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CN102668846A - 作物低温灾害分析方法 - Google Patents

作物低温灾害分析方法 Download PDF

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Abstract

作物低温灾害分析方法，涉及农作物防灾技术，尤其是一种农作低温灾害预警技术。本发明的分析方法是在作物每个生长生育期，通过实时气象数据、低温敏感程度指标和作物数据连接，采用累积低温指数Ti指标来分析作物低温灾害情况的。本发明的低温灾害分析方法，能够及时将低温灾害对作物的危害程度做出分析，为采取有效的减灾及补救措施提供了可靠、定量的科学依据。

Description

作物低温灾害分析方法
技术领域
本发明涉及农作物防灾技术，尤其是一种农作低温灾害预警技术。 
背景技术
我国幅员辽阔，气候类型复杂，低温灾害类型不同，受低温灾害影响的作物种类很多，受灾对象从粮食作物、经济作物，到果树蔬菜、甚至对畜禽业和水产业等也都有不同程度的影响。同是由低温现象引发的各种胁迫或灾害，但在致灾机理、防御技术、采用对策等方面也不尽相同，甚至在不同区域或不同季节发生的灾害其称谓也明显不同。因此需要科学认识低温灾害，这样才能推动防灾减灾事业的发展。 
农业生产是受气象灾害影响最大的产业之一。从20世纪90年代起，我国每年气象灾害造成的经济损失超过千亿元人民币，占国内生产总值3%-6%，占整个农业GDP的15%－20%，造成粮食减产100亿公斤至200亿公斤，与发达国家相比，损失要大几十倍。由于目前总体的农业生产基础设施薄弱，防御农业气象灾害的能力差，对气象环境的依赖性大，未完全摆脱靠天吃饭的局面,农业生产极易受到低温和干旱灾害的影响，进而危害粮食安全和国民经济的持续稳定发展。 
农业气象灾害和气象灾害不完全相同。除气象要素本身的异常变化外，农业气象灾害的发生、程度、影响大小还与作物种类、所处发育阶段和生长状态、土壤水分、管理措施等多因素密切相关。 
随着全球气候变化，极端天气异常发生，农业气象灾害频繁发生，灾害损失逐年增加。近5年的统计结果表明，因农业气象灾害的影响，我国平均每年粮食受灾面积达0.52亿公顷，粮食损失超过500亿千克。影响农业生产的主要气象灾害有干旱、低温、洪涝、冰雹等，每年均有不同程度的农业气象灾害发生，气象灾害占自然灾害80%以上，其中低温、干旱灾害占气象灾害的60%以上，并且危害范围广、发生频率高、连锁反应显著、灾情发生重，严重威胁整个农业生产的发展。随着全球气候变暖，农业防灾减灾面临着更加严峻的形势，需要进一步研究农业气象灾害发生规律和监测预警方法，建立农业气象灾害评估标准和指标体系，为农业持续发展提供技术支持。 
低温灾害实质是温度下降到作物正常生长的极限值，对作物生长产生危害，造成减产和经济损失的过程。农作物在各生长发育阶段对温度环境的要求和适应范围是不同的，大多数作物在开花繁殖期，对低温敏感，而在苗期则相对不敏感，而且苗期受害，往往通过后期温度条件的改善，加强管理得以补偿。当温度下降到作物生长适宜温度下限时，首先对作物造成生理胁迫，表现为延迟或停止生长、甚至造成不同程度的伤害；如果温度持续下降并维持一定时间，可能对作物产生物理和形态上的损伤，直至死亡。通常农业气象上把这类现象统称为“低温灾害”。 
近年来，在作物生长期，由于温度变化急剧，作物易遭受温度变化的影响，特别是寒潮、低温、倒春寒等灾害造成危害较大。当出现低温度时，能在短时间内对作物生长产生不可逆转的影响。在目前作物生长与温度关系中主要采用常规的三基点温度，即生长最适温度、生长下限温度和受害温度作为分析作物适应性指标，但是不同作物的不同生育期对低温反映差异显著，因此，得出作物播种到成熟期间各发育期温度影响程度，确定低温灾害诊断、预警指标和方法，建立作物不同生长阶段低温灾害预警技术是低温灾害预警重点，可以提升低温灾害防御能力和技术水平，提高低温灾害监测、预警的准确率和时效性，减轻低温灾害对粮食生产的影响，促进农业生产持续发展、保障粮食生产安全。 
