一、低温冷害概念
作物低温冷害是指在作物生长发育期间出现较长时间的持续性低温天气，或者在生殖生长期间出现短期的强低温天气过程，日平均气温低于作物生长发育适宜温度的下限指标，影响农作物的生长发育和结实而引起减产的一种农业自然灾害。
冷害发生在作物生育的温暖季节，作物不像霜冻等其它灾害那样出现枯萎、死亡等明显症状，受害植株的外观无明显变化，所以我国北方地区的群众把冷害称为“哑吧灾”。冷害对作物的危害主要有三种情况：一是低温延缓发育速度，致使作物在秋霜来临时尚不能完全成熟；二是低温引起作物的生长量(株高、叶面积、分蘖数等)降低，降低群体生产力；三是低温伤害作物的生殖器官，造成不孕，空瘪粒增多。此外，低温还减弱作物的光合作用强度，引起作物内部生理活动失调等。我国华南地区寒露节气前后和长江中下游地区秋分节气前后的低温天气，对后季稻生殖生长和结实的危害很大，当地把这种低温冷害称为“寒露风”。
低温冷害和霜冻不同。霜冻的危害是因短时间的0℃以下的低温，引起作物叶片枯萎或死亡，这与冷害的低温范围及其持续时间不同。在生产实践中，有些年份因为生育期气温低，引起作物生育期延迟，在秋霜日期正常、甚至偏晚的情况下，作物仍遭秋霜危害而不能正常成熟，这种情况霜害是冷害的结果。相反地，有些年份秋霜到来较早，如果作物生育期气温较高，在霜前已经成熟，并不会遭受早霜的危害。所以，既不应把冷害和霜冻的概念相混淆，又要看到二者的危害有时候是互相联系的。
从低温冷害形成机理分析，作物低温冷害主要有以下三种类型。
1、延迟型冷害。作物生长期间出现较长时间的持续性低温天气过程，导致生育期积温不足，使作物生理代谢缓慢，作物生育期延迟，不能在初霜到来之前正常成熟，从而导致减产。延迟型冷害如发生在幼穗分化前的营养生长期，低温的危害是延迟抽穗；如发生在籽粒形成时期，低温使净光合生产能力降低，导致作物灌浆不充分而减产。例如，1969年东北地区作物生长发育前期低温持续偏低，导致积温不足，玉米、水稻等作物生长进度明显滞后，霜前都没有成熟，发生了严重的大范围作物延迟型低温冷害，粮食减产20%左右。
2、障碍型冷害。作物在生殖生长期内遭受短时间(一般在几天)低温，使生殖器官的发育和生理活动受到破坏，造成颖花不育、籽粒空秕而减产。例如，1993、1998、2001和2003年，东北地区东部7月份出现阶段性严重低温，发生严重的水稻障碍型低温冷害，多数县市减产40%左右，部分乡镇绝收。
3、混合型冷害。延迟型冷害与障碍型冷害在同一生长季中相继出现或同时发生，给作物生育和产量形成带来严重危害。例，如1957和1954年东北地区作物生长前期、中期和后期都出现明显的低温过程，既发生了延迟型冷害，又发生了障碍型冷害，粮食减产20%以上。
作物低温冷害在整个作物生长季的每个阶段都有可能发生，不同时期低温冷害的影响和损失又有较大区别。根据冷害发生时期分类，还可以把低温冷害分为前期冷害、中期冷害、后期冷害。不同时期的低温冷害减产程度主要取决于总积温的亏缺情况。研究表明，作物生长发育期间，前后期温度变化的影响有一定的互补性，而且以后期高温对前期低温影响的补偿作用更显著。此外，我国有的学者还考虑到光照、降水和干旱等条件，把冷害分为低温阴雨型、低温寡照型、低温干旱型等不同冷害类型。有学者考虑到低温冷害与其它灾害的相互作用和共同影响，还把冷害分为低温稻瘟病型和低温早霜型等。
二、我国作物冷害的主要特征
我国作物冷害不仅发生于北方地区，在南方温带和亚热带都有发生。低温冷害受害的作物主要是水稻、玉米、高粱和棉花等喜温作物。作物冷害有地域性、群发性和准周期性等特征，在地域分布上，东北地区冷害发生最为频繁，程度也最重；在时间变化上，20世纪60年代和70年代发生最为频繁，近20多年严重冷害较少发生。
