第四节 农林业气象研究
第四节 农林业气象研究
一、农业气象研究
黑龙江省农业气象研究以省气象科研所农业气象研究室为主，部分地市气象局农业气象人员参与，重点研究黑龙江省农业气候资源的利用，玉米、大豆、水稻等主栽作物生长发育的气象指标，以及农业气象情报和产量预报业务系统等。
（一）玉米农业气象研究
1986～1998年，省气象科研所孙玉亭、白雅梅、姜丽霞等运用1960～1990年早中晚熟玉米分期播种等资料，对玉米不同发育期热量指标、玉米籽粒含水率与成熟度、成熟度对产量和质量的影响、玉米不同品种栽培北界、玉米品种合理搭配及玉米农业气候区划等进行了研究。该所陈立亭、孙玉亭等编著《黑龙江气候与农业》一书，1999年气象出版社正式出版。该书汇集了多年玉米农业气象研究成果。其中：①玉米生育期热量指标的研究。提出了播种至出苗、出苗至抽雄、抽雄到成熟3个阶段的热量指标，分别给出计算公式，为预报出苗、抽雄、成熟日期和评价热量条件对生长发育的影响提供了技术方法；②玉米成熟度对产量影响的研究。提出根据抽雄日期确定每个品种从抽雄到成熟的热量指标，再根据抽雄到霜冻的积温，分析能否成熟及减产的程度。从而为确定不同品种的栽培北界、评价低温危害以及产量预报提供了依据；③玉米不同品种栽培北界的研究。以80％年份成熟作为不同品种的栽培北界，研究得出20片叶子的品种与黑龙江省积温2 800℃等值线一致，19片叶子品种与积温2 700℃等值线一致，18片叶子品种与2 600℃等值线一致，17片、16片叶子分别与2 500℃、2 400℃等值线一致。因此，可以80％保证率≥10℃积温确定不同熟型的玉米品种栽培的北界； ④玉米品种合理布局研究。用概率决策方法确定主栽品种，如哈尔滨种植19片叶子的品种、海伦种植16片叶子品种期望值最高，成熟保证率在80％左右。提出在同一品种带中，越往南晚（中）熟品种比例越大，具体的搭配比例要按地区的热量资源和品种熟型确定；⑤玉米农业气候区划。在计算玉米气候生产潜力和气候产量变异系数的基础上，采用叠加法将黑龙江省玉米气候区划分为4个区。玉米高产稳产区，在哈尔滨市所属各县（市）、绥化地区中部和东南部县（市），此区水热条件配合较好，但水分条件仍然限制玉米潜在产量发挥，气候生产力指标为0.70～0.75，产量变异系数在0.20左右。南部以种植晚熟品种为主，其余地区宜种植中晚熟品种；玉米高产区，包括佳木斯、双鸭山、鸡西、七台河、牡丹江和绥化的西南部县（市）。气候生产力指标为0.60～0.70，水分条件仍然限制玉米潜在产量的发挥，产量变异系统在0.21～0.25，属较稳产区；玉米稳产区，主要在齐齐哈尔市南部市县，光热条件丰富，水分条件严重影响玉米潜在产量发挥，气候生产力指标在0.50～0.60，产量比较稳定，灌溉可最大限度发挥玉米生产潜力；低产不稳产区，在三江平原东部县及大小兴安岭寒冷气候带，热量条件限制玉米的产量，产量变异系数＞0.30；⑥玉米育苗移栽气象指标的研究。1986年省气象科研所在人工气候箱内对420多个玉米品种三叶期冻害指标进行鉴定。省气象局组织两次专题研讨会确定，玉米育苗移栽技术在春季可多争取积温200℃，能使中晚熟品种北移一个积温带种植；玉米三叶期冻害指标为地温－4℃至－5℃，此温度出现之后移栽为宜，移栽前20天为最佳育苗期。
（二）大豆农业气象研究
