農(nóng)田澇漬災(zāi)害研究進(jìn)展

俄有浩，馬玉平

（中國(guó)氣象科學(xué)研究院，北京 100081）

引言

農(nóng)田澇漬災(zāi)害指因強(qiáng)降水或持續(xù)性降水導(dǎo)致農(nóng)作物遭受較長(zhǎng)時(shí)間淹澇或其根系土壤水分長(zhǎng)時(shí)間處于過(guò)飽和狀態(tài)而造成作物生理或形態(tài)損傷并減產(chǎn)的自然災(zāi)害［1-4］，是我國(guó)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)種之一，持續(xù)危害沿江、河、湖及其中下游平原的低、平、洼等區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。1980 s年代以來(lái)，隨著災(zāi)害學(xué)理論在我國(guó)多學(xué)科的廣泛應(yīng)用，農(nóng)田洪澇和澇漬災(zāi)害的致災(zāi)因子辨識(shí)［5-7］、孕災(zāi)環(huán)境演變［8-10］、澇漬脅迫對(duì)小麥、玉米、水稻、油菜、棉花和大豆等農(nóng)作物生理［11-34］、形態(tài)和產(chǎn)量的影響［35-107］、農(nóng)田排水標(biāo)準(zhǔn)與指標(biāo)確定［108-120］、災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)劃分［121-126］、災(zāi)害損失評(píng)估［127-131］、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布及區(qū)劃［132-135］等方面持續(xù)開(kāi)展了大量研究工作并取得了比較豐富的成果。由于不同的研究者從各自的研究目的出發(fā)，研究方法、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)觀測(cè)條件等不盡一致，研究得出的結(jié)果不盡相同，尤其在澇漬脅迫對(duì)不同作物的影響過(guò)程、致災(zāi)等級(jí)閾值、致災(zāi)減產(chǎn)率等方面有較大差異。在氣候變化背景下，隨著孕災(zāi)環(huán)境的變化和農(nóng)業(yè)農(nóng)村的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件的改變，農(nóng)田澇漬災(zāi)害仍然時(shí)有發(fā)生并有新問(wèn)題出現(xiàn)［2］。同時(shí)，有些致災(zāi)因子的致災(zāi)機(jī)理還不完全清楚，農(nóng)作物災(zāi)后機(jī)能恢復(fù)機(jī)理和過(guò)程等還缺乏深入研究，澇漬災(zāi)害的動(dòng)態(tài)評(píng)估等仍然是難點(diǎn)。為了解我國(guó)近40多年農(nóng)田澇漬災(zāi)害方面的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，本文在厘清洪、澇、漬以及洪澇、澇漬等概念基礎(chǔ)上，梳理歸納我國(guó)農(nóng)田澇漬災(zāi)害影響過(guò)程、致災(zāi)機(jī)理、澇漬指標(biāo)等級(jí)、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)及災(zāi)損評(píng)估、澇漬災(zāi)害防控技術(shù)等方面研究進(jìn)展和取得成果，統(tǒng)計(jì)分析了澇漬脅迫持續(xù)影響小麥、玉米、水稻、油菜、棉花和大豆等主要農(nóng)作物的株高、根干重、葉面積、葉綠素含量、光合速率、產(chǎn)量構(gòu)成三要素和作物細(xì)胞活性氧清除酶系統(tǒng)等程度?？偨Y(jié)了農(nóng)田澇漬災(zāi)害研究存在的主要問(wèn)題并展望未來(lái)，以期推進(jìn)我國(guó)農(nóng)田澇漬災(zāi)害研究深入發(fā)展。

1 農(nóng)田澇漬災(zāi)害概念及構(gòu)成要素

1.1 農(nóng)田澇漬災(zāi)害概念辨析

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，水災(zāi)害主要有洪災(zāi)、澇災(zāi)和漬害［3-4］，三者之間既有區(qū)別，又有聯(lián)系。許多文獻(xiàn)中容易將洪澇和澇漬災(zāi)害混淆，造成一定的混亂，有必要加以厘清。在概念上，洪、澇、漬有明確的內(nèi)涵和外延。一般而言：（1）洪是指暴漲而外溢的水流。洪水來(lái)源于暴雨、冰雪快速融化或水庫(kù)等水體潰壩外泄。洪災(zāi)的主要表現(xiàn)特征是洪水的沖毀和淹沒(méi)，造成農(nóng)田設(shè)施的物理性損毀和作物的物理性損傷或毀壞。（2）澇災(zāi)是指農(nóng)田積水較深，作物受淹時(shí)間較長(zhǎng)，超過(guò)農(nóng)作物耐淹能力，積水退落后引起作物倒伏等而致災(zāi)。致澇積水來(lái)源于田外洪水、暴雨或連續(xù)降水引起的本地積水。農(nóng)田澇災(zāi)主要表現(xiàn)特征是作物植株部分或全部遭受淹沒(méi)，并引起植株倒伏，造成植株氣孔關(guān)閉和部分器官或組織受損。澇災(zāi)最嚴(yán)重程度是作物植株全部受淹或大面積倒伏，導(dǎo)致作物光合和呼吸作用中斷，造成絕收。（3）漬害（也稱(chēng)濕害）是因洪、澇積水或因地下水位上升過(guò)高，造成土壤含水率過(guò)高甚至飽和，作物根系土層空氣活動(dòng)受阻而厭氧條件占據(jù)優(yōu)勢(shì)［9］，導(dǎo)致作物根系長(zhǎng)期缺氧并引起植株發(fā)育不良而減產(chǎn)。農(nóng)田漬害特征是田間有較少積水甚至沒(méi)有積水，但地下水位超過(guò)作物耕作層以上，土壤水分接近飽和或超飽和狀態(tài)。

現(xiàn)實(shí)中洪、澇、漬往往同時(shí)或連續(xù)發(fā)生［3-4，9］，有時(shí)很難明確區(qū)分和界定。一般情況下，洪、澇、漬的遞進(jìn)轉(zhuǎn)化關(guān)系是：因洪致澇，或因暴雨就地起澇，因澇致漬。同時(shí)，洪與澇相連，澇與漬并行。因此，在開(kāi)展相關(guān)研究過(guò)程中，又形成了洪澇和澇漬2個(gè)詞語(yǔ)。大多數(shù)文獻(xiàn)對(duì)應(yīng)的英文詞分別使用“Flood”和“Waterlogging”。根據(jù)牛津詞典和維基百科，“Flood”主要指洪水，其動(dòng)詞引申為淹沒(méi)。洪澇（Flood）災(zāi)害是因洪致澇，其承災(zāi)體是農(nóng)業(yè)設(shè)施或農(nóng)作物。因此，洪澇災(zāi)害研究關(guān)注的重點(diǎn)是農(nóng)業(yè)設(shè)施和農(nóng)作物遭受洪水的物理性沖毀或淹沒(méi)損毀造成的損失。Waterlogging意指水侵和飽和，可引申為澇漬，是洪、澇過(guò)后農(nóng)田積水淹沒(méi)作物或因地下水過(guò)高引起的土壤水分飽和狀態(tài)。澇漬災(zāi)害研究重點(diǎn)關(guān)注作物受淹和根系厭氧導(dǎo)致的農(nóng)作物減產(chǎn)和損失。因此，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，洪澇側(cè)重于農(nóng)業(yè)設(shè)施和農(nóng)作物的機(jī)械性損害和損失，澇漬更側(cè)重于農(nóng)作物形態(tài)和生理性損害及損失。明確了洪、澇、漬以及洪澇和澇漬概念的內(nèi)涵、外延及其承災(zāi)主體和研究的側(cè)重點(diǎn)等，能夠更好地把握災(zāi)害的致災(zāi)成因和機(jī)理。

