黑龍江省2011─2020年水稻播種面積和產(chǎn)量變化及主要?dú)庀鬄?zāi)害易發(fā)區(qū)研究

徐永清，劉赫男，劉春生，蔣慧亮，魏 磊，張洪玲

（黑龍江省氣候中心，黑龍江 哈爾濱 150030）

黑龍江省是我國水稻的主產(chǎn)區(qū)，截至2020年末，該省水稻的播種面積達(dá)到387.2萬hm2，占全國的12.9%，僅略低于湖南省，位于第2位；水稻總產(chǎn)量達(dá)到2896.4萬t，占全國的13.7%，位居第1位［2］。因此，研究黑龍江省水稻種植面積、產(chǎn)量變化及氣象災(zāi)害的易發(fā)區(qū)分布，對(duì)保障黑龍江省水稻穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)產(chǎn)、高產(chǎn)具有重要意義。多年來，眾多學(xué)者對(duì)水稻的空間布局［3-6］和產(chǎn)量變化影響因素［7-9］進(jìn)行了大量的研究，但是這些研究主要關(guān)注國家和大區(qū)域?qū)用妫鴮?duì)省內(nèi)地市單元的水稻生產(chǎn)變化情況研究較少。以往對(duì)水稻氣象災(zāi)害的研究主要集中在低溫冷害對(duì)產(chǎn)量的影響［10-13］和冷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估區(qū)劃［14-16］方面，對(duì)其他氣象災(zāi)害的研究較少。鑒于此，筆者以地市為單位，對(duì)黑龍江省水稻種植面積和產(chǎn)量的變化進(jìn)行了分析，同時(shí)綜合考慮低溫、暴雨和大風(fēng)氣象災(zāi)害要素，劃分了水稻氣象災(zāi)害的易發(fā)區(qū)域，以期為黑龍江省水稻生產(chǎn)和長遠(yuǎn)布局提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與研究方法

1.1 研究資料

本研究所用的水稻種植面積和產(chǎn)量資料來源于《黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒（2021）》［17］，統(tǒng)計(jì)資料中2020和2019年按哈爾濱等13地（市）統(tǒng)計(jì)，2018年及以前農(nóng)墾總局單獨(dú)統(tǒng)計(jì)，不包括在13個(gè)地（市）之內(nèi)；考慮到資料的連續(xù)性和統(tǒng)一性，將農(nóng)墾總局的水稻播種面積和產(chǎn)量按所屬地區(qū)拆分至各地（市），不單獨(dú)分析農(nóng)墾總局的變化情況，只按地（市）進(jìn)行分析；另外，因大興安嶺地區(qū)的水稻種植面積很小，總產(chǎn)量非常低，本文沒有進(jìn)行分析。

氣象資料選用黑龍江省84個(gè)國家氣象觀測(cè)站1961─2020年的逐日降水、風(fēng)速和氣溫資料，均來源于黑龍江省氣象數(shù)據(jù)中心，所有資料經(jīng)過質(zhì)量監(jiān)控，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

1.2 指標(biāo)和方法

1.2.1 播種面積和糧食產(chǎn)量變化的計(jì)算 水稻播種面積和糧食產(chǎn)量變化量和變化率的計(jì)算公式為：

式（1）中：Bk為指標(biāo)k在n年內(nèi)的變化量；bi為指標(biāo)k在第i年的變化量。

式（2）中：Dk為指標(biāo)k的變化率；Bi為指標(biāo)k在第i年的變化量；Ki為指標(biāo)k在第i年的數(shù)據(jù)。

1.2.2 水稻低溫災(zāi)害因子的選取 依據(jù)氣象行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水稻、玉米冷害等級(jí)》（QX/T 101─2009），東北地區(qū)水稻障礙型冷害主要發(fā)生在孕穗期和開花抽穗期［18-19］。本研究選取黑龍江省水稻孕穗期日平均氣溫＜17 ℃的持續(xù)日數(shù)、日最低氣溫，開花抽穗期日平均氣溫＜19 ℃的持續(xù)日數(shù)以及日最低氣溫這4個(gè)低溫災(zāi)害因子，將它們均一化處理后加權(quán)求和，得到低溫災(zāi)害指數(shù)。

建材質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)需包括多種試驗(yàn)類型的多樣檢測(cè)和報(bào)告發(fā)放管理功能。例如實(shí)現(xiàn)鋼材焊接、砼抗?jié)B和抗壓、鋼材力學(xué)、磚抗折和抗壓、水泥、砼配合比、砂漿、燒結(jié)多孔磚、砂漿配合比、砂石檢驗(yàn)、燒結(jié)普通磚等多種試驗(yàn)類型的多樣檢測(cè)。