发明内容
 针对上述问题，本发明提出了一种能够将作物每个生育期对低温的反映进行动态跟踪和预警，同时能对历史作物受害状况进行分析的低温灾害分析方法。 
本发明的作物低温灾害分析方法，其特征在于该方法是在作物每个生长生育期，通过实时气象数据、低温敏感程度指标和作物数据连接，采用累积低温指数Ti指标来分析作物低温灾害，其中： 
实时气象数据是作物生长生育期中每天实测最低气温，该实测最低气温形成实时最低气温曲线；
低温敏感程度指标是由作物生长下限温度限定出的温度，不同作物在不同的生长生育期有不同的生长下限温度，该指标形成作物生长下限温度区间；
作物数据是实测的作物生长生育过程中，实际观测的作物生育期及该生育期的具体日期，以播种期为起始日，计算作物生长日数，到作物收获时，停止生长日数计算；
累积低温指数Ti的计算方法根据作物的种类有所不同，小麦或蚕豆的计算方法是 
Figure 81204DEST_PATH_IMAGE001
，水稻的计算方法是
Figure 309929DEST_PATH_IMAGE002
，其中：
Figure 89666DEST_PATH_IMAGE003
为实测温度中的最低温度；
Figure 360241DEST_PATH_IMAGE004
为实测温度的平均温度；
Figure 174613DEST_PATH_IMAGE005
为持续时间；
Figure 370977DEST_PATH_IMAGE006
为低温强度系数；
Figure 638011DEST_PATH_IMAGE007
为生长下限温度系数；
Figure 899228DEST_PATH_IMAGE008
为生长最适温度系数；
、
Figure 374519DEST_PATH_IMAGE007
、按以下方法计算得出：
小麦或蚕豆：
Figure 928178DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 451563DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 192992DEST_PATH_IMAGE011
；
水稻：      
Figure 496934DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 772058DEST_PATH_IMAGE010
；
；
其中：
Figure 563744DEST_PATH_IMAGE013
为作物生长下限温度；
为作物生长最适温度。
所述的作物生长下限温度
Figure 433797DEST_PATH_IMAGE013
和作物生长最适温度
Figure 249218DEST_PATH_IMAGE014
根据作物种类不同而不同，小麦、蚕豆、水稻
Figure 20865DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 33821DEST_PATH_IMAGE014
值具体值为： 
Figure 916326DEST_PATH_IMAGE015
    按照本发明的方法可计算各温度等级和不同持续时间的累积低温指数
Figure 81859DEST_PATH_IMAGE016
值，根据
Figure 86724DEST_PATH_IMAGE016
值可判断小麦、蚕豆、水稻各生育期的累积低温指数影响指标区间和影响状况。考虑小麦、蚕豆、水稻生长季气候背景，对低温反映的敏感性，以及自身的生物学特性，将小麦、蚕豆的低温影响等级分为5级，将水稻影响等级分为4级。小麦、蚕豆、水稻低温指数影响指标区间和影响程度分别列于下表中：
小麦累积低温指数影响指标区间和影响程度：
Figure 524659DEST_PATH_IMAGE018
蚕豆累积低温指数影响指标区间和影响程度：