1.2 農(nóng)田澇漬災(zāi)害構(gòu)成要素

孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體是自然災(zāi)害構(gòu)成的基本要素［4-7］。農(nóng)田澇漬災(zāi)害范疇中，農(nóng)作物是農(nóng)田澇漬災(zāi)害的承災(zāi)體。平坦的地形、粘重的土壤類(lèi)型、豐富的河網(wǎng)渠系等水系統(tǒng)、適易農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人文環(huán)境以及雨水豐沛的氣象條件和濕潤(rùn)的環(huán)境等是農(nóng)田澇漬災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境。致災(zāi)因子是直接或間接造成農(nóng)作物傷害并導(dǎo)致減產(chǎn)的因素。澇漬致災(zāi)因子分為自然致災(zāi)因子和人為致災(zāi)因子［8］。本文僅對(duì)農(nóng)田澇漬災(zāi)害中對(duì)農(nóng)作物直接造成災(zāi)害的自然致災(zāi)因子進(jìn)行分析。積水淹沒(méi)深度、積水或漬水時(shí)長(zhǎng)、耕作層土壤水分含量、地下水位埋深等是農(nóng)田澇漬災(zāi)害的主要致災(zāi)因子。由于田間積水深度、積水時(shí)間、土壤水分狀況與降水和日照等氣象條件相關(guān)，在一些研究中，以降水量、降水日數(shù)、日照時(shí)數(shù)等氣象要素作為農(nóng)田澇漬災(zāi)害的致災(zāi)因子。因此，可將積水深度、積水或漬水時(shí)長(zhǎng)、地下水位埋深稱(chēng)為農(nóng)田澇漬災(zāi)害的直接致災(zāi)因子，降水量、降水日數(shù)、日照時(shí)數(shù)等稱(chēng)為傳導(dǎo)性致災(zāi)因子。農(nóng)作物的空間分布和對(duì)澇漬的敏感生長(zhǎng)發(fā)育期等是承災(zāi)體的時(shí)間和空間暴露性［6］。根據(jù)我國(guó)種植業(yè)分布狀況和氣候特點(diǎn)，長(zhǎng)期頻繁發(fā)生農(nóng)田澇漬災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子和承災(zāi)體及其暴露性見(jiàn)表1。

表1 農(nóng)田澇漬災(zāi)害要素及其暴露性Table 1 The essential factors and its exposure of waterlogging disaster

2 農(nóng)田澇漬致災(zāi)過(guò)程與機(jī)理

2.1 農(nóng)田澇漬災(zāi)害形成與影響程度

澇漬脅迫首先阻止作物根系生長(zhǎng)，導(dǎo)致根系總根長(zhǎng)、總表面積、總根尖數(shù)減少［11］，嚴(yán)重澇漬脅迫甚至導(dǎo)致大量爛根，危害根系組織和器官的功能。根系是作物吸收水分、養(yǎng)分和能量傳輸?shù)闹饕鞴?，也有支撐植株、?chǔ)存營(yíng)養(yǎng)、參與代謝和繁殖等功能［11］。根系功能遭受破壞后，進(jìn)一步引起葉片萎蔫發(fā)黃、功能葉光合作用和蒸騰作用減弱甚至停止［13］。由于作物根系和葉片是為作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)提供物質(zhì)和轉(zhuǎn)運(yùn)能量的主要器官和載體，根系和葉片功能遭受澇漬破壞后，引起植株變矮、發(fā)育期延遲、地上和地下干物質(zhì)積累下降，小麥、油菜、大豆、水稻等結(jié)實(shí)率降低，玉米禿尖率提高，棉花鈴數(shù)和單鈴重下降，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)或絕收，造成災(zāi)害。

在農(nóng)田澇漬災(zāi)害形成和發(fā)展過(guò)程中，農(nóng)作物對(duì)澇漬脅迫的敏感生育時(shí)段和澇漬脅迫持續(xù)時(shí)間是影響農(nóng)田澇漬災(zāi)害形成和災(zāi)害程度大小的主要因素。不同農(nóng)作物對(duì)澇漬脅迫的敏感生育階段和忍耐程度各不相同。相關(guān)研究表明，冬小麥的孕穗至灌漿期是關(guān)鍵生育階段，對(duì)澇漬脅迫最敏感［36-54］，汪宗立等［20-21］研究指出小麥拔節(jié)后15 d至抽穗期澇漬對(duì)產(chǎn)量的影響最大，是小麥澇漬災(zāi)害臨界期，其次是開(kāi)花期和灌漿期。李金才等［25，51］研究認(rèn)為，灌漿期澇漬脅迫對(duì)小麥葉面積和葉綠素含量的影響最大，孕穗期次之，而孕穗期對(duì)產(chǎn)量的影響大于灌漿期。玉米苗期和拔節(jié)期均是玉米的關(guān)鍵生育時(shí)期［59-74］。玉米在苗期對(duì)澇漬脅迫最為敏感，對(duì)玉米形態(tài)、生理和產(chǎn)量的影響最大，尤其在4葉期［59］，其次是拔節(jié)期，灌漿期及后期影響較小。油菜的蕾薹期至角果期對(duì)澇漬脅迫比較敏感，其中，蕾薹期和花期最敏感，對(duì)產(chǎn)量形成影響最大，其次是角果期和苗期［77-81］。大豆在開(kāi)花期澇漬脅迫受災(zāi)最嚴(yán)重，其次是初花期和結(jié)莢鼓粒期，苗期最輕［79-84］。棉花在現(xiàn)蕾期至花鈴期對(duì)澇漬脅迫最敏感，其中，花鈴期澇漬脅迫的減產(chǎn)作用最大，蕾期次之，吐絮期最?。?5-95］。Zhang［87-89］研究結(jié)果表明棉花蕾期淹水減產(chǎn)幅度最大（58.3%），花期次之（39.7%），鈴期最?。?7.4%）。水稻作為沼生植物，在漬水環(huán)境下也會(huì)出現(xiàn)缺氧脅迫，但是比小麥和玉米等旱作物有更強(qiáng)的耐澇漬特性，對(duì)漬害的敏感性較低。但水稻對(duì)淹澇脅迫比較敏感，尤其是水稻在孕穗期和開(kāi)花期對(duì)超過(guò)植株體2/3及以上的淹水脅迫很敏感［96-107］。

澇漬脅迫持續(xù)時(shí)間是決定澇漬災(zāi)害程度的另一個(gè)關(guān)鍵因素。澇漬脅迫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，影響程度越嚴(yán)重。隨著澇漬脅迫時(shí)間的持續(xù)，主要影響根系生長(zhǎng)及地下干物質(zhì)積累、植株高生長(zhǎng)（株高）、葉面積、葉綠素含量、光合和蒸騰速率、產(chǎn)量構(gòu)成（穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重），最終影響產(chǎn)量形成，導(dǎo)致減產(chǎn)。統(tǒng)計(jì)分析國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊關(guān)于中國(guó)小麥、玉米、水稻、油菜和棉花等5類(lèi)主要農(nóng)作物敏感生育期澇漬脅迫持續(xù)時(shí)間影響作物形態(tài)和功能的相關(guān)試驗(yàn)研究結(jié)果表明（表2），隨著澇漬脅迫日數(shù)增加，小麥、棉花等農(nóng)作物根干重?fù)p失率逐漸增大，損失率為4%～53%。玉米根系雖然能夠通過(guò)次生根和通氣組織的生長(zhǎng)來(lái)減緩和適應(yīng)澇漬脅迫［14，74］，然而，隨著澇漬脅迫持續(xù)日數(shù)增加，其主根系干物質(zhì)積累逐漸受損，造成根系干物質(zhì)隨著澇漬持續(xù)日數(shù)增加而減少，損失率達(dá)到6%～62%。澇漬脅迫對(duì)農(nóng)作物株高影響差異較大。一般在澇漬初期澇漬脅迫有助于植株高生長(zhǎng)，隨著澇漬持續(xù)日數(shù)增加，株高受一定程度的影響，澇漬持續(xù)10 d后植株高生長(zhǎng)受損6%～37%。然而，水稻遭受淹水后，大部分的樣本表現(xiàn)為隨著淹水持續(xù)日數(shù)增加株高有增加趨勢(shì)，增加幅度5%～20%，反映了水稻淹水后莖間節(jié)有延長(zhǎng)能力的適應(yīng)性功能［16-17］。隨著澇漬脅迫持續(xù)日數(shù)增加，葉面積指數(shù)（LAI）（2%～68%）、葉綠素含量（5%～48%）、光合速率（0.5%～76%）和產(chǎn)量構(gòu)成要素的穗數(shù)（4%～63%）、穗粒數(shù)（3%～76%）、千粒重（2%～52%）等生長(zhǎng)要素的損失率逐漸增加，表明澇漬脅迫持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)逐漸加重了澇漬災(zāi)害程度。

