月份的為秋霜凍，出現(xiàn)在3-4月份的為春霜凍。此時(shí)，分別是秋收作物、果樹(shù)等成熟收獲和夏收作物、果樹(shù)等開(kāi)花及產(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期。如果出現(xiàn)霜凍害，對(duì)農(nóng)作物、果樹(shù)、蔬菜等生產(chǎn)會(huì)造成嚴(yán)重的危害。文獻(xiàn)指出，霜凍出現(xiàn)的越早，危害越重;而春季最晚的一次霜凍，危害更為嚴(yán)重。氣象資料表明，隨州、廣水兩地歷年出現(xiàn)在3月和11月的春霜凍和秋霜凍的頻率都很高，出現(xiàn)的年頻率基本為十年九遇（表6）。隨州出現(xiàn)在10月份的早霜凍共有7年，廣水共有13年，出現(xiàn)頻率分別為十年一遇和五年一遇。隨州出現(xiàn)在4月份上中旬的晚霜凍有10年，廣水共有12年，基本上平均五年一遇。說(shuō)明在有些年份早霜凍和晚霜凍的危害比較突出，應(yīng)引起重視。

隨州地區(qū)的冬季農(nóng)作物、果樹(shù)和越冬蔬菜處于休眠或緩慢生長(zhǎng)的狀態(tài)，抗寒耐寒能力相對(duì)較強(qiáng)，冬季出現(xiàn)一般或嚴(yán)重霜凍對(duì)其危害并不明顯。

2.3 霜凍害對(duì)農(nóng)作物的危害

不同農(nóng)作物、果樹(shù)和蔬菜在不同生長(zhǎng)期對(duì)不同程度霜凍的反應(yīng)有明顯的區(qū)別。冬小麥拔節(jié)后抗霜凍能力迅速減弱，拔節(jié)后20天如出現(xiàn)一1℃-2C的低溫就會(huì)造成傷害;在油菜抗寒力最弱的現(xiàn)蕾抽薹期，當(dāng)溫度在OoC以下時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)凍害。在冬季，如果出現(xiàn)< -10.0℃的毀滅性類型的霜凍，或雖只有零下幾度，但出現(xiàn)有強(qiáng)烈變溫，都會(huì)形成災(zāi)害。

隨州地區(qū)的秋霜凍一般出現(xiàn)在10月中旬-11月下旬。秋霜凍出現(xiàn)時(shí)，正是冬小麥出苗一三葉期，油菜移栽期，蔬菜的苗期，果樹(shù)已采摘完處于落葉期。此時(shí)期的冬小麥、油菜，其耐寒、抗寒能力相對(duì)較強(qiáng)，且此時(shí)出現(xiàn)日最低氣溫低于-5.0℃的低溫天氣出現(xiàn)頻率少，一般不會(huì)出現(xiàn)明顯凍害。因此，盡管隨州的初霜多出現(xiàn)在10-11月份，但對(duì)越冬作物、蔬菜、果樹(shù)等危害較輕。在近20年里尚未有農(nóng)作物、蔬菜和果樹(shù)等在11月份受凍害的現(xiàn)象。

隨州地區(qū)的春霜凍一般在3月上旬-4月中旬，3月上旬是隨州冬小麥拔節(jié)始期，中旬為拔節(jié)普期和油菜抽薹始期，也是隨州當(dāng)家蔬菜泡泡青抽薹一開(kāi)花期，桃樹(shù)、李樹(shù)等果樹(shù)的開(kāi)花期，4月上旬一中旬是棉花、中稻的播種一出苗期（表7）。由于油菜抽薹、開(kāi)花會(huì)消耗大量養(yǎng)分，抗寒力明顯下降，只要出現(xiàn)0℃以下低溫，就會(huì)受凍害。小麥拔節(jié)期間，各部器官迅速生長(zhǎng)，對(duì)低溫的抵抗力明顯降低。據(jù)隨州市農(nóng)科所資料，當(dāng)極端最低氣溫≤-2℃時(shí)，就會(huì)發(fā)生凍害，造成農(nóng)作物的植株、花果受凍，導(dǎo)致減產(chǎn)或嚴(yán)重減產(chǎn)。隨州歷年此時(shí)出現(xiàn)極端最低氣溫≤-2℃的霜凍害平均為五年一遇，特別是2003年以來(lái)出現(xiàn)的頻率更高，平均為兩年一遇;油菜抽薹開(kāi)花期間出現(xiàn)極端最低氣溫< 0℃的頻率達(dá)30%。因此危害隨州農(nóng)作物、蔬菜和果樹(shù)的霜凍害主要是春霜凍（晚霜凍）。