1.2.3 水稻暴雨災(zāi)害因子的選取 暴雨洪澇在營養(yǎng)生長期對(duì)水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響較小，在生殖生長期對(duì)水稻生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響較大，特別是孕穗期強(qiáng)降水對(duì)水稻產(chǎn)量的影響最大［20-21］。本文選取水稻孕穗期和開花抽穗期的暴雨次數(shù)和最大暴雨量作為暴雨災(zāi)害因子。

1.2.4 水稻大風(fēng)災(zāi)害因子的選取 大風(fēng)可使水稻倒伏、落粒、莖稈折斷及葉片擦傷，還會(huì)間接引起病菌侵入和蔓延，在水稻開花抽穗期影響較大。本文選取水稻孕穗期和開花抽穗期日最大風(fēng)速＞10 m/s的次數(shù)和最大風(fēng)速作為大風(fēng)災(zāi)害因子。

1.2.5 均一化處理 為了消除各個(gè)指標(biāo)量綱不同以及數(shù)據(jù)級(jí)的差異，對(duì)各指標(biāo)因子進(jìn)行均一化處理，計(jì)算公式為：

式（3）中：Fij為第j個(gè)點(diǎn)第i個(gè)指標(biāo)的規(guī)范化值；Dij為第j個(gè)點(diǎn)第i個(gè)指標(biāo)的原始值；maxDi為第i個(gè)指標(biāo)在所有格點(diǎn)中的最大值；minDi為第i個(gè)指標(biāo)在所有格點(diǎn)中的最小值。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑龍江省2011─2020年水稻播種面積和糧食產(chǎn)量的變化

2.1.1 全省水稻播種面積、產(chǎn)量的變化 黑龍江省2011─2014年水稻播種面積和產(chǎn)量均呈快速增長趨勢(shì)，之后呈小幅波動(dòng)變化。具體來說：水稻播種面積由2011年的343.7萬hm2快速上升到2014年的396.8萬hm2，之后緩慢下降，在2018年下降至378.3萬hm2，此后又呈上升趨勢(shì)；產(chǎn)量從2011年的2438萬t快速增長到2014年的2797萬t，但在2014─2019年期間產(chǎn)量變化幅度不大，到2020年時(shí)達(dá)到最大值2896萬t。

2.1.2 各地市水稻播種面積、產(chǎn)量的變化 由表1可見，佳木斯市是黑龍江省水稻播種面積最大和產(chǎn)量最高的市，平均播種面積為98.1萬hm2，占全省的26.1%，平均產(chǎn)量為720.4萬t，占全省的26.4%。哈爾濱市次之，其平均播種面積為63.7萬hm2，占全省的17.0%，平均產(chǎn)量為479.1萬t，占全省的17.5%。雞西市和雙鴨山市的平均播種面積和產(chǎn)量在全省的占比均在10.0%以上。大慶、牡丹江、伊春、七臺(tái)河、黑河市的播種面積和產(chǎn)量占比均在3.6%以下。綏化市和齊齊哈爾市雖然也是糧食大市，但水稻在糧食作物中的占比較小。大興安嶺地區(qū)、黑河、伊春和牡丹江等市的面積較大，但因地形和氣候等原因，水稻播種面積較小，產(chǎn)量較低。

表1 各地市2011─2020年水稻平均播種面積和平均產(chǎn)量

圖1 黑龍江省2011─2020年水稻播種面積和產(chǎn)量的變化

從表2可以看出，在2011─2020年期間，佳木斯市的水稻播種面積和產(chǎn)量均呈增長趨勢(shì)，兩者的變化率均在20%以上，對(duì)黑龍江省水稻播種面積和產(chǎn)量的正向貢獻(xiàn)最大。哈爾濱市的水稻播種面積和產(chǎn)量均呈減少趨勢(shì)，兩者的變化率均在20%以上，對(duì)黑龍江省水稻播種面積和產(chǎn)量的負(fù)向貢獻(xiàn)明顯。齊齊哈爾市水稻播種面積和產(chǎn)量的變化率最大，均在50%以上，其水稻播種面積和產(chǎn)量在全省的占比逐漸增大。伊春、黑河和七臺(tái)河市雖然播種面積的變化量較大，但因?yàn)檎w播種面積較小，對(duì)全省的影響不大。