表2 澇漬脅迫持續(xù)時(shí)間與作物生長(zhǎng)要素?fù)p失率（%）的關(guān)系Table 2 The relationship between the losses percent of crop growth elements and duration of waterlogging

澇漬脅迫除了影響農(nóng)作物的根系、葉片、莖鞘和產(chǎn)量構(gòu)成等生長(zhǎng)要素外，最終主要影響作物產(chǎn)量，導(dǎo)致減產(chǎn)。圖1為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊中我國(guó)小麥、玉米、水稻、油菜、棉花和大豆等6類(lèi)主要農(nóng)作物減產(chǎn)率與澇漬脅迫持續(xù)時(shí)間關(guān)系。小麥的平均減產(chǎn)率為24.5%（n=67，SD=19.3），澇漬脅迫持續(xù)10 d左右減產(chǎn)率達(dá)20%以上，澇漬持續(xù)10～15 d，減產(chǎn)率達(dá)到40%～50%，持續(xù)20～30 d，減產(chǎn)率最高可達(dá)80%以上。玉米的平均減產(chǎn)率為43.7%（n=51，SD=25.3）。玉米遭受澇漬脅迫的減產(chǎn)率幅度最大。澇漬持續(xù)6 d左右，玉米減產(chǎn)率可達(dá)50%，而澇漬持續(xù)日數(shù)超過(guò)10 d，就可達(dá)到絕收的災(zāi)害程度（減產(chǎn)率80%以上）。棉花的平均減產(chǎn)率為35.5 %（n=59，SD=16.5），澇漬持續(xù)10 d以上，皮棉減產(chǎn)率達(dá)到50%-60%。油菜的平均減產(chǎn)率為25.1%（n=17，SD=11.4）。澇漬持續(xù)10 d以上，油菜減產(chǎn)率達(dá)到20%-40%。大豆的平均減產(chǎn)率為25.6 %（n=14，SD=20.5）。澇漬持續(xù)6 d，大豆減產(chǎn)率達(dá)到30%，持續(xù)10 d以上，減產(chǎn)率超過(guò)40%。水稻的平均減產(chǎn)率為21.3 %（n=19，SD=11.2）。水稻淹水在株高2/3以下持續(xù)5 d以內(nèi)，減產(chǎn)率20%左右，持續(xù)5～6 d以上，減產(chǎn)率達(dá)到30%～40%。但是，水稻在全淹沒(méi)狀態(tài)下減產(chǎn)幅度很大，淹水5～7 d可達(dá)到絕收的災(zāi)害程度。

表2和圖1中，樣本數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差比較大。一方面可能由于各個(gè)試驗(yàn)研究的處理方法和觀測(cè)精度不盡相同，造成數(shù)據(jù)存在很大變率。另一方面，可能由于澇災(zāi)、漬害和澇漬災(zāi)害的影響程度不一致所導(dǎo)致?，F(xiàn)實(shí)農(nóng)田中，漬害可以單獨(dú)成災(zāi)，但是，一般情況下，有澇就會(huì)發(fā)生漬害，造成澇和漬相隨共存。根據(jù)相關(guān)研究證明，單獨(dú)澇害對(duì)作物產(chǎn)量的影響比單獨(dú)漬害的影響大，而澇漬共同脅迫比單獨(dú)澇或單獨(dú)漬害對(duì)作物的產(chǎn)量、地上干物質(zhì)、灌漿速度、葉面積等影響更大。朱建強(qiáng)等、錢(qián)龍等研究結(jié)果表明澇和漬對(duì)作物產(chǎn)量的影響程度系數(shù)分別為0.76和0.24［92-93］。余衛(wèi)東等［63-64］夏玉米澇漬脅迫研究結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算得到葉面積、產(chǎn)量和穗數(shù)等指標(biāo)的淹水受損率是漬水受損率的5.3～8.0倍。因此，平均而言，淹水試驗(yàn)的減產(chǎn)率和作物生長(zhǎng)指標(biāo)損失率是漬水試驗(yàn)結(jié)果的3～5倍。

圖1 主要農(nóng)作物澇漬持續(xù)日數(shù)與減產(chǎn)率關(guān)系Fig.1 The relationship between duration of waterlogging and reduction rate of grain yield

2.2 農(nóng)田澇漬致災(zāi)機(jī)理

2.2.1 澇漬脅迫對(duì)生理生化的影響

農(nóng)田澇漬脅迫引起農(nóng)作物根系干重、株高、葉面積、葉綠素含量、光合和蒸騰速率等生長(zhǎng)要素及穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成要素降低是農(nóng)田澇漬災(zāi)害的外在表現(xiàn)。農(nóng)作物澇漬致災(zāi)的本質(zhì)是澇漬環(huán)境下作物根際土壤缺氧引發(fā)根系、葉片和植株體細(xì)胞內(nèi)各種酶、內(nèi)源性激素、電解質(zhì)等濃度或活性發(fā)生變化，造成根系對(duì)水分、養(yǎng)分等物質(zhì)和能量傳輸及新陳代謝功能受阻，進(jìn)而危害葉片的生長(zhǎng)和光合與蒸騰作用的發(fā)揮，導(dǎo)致能量積累受損，干物質(zhì)及分配比例降低，逐漸形成災(zāi)害。

農(nóng)田澇漬脅迫首先造成根際土壤和根系缺氧。根際土壤缺氧后，土壤電化勢(shì)（Eh）下降，還原性金屬離子特別是Fe2+、Mn2+、S2-、HS-積累，對(duì)作物根系產(chǎn)生毒害作用［20，27-34］。土壤中的厭氧微生物通過(guò)無(wú)氧呼吸產(chǎn)生醋酸、乳酸和丁酸等有機(jī)酸，增加土壤酸度［12，27］。根際微生物種群發(fā)生演變，好氣性微生物被嫌氣性微生物代替，細(xì)菌繁殖快于真菌及放線菌，促生性菌類(lèi)受到抑制，導(dǎo)致根系生長(zhǎng)環(huán)境惡化［16］。在惡化的土壤環(huán)境下，根系缺氧后，根系新陳代謝從好氧模式轉(zhuǎn)為厭氧模式［12，16］，無(wú)氧呼吸效率降低，產(chǎn)生的乳酸、乙醛、乙醇等中間產(chǎn)物對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用，產(chǎn)生的ATP能量減少70%～97%［16］，削弱了根系對(duì)水分、礦物質(zhì)和氮（N）、磷（P）、鉀（K）等養(yǎng)分的吸收和向上運(yùn)輸能力，阻礙莖鞘內(nèi)的N向功能葉片運(yùn)輸，限制P在地上部各器官中的分配［22］。葉片感知到根系吸收水分和養(yǎng)分等能力和數(shù)量下降后，部分或全部關(guān)閉氣孔響應(yīng)來(lái)自根際的變化［16］，造成葉片和植株體缺氧。根系和葉片先后缺氧，引發(fā)根系、葉片和植株體細(xì)胞內(nèi)各種酶、內(nèi)源性激素、電解質(zhì)等活性和濃度發(fā)生變化，造成根系對(duì)水分、養(yǎng)分等物質(zhì)和能量傳輸及新陳代謝等功能下降。導(dǎo)致作物根系、莖鞘和葉片各種功能下降的生理機(jī)理是澇漬脅迫下活性氧自由基的過(guò)氧化作用。活性氧自由基是植物或植物的任何一部分從正常含氧量條件進(jìn)入缺氧環(huán)境，或從缺氧返回到有氧環(huán)境的過(guò)渡中產(chǎn)生［12］?；钚匝踝杂苫饕ǎ貉蹼x子（O2-）、過(guò)氧化氫（H2O2）、羥自由基（OH·）、超氧陰離子自由基和NO等［12-13，18，59］，具有非常強(qiáng)的氧化能力［18］?；钚匝踝杂苫鶎?duì)植物產(chǎn)生傷害的一個(gè)重要機(jī)制是直接或間接啟動(dòng)對(duì)蛋白質(zhì)、核酸、酶結(jié)構(gòu)和脂質(zhì)等的過(guò)氧化作用［12，15］。尤其是膜脂中的不飽和雙鏈酸最易受自由基的攻擊發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)。正常環(huán)境下，細(xì)胞內(nèi)自由基、活性氧的產(chǎn)生與清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，其濃度較低，不會(huì)造成傷害［18］。當(dāng)遭遇澇漬等脅迫后，制衡系統(tǒng)平衡被打破，活性氧自由基等濃度逐漸升高，當(dāng)濃度超過(guò)一定“閾值”，過(guò)氧化反應(yīng)引起膜脂中不飽和脂肪酸含量降低，造成膜透性增大，質(zhì)子泄漏，液泡膜內(nèi)陷呈極度松弛狀態(tài)，最終造成膜破裂，導(dǎo)致植物細(xì)胞傷害或死亡［12］。