Figure 256860DEST_PATH_IMAGE020
 水稻累积低温指数影响指标区间和影响程度：
Figure 791747DEST_PATH_IMAGE022
。
本发明的低温灾害分析方法，能够及时将低温灾害对作物的危害程度做出分析，为采取有效的减灾及补救措施提供了可靠、定量的科学依据。 
说明书附图 
图1为本发明实施例1为小麦低温灾害分析示意图。
图2为本发明实施例2为蚕豆低温灾害分析示意图。 
图3为本发明实施例3为水稻低温灾害分析示意图。 
具体实施例
实施例1：以1986年小麦为例子，分析小麦低温灾害，按以下步骤实现： 
⑴设定小麦生长日数、生育期
根据1972-2011年30年大田实际观测数据统计，小麦一个生长季，生长日数在180-190天左右。按中国气象局《农业气象观测规范》，小麦整个生长季共分为播种、出苗、三叶、分蘖、拔节、孕穗、抽穗开花、乳熟、成熟10个生育期。由于小麦是头年播种，次年收获，因此，小麦年份记录以收获年为准。1986年小麦生长日数为181天，各生育期具体日期如下表：
生育期 日期(yyyy-mm-dd)
播种期 1985-10-22
出苗期 1985-10-31
三叶期 1985-11-15
分蘖期 1985-11-24
拔节期 1985-12-31
孕穗期 1986-02-12
抽穗期 1986-02-25
开花期 1986-03-01
灌浆乳熟期 1986-04-04
成熟期 1986-04-21
⑵记录实时气象数据 
在小麦播种以后，根据每天实测最低气温，与生长日数匹配，做出实时最低气温曲线。
⑶划定低温敏感程度指标区域 
小麦各生育期低温敏感程度指标如下：
小麦播种、出苗、三叶期生长下限温度为5.0℃；
小麦分蘗期生长下限温度为2.0℃；
小麦拔节期生长下限温度为0.0℃；
小麦孕穗期生长下限温度为0.0℃；
小麦抽穗开花期生长下限温度为5.0℃；
小麦乳熟期生长下限温度为5.0℃；
小麦成熟期生长下限温度为10.0℃。
⑷作出作物数据 
根据实际观测的作物生育期及该生育期的具体日期作出，以播种期为起始日，计算作物生长日数，到作物收获时，停止生长日数计算。
⑸计算累积低温指数及并分析低温灾害 
以小麦播种期为起始日为基准，计算累积低温指数，并与上述表中的累积低温指数影响指标区间进行对比，可分析出低温对小麦生长发育和产量形成的影响程度。如果出现低温，则根据各级指标值，以柱形图反映低温等级和影响程度。
在小麦播种至孕穗期出现12次实时温度低于小麦生长受害温度，其中，在1985年12月21日至12月28日，小麦分蘖期，生长日数为62-66天时，根据上述的计算公式，计算得1985年12月21日至12月28日温度和累积低温指数如下表： 
日期(yyyy-mm-dd) 最低气温(℃) Ti指数
1985-12-21 1.2 0.00
1985-12-22 0.6 0.00
1985-12-23 -1.7 0.23
1985-12-24 -3.0 0.95
1985-12-25 -2.1 1.30
1985-12-26 -0.9 1.37
1985-12-27 -0.2 1.37
1985-12-28 0.8 0.00
 2月25日，最低气温为5.1℃，高于小麦抽穗开花期生长下限温度。但在2月26日，最低气温为3.6℃，低于小麦抽穗开花期生长下限温度5.0℃。当计算的小麦累积低温指数达到影响指标区间时，则汇出累积低温指数柱形图，随着低温强度增加，累积低温指数柱不断增高，到3月6日，累积低温指数为-12.55，根据小麦累积低温指数影响指标区间和影响程度，影响等级为大于5级，植株受害严重，症状明显，减产严重。至3月11日，最低气温为5.3℃，此次低温过程才完全解除，整个低温过程持续了13天。低温持续时间、演变过程、危害程度完成反映在图中。 
1986年的低温出现在小麦开花期，导致小麦受害严重，小麦平均单产只有196kg/ha，产量只有1980-1985年平均产量的10%(1980-1985年平均产量为1967.1kg/ha)。 