1987～1988年，绥化地区气象局高连国研究提出，通过叶面积指数控制农田小气候实现大豆高产的栽培方法。至1992年在绥化等3个地区累积推广220万亩。
1988～1998年，省气象科研所孙玉亭等对大豆生产气候优势等进行了系统研究。先后分析了东北地区大豆产量地域分布特征、大豆气候可能生产力、黑龙江省大豆农业气候区划以及大豆品种的热量指标及品种布局等。其成果编入《黑龙江省气候与农业》一书中。研究得出，黑龙江省大部特别是黑河市南部、齐齐哈尔北部、绥化市中北部、哈尔滨东部及三江平原地区大豆气候生产力指标在东北地区最高，具有明显的优势。黑龙江省大豆气候产量最高地区在绥化市中北部、哈尔滨市北部和佳木斯市西部市县；大豆产量变异系统≤0.20地区在绥化市中南部、哈尔滨、牡丹江、鸡西、七台河、双鸭山市西部和佳木斯市西部县（市）。全省大豆农业气候区划分5个区：高产稳产区在绥化地区北部、伊春南部、哈尔滨市北部东部及牡丹江半山区县（市），产量变异系数＜0.20；高产较稳产区在三江平原中部、南部县市，产量变异系统在0.20～0.25；中产稳产区在绥化地区南部、齐齐哈尔北部和黑河南部；中产不稳产区在黑河地区北部、三江平原东部；低产不稳产区在齐齐哈尔市南部、大庆，由于水分条件限制，产量变异系数在0.25～0.30之间。
（三）水稻农业气象研究
1990～1998年，省气象科研所孙玉亭、祖世享、姜丽霞等研究了黑龙江省水稻生长发育、产量等与气象条件的关系。其研究成果编入《黑龙江气候与农业》一书中。主要成果：①水稻气候生产潜力研究。研究认为，黑龙江省水稻气候生产力最大的地区在哈尔滨西部、绥化中南部、大庆和齐齐哈尔南部市县，其次在佳木斯中西部、双鸭山和鸡西大部、七台河、牡丹江所属市县；②水稻发育期热量指标研究。幼苗期指标，提出膜棚育秧时间为稳定通过10℃左右。稳定通过13.5℃作为水稻大田生长开始期，黑龙江省水稻主产区出现此温度时间大部在5月10～15日；抽穗期热量指标，采用返青到抽穗的发育速度与温度和日照的关系，建立生态模型、计算出晚熟、中熟、极早熟品种区返青到抽穗的天数、≥10℃极值；抽穗至成熟的热量指标，经分析抽穗期提前或拖后一天，至成熟所需积温相应增加或减少10～15℃。以7月30日抽穗为标准至成熟，晚熟品种需要1 030℃，中晚熟品需1 000℃，中熟品种需980℃，早熟品种需950℃；③水稻不同品种栽培北界的研究。经计算不同品种水稻在不同地区成熟度和成熟概率，以80％成熟保证率为品种栽培北界，黑龙江省西南部为中晚熟品种种植区，大部为中熟品种种植区，其北界在富裕—海伦—庆安—佳木斯—鹤岗—富锦—虎林一线。此线以北为早熟品种区。
2003年，省气象科学研究所南端、高永刚等利用2001～2002年4个点的分期播种资料及1996～2000年全省水稻主栽品种的有关资料，对其热量指标进行了鉴定。根据分期播种各发育期天数、每日的平均气温，利用最小二乘法计算出各发育期的下限温度（B）、有效积温（A）、各生育期内的活动积温（∑T）和生育日数（D）。