表2 各地市2011─2020年水稻播種面積和產(chǎn)量的變化量和變化率

2.2 水稻低溫災(zāi)害易發(fā)區(qū)

黑龍江省水稻孕穗期最低日平均氣溫系數(shù)如圖2a所示，在黑龍江省北部地區(qū)系數(shù)最高，在0.8以上；大興安嶺南部和黑河市東北部在0.6～0.8之間；黑河市南部、伊春市北部和綏化市西部在0.4～0.6之間；哈爾濱市東南部最低，在0.2以下；黑龍江省西部、東北和中部大部分地區(qū)在0.2～0.4之間。孕穗期日平均氣溫低于17 ℃持續(xù)日數(shù)系數(shù)在大興安嶺以南地區(qū)均在0.2以下；其他地區(qū)由西北向東南從0.8過渡到0.2（圖2b）。水稻抽穗開花期最低日平均氣溫系數(shù)在大興安嶺地區(qū)西部最高，在0.8以上；大興安嶺地區(qū)東部為0.6～0.8；黑龍江省廣大中部地區(qū)在0.4～0.6之間；西部和東部地區(qū)在0.2～0.4之間；東南部地區(qū)在0.2以下（圖2c）。如圖2d所示，抽穗開花期日平均氣溫低于19℃持續(xù)日數(shù)系數(shù)基本上由北向南逐漸降低，系數(shù)在0.2的面積占全省總面積的50%以上。由圖2e可見，大興安嶺地區(qū)東北部為水稻低溫災(zāi)害高易發(fā)區(qū)，大興安嶺地區(qū)西部和南部為水稻低溫災(zāi)害較高易發(fā)區(qū)，黑河市和伊春市北部為水稻低溫災(zāi)害中易發(fā)區(qū)，黑龍江省中部地區(qū)為水稻低溫災(zāi)害較低易發(fā)區(qū)，黑龍江省西南部、東南部和東部等地區(qū)為水稻低溫災(zāi)害低易發(fā)區(qū)。

圖2 黑龍江水稻低溫災(zāi)害各因子系數(shù)和易發(fā)區(qū)分布

2.3 水稻暴雨災(zāi)害易發(fā)區(qū)

如圖3a所示，最大日暴雨量系數(shù)僅在齊齊哈爾西部的甘南縣等少部分區(qū)域較大，在0.6以上；齊齊哈爾和黑河西部、黑龍江省中部地區(qū)系數(shù)在0.4～0.6之間；齊齊哈爾市東部、綏化市西部、大慶市南部、黑龍江省東部和北部地區(qū)系數(shù)在0.4以下。暴雨日次數(shù)系數(shù)在齊齊哈爾市西部、佳木斯市東部的撫遠(yuǎn)市和黑龍江省中部地區(qū)在0.6以上；佳木斯市、雙鴨山市、雞西市東部、黑河市南部、伊春市北部和黑龍江省西部地區(qū)在0.4～0.6之間；黑龍江北部和東南部均在0.4以下（圖3b）。由圖3c可知，黑龍江省水稻暴雨災(zāi)害高易發(fā)區(qū)集中在齊齊哈爾市西部、綏化市東部和佳木斯市的撫遠(yuǎn)北部地區(qū)，較高易發(fā)區(qū)分布在黑龍江中部的綏化、哈爾濱、伊春等市，黑龍江省的北部和東部為暴雨災(zāi)害低易發(fā)區(qū)和較低易發(fā)區(qū)。

圖3 黑龍江暴雨災(zāi)害各因子系數(shù)和易發(fā)區(qū)分布

2.4 水稻大風(fēng)災(zāi)害易發(fā)區(qū)

由圖4a可以看出：最大風(fēng)速系數(shù)在0.6以上的區(qū)域分布比較分散，主要在大慶市、黑河市的嫩江市西部、黑河市孫吳縣、哈爾濱市的賓縣和尚志市、鶴崗市和佳木斯市小部分地區(qū)；大興安嶺北部、伊春市大部、黑河?xùn)|部和牡丹江市等地區(qū)的系數(shù)在0.4以下；黑龍江其余大部分地區(qū)的系數(shù)在0.4～0.6之間，且較為連續(xù)。大風(fēng)次數(shù)系數(shù)在0.6以上的區(qū)域面積非常小，僅分布在黑河市的嫩江市西部和哈爾濱北部的小區(qū)域內(nèi)；黑河市西部、齊齊哈爾市東北部、大慶市和哈爾濱東北部的系數(shù)在0.4～0.6之間；黑龍江省其余近85%區(qū)域的系數(shù)均在0.4以下（圖4b）。如圖4c所示，黑龍江省水稻大風(fēng)災(zāi)害高易發(fā)區(qū)主要分布在黑河市西部、大慶市北部，在哈爾濱、鶴崗、佳木斯等市呈不連續(xù)的點(diǎn)狀分布；水稻大風(fēng)災(zāi)害較高易發(fā)區(qū)位于大慶市和其余高易發(fā)區(qū)的外圍；大興安嶺、伊春市、黑河市南部和黑龍江東南部為水稻大風(fēng)災(zāi)害低易發(fā)區(qū)和較低易發(fā)區(qū)；黑龍江省中部地區(qū)普遍為水稻大風(fēng)災(zāi)害中易發(fā)區(qū)。