实施例2：以2008年蚕豆为例，分析蚕豆低温灾害，按以下步骤完成： 
⑴设定蚕豆生长日数、生育期
根据1972-2011年30年数据统计，蚕豆一个生长季，生长日数在175-185天之间。按中国气象局《农业气象观测规范》，蚕豆整个生长季共有播种、出苗、三真叶、分枝、开花、结荚、鼓粒、收割8个生育期。由于蚕豆是头年播种，次年收获，因此，蚕豆年份记录以收获年为准。2008年蚕豆生长日数为179天，各生育期具体日期如下表：
生育期 日期(yyyy-mm-dd)
播种期 2007-10-02
出苗期 2007-10-12
三叶期 2007-10-25
分枝期 2007-11-02
开花期 2007-12-27
结荚期 2008-01-09
鼓粒期 2008-01-30
收割期 2008-03-29
 ⑵记录实时气象数据 
在蚕豆播种以后，每天实测最低气温与生长日数匹配，并做出实时最低气温曲线。
⑶划定低温敏感程度指标区域 
蚕豆各生育期低温敏感程度指标如下：
蚕豆播种期生长下限温度为5.0℃；
蚕豆出苗期生长下限温度为5.0℃；
蚕豆三叶期生长下限温度为5.0℃；
蚕豆分枝期生长下限温度为5.0℃；
蚕豆开花期生长下限温度为5.0℃；
蚕豆结荚期生长下限温度为6.0℃；
蚕豆鼓粒期生长下限温度为6.0℃。
⑷作出作物数据 
根据实际观测的作物生育期及该生育期的具体日期作出，以播种期为起始日，计算作物生长日数，到作物收获时，停止生长日数计算。
⑸计算累积低温指数及并分析低温灾害 
以蚕豆播种期为起始日为基准，计算累积低温指数，并与上述表中的累积低温指数影响指标区间进行对比，分析低温对蚕豆生长发育和产量形成的影响程度。如果出现低温，则根据各级指标值，以柱形图反映低温等级和影响程度。
2008年蚕豆生长季中，在鼓粒期共出现4次低温过程，根据蚕豆累积低温指数影响指标区间和影响程度指标值，这4次低温过程较弱，每次低温过程只有1天，影响等级均为1级，鼓粒速度减慢，对产量影响较小。具体出现时间和最低气温、累积低温指数如下表： 
Figure 905197DEST_PATH_IMAGE023
。
 实施例3：以2007年水稻为例，分析水稻低温灾害，按以下步骤实现： 
⑴设定水稻生长日数、生育期
根据1972-2011年30年数据统计，水稻一个生长季，生长日数在170-190天之间。按中国气象局《农业气象观测规范》，水稻整个生长季共有播种、出苗、三叶、移栽、返青、分蘖、拔节、孕穗、抽穗、乳熟、成熟12个生育期。2008年水稻生长日数为179天，各生育期具体日期如下表：
生育期 日期(yyyy-mm-dd)
播种期 2007-03-26
出苗期 2007-04-02
三叶期 2007-04-28
移栽期 2007-04-30
返青期 2007-05-6
分蘖期 2007-06-8
拔节期 2007-07-12
孕穗期 2007-07-28
抽穗期 2007-08-10
灌浆乳熟期 2007-09-03
成熟期 2007-09-21
⑵记录实时气象数据 
在水稻播种以后，每天实测最低气温与生长日数匹配，并做出实时最低气温曲线。
⑶划定低温敏感程度指标区域 
水稻各生育期低温敏感程度指标如下：
水稻出苗期生长下限温度为15.0℃；
水稻三叶期生长下限温度为15.0℃；
水稻返青期生长下限温度为15.0℃；
水稻分蘗期生长下限温度为20.0℃；
水稻拔节期生长下限温度为18.0℃；
水稻孕穗期生长下限温度为18.0℃；
水稻抽穗开花期生长下限温度为20.0℃；
水稻灌浆乳熟期生长下限温度为17.0℃；
水稻成熟期生长下限温度为17.0℃。
⑷作出作物数据 
根据实际观测的作物生育期及该生育期的具体日期作出，以播种期为起始日，计算作物生长日数，到作物收获时，停止生长日数计算。
⑸计算累积低温指数及并分析低温灾害 
以水稻播种期为起始日为基准，计算累积低温指数，并与上述表的累积低温指数影响指标区间进行对比，分析低温对水稻生长发育和产量形成的影响程度。如果出现低温，则根据各级指标值，以柱形图反映低温等级和影响程度。