活性氧自由基過(guò)氧化的最終產(chǎn)物是丙二醛（Malondialdehyde，MDA）［18］。已經(jīng)證明MDA的積累來(lái)自不飽和脂肪酸的降解［19］。MDA的積累在一定程度上也反映了植株體內(nèi)活性氧自由基活動(dòng)的狀態(tài)。MDA積累越多，羥自由基和超氧陰離子自由基等含量也越高，兩者存在極顯著正相關(guān)關(guān)系［［59］。MDA還能強(qiáng)烈地與細(xì)胞內(nèi)各種成分發(fā)生反應(yīng)，引起酶和膜的嚴(yán)重?fù)p傷，膜電阻及膜的流動(dòng)性降低，造成膜的結(jié)構(gòu)及生理完整性破壞。因此，MDA和OH·和等都是對(duì)細(xì)胞生命活動(dòng)極其有害的基團(tuán)［18］。

為了中和活性氧自由基的毒性，作物在長(zhǎng)期的系統(tǒng)進(jìn)化過(guò)程中，演化形成了內(nèi)源性酶防御系統(tǒng)［12］，也稱(chēng)活性氧清除酶系統(tǒng)［18，20，59］?；钚匝跚宄赶到y(tǒng)主要包括：超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）、過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD），以及其代謝產(chǎn)物，如，谷胱甘肽（Glutathione，GSH）、生育酚（Tocopherol）、脯胺酸（Proline，PRO）、抗壞血酸（Ascorbic acid，AsA）、抗壞血酸過(guò)氧化酶（Ascorbate Peroxidase，AP）等［12］，是活性氧清除酶系統(tǒng)中重要的保護(hù)酶。在各種清除酶系統(tǒng)中，SOD處于第一道防線［20］，能清除并產(chǎn)生歧化產(chǎn)物H2O2，對(duì)作物體內(nèi)和H2O2濃度起支配作用。脯氨酸是細(xì)胞質(zhì)中重要的防脫水劑，能降低細(xì)胞滲透勢(shì)，提高植物組織的持水力。脯氨酸的積累可增強(qiáng)耐滲透脅迫的能力，對(duì)植物體內(nèi)的酶和膜起保護(hù)作用。澇漬脅迫下當(dāng)植物體缺氧引起活性氧自由基形成速率和含量升高后，這些活性氧清除酶發(fā)揮清除和保護(hù)作用，并造成清除酶自身活性或含量降低。另外，農(nóng)作物長(zhǎng)期進(jìn)化，形成了適應(yīng)澇漬脅迫的莖部通氣組織（Aerenchyma）和不定根。通氣組織和不定根是在根系缺氧環(huán)境下由乙烯（Ethylene）誘發(fā)生成并進(jìn)行調(diào)節(jié)［14，16］。

在農(nóng)作物澇漬脅迫致災(zāi)過(guò)程中，作物根系和葉片先后缺氧，引起活性氧自由基含量升高、活性增強(qiáng)，引發(fā)對(duì)植物體蛋白質(zhì)、核酸、酶結(jié)構(gòu)和脂質(zhì)等過(guò)氧化反應(yīng)，并產(chǎn)生MDA累積。通過(guò)檢測(cè)活性氧自由基生成速率或含量、活性氧的過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量、活性氧清除酶活性等三者中任何幾種或全部，都可評(píng)價(jià)農(nóng)田澇漬脅迫和災(zāi)害程度。大量試驗(yàn)研究表明，澇漬脅迫導(dǎo)致生成速率和H2O2迅速增加，澇漬脅迫持續(xù)5 d以上分別增加了311.2%和310.8%，張艷軍等研究棉花澇漬脅迫結(jié)果表明，澇漬脅迫10、15和20 d，H2O2含量增加了489.3%、673.7%和496.3%［87］。晏斌等［59］研究表明，玉米澇漬5 d后和H2O2含量分別升高了263%和62%，并且玉米下部葉片增幅高于上部葉片，是玉米葉片自下向上變黃的原因。統(tǒng)計(jì)分析相關(guān)研究文獻(xiàn)數(shù)據(jù)表明，作為活性氧自由基過(guò)氧化的產(chǎn)物，小麥、玉米、水稻和棉花等作物葉片和根系MDA含量隨著澇漬持續(xù)日數(shù)增加而升高，澇漬20 d最高增加140%（圖2（a）），SOD、CAT的活性持續(xù)下降，澇漬持續(xù)10 d后活性下降60%～80%（圖2（c）、圖2（d）），脯胺酸（PRO）活性持續(xù)增加，澇漬持續(xù)10 d后活性增加60%以上（圖2（b））。而POD活性在澇漬持續(xù)10 d以內(nèi)表現(xiàn)為增強(qiáng)，澇漬持續(xù)10 d后有降低趨勢(shì)（圖2（e））。李金才等［25］發(fā)現(xiàn)POD活性先增強(qiáng)，之后隨著漬水天數(shù)延長(zhǎng)而下降。前者漬水3 d左右下降，后者漬水10 d后下降。分析現(xiàn)有的MDA、SOD、CAT、POD、PRO等含量和活性隨澇漬持續(xù)日數(shù)變化數(shù)據(jù)表明，MDA、SOD、CAT、POD、PRO含量和活性變化與農(nóng)作物種類(lèi)沒(méi)有相關(guān)性，僅反映作物澇漬脅迫的程度。

圖2 澇漬持續(xù)日數(shù)與MDA含量和SOD，CAT，PRO，POD活性變化率關(guān)系Fig.2 The relationships between the rates of MDA content，SOD，CAT，PRO，POD activities and the waterlogging duration

2.2.2 澇漬脅迫對(duì)干物質(zhì)分配的影響

澇漬脅迫不僅影響農(nóng)作物生理和生長(zhǎng)要素變化，而且影響干物質(zhì)積累和分配比例，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。首先，不同生長(zhǎng)階段的澇漬脅迫都影響農(nóng)作物干物質(zhì)積累。統(tǒng)計(jì)表明，澇漬脅迫導(dǎo)致小麥、玉米、水稻、油菜、棉花和大豆等農(nóng)作物干物質(zhì)平均減少30.2%（n=167，SD=18.3）其中，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段減少干物質(zhì)積累28.6%～41.3%，生殖生長(zhǎng)階段減少干物質(zhì)積累32.4%～53.7%［40，43，69，76］。Jiang等［43］研究表明，澇漬不僅減少了小麥儲(chǔ)存在營(yíng)養(yǎng)器官中的干物質(zhì)向籽粒的再分配數(shù)量和百分比（0.213 g/莖，11.6%），也顯著地減少了轉(zhuǎn)移到籽粒的花后光合同化物（平均減少26.5%）。其次，研究發(fā)現(xiàn)，澇漬脅迫對(duì)根系的危害大于地上部，造成根系干物質(zhì)積累比地上干物質(zhì)積累慢，根冠比減少［22］，為黃葉增多和葉片老化埋下隱患。另外，李金才等研究發(fā)現(xiàn)，與正常生長(zhǎng)的小麥比較，澇漬脅迫不但降低了干物質(zhì)在穗、莖鞘、葉片和根系的比例5%～13%，而且，由于澇漬導(dǎo)致葉片變黃老化和干枯，影響了葉片光合能力，導(dǎo)致小麥籽粒增重來(lái)自灌漿期光合產(chǎn)物的比例由正常生長(zhǎng)小麥的68%～69%降低到31%左右，而近2/3的干物質(zhì)需要從前期各器官中積累的干物質(zhì)中再分配［24］。由于澇漬脅迫本已經(jīng)減少了前期各器官中干物質(zhì)的積累，從而導(dǎo)致穗粒數(shù)和籽粒重降低，影響產(chǎn)量構(gòu)成。