圖4 黑龍江大風(fēng)災(zāi)害各因子系數(shù)和易發(fā)區(qū)分布

2.5 水稻主要?dú)庀鬄?zāi)害易發(fā)區(qū)

目前，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中多以單一災(zāi)種對(duì)承載體的影響為主，多種氣象災(zāi)害對(duì)農(nóng)作物的綜合影響研究較少。高曉容等［22］以冷害、干旱、洪澇作為主要?dú)庀鬄?zāi)害對(duì)東北地區(qū)玉米進(jìn)行了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究；楊若子等［23］也以低溫、干旱、洪澇為主要?dú)庀鬄?zāi)害研究了玉米氣象災(zāi)害的綜合危險(xiǎn)性，其各氣象災(zāi)害因子的權(quán)重用最大熵模型和層次分析法確定。在水稻實(shí)際生產(chǎn)中，由于各區(qū)域不同氣象災(zāi)害所占的權(quán)重各不相同，甚至差異較大，因此筆者嘗試根據(jù)各氣象站不同氣象災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)來計(jì)算各災(zāi)害因子的權(quán)重，以避免不同區(qū)域?yàn)?zāi)害因子權(quán)重均相同的問題。

在黑龍江省水稻氣象災(zāi)害中低溫災(zāi)害對(duì)水稻生產(chǎn)的影響最大，低溫系數(shù)如圖5a所示，大興安嶺地區(qū)系數(shù)最高，大部分在0.50以上；黑河市的北部和東部、伊春市北部和綏芬河在0.45～0.50之間；齊齊哈爾、大慶、綏化和哈爾濱等地區(qū)在0.35～0.40之間；黑龍江省東部地區(qū)基本上在0.40～0.45之間。齊齊哈爾市西部、佳木斯市和黑龍江省中部地區(qū)的暴雨系數(shù)最大，在0.35以上；大興安嶺地區(qū)北部最低，在0.25以下；大興安嶺地區(qū)南部、黑河市、牡丹江市東部、雞西市西部和綏芬河市在0.25～0.30之間；黑龍江省其余大部分地區(qū)的暴雨系數(shù)在0.30～0.35之間（圖5b）。由圖5c可見，大風(fēng)災(zāi)害對(duì)水稻生產(chǎn)的影響最弱，大風(fēng)系數(shù)僅在黑河市西部、大慶市和哈爾濱市少部分地區(qū)在0.30以上；大興安嶺、黑河市南部、伊春市、鶴崗市、哈爾濱市東南部和雞西市東部地區(qū)的大風(fēng)系數(shù)在0.25以下；黑龍江省絕大部分地區(qū)的大風(fēng)系數(shù)在0.25～0.30之間。

圖5 黑龍江省水稻低溫、暴雨、大風(fēng)災(zāi)害系數(shù)的空間分布

如圖6所示，黑龍江省水稻主要?dú)庀鬄?zāi)害高易發(fā)區(qū)主要集中在大興安嶺東北部和黑河、齊齊哈爾、大慶、綏化、哈爾濱及佳木斯等地區(qū)面積較小且不連續(xù)的區(qū)域。較高易發(fā)區(qū)分布在大興安嶺西部、黑河市西部、齊齊哈爾市西部、綏化市和哈爾濱市中部。黑龍江省東部的牡丹江、綏芬河、雞西、七臺(tái)河、雙鴨山和佳木斯等市均為低易發(fā)區(qū)。大興安嶺東部、黑河市南部、齊齊哈爾市中部和東部、伊春市、鶴崗市、大慶市南部、綏化市南部和哈爾濱市南部為較低易發(fā)區(qū)。大興安嶺中部、黑河市北部、齊齊哈爾市西南部、綏化市西部、大慶市和哈爾濱市大部分地區(qū)為中易發(fā)區(qū)。

