高淳油菜花期低溫連陰雨災(zāi)害評(píng)估

狄嘯， 時(shí)冬頭， 夏曉敏， 陸一磊， 孔維財(cái)

(南京市高淳區(qū)氣象局，江蘇 南京 211300)

我國油菜可分為春油菜和冬油菜，其中冬油菜種植面積占絕大多數(shù)，且主要集中在長江流域，占全國油菜產(chǎn)量的80%以上[1-3]。江蘇氣象條件優(yōu)越，適宜油菜生長，是我國重要的油菜種植區(qū)域。2020年江蘇省油菜種植面積17.3萬hm2，總產(chǎn)量51.2萬t[4]。近年來，受糧油價(jià)格上漲影響，外加油菜花觀光旅游經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民種植積極性提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年以來高淳油菜花節(jié)期間國民經(jīng)濟(jì)收入逐年增加，增幅在20%以上。

高淳油菜通常約在9月22日播種，翌年5月21日成熟。油菜生育期內(nèi)氣象災(zāi)害多發(fā)，主要?dú)庀鬄?zāi)害有凍害、干旱和漬害?；ㄆ谑怯筒松成L的關(guān)鍵時(shí)期，該時(shí)段的低溫連陰雨災(zāi)害持續(xù)時(shí)間長、影響范圍大，對(duì)油菜危害尤為嚴(yán)重[5-7]。韓沁哲等[8]研究了湖南省油菜生長期連陰雨時(shí)空分布特征；劉熔熔等[9]分析了浙江省油菜花期降水風(fēng)險(xiǎn)；許孟會(huì)等[10]研究了春季連陰雨對(duì)油菜生長的影響；劉瑞娜等[11]分析了安徽省油菜花期連陰雨關(guān)鍵致災(zāi)因子，建立了油菜花期連陰雨災(zāi)害評(píng)估指標(biāo)體系。雖然前期研究油菜花期連陰雨災(zāi)害和漬害較多，但綜合考慮花期低溫和漬害對(duì)油菜的影響較少。本文通過分析1970—2019年高淳油菜花期低溫連陰雨災(zāi)情和油菜產(chǎn)量數(shù)據(jù)，選取了適合本地區(qū)的連陰雨標(biāo)準(zhǔn)，建立了油菜花期低溫連陰雨指數(shù)評(píng)估方法，并構(gòu)建了油菜氣候產(chǎn)量和花期低溫連陰雨指數(shù)的回歸模型，為預(yù)測(cè)花期低溫連陰雨對(duì)油菜產(chǎn)量的影響提供依據(jù)，為決策部門做好農(nóng)業(yè)防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 資料來源

江蘇的油菜農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)普遍從20世紀(jì)80年代開始，高淳為最早開展觀測(cè)的6個(gè)站之一，且觀測(cè)記錄至今未中斷。本文選取高淳國家氣象站和農(nóng)氣站1970—2019年油菜花期(3月1日至4月20日)的氣象數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)；高淳油菜產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于南京市統(tǒng)計(jì)年鑒；低溫連陰雨災(zāi)情數(shù)據(jù)來源于南京市高淳區(qū)氣象局的歷年災(zāi)情記錄。

1.2 氣候產(chǎn)量的計(jì)算

油菜產(chǎn)量主要受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和氣象條件的影響[12]，因此，可將產(chǎn)量分解為隨生產(chǎn)力變化的趨勢(shì)產(chǎn)量、隨氣象條件變化的氣候產(chǎn)量、隨機(jī)變量。

Yw=Y-Yt-ε。

(1)

式中，Yw為氣候產(chǎn)量，Y為實(shí)際產(chǎn)量，Yt為趨勢(shì)產(chǎn)量，趨勢(shì)產(chǎn)量由5 a滑動(dòng)平均求得，ε為隨機(jī)變量，由政策等因素導(dǎo)致，占比小，可忽略。

1.3 連陰雨災(zāi)害天氣選取標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)氣象觀測(cè)規(guī)范和實(shí)際情況，連陰雨災(zāi)害的標(biāo)準(zhǔn)和分級(jí)指標(biāo)選取如下[13-14]：

一次連陰雨最少為5 d；當(dāng)連陰雨過程持續(xù)時(shí)間為5 d，期間不允許有無雨日；過程持續(xù)時(shí)間為6～7 d的，中間允許有1個(gè)無雨日；過程持續(xù)8～10 d的，中間允許有2個(gè)不相鄰的無雨日；持續(xù)時(shí)間≥11 d的，不嚴(yán)格規(guī)定非連續(xù)降水間隔天數(shù)；連續(xù)2 d無雨作為連陰雨結(jié)束。

1.4 低溫連陰雨指數(shù)及模型的構(gòu)建

植物的生長離不開光、溫、水等條件，通過積溫學(xué)說可知，溫度對(duì)油菜花期的生長至關(guān)重要。油菜花期生長適宜溫度為14～18 ℃，低于10 ℃時(shí)生長緩慢，低于5 ℃時(shí)不開花[15]。高淳為丘陵地形，河網(wǎng)密布，大部分耕地常年平均地下水位小于2 m，長期處于過濕狀態(tài)，當(dāng)花期雨水過多，會(huì)引起油菜濕害，造成根部新陳代謝受阻、功能減退，使產(chǎn)量下降[16]。綜合以上原理和相關(guān)文獻(xiàn)[11]，本文定義油菜花期低溫連陰雨指數(shù)L，計(jì)算公式：