东北地区是我国粮食重点生产基地之一，目前每年生产粮食6500万吨左右，约占全国的13%。东北地区常年热量资源不足，因此冷害是主要农业气象灾害之一。东北地区大部每隔2～3a就有一次较明显障碍型冷害，严重冷害年减产20%以上。近50年来，东北地区一般冷害年出现频率，辽宁省大部为15%以下、吉林省中部和西部以及黑龙江省西南部为15%～25%、黑龙江省北部及吉林省东部多为25～35%。严重冷害的发生频率，辽宁省大部及吉林省西南部在5%以下、吉林省中部及黑龙江省南部为5%～10%、吉林省半山区及黑龙江省中部为10%～15%、黑龙江省北部及吉林省东部山区为15%～25%。水稻障碍型冷害发生频率，辽宁省大部在15%～20%之间、东北地区中部多为25%～40%、吉林省东部山区较高海拔地带及黑龙江省北部在40%～60%左右。
冷害发生的时间变化较大，这与冷害主要致灾因子-低温的时间变化和低温冷害的群发性有关。东北地区水稻延迟型冷害，20世纪60、70和80年代各有一个群发时期，其中1969、1972和1976年是覆盖全东北区的大范围冷害。20世纪80年代以来，由于气候变暖，北方地区作物低温冷害的程度和频率都有所下降，但低温冷害仍有发生，如1985、1986、1989、1995、1995和1998年，中国东北地区发生了区域性或局地的低温冷害。
冷害造成的粮食产量和经济损失是严重的。近50年来，东北地区曾发生8个严重冷害年，其中1969、1972和1976年的冷害最严重，东北三省的粮豆总产量比正常年减产50亿kg以上，3年平均减产为57.8亿kg、减产率达20％。而且遭受严重冷害使种子质量降低，还造成缺乏良种，影响第二年的农业生产。黑龙江省1962—2004年的43a间水稻共发生冷害9次、减产幅度5%～65%，总计减产稻谷在350万吨以上(表11.1)。图11.1显示，黑龙江省的几个低产量年份基本都是由于低温冷害造成的。
我国西北地区作物冷害也较频繁。如1976年发生严重冷害，造成秋粮大幅度减产，尤其以水稻受害最重，稻谷空瘪率上升，甚至没有收成。我国南方双季稻区，早稻在育秧期间遇低温阴雨天气，也会引起烂秧；晚稻抽穗开花期正是秋季冷空气南侵的时候，容易遭受低温危害，影响水稻正常开花授精，空壳率增加，造成减产失收。
表11.1 低温冷害年对黑龙江省稻谷产量的影响(张国民等，2006)
尽管气候变暖使近20a多年大范围延迟型冷害较少发生，但是由于极端气候事件增多，作物生长季节温度波动幅度加大，障碍型低温冷害有加重的趋势。1993—2005年间，东北地区东部每隔2～3a就发生一次严重的水稻障碍型冷害，其中多数县市每次减产40%左右，有的市县几乎绝收。因此低温冷害在今后相当长的时期内，仍然是北方地区主要农业气象灾害之一。
图11.1 低温冷害对水稻单产的影响(佟超 等，2006)
三、低温冷害防御措施
作物低温冷害防御技术可以分为两大类：第一类是在作物播种前的防御技术，也称主动防御或战略防御技术。遵循“未雨筹缪”的原则，有冷害则有效防御，没有冷害则夺取高产，主要包括农作物结构优化配置技术、作物品种的合理搭配技术、选择适宜播种期等；第二类是在作物的生长过程中，已经监测到作物将发生低温冷害或霜冻害时，采用的防御技术和措施，也称为应急防御技术，主要包括施用各种促进作物生长发育的化学药剂，加强中后期田间管理和合理施肥，秋季促熟和防霜，以及在低温来临前使用有关的物理增温方法，以减轻低温和霜冻对作物的危害。
1、主动防御技术
低温冷害的发生与低温天气气候、承灾体和农业生产等因素均有关系，因此根据气候特点搞好农业规划和加强生产管理是防御低温冷害的重要措施。主动防御技术是在作物播种前采取战略防御措施，做到有灾防灾，无灾也能保证稳产高产，并能提高农作物的品质。主动防御技术主要包括作物、品种的合理搭配、适时早播和种子处理、地膜覆盖和育苗移栽技术等。
(1)作物和品种优化布局。作物结构配置和品种布局主要受气候条件的制约。高纬地区和高寒山区积温不足，所以应以生育期较短的耐冷作物为主。应熟悉当地天气气候特点和冷害发生规律，根据农业气候资源确定各地区作物的合理布局，选择适宜的作物及其搭配比例、计划栽培，做到既充分利用当地气候资源，又避免发生低温冷害。衡量地区气候条件对各主要作物的适宜程度，既要比较地区间的差异，又要做同一地区不同作物之间的对比，应本着相对择优的原则，确定每一地区的主栽作物或每个作物的主栽区，而后确定各地主要作物的种植比例。以东北地区为例，就其热量条件的年际变化看，同一地区的高温年和低温年≥10℃积温可相差300℃以上，也就是说在品种的选择上可相差一个到两个熟型，如果种植单一的品种，那么高温年的热量就不能充分利用，而低温年玉米又不能完全成熟，造成减产。所以应采用线性规划等方法综合考虑当地热量条件的年际波动状况，以高产稳产为目标，计算不同熟型品种的种植比例，以实现充分利用热量资源、优化玉米品种结构、防御低温冷害的目的。