3 農(nóng)田澇漬災(zāi)害指標(biāo)與等級(jí)

農(nóng)田澇漬過(guò)程能否成災(zāi)，與致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性密切相關(guān)。致災(zāi)因子的危險(xiǎn)性包含致災(zāi)因子數(shù)量及其持續(xù)時(shí)間2個(gè)參量。確定致災(zāi)因子數(shù)量及其持續(xù)時(shí)間與減產(chǎn)或?yàn)?zāi)損之間的量化關(guān)系是相關(guān)研究的目標(biāo)。經(jīng)過(guò)30多年的不斷探索，我國(guó)在農(nóng)田澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)研究方面形成了以農(nóng)作物關(guān)鍵生育時(shí)段田間淹水深度和地下水累積埋深等為主要度量的澇漬水深指標(biāo)或澇漬排水控制指標(biāo)［8］，以及，以作物關(guān)鍵生育時(shí)段降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)等為考量的澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)兩大指標(biāo)體系。

3.1 農(nóng)田澇漬排水指標(biāo)

張蔚榛等［108-109］較早開(kāi)展農(nóng)田排水指標(biāo)的研究，以降水后一定時(shí)間內(nèi)地下水位下降到一定深度確定排水指標(biāo)，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外澇漬田間地下水排水指標(biāo)基礎(chǔ)上，推薦1964年荷蘭人Sieben提出的地下水位累積超標(biāo)深度指標(biāo)SEWx和Hiler于1969年提出的抑制天數(shù)指標(biāo)SDI作為排水設(shè)計(jì)指標(biāo)，并在我國(guó)試驗(yàn)和應(yīng)用?；赟EW30于1997年又提出了累積減產(chǎn)指標(biāo)CRI。試驗(yàn)研究表明SEW30、抑制天數(shù)指標(biāo)SDI和累積減產(chǎn)指標(biāo)CRI與小麥相對(duì)產(chǎn)量均有良好的線性關(guān)系。提出小麥播種-拔節(jié)期、拔節(jié)-抽穗期、抽穗-乳熟期等生育期地下水埋深0.3 m，0.5 m和0.8 m作為適宜地下水埋深排水標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)。一次降水后小麥拔節(jié)期、棉花花鈴期、水稻曬田期地下水位降到適宜地下水埋深的時(shí)間分別是3～5 d和3～6 d［108-109］。湯廣民［117］提出了澇漬連續(xù)抑制天數(shù)指標(biāo)CSDI和澇害權(quán)重系數(shù)CW，并建立了作物相對(duì)產(chǎn)量與CSDI的關(guān)系模型。研究結(jié)果表明，棉花相對(duì)產(chǎn)量與地下水連續(xù)動(dòng)態(tài)指標(biāo)SEW30和CSDI均具有良好的線性關(guān)系。認(rèn)為CSDI能夠?qū)⒊凉撑c降漬兩者有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)，更符合農(nóng)田排水的客觀實(shí)際。沈榮開(kāi)等［9，111］將地表水排除與雨后地下水排水作為一個(gè)連續(xù)過(guò)程評(píng)估除澇和治漬的效果。研究了以作物淹水深度和淹水歷時(shí)作為作物受澇程度的控制指標(biāo)和以地下水位在特定歷時(shí)降至設(shè)定埋深作為作物受漬災(zāi)害程度的控制指標(biāo)，提出了累計(jì)淹水深度指標(biāo)SFW和小于特定臨界地下水位累計(jì)埋深指標(biāo)SEW，以及融合SFW和SEW的作物澇漬水深綜合指標(biāo)SFEW（SFEW＝SFW+SEW）和以淹水歷時(shí)SFD和地下水位降至特定臨界水位的日數(shù)SWDx的等效淹漬天數(shù)指標(biāo)SFWD（SFWD=SFD+SWDx），并建立了作物相對(duì)產(chǎn)量與各個(gè)指標(biāo)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。試?yàn)研究表明，當(dāng)淹水歷時(shí)不變時(shí)，地下水埋深越小或地下水位上升越快，減產(chǎn)程度越大。比較澇漬水深指標(biāo)（SFEW）和等效淹漬歷時(shí)指標(biāo)（SFWD）發(fā)現(xiàn)，以等效淹漬歷時(shí)作為澇漬程度的指標(biāo)最優(yōu)，其中尤以SFWD40最佳。邵光成等［113］驗(yàn)證了澇漬連續(xù)抑制天數(shù)指標(biāo)（CSDI）的適用性，表明冬小麥相對(duì)產(chǎn)量與SEW50和CSDI均具有較好的線性關(guān)系。指出在澇漬連續(xù)情況下，澇漬連續(xù)抑制天數(shù)指標(biāo)（CSDI）作為控制排水指標(biāo)比較合理。王礦等［114］研究表明，灌漿期冬小麥相對(duì)產(chǎn)量（減產(chǎn)率）與澇漬綜合水深指標(biāo)SFEW30、SFEW50和SFEW80都有顯著的線性負(fù)相關(guān)性，其中，與SFEW50的相關(guān)性最高。認(rèn)為澇漬綜合排水指標(biāo)SFEW50參數(shù)少，可行性較高。確定了減產(chǎn)10%相對(duì)應(yīng)的澇漬綜合水深指標(biāo)SFEW50指標(biāo)值為360 cm·d。Cao等［86］試驗(yàn)表明在棉花不同生育時(shí)段SFEW30與棉花相對(duì)產(chǎn)量都存在顯著地相關(guān)關(guān)系。吳啟俠等［116］提出小麥減產(chǎn)15%的田間漬澇排除標(biāo)準(zhǔn)是：孕穗期和灌漿期能承受的漬澇時(shí)間分別為3.6 d和6.4 d，田間積水排除后3 d內(nèi)將地下水位降至70 cm以下。朱建強(qiáng)等［120］以SEW30作為油菜持續(xù)受漬的指標(biāo)，提出油菜減產(chǎn)10%～15%的花果持續(xù)受漬排水控制指標(biāo)宜取80～120 cm·d。指導(dǎo)我國(guó)農(nóng)田澇漬排水指標(biāo)歸納見(jiàn)表3。這些澇漬排水指標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)淹水深度、地下水埋深和澇漬歷時(shí)等農(nóng)田澇漬災(zāi)害直接致災(zāi)因子的動(dòng)態(tài)變化和目標(biāo)減產(chǎn)率，確定和指導(dǎo)田間積水或地下水排除，具有直接、便用、可操作性強(qiáng)、成效快等特點(diǎn)。

表3 農(nóng)田澇漬排水指標(biāo)Table 3 The drainage index of waterlogging disaster

3.2 農(nóng)田澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)