2005年，省气象科学研究所姜丽霞、石剑等利用1971～2000年气象资料，通过计算日平均温度稳定通过10℃天数、日平均气温稳定18℃以上天数、稻田干燥指数及水稻生产潜力等，对水稻生产进行区划。区划指标：①热量：日平均气温稳定通过10℃天数≥135天，稳定在18℃天数≥50天；②水分：用稻田蒸散量与同期降水量计算的干燥度指数，≥1.8为干燥区、1.3～1.8为半湿润区、≤1.3为湿润区；③水稻气候生产潜力：西南部最高，其他大部次之、北部最低。根据上述指标计算分区：Ⅰ区，最适宜区在三江平原中部、牡丹江西部、哈尔滨大部及绥化中部等市县，是中晚熟、中熟品种水稻种植最适高产区；Ⅱ区，适宜种植区在松嫩平原东北部、三江平原部分市县、牡丹江东部、哈尔滨东部、嫩江南部和绥化北部，是中、早熟品种高产区；Ⅲ区，适宜种植的水源不足区，在齐齐哈尔南部、大庆及绥化南部市县，适宜种植晚熟品种，若保证水分是产量最高区；Ⅳ区，可种植区在黑河和小兴安岭山区各县，适应种植早熟、极早熟品种，属非高产区；Ⅴ区，不可种植区在大兴安岭地区。
（四）农业气象产量预报系统的研究
农业气象产量预报是以水、光、热等气象因子及农作物各发育期生长发育状况为主要预报因子，结合社会生产力发展的趋势，预报农作物单产和总产。1990～1995年，省气象科研所孙玉亭、祖世亨、姜丽霞等不断研究新的预报方法先后对年景预报模型、生长季跟踪预报和收获期最终产量预报的技术方法进行了研究。主要成果：①全省粮食总产预测模型的研究。研究认为，粮食产量是由趋势产量和气象产量构成的。趋势产量反映了生产力发展对产量的影响，随着生产力的发展，趋势产量不断提高，而实际产量受到气象条件的影响，在有利气象条件时气象产量为正值，反之为负值。趋势产量的模拟使用历年全省粮豆薯平均单产资料，采用5年滑动平均、一元直线回归、一元二次三次回归，直线滑动平均、指数函数和幂函数等7种方法进行模拟。气象产量预报采用西北太平洋海温和周年月平均气温、降水等地面气象要素建立预报模式。地面气象要素预报模式，选择哈尔滨、齐齐哈尔、佳木斯、嫩江、牡丹江、海伦等10个指标站建立产量预报模式，用7种气象产量分别与10个指标站的月平均气温、降水量建立预报方程，采用逐步回归方法进行因子选择建立模式。研究还认为，气象产量的提取是建立产量预报模式的关键一环，应以所选的气象因子与气象相关程度和所建模式回报效果作为衡量标准，在一组产量预报模式中，不限于只用一种气象产量。②地区单产预报模型的研究。以大豆单产预报模型为例，其产量由趋势产量和气象产量两部分组成。每年的实际产量可看作是在一定的趋势产量背景下，天气条件对趋势产量的订正。趋势产量用谐波权重法求出；气象产量采用贝尔的作物――天气分析模式的思路，建立多要素时间动态模式，使其不受随机因素干扰，又能在不同发育期对天气对产量的影响给予评价。③作物生长发育动态模拟模型的研究。根据辐射、温度、降水、蒸发对玉米生长发育的综合影响，建立产量预报模型。在玉米发育热量指标的基础上，建立光合作用模型、温度和水分对光合作用影响模型及呼吸与干物质积累模型、温度对玉米发育进程和物质积累的综合评价模型。进而评价在发育进程中，温度对发育和物质积累的影响、对成熟度和产量的影响。
1996～1998年，省气象科研所潘华盛、祖世享对低温旱涝指标、及对农作物丰歉和玉米、大豆、水稻、小麦产量质量的影响进行了研究。在低温旱涝等级指标划分及时空分布特征研究上，采用Zi指数划分低温旱涝等级。在1954～1995年42年逐月、季温度等级划分中，偏低和特低级春季出现15次，占36％；夏季出现10次，占29％；秋季出现12次，占29％。研究认为，低温冷害是造成粮食不稳产的主要灾害。生育期积温每减少100℃，粮食产量下降10％。尤其是5月下旬～6月下旬和8月的气温高低对产量起显著影响。水分对产量的影响主要是前春干旱、后秋雨涝较大。