(2)地膜覆盖。地膜覆盖具有明显提高地温的作用，同时可抑制土壤水分蒸发，有保水保温的作用。研究证明，玉米地膜覆盖栽培是通过改善农田土壤生态环境条件来防御低温冷害和霜冻害的战略性措施之一，是一种有效的防灾减灾、增产增收农业工程技术。马树庆的田间试验结果表明，地膜覆盖可使耕作层(0～30cm)土壤温度平均提高3～4℃，相当于增加生长季积温250℃·d左右，玉米提早成熟半个月左右，采用偏晚熟品种后，可增产40％左右，经济效益提高35％左右。
(3)适时早播和种子处理。在土壤水分基本适宜的条件下，适时早播有利于抢积温，可以使作物出苗期提前，有利于作物早熟。种子处理包括种子包衣和浸种等，可以改变种子的内部理化性状，提高对低温和水分胁迫的承受力，提高出苗率，加快出苗速度，易形成齐苗和壮苗，为作物后期生长提供良好的基础条件。
(4)加强田间管理。水稻壮秧育苗、适时早插可以充分利用春季的热量条件，避免低温冷害。加强田间管理改善农田生态环境，可以促进作物生长发育，提高抗逆性能，从而保证作物以较快的速度顺利通过各个生育期，这是主动防御冷害的重要措施。
2、应急防御技术
监测和预测到作物已经发生冷害或很可能发生低温冷害后，可以施用促进生长的各种化学药剂，以促进作物的生长，增强作物抗低温能力，使作物正常成熟，从而防御低温冷害。还可以达到有灾减损、无灾增产的目的。根据生态环境保护和绿色食品生产的要求，采用的化学药剂必须符合“无公害、无残留、无污染”的指标，并且对人畜无毒、无害、无副作用，没有直接、间接损伤和累积遗传损伤等。该类药物一般以生化营养物质氨基酸、肽类、维生素等为基质，配有作物生长发育必须的营养物质，可显著提高功能叶片的叶绿素含量，调节作物生长阶段生化过程与周围环境的协调关系，提高光合作用速率，加速能量传递和干物质积累，改善作物的产量结构性状。
在作物生长发育的不同阶段进行叶面喷施化学药剂是主要措施之一。一般情况下，在作物的苗期(如玉米的三叶期至七叶期)以及玉米的开花至抽雄期，向玉米叶片喷施抗低温助长剂、叶面增温剂、乙烯利等化学药剂，能有效地减轻低温冷害所带来的危害，即使没有低温冷害发生，也能增加作物的光合作用速率，达到增产的目的。例如，当气温持续偏低，棉花生长发育延迟和贪青晚熟时，在吐絮中后期喷洒乙烯利，促进棉花提早吐絮和增加霜前花的作用非常明显；水稻、玉米等在抽穗开花至灌浆期间喷洒九二〇、增产灵、增温剂等效果也很好。
3、综合防御技术
冷害综合防御技术是将战略措施和应急技术综合应用，将多种低温冷害防御技术进行集成，。低温冷害的防御和其它农业灾害的防御一样，是贯穿于产前和产中的经常性农业生产管理工作，只有将宏观和微观、战略和战术措施相结合，效果才会更好。低温冷害防御技术还可以看做是农业气象技术和栽培技术的结合。农业气象技术包括低温冷害气候预测、低温冷害的监测、预测和评估。无论是主动防御或是被动防御，都需要开展低温冷害的监测、评估和预警业务，即通过天气气候和作物生长状况的监测和预测分析，判断作物是否发生或将来是否发生低温冷害，冷害的程度和损失将如何，从而指导防御工作。栽培技术是在低温冷害监测和预测的基础上，采取的具体防御行动，包括选品种、定播期、合理施肥、及时铲趟和后期促早熟等措施，也包括后期的防霜技术，从而建立完善的低温冷害气象-栽培综合防御系统和防御体系。气象部门有低温冷害的监测、评估和预警信息服务业务，农业部门有防灾减灾栽培技术管理和推广业务，如果将两个业务通过现代通讯技术结合在一起，则可以建立灾害的气-象-栽培综合防御系统和信息服务体系，服务于农业生产，达到减轻低温冷害、实现高产稳产的目标。