越冬作物受到霜凍害危害的程度，還與播種期和生育期情況、生長(zhǎng)狀況等密切相關(guān)。在隨州，越冬作物前期溫度偏高，旬平均氣溫正距平值≥2.0℃，農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)旺，抗寒能力差，此時(shí)如遇氣溫驟降，出現(xiàn)霜凍天氣時(shí)，易對(duì)冬小麥、油菜等越冬作物造成危害。越冬作物播期早也易造成霜凍害。這是因?yàn)椴シN期早，前期天氣環(huán)境適宜，農(nóng)作物生長(zhǎng)迅速，生育期提前，抗寒能力明顯下降。

霜凍害發(fā)生時(shí)的天氣條件對(duì)越冬作物的危害程度也是不一樣的。長(zhǎng)期低溫天氣條件下，霜凍對(duì)越冬作物的危害較輕;雨后初晴早晨出現(xiàn)的霜凍對(duì)越冬作物的危害明顯偏重。

2.4 極端最低氣溫與極端最低地表溫度的關(guān)系

霜是植物表面與土壤表面溫度在0℃以下時(shí)產(chǎn)生的。由于目前分布在農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)的區(qū)域自動(dòng)氣象站觀測(cè)的是氣溫，沒(méi)有植物表面與地表溫度的資料。為開(kāi)展農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報(bào)和服務(wù)需要，以百葉箱最低氣溫作為鑒定霜凍條件的指標(biāo)。研究表明，寒冷季節(jié)里氣溫要高于地面溫度。因此，當(dāng)百葉箱里的氣溫降至0℃及以下時(shí)，地表溫度都會(huì)低于0℃。而地表溫度低于0℃，地面都會(huì)有霜出現(xiàn)。

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，1957-2016年隨州歷年4月的日極端最低氣溫與同期日地面最低氣溫出現(xiàn)的時(shí)間基本同步（圖2）。由此可見(jiàn)，隨州霜凍害危害最嚴(yán)重時(shí)期的3、4月極端最低氣溫與同期極端最低地表溫度關(guān)系密切，百葉箱最低氣溫可以作為霜凍條件鑒定的指標(biāo)。

統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn)，隨州歷年3月份極端最低氣溫與同期極端最低地表溫度具有顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.628（圖3）。

說(shuō)明：縱坐標(biāo)為最低地表溫度（℃），橫坐標(biāo)為最低氣溫（℃）圖3隨州歷年3月份極端最低氣溫與極端最低地表溫度的關(guān)系

圖3表明，當(dāng)隨州3月份極端最低氣溫降低1℃，相應(yīng)的地面最低溫度就減少0.693℃。

3 結(jié)論

（1）隨州地區(qū)霜日的時(shí)空分布比較明顯。各地霜日和不同年代的霜日變化有較大的差異。年霜日有逐漸增加的趨勢(shì)，對(duì)農(nóng)作物、蔬菜和果樹(shù)的影響也趨向嚴(yán)重。

（2）隨州地區(qū)的極嚴(yán)重霜凍及以上等級(jí)的霜凍發(fā)生頻率高，平均十年九遇。特別是近十幾年來(lái)，毀滅性霜凍有明顯的增多趨勢(shì)，應(yīng)引起政府有關(guān)部門(mén)，特別是農(nóng)業(yè)部門(mén)和農(nóng)民群眾的高度重視。

（3）秋霜凍害和春霜凍害是危害隨州農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要?dú)庀鬄?zāi)害。而春霜凍（晚霜凍）是危害隨州農(nóng)作物、蔬菜和果樹(shù)的主要霜凍害。

（4）在霜凍來(lái)臨前、來(lái)臨時(shí)應(yīng)根據(jù)不同季節(jié)、不同天氣條件和不同農(nóng)作物的生長(zhǎng)期，有針對(duì)性地采取防御對(duì)策，減輕霜凍害的危害。對(duì)于大面積種植的農(nóng)作物、果樹(shù)可以采用灌水、噴霧等保溫措施;對(duì)于蔬菜可采用稻草、麥稈、雜草等覆蓋增溫的方法;對(duì)于短時(shí)霜凍防御和名貴林木果樹(shù)及其苗圃，可利用柴草、牛糞、鋸末等物質(zhì)燃燒產(chǎn)生熏煙的辦法，降低地面有效輻射，提高地面和近地面氣溫。

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[作者簡(jiǎn)介]周澤民（1962-），男，湖北隨州人，高級(jí)工程師，研究方向：氣候與氣象服務(wù)。