農(nóng)田澇漬災(zāi)害除了因強(qiáng)降水或連續(xù)性降水導(dǎo)致農(nóng)作物受淹或地下水位升高造成災(zāi)害以外，長(zhǎng)時(shí)間的陰雨和寡照也是造成冬小麥、油菜等作物嚴(yán)重漬害的主要原因。大量的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析表明，長(zhǎng)江和淮河中下游降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)與小麥、油菜、玉米等作物的減產(chǎn)率有顯著性相關(guān)關(guān)系［25，124，129，132，134-135］。因此，在開(kāi)展農(nóng)田澇漬災(zāi)害監(jiān)測(cè)、評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)分析中，建立了以作物關(guān)鍵生育時(shí)段降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)等為主要致災(zāi)因子的農(nóng)作物澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)（表4）。黃毓華等［135］利用降雨量、日照時(shí)數(shù)作為致災(zāi)因子，構(gòu)建了旬降水距平百分率與旬日照距平百分率之差的陰濕系數(shù)的漬害判定閾值指標(biāo)，能夠很好地判定包含連陰雨和寡照的三麥澇漬災(zāi)害程度和等級(jí)?；糁螄?guó)等［121］利用旬尺度降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)，構(gòu)建小麥和油菜澇漬指數(shù)模型，并利用澇漬指數(shù)和減產(chǎn)率進(jìn)行相關(guān)分析，建立了冬小麥和油菜不同發(fā)育期澇漬等級(jí)指標(biāo)。盛紹學(xué)等［124］利用降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)構(gòu)建油菜澇漬分級(jí)指數(shù)模型，以油菜減產(chǎn)率5%、10%和20%為輕度、中度和重度澇漬災(zāi)害閾值下限，并與澇漬指數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，確定安徽省油菜澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)。馬曉群等［129］用作物潛在蒸散量取代參考作物蒸散量，并考慮前期旱澇程度對(duì)當(dāng)前旱澇狀況的累積影響，以逐旬相對(duì)濕潤(rùn)度指數(shù)為基礎(chǔ)，建立了可反映旱澇漸變的累積濕潤(rùn)指數(shù)。在氣象業(yè)務(wù)中有較好的應(yīng)用效果。劉聰?shù)龋?23］構(gòu)建改進(jìn)權(quán)重濕潤(rùn)指數(shù)，以樣本t-分布95%置信區(qū)間下線值，確定東北地區(qū)春玉米不同生育階段澇漬災(zāi)害強(qiáng)度分級(jí)閾值。張桂香等［126］以本旬和前2旬的降水量作為致災(zāi)因子構(gòu)建有效降水量表達(dá)的夏玉米澇漬災(zāi)害等級(jí)指數(shù)，確定江淮地區(qū)的夏玉米出苗-拔節(jié)，拔節(jié)-抽雄和抽雄-成熟3個(gè)關(guān)鍵生育階段澇漬災(zāi)害等級(jí)和指標(biāo)閾值。楊宏毅等［125］以本旬和前2旬的降水量計(jì)算當(dāng)量降水量，將江漢和湖南西部春玉米澇潰災(zāi)害程度劃分為輕度、中度、重度3級(jí)，并確定了春玉米出苗-拔節(jié)，拔節(jié)-抽雄和抽雄-成熟3個(gè)關(guān)鍵生育階段澇漬災(zāi)害輕度、中度、重度的當(dāng)量降水量指標(biāo)閾值。張浩等［130］利用冬小麥需水量盈余指數(shù)大于0為標(biāo)準(zhǔn)，確定典型澇漬年型，以累積濕潤(rùn)指數(shù)確定澇漬災(zāi)害強(qiáng)度，建立冬小麥澇漬災(zāi)害損失評(píng)估統(tǒng)計(jì)模型。以減產(chǎn)率大于5%以上的樣本數(shù)作為澇漬災(zāi)害的總體樣本，以災(zāi)害樣本的50%、30%和20%比例確定輕度、中度和重度等級(jí)，得到減產(chǎn)率5%～15.9%、16%～27.9%和大于28%為輕度、中度和重度災(zāi)害的等級(jí)指標(biāo)。張成［53］利用安徽省降水量和冬小麥產(chǎn)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，確定了安徽省淮北和江淮地區(qū)不同澇漬等級(jí)的降水量和降水日數(shù)指標(biāo)查找表，有利于農(nóng)田澇漬動(dòng)態(tài)研判和預(yù)警判斷。

表4 主要農(nóng)作物澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)Table 4 The waterlogging disaster grade index

4 農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與災(zāi)損評(píng)估

4.1 澇漬災(zāi)損評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)分析

農(nóng)田澇漬災(zāi)害損失評(píng)估是對(duì)澇漬災(zāi)害發(fā)生程度及其后果的定量描述，是確定澇漬災(zāi)害糧食產(chǎn)量損失和經(jīng)濟(jì)損失的依據(jù)。澇漬災(zāi)害損失評(píng)估一般分為災(zāi)中評(píng)估和災(zāi)后評(píng)估［4］。災(zāi)中評(píng)估是對(duì)正在發(fā)生的澇漬脅迫對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響程度、后期作物可能恢復(fù)性及對(duì)最終產(chǎn)量的可能影響進(jìn)行估算。災(zāi)中評(píng)估可為災(zāi)害防御和預(yù)警提供實(shí)時(shí)性指導(dǎo)。實(shí)際上，大量已經(jīng)開(kāi)展的通過(guò)盆栽或田間淹澇、漬水等試驗(yàn)研究工作屬于災(zāi)中評(píng)估的一部分。然而，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和作物生長(zhǎng)過(guò)程中，農(nóng)作物可能遭遇多次或連續(xù)性澇漬脅迫［93］，也經(jīng)常遭遇干濕交替、旱澇交叉脅迫的情況［2］。農(nóng)作物的災(zāi)后恢復(fù)能力受澇漬脅迫程度、作物發(fā)育時(shí)段、后期氣象條件、田間管理水平等多方面影響。因此，植物生長(zhǎng)的復(fù)雜性、作物生長(zhǎng)環(huán)境和氣象條件的多變性，給澇漬災(zāi)中評(píng)估帶來(lái)困難，尤其給澇漬災(zāi)害動(dòng)態(tài)評(píng)估增加了難度。到目前，雖然已經(jīng)開(kāi)展了大量的盆栽或田間試驗(yàn)觀測(cè)研究，但還缺乏對(duì)不同澇漬程度影響農(nóng)作物后期長(zhǎng)勢(shì)的評(píng)估方法、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等。災(zāi)后評(píng)估主要估算澇漬災(zāi)害對(duì)農(nóng)作物最終產(chǎn)量的影響程度。災(zāi)后評(píng)估方法包括：田間調(diào)查、遙感估算、模型等。蔣尚明等［128］現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查淮北平原8個(gè)縣市2010年9月6～8日暴雨過(guò)程對(duì)玉米、大豆、花生淹沒(méi)范圍、淹水深度、受災(zāi)面積、作物成熟后災(zāi)損取樣等調(diào)查，評(píng)估了當(dāng)年一次暴雨導(dǎo)致的主要農(nóng)作物產(chǎn)量損失，為其它缺乏澇漬災(zāi)損基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的評(píng)估提供了方法參考和災(zāi)損數(shù)據(jù)驗(yàn)證。馬曉群等［129］利用減產(chǎn)率和致災(zāi)因子間的關(guān)系函數(shù)，構(gòu)建了安徽省區(qū)域冬小麥漬澇災(zāi)害損失模型和綜合評(píng)估模型，分別評(píng)估了淮北、沿淮和江淮3個(gè)區(qū)域以及安徽省多年冬小麥產(chǎn)量澇漬災(zāi)損。評(píng)估結(jié)果平均誤差小于5%。張浩等［130］利用冬小麥澇漬災(zāi)害損失評(píng)估統(tǒng)計(jì)模型，評(píng)估了淮河流域冬小麥澇漬災(zāi)害產(chǎn)量損失與減產(chǎn)率，評(píng)估誤差小于8%，能夠滿足氣象業(yè)務(wù)的需要。

農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析是對(duì)澇漬災(zāi)害事件可能發(fā)生的概率及其后果的評(píng)估，并提出澇漬風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃和降低風(fēng)險(xiǎn)的減災(zāi)對(duì)策［5，133］。狹義的風(fēng)險(xiǎn)分析主要針對(duì)致災(zāi)因子進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，即包括風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［7］。風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)是對(duì)澇漬致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體及其災(zāi)害特征的分析和識(shí)別，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是估算澇漬災(zāi)害發(fā)生強(qiáng)度及其發(fā)生概率和災(zāi)損大?。?］。

針對(duì)致災(zāi)因子的農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析是一個(gè)時(shí)期以來(lái)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的熱點(diǎn)，開(kāi)展了大量研究工作。盛紹學(xué)等［127］利用建立的安徽省江淮地區(qū)冬小麥澇漬指數(shù)分級(jí)指標(biāo)，計(jì)算了江淮地區(qū)冬小麥澇漬脆弱性系數(shù)，分析了冬小麥澇漬災(zāi)害輕度、中度和重度風(fēng)險(xiǎn)空間分布，并進(jìn)行了安徽省冬小麥澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。吳洪顏等［134］利用構(gòu)建的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)模型分析了江蘇省冬小麥濕漬害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和濕漬害風(fēng)險(xiǎn)分布，并將災(zāi)害等級(jí)指數(shù)與減產(chǎn)率進(jìn)行對(duì)應(yīng)。張桂香等［126］利用夏玉米澇漬等級(jí)指數(shù)，分析了江淮地區(qū)夏玉米不同發(fā)育時(shí)段澇漬災(zāi)害發(fā)生概率，估算了澇漬災(zāi)害損失，并進(jìn)行了澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)空間分布。楊宏毅等［125］對(duì)江漢平原和江南西部春玉米澇漬災(zāi)害發(fā)生概率、災(zāi)害程度和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)空間分布進(jìn)行了評(píng)估。在農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析實(shí)踐中，澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估難度較大、準(zhǔn)確率較低，是當(dāng)前的難點(diǎn)。當(dāng)前，澇漬風(fēng)險(xiǎn)分析還缺乏農(nóng)田澇漬災(zāi)害的系統(tǒng)性綜合分析，對(duì)孕災(zāi)環(huán)境的生態(tài)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析較少，澇漬的生態(tài)環(huán)境破壞與污染影響評(píng)估還未引起足夠的重視［8］。

