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第三节 作物低温冷害风险评估

作物冷害风险评估是基于农业气象和灾害学原理,根据冷害致灾因子的地域、时间变化及致灾指标,评估冷害发生的气候风险性,以及当年农作物冷害发生与否及发生程度。本节以两个动态评估实例介绍冷害评估的一般工作流程以及当年冷害风险动态评估的方法和结果。需要注意,冷害气候风险评估和当年冷害损失风险评估,在流程和方法上是有区别的。

一、低温冷害风险评估工作流程

1、收集冷害监测、预测信息。收集当年各地作物品种、播种期和插秧期等信息,在主要生长季节,开展作物长势、气温、积温等要素的观测。监测信息应包括农业气象、农学、遥感等多方面信息,并关注天气、气候预测信息。

2、确定冷害致灾指标及评估方法。根据评估区域、评估对象的特点和已有农业气象研究基础,选择适宜的灾害因子及指标,并确定科学定量的统计、分析方法。

3、冷害类型和等级评估。根据冷害致灾要素的历史信息和当年信息,结合相应的冷害等级指标,分析冷害发生的概率、发生地点、类型及等级。

4、冷害范围和损失估测。通过多个地区作物冷害等级的监测、评估结果,根据冷害发生的范围大小,定量评估冷害可能经济损失。估算时可分县市计算然后累加。

5、撰写冷害评估报告。根据上述各项评估结果,结合天气气候预测,对低温冷害发生或可能发生的情况进行分析预估,撰写评估报告。气候风险评估应包括区域内不同等级冷害的地域变化、时间变化及发生趋势;当年冷害风险评估主要内容应包括:农业气象条件和作物生长状况、未来天气预测、冷害评估结果及防减灾建议。

二、玉米低温冷害动态评估

1、评估的技术路线

输入气象和土壤等基础数据,采用生长发育模型模拟的发育期及相关的冷害指标预估冷害发生程度,采用干物质积累子模型模拟的干物重及相关的冷害减产指标预估冷害经济损失程度(马树庆等,2006)。首先判断发生不同程度冷害的风险性,然后预估其损失(如图11.3)。这种评估可以在关键发育期随时进行,输出预评估结果,后一个结果可以看作对前一个结果的修正,进行动态预评估。

图11.3 玉米冷害动态评估技术路线框图

2、玉米低温冷害风险评估

根据积温原理,玉米完成某一发育期的时间是由积温决定的,在其他条件基本正常的情况下,完成某一发育期所需的积温为一常数。马树庆等(2006)根据试验资料和农业气象资料,利用东北地区不同品种玉米的发育期及所需积温指标(日/月•℃),开展延迟性冷害动态风险评估。

表11.7 长春市代表年玉米(中晚熟品种)生长发育期模拟及冷害评估(单位:℃•d)

对长春、吉林两地玉米冷害动态进行评估获得了相关结果(表11.7~表11.8),其中积温是大于等于10℃的积温,积温差额是作物同时期所需积温与当年实际积温的差额;发育期距平是当年玉米发育期与多年(1985—2006年)平均发育期的距平。

表11.8 吉林市代表年玉米(中熟品种)生长发育期模拟及冷害评估(℃•d)

3、玉米低温冷害风险动态评估

(1)玉米冷害灾损敏感性曲线

灾损敏感性是指承灾体受自然灾变破坏的可能性和对灾变破坏或损害的敏感性,是承灾体遭受自然灾变打击时可能受到影响和破坏的一种度量。对于玉米延迟型冷害来说,因灾减产率和致灾因子强度的关系符合灾损敏感性定义,依据减产率资料和△T5-9数据,运用SPSS软件平台非线性统计模型进行多次拟合,得到延迟型冷害灾损敏感性曲线方程(表11.9)。

表11.9 延迟型冷害灾损敏感性曲线方程

注:Y为减产率,R2>0.5

灾损敏感性能够体现不同熟性玉米品种对抗灾害能力的差异。根据灾损敏感性曲线方程可以计算出发生冷害时,△T5-9每降低1℃减产率的增加值为早熟品种减产率增加11%左右,中熟品种增加7%左右,晚熟品种增加接近5%(图11.4)。

图11.4 △T5-9每降低1℃玉米减产率变化(%)

(2)玉米冷害风险动态评估

玉米延迟型冷害减产原因主要是在低温寡照条件下,光合作用速率下降导致干物质积累缓慢及生育期延迟。而由于玉米产量与玉米生物量的比例(即经济系数)较为固定,所以经济产量取决于生物量积累。因此,可以采用玉米干物质积累模型计算的实际气候条件下的干物质积累量()相对于标准气候条件下(光、热和土壤水分中上等水平)的干物质积累量()的距平百分率来反映冷害可能减产率(),即:

(11.5)

图11.5 (a)长春市、(b)吉林市玉米代表年干物质增长摸拟结果比较(g/m²)

用此指标在生长发育期到来之际,评估是否发生冷害的同时,计算,预估冷害可能造成的经济损失,即假设后期条件正常情况下,在前期冷害条件下造成的可能减产率。用长春市代表东北地区中部、吉林市代表东北地区中东部,采用玉米冷害动态评估模型对长春市、吉林市1969、1972、1976、1995和2004年进行评估检验(图11.5)。结果表明,用干物质积累模型模拟两地几个典型冷害年的减产率和无冷害年的增产情况与实际产量情况基本相符。其中长春市几个严重冷害年份减产16%~32%、一般冷害年减产10%左右、吉林市的几个严重冷害年份减产13%~35%,1995年吉林市玉米出苗至成熟期间积温少36.9℃不构成冷害,而长春市积温少65.5℃减产9%是一般冷害,正常年和高温年(如2004年)均不减产。从模拟结果得知,在严重低温冷害年份,用前、中期气象条件进行冷害损失评估,结果与实际情况在趋势上是较符合的;而用中、后期的气象条件进行评估,结果与实际情况基本吻合。