夏季降水量少于220毫米或6～7月降水少于150毫米，玉米严重减产。6月份气温每低1℃，玉米抽穗晚2～3天。冷害对水稻影响显著，积温每减少100℃，单产减少11％。每个发育期低于临界温度将推迟发育或影响产量。其中，抽穗前9～11天、开花期气温在18℃以下，每降低1℃，空壳率增加7.43％。夏季干旱可造成大豆减产，减产幅度在0.5％～30％。低温旱涝对粮食品质影响较大。小麦分蘖到拔节抽穗期的5月下旬至6月如遇干旱少雨，小麦品质明显降低；玉米乳熟至成熟期多雨低温，脱水速度慢，质量差；水稻在抽穗至开花期多雨，千粒重下降，成熟期遭早霜，米质下降。该项研究成果1999年获中国气象局科技进步奖三等奖。
2000年，省气象科研所姜丽霞等在研究建立作物干物质累积曲线的基础上，分析了温度、降水等气候因子与作物干物质累积量的关系，建立作物生长动态模式，用于玉米、大豆、水稻、小麦的产量预测。利用这一模式预测的2001、2002年四大作物的单产与实际产量非常接近。两者的相关系数变化范围在0.90～0.97，预报精确度在94％左右。模型中的水分订正系数及温度订正系数能很好地反映作物整个生育期及不同发育阶段水分和温度的满足程度，对于评价不同时期气候条件对作物生长发育的满足程度具有重要作用。
二、林业气象研究
1986～1994年，省气象科研所完成国家气象局和省科委共同下达的“林木生育状况观测研究”课题。该项研究主要完成基础理论的研究，即对十余种树木群体生长生态规律、不同树龄物候差异、同株树顶芽和侧芽生育异同点、地理环境对物候期的影响、三角函数测高大乔木技术、物候特征性、最佳测定时间、子株代表性、病虫害特征等十余项进行研究；编写林木物候观测方法，由国家气象局定名为《林木生育状况观测手册》，发至全国各台站业务试用；以《林木生育状况观测手册》为主，参考试用期各地提出的改进意见和有关技术资料，编写了《农业气象观测规范林木手册》，国家气象局定名为气象业务观测规范，印发全国台站使用，成为中国气象部门第一部正式林木观测规范。
1993～1994年，省气象科研所课题组根据树木材积的增长过程，建立标准材积增长曲线，并以此确定光能利用系数的时间演变过程，从而根据地区辐射资料计算林木不同年龄的光合生产潜力；利用依万诺夫湿润系数和张宝坤的干燥系数及最高和最低气温，建立水分和温度的订正函数；最终建立不同年龄的森林气候生产力的动态模拟模型。该模型利用标材积增长曲线，确定光能系数时间动态变化，并利用树林成熟的热量指标和每年≥10℃积温及辐射，计算不同年龄的森林的光合生产潜力（材积增长潜力）。在此基础上，计算了东北三省主要地区森林气候生产潜力、气候生产力、数量成熟年、连年生长量、不同年龄材积量等，为评价各地区林业气候资源和地区间对比提供了依据。
2004年，省气象科研所温秀卿、黑龙江省五营林业局林业气象试验站孙鹏飞等利用1991～2003年资料，采用SPSS软件对降水、温度、辐射与兴安落叶松、云杉、红松的芽开放期、展叶期、种子成熟期进行相关及回归分析。研究表明：①芽开放期，兴安落叶松和云杉与4月上旬温度显著相关，红松与≥0℃积温、≥0℃天数内降水及辐射显著相关，说明红松对光、温、水匹配要求较高；②展叶期，3个树种均与积温显著相关，其中红松与降水极显著相关；③展叶至种子成熟期，3个树种与降水无关，与辐射相关，兴安落叶松和红松与此间的秋温显著相关。云杉种子成熟最早在8月末，而兴安落叶松和红松则在9月末。