圖6 黑龍江省主要?dú)庀鬄?zāi)害易發(fā)區(qū)的空間分布

黑龍江省北部的大興安嶺和黑河等地區(qū)主要?dú)庀鬄?zāi)害的易發(fā)等級(jí)較高，但水稻種植面積較小。在水稻主要種植區(qū)，只有黑龍江省中部少部分地區(qū)為主要?dú)庀鬄?zāi)害的較高易發(fā)區(qū)和高易發(fā)區(qū)，絕大部分為中易發(fā)區(qū)、較低易發(fā)區(qū)和低易發(fā)區(qū)。水稻種植面積和產(chǎn)量最大的佳木斯市大部分區(qū)域?yàn)榈鸵装l(fā)區(qū)。雙鴨山市和雞西市雖然區(qū)域面積較小，但水稻產(chǎn)量較高，均位于低易發(fā)區(qū)。水稻種植面積和產(chǎn)量位于第2位的哈爾濱市，其主要?dú)庀鬄?zāi)害的易發(fā)等級(jí)較高，其中部地區(qū)為較高易發(fā)區(qū)，東部和西部為中易發(fā)區(qū)，南部為較低易發(fā)區(qū)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）10 a間黑龍江省水稻播種面積和產(chǎn)量均呈增長趨勢(shì)，其中佳木斯市的水稻播種面積和產(chǎn)量均最大，且變化率均在20%以上，對(duì)黑龍江省水稻播種面積和產(chǎn)量的正向貢獻(xiàn)最大。哈爾濱市的水稻播種面積和產(chǎn)量均居第2位，但均呈下降趨勢(shì)，且變化率均在20%以上，對(duì)黑龍江省水稻播種面積和產(chǎn)量的負(fù)向貢獻(xiàn)明顯。齊齊哈爾市的播種面積和產(chǎn)量變化率最大，均在50%以上。

（2）水稻低溫災(zāi)害在黑龍江省北部為高易發(fā)區(qū)和較高易發(fā)區(qū)，中部地區(qū)為中易發(fā)區(qū)和較低易發(fā)區(qū)，西南部、東南部和東部地區(qū)為低易發(fā)區(qū)。

（3）水稻暴雨災(zāi)害在黑龍江省北部和東部地區(qū)為低易發(fā)區(qū)和較低易發(fā)區(qū)，中部地區(qū)為高易發(fā)區(qū)和較高易發(fā)區(qū)，西部地區(qū)為中易發(fā)區(qū)和較低易發(fā)區(qū)。

（4）水稻大風(fēng)災(zāi)害在黑龍江省北部、東北部和西南部地區(qū)為低易發(fā)區(qū)和較低易發(fā)區(qū)，高易發(fā)區(qū)和較高易發(fā)區(qū)主要在西部和中部地區(qū)呈不連續(xù)狀分布，中部地區(qū)以中易發(fā)區(qū)為主。

（5）水稻主要?dú)庀鬄?zāi)害的高易發(fā)區(qū)主要分布在大興安嶺地區(qū)西北部和黑河市西部；較高易發(fā)區(qū)分布在大興安嶺地區(qū)西部和黑龍江省中部地區(qū)；中易發(fā)區(qū)分布在大興安嶺地區(qū)東部和黑河市北部，以及黑龍江省西部和中部的一部分區(qū)域；較低易發(fā)區(qū)主要分布在黑龍江省東北部和西南部的邊界地區(qū)；低易發(fā)區(qū)主要在東部和東南部。

3.2 討論

水稻播種面積和產(chǎn)量的變化一方面受經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步的影響，另一方面也受氣象條件尤其是氣象災(zāi)害的較大影響。本文僅對(duì)黑龍江省水稻播種面積和產(chǎn)量的變化情況、主要?dú)庀鬄?zāi)害發(fā)生情況和氣象災(zāi)害易發(fā)區(qū)進(jìn)行了分析，但是沒有研究水稻播種面積和產(chǎn)量變化與氣象災(zāi)害易發(fā)區(qū)的內(nèi)在關(guān)系，需要在今后的研究中重點(diǎn)關(guān)注。另外，災(zāi)害性氣象因子對(duì)水稻不同生長階段影響的機(jī)理、主要?dú)庀鬄?zāi)害中不同災(zāi)害因子權(quán)重的確定方法都有待于今后進(jìn)一步研究。