2007年水稻生长季中，在灌浆乳熟期，生长日数为162-164天和172-175天时，共出现2次低温过程，具体出现时间和最低气温、累积低温指数如下表： 
 
Figure 643477DEST_PATH_IMAGE024
2007年9月1日最低气温为17.3℃，高于水稻灌浆乳熟期生长下限温度17.0℃；9月2日最低气温为16.2℃，低于水稻灌浆乳熟期生长下限温度17.0℃。当计算的水稻累积低温指数达到影响指标区间时，则汇出累积低温指数柱形图，随着低温强度增加，累积低温指数柱不断增高，根据水稻累积低温指数影响指标区间和影响程度指标值，这次低温过程，累积低温指数为-4.81，影响等级均为4级，使水稻灌浆受阻，影响籽粒形成，不能正常成熟，导致减产。9月7日，最低气温回升到17.2℃，此次低温过程解除。
2007年9月9日，最低气温为17.7℃，高于水稻灌浆乳熟期生长下限温度17.0℃；2007年9月10日，最低气温为16.1℃，低于水稻灌浆乳熟期生长下限温度17.0℃。在2007年9月14日，计算的小麦累积低温指数达到影响指标区间时，则汇出累积低温指数柱形图，随着低温强度增加，累积低温指数柱不断增高，到9月17日，累积低温指数为-9.54，根据水稻累积低温指数影响指标区间和影响程度，影响等级为大于4级，使水稻再次遭受低温危害，水稻灌浆持续受阻，导致减产。 

Claims (1)

1.作物低温灾害分析方法，其特征在于该方法是在作物每个生长生育期，通过实时气象数据、低温敏感程度指标和作物数据连接，采用累积低温指数Ti指标来分析作物低温灾害，其中：
实时气象数据是作物生长生育期中每天实测最低气温，该实测最低气温形成实时最低气温曲线；
低温敏感程度指标是由作物生长下限温度限定出的温度，不同作物在不同的生长生育期有不同的生长下限温度，该指标形成作物生长下限温度区间；
作物数据是实测的作物生长生育过程中，实际观测的作物生育期及该生育期的具体日期，以播种期为起始日，计算作物生长日数，到作物收获时，停止生长日数计算；
累积低温指数Ti的计算方法根据作物的种类有所不同，小麦或蚕豆的计算方法是，水稻的计算方法是
Figure 523421DEST_PATH_IMAGE002
，其中：
Figure 702729DEST_PATH_IMAGE003
为实测温度中的最低温度；
Figure 915536DEST_PATH_IMAGE004
为实测温度的平均温度；
Figure 434373DEST_PATH_IMAGE005
为持续时间；
Figure 707223DEST_PATH_IMAGE006
为低温强度系数；
Figure 373827DEST_PATH_IMAGE007
为生长下限温度系数；
Figure 390325DEST_PATH_IMAGE008
为生长最适温度系数；
Figure 823056DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 594703DEST_PATH_IMAGE007
、
Figure 483024DEST_PATH_IMAGE008
按以下方法计算得出：
小麦或蚕豆：
Figure 365530DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 655697DEST_PATH_IMAGE010
；
Figure 535928DEST_PATH_IMAGE011
；
水稻：      
Figure 973862DEST_PATH_IMAGE012
；
Figure 332163DEST_PATH_IMAGE010
；
；
其中：
为作物生长下限温度；
Figure 718779DEST_PATH_IMAGE014
为作物生长最适温度。
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