4.2 澇漬孕災(zāi)環(huán)境變化對(duì)災(zāi)害形成的影響

孕災(zāi)環(huán)境是澇漬災(zāi)害形成的背景條件［7］。從災(zāi)害學(xué)的視角看，澇漬孕災(zāi)環(huán)境變化既包括孕災(zāi)環(huán)境自身的變化，如，農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)變化、土壤理化性變化、田間排水系統(tǒng)老化和廢棄等改變、土地利用改變等等，也包括農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整造成的承災(zāi)體在孕災(zāi)環(huán)境中的暴露性發(fā)生的變化，如，旱作物種植比例和面積提高、高產(chǎn)值高附加值農(nóng)作物面積增大等。談廣鳴等［8］指出，在變化環(huán)境下澇漬災(zāi)害表現(xiàn)出內(nèi)澇積水增加、蓄滯水能力降低、排水能力下降、澇漬災(zāi)害損失增加等特點(diǎn)，表明隨著全球氣候變化和我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、政策等變化，農(nóng)田澇漬災(zāi)害的孕災(zāi)環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了較大變化。一方面，由于農(nóng)田大量使用農(nóng)藥化肥和除草劑等生物化學(xué)產(chǎn)品，導(dǎo)致農(nóng)田土壤結(jié)構(gòu)和理化性發(fā)生改變，土壤微生物和有機(jī)質(zhì)含量降低、土壤團(tuán)聚體增加，土壤通透性下降導(dǎo)致土壤透水性和透氣性降低［137］。在田間排水設(shè)施方面，部分地區(qū)存在大量田間澇漬排水設(shè)施老化損毀、排水溝填埋復(fù)耕現(xiàn)象［10］，造成農(nóng)田排水能力下降。在農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)方面，高附加值的經(jīng)濟(jì)作物種植面積增加，例如，設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚增多，面積增加，其實(shí)質(zhì)上增大了澇漬孕災(zāi)環(huán)境的暴露度，必然導(dǎo)致災(zāi)害損失增大的概率。另外，在全球氣候變化背景下，極端天氣/氣候事件與災(zāi)害頻率和強(qiáng)度明顯增大，長(zhǎng)江中下游區(qū)域強(qiáng)降水事件更趨頻繁［138］已成事實(shí)。例如，2020年7月發(fā)生在長(zhǎng)江中下游和淮河流域的持續(xù)強(qiáng)降水，2021年8月發(fā)生在河南鄭州等地的持續(xù)性強(qiáng)降水，導(dǎo)致城市和農(nóng)田大量?jī)?nèi)澇積水，鄱陽(yáng)湖等圩內(nèi)積水深達(dá)20多米，給農(nóng)田排水造成困難。同時(shí)，基于流域或系統(tǒng)性考量的原因，許多農(nóng)田內(nèi)澇積水需要限制性有序排出，延長(zhǎng)了農(nóng)田內(nèi)澇積水在孕災(zāi)環(huán)境中暴露時(shí)間，加重了澇漬災(zāi)害程度。雖然，國(guó)內(nèi)外在農(nóng)排區(qū)匯流和田間排水模型研發(fā)和模擬方法等方面開(kāi)展了較多工作，但是，在變化環(huán)境下還需要增加和考量極端性強(qiáng)降水導(dǎo)致的田間匯流積水和排水的復(fù)雜性。

5 農(nóng)田澇漬災(zāi)害防控技術(shù)

農(nóng)田澇漬災(zāi)害防控技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用是降低澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、減輕澇漬災(zāi)害損失的有效手段。隨著對(duì)農(nóng)田澇漬災(zāi)害形成過(guò)程和致災(zāi)機(jī)理的深入研究，針對(duì)農(nóng)田澇漬致災(zāi)因子危險(xiǎn)性、孕災(zāi)環(huán)境易損性和承災(zāi)體脆弱性等問(wèn)題，不斷發(fā)展和形成了適合農(nóng)田澇漬災(zāi)害防控和治理的技術(shù)。這些技術(shù)主要包括綜合排水技術(shù)、作物種植結(jié)構(gòu)和種植方式調(diào)整技術(shù)、作物澇漬脅迫調(diào)控技術(shù)、作物耐澇漬基因分子育種技術(shù)等等。

農(nóng)田澇漬災(zāi)害是降水導(dǎo)致田面積水或地下水位過(guò)高造成的。因此，發(fā)展農(nóng)田排水技術(shù)一直是國(guó)內(nèi)外治理農(nóng)田澇漬災(zāi)害的有效措施。1980 s年代以來(lái)，我國(guó)形成了以大型骨干河道和大溝排水單元為主，明溝暗管結(jié)合、澇水明排淺排、漬水暗排深排等澇漬兼治排水技術(shù)，淮北平原和江漢平原還設(shè)計(jì)建設(shè)了閘壩控制排水兼灌溉水利工程系統(tǒng)［1-3，10，110］。這些排水技術(shù)具有操作便利、直觀可控、排澇降漬效果好等優(yōu)點(diǎn)，多年來(lái)是我國(guó)農(nóng)田澇漬災(zāi)害防治的主要措施。但是，由于我國(guó)田塊面積碎小、農(nóng)村青壯勞動(dòng)力短缺、農(nóng)田排澇工程維修費(fèi)用高、占地面積大、投入和受益作物產(chǎn)出比較低等特點(diǎn)，出現(xiàn)了排水設(shè)施老化和嚴(yán)重?fù)p毀、排水溝填埋復(fù)耕等許多問(wèn)題。

作物種植結(jié)構(gòu)和種植方式調(diào)整技術(shù)就是通過(guò)調(diào)整易澇作物種類(lèi)和種植模式等改變?cè)袨?zāi)環(huán)境，達(dá)到澇漬災(zāi)害防控和減災(zāi)目的。近年來(lái)，在江淮平原和長(zhǎng)江中下游區(qū)域，新發(fā)展的稻蝦共作種養(yǎng)模式［136］，具有綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，對(duì)澇漬災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域防止農(nóng)田澇漬災(zāi)害有較大發(fā)展和推廣前景。另外，王成雨等［68］研究寬行壟作種植模式結(jié)果表明，相同澇漬脅迫下，夏玉米采用寬行壟作種植模式，夏玉米功能葉SPAD值和光合速率比傳統(tǒng)平作模式提高了12.3%，抗倒伏指標(biāo)提高18%，減產(chǎn)率平均降低10.4%。表明通過(guò)局部性改變田間孕災(zāi)環(huán)境能夠很好地減緩澇漬災(zāi)害程度。

作物澇漬脅迫調(diào)控技術(shù)是利用生物調(diào)節(jié)劑和噴施生化制劑來(lái)緩解澇漬脅迫對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的危害程度。晏斌等［60］研究表明，夏玉米澇漬災(zāi)后噴施苯基脲、脫落酸、抗壞血酸加6-芐基腺嘌呤復(fù)合配方、抗壞血酸等制劑能夠快速恢復(fù)功能葉的光合能力，提高穗重，減產(chǎn)率平均降低5%。生物調(diào)節(jié)劑澇漬脅迫調(diào)控技術(shù)對(duì)澇漬災(zāi)害作物恢復(fù)、減少澇漬災(zāi)損有積極的作用和意義。

近年來(lái)，隨著分子育種技術(shù)的不斷發(fā)展，利用農(nóng)作物品種數(shù)量性狀基因定位（quantitative trait locus，QTL）、耐澇漬性狀分子輔助標(biāo)記［141-142］和克隆等技術(shù)，培育了許多具有耐澇漬特性的玉米、水稻、大豆、棉花等新品種。分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)具有目標(biāo)明確、效果顯著等特點(diǎn)，對(duì)于防控農(nóng)田澇漬災(zāi)害和減緩澇漬災(zāi)損有非常重要的作用，是未來(lái)從承災(zāi)體脆弱性方面進(jìn)行澇漬防控的主要手段。

6 問(wèn)題分析與研究展望

經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展和多個(gè)學(xué)科許多科研工作者的不斷努力，農(nóng)田澇漬災(zāi)害研究取得了很大進(jìn)步，為我國(guó)農(nóng)業(yè)減災(zāi)防災(zāi)提供了有力的科技支撐。但是，由于農(nóng)田澇漬災(zāi)害形成的復(fù)雜性，在農(nóng)田澇漬災(zāi)害研究中還存在許多問(wèn)題。本文就災(zāi)害的形成機(jī)理、致災(zāi)因子與孕災(zāi)環(huán)境相互作用、澇漬災(zāi)害的評(píng)估體系、澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析等方面提出幾點(diǎn)具體的問(wèn)題與研究展望，以期對(duì)農(nóng)田澇漬災(zāi)害進(jìn)一步深入研究提供借鑒。

（1）缺乏農(nóng)作物對(duì)澇漬脅迫敏感性與澇漬致災(zāi)性的全局性和統(tǒng)一性考量；澇漬脅迫對(duì)干物質(zhì)分配和減產(chǎn)的作用機(jī)理還需要深入研究。

許多澇漬脅迫對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響的試驗(yàn)研究中，都討論了作物對(duì)澇漬脅迫的敏感性及敏感生育時(shí)段，如，玉米的4葉期、小麥的拔節(jié)期等對(duì)澇漬脅迫最敏感［59，25］。但是，澇漬影響的最敏感和最嚴(yán)重時(shí)期并不一定對(duì)產(chǎn)量影響最大。Ding等［46］研究表明莖伸長(zhǎng)期澇漬對(duì)冬小麥影響最嚴(yán)重，是粒重而不是穗粒數(shù)決定著澇漬對(duì)減產(chǎn)的作用。Collaku等［139］研究表明小麥減產(chǎn)損失是粒數(shù)和分蘗數(shù)減少的組合效應(yīng)。造成作物對(duì)澇漬脅迫最敏感時(shí)期與減產(chǎn)影響期不一致的主要原因：一方面，澇漬脅迫最敏感時(shí)段可能也是澇漬脅迫解除后作物恢復(fù)最快的時(shí)段。說(shuō)明單純只考慮了澇漬的影響作用，缺乏對(duì)作物恢復(fù)性研究的進(jìn)一步跟進(jìn)。另一方面，敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)是干物質(zhì)和作物形態(tài)生理指標(biāo)的變化，而減產(chǎn)要素評(píng)價(jià)是產(chǎn)量三要素結(jié)構(gòu)。存在各自評(píng)價(jià)，缺乏全局性和統(tǒng)一性。穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是構(gòu)成產(chǎn)量的三要素。粒重由灌漿期光合作用和灌漿速率決定，而穗數(shù)（分蘗數(shù)）和穗粒數(shù)分別由分蘗期的分蘗程度和穗分化期穗分化數(shù)和小花受孕率等決定［140］。澇漬脅迫對(duì)作物不同生育階段的影響并不僅僅影響某個(gè)時(shí)段，應(yīng)該是澇漬的影響與作物的恢復(fù)綜合效應(yīng)的結(jié)果。而對(duì)產(chǎn)量的影響是澇漬脅迫研究的最主要目的。因此，澇漬脅迫下作物在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段、營(yíng)養(yǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)階段和生殖生長(zhǎng)階段干物質(zhì)積累、生殖器官發(fā)育和干物質(zhì)分配及對(duì)產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理還需要進(jìn)一步深入研究。

（2）灌區(qū)尺度上澇漬致災(zāi)因子與孕災(zāi)環(huán)境各要素之間缺乏相互作用和相互關(guān)聯(lián)的精細(xì)化研究。

農(nóng)田淹水深度、淹水歷時(shí)、地下水埋深、土壤水分含量、降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)等都被作為農(nóng)田澇漬災(zāi)害的致災(zāi)因子進(jìn)行了大量相關(guān)研究。但是，在灌區(qū)尺度上，不同地面坡度、土壤類(lèi)型和不同河網(wǎng)渠系密度等孕災(zāi)環(huán)境下，不同強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的降水量在農(nóng)田內(nèi)澇積水匯流、積水深度、地下水補(bǔ)給、地下水動(dòng)態(tài)及影響和轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏精細(xì)化模擬和定量化關(guān)系指標(biāo)。缺乏考慮不同降水量和降水歷時(shí)及不同陰濕條件的澇漬排水標(biāo)準(zhǔn)和方案設(shè)計(jì)。

（3）農(nóng)田澇漬災(zāi)害評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)差異大，缺乏分作物種類(lèi)的農(nóng)田澇漬災(zāi)害評(píng)估體系建設(shè)。

與洪澇災(zāi)害的突發(fā)性（Flash Flood）特性不同，澇漬災(zāi)害屬于漸變型災(zāi)害，不易被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不被大眾和媒體重視，甚至被忽視［33］。因此，到目前并沒(méi)有形成農(nóng)田澇漬災(zāi)害的評(píng)估體系。在大部分災(zāi)害年鑒和災(zāi)害大典中，農(nóng)田澇漬災(zāi)害并沒(méi)有被單獨(dú)分列及損失核算，更沒(méi)有分作物種類(lèi)的農(nóng)田澇漬災(zāi)害調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)。以減產(chǎn)率評(píng)估澇漬災(zāi)害程度時(shí)，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)差異較大。例如，盛紹學(xué)等［124，127］以減產(chǎn)率10%、20%、30%和減產(chǎn)率5%、10%和20%，張浩等［130］以減產(chǎn)率5%、16%和28%作為淮河流域油菜、冬小麥輕度、中度和重度澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)閾值。這些指標(biāo)也與我國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒等資料中的災(zāi)害受災(zāi)面積、成災(zāi)面積、絕收面積的標(biāo)準(zhǔn)（指災(zāi)害分別造成減產(chǎn)10%、30%和80%以上的面積）不一致，給我國(guó)農(nóng)田澇漬災(zāi)害評(píng)估和減災(zāi)防災(zāi)工作造成嚴(yán)重障礙。因此，在今后研究中，收集我國(guó)農(nóng)田澇漬災(zāi)害數(shù)據(jù)，歸納分析農(nóng)田澇漬災(zāi)害研究成果，制定澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)，構(gòu)建分作物種類(lèi)的農(nóng)田澇漬災(zāi)害評(píng)估體系有重要意義。

（4）農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析空間尺度大，缺乏對(duì)農(nóng)田澇漬災(zāi)害系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和農(nóng)田排水等措施引起的生態(tài)問(wèn)題與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究。

當(dāng)前開(kāi)展的農(nóng)田澇漬災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析空間尺度大，對(duì)孕災(zāi)環(huán)境尤其對(duì)地形坡度、河網(wǎng)渠系等要素缺乏考慮，造成部分丘陵山區(qū)也出現(xiàn)澇漬災(zāi)害的研究結(jié)果，與實(shí)際情況出現(xiàn)偏差。另外，澇漬分析沒(méi)有精細(xì)化到灌區(qū)尺度，對(duì)澇漬災(zāi)害減災(zāi)防災(zāi)指導(dǎo)意義不大。也缺乏開(kāi)展?jié)碀n災(zāi)害系統(tǒng)性地分析和評(píng)估，沒(méi)有將農(nóng)田排水等措施引起的生態(tài)問(wèn)題與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等納入澇漬災(zāi)害的系統(tǒng)性風(fēng)險(xiǎn)分析研究中。因此，開(kāi)展?jié)碀n災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)性分析研究是未來(lái)一個(gè)重要研究趨勢(shì)。

（5）任何單一的澇漬災(zāi)害防控技術(shù)應(yīng)用的效果都有局限性。

未來(lái)，集成農(nóng)田排水技術(shù)、作物種植結(jié)構(gòu)和方式調(diào)整技術(shù)、作物澇漬脅迫生化調(diào)控技術(shù)和耐澇漬基因分子育種技術(shù)，形成農(nóng)田澇漬災(zāi)害綜合防控技術(shù)體系和防控模式，是氣候變化背景下農(nóng)田澇漬災(zāi)害防控的重點(diǎn)方向。