L=0.3D1+0.1D2+0.2D3+0.3|T1|-0.2T2。

(2)

式中，D1為花期最低氣溫≤5 ℃天數(shù)，D2為花期最低氣溫≤10 ℃天數(shù)，D3為花期連陰雨天數(shù)，T1為花期極端最低氣溫，T2為花期平均氣溫。

通過SPSS進(jìn)行氣候產(chǎn)量和油菜花期低溫連陰雨指數(shù)的回歸分析，建立模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜產(chǎn)量變化規(guī)律

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)和政策的支持，油菜產(chǎn)量呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，線性趨勢(shì)傾向率為43.54 kg·hm-2·a-1。1970—2019年油菜產(chǎn)量經(jīng)歷了2個(gè)明顯的上升階段(圖1)，分別為20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)10年代；同時(shí)也有3個(gè)明顯的波谷，1977、1988和2011年減產(chǎn)明顯。1977年可能是由于油菜越冬期出現(xiàn)了-12.2 ℃的極端最低氣溫，花期連陰雨日數(shù)33 d，為1970—2019年第4多，導(dǎo)致明顯減產(chǎn)；1988年油菜花期最低氣溫為-3.7 ℃，為1970—2019年油菜花期最低氣溫，凍害明顯；2011年油菜越冬期遭遇低溫雨雪天氣，極端最低氣溫為-8.3 ℃，0 ℃以下低溫51 d，但油菜花期最低氣溫-0.2 ℃，凍害不明顯。

圖1 油菜年產(chǎn)量時(shí)間序列

2.2 油菜花期低溫連陰雨年變化

氣溫是影響油菜花期生長發(fā)育的重要因子。高淳1970—2019年花期氣溫呈波動(dòng)升高的趨勢(shì)(圖2)，氣候傾向率為0.07 ℃·a-1(R2=0.488 2)，花期極端最低氣溫變化趨勢(shì)與平均氣溫一致，氣候傾向率為0.04 ℃·a-1(R2=0.120 7)，花期極端最低氣溫為-3.7 ℃(1988年)。油菜花期低溫天數(shù)對(duì)產(chǎn)量也有很大的影響，油菜花期低溫天數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì)(圖3)，≤5 ℃的天氣每10 a線性趨勢(shì)傾向率為-2.0 d，≤10 ℃的天氣每10 a線性趨勢(shì)傾向率為-2.3 d，≤10 ℃的天氣每10 a下降趨勢(shì)更為明顯?！? ℃天數(shù)最多為27 d(1970年)，≤10 ℃天數(shù)最多為44 d(1970年)?；ㄆ谄骄鶜鉁氐纳呲厔?shì)及油菜花期平均氣溫的升高和低溫天數(shù)的持續(xù)下降有助于提高油菜產(chǎn)量[17]。低溫天數(shù)下降趨勢(shì)，可能與全球氣候變暖背景有關(guān)。

圖2 油菜花期平均和極端最低氣溫年變化

圖3 油菜花期低溫天數(shù)

春季是低溫連陰雨的多發(fā)季節(jié)。高淳1970—2019年油菜花期連陰雨平均日數(shù)為14.9 d(圖4)，連陰雨最多為40 d(2003年)，1970—2019年中有1/5的年份未出現(xiàn)連陰雨。油菜花期連陰雨日數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但不明顯，10 a氣候傾向率為0.4 d(R2=0.120 7)。

圖4 油菜花期連陰雨天數(shù)

2.3 油菜花期低溫連陰雨指數(shù)及模型構(gòu)建

為了客觀評(píng)估油菜花期低溫連陰雨災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)式(2)計(jì)算油菜花期低溫連陰雨指數(shù)(圖5)，其中，從1970—2019年每10年代際指數(shù)分別為10.5、10.3、8.9、5.3和6.5，呈下降趨勢(shì)。油菜花期低溫連陰雨災(zāi)害明顯降低了油菜的產(chǎn)量，油菜花期低溫連陰雨指數(shù)與氣候產(chǎn)量存在明顯的反比關(guān)系(0.967)，與相關(guān)研究一致[18]。

圖5 油菜花期低溫連陰雨指數(shù)與氣候產(chǎn)量

通過SPSS進(jìn)行回歸分析(圖6)，得出氣候產(chǎn)量與油菜花期低溫連陰雨指數(shù)的關(guān)系模型：

圖6 油菜氣候產(chǎn)量與花期低溫連陰雨指數(shù)散點(diǎn)圖

S=0.041L+0.866

(3)

式中，S為氣候產(chǎn)量，L為油菜花期低溫連陰雨指數(shù)。通過回代2020年數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，基于回歸模型預(yù)測(cè)氣候產(chǎn)量為1.1 kg·hm-2，與實(shí)際計(jì)算結(jié)果較為接近。該模型只考慮了油菜花期的低溫連陰雨災(zāi)害，但油菜整個(gè)生育期受各種氣象災(zāi)害和氣象條件影響，導(dǎo)致模式預(yù)測(cè)效果一般。

3 小結(jié)與討論

本文通過分析高淳1970—2019年油菜花期低溫連陰雨氣象數(shù)據(jù)，建立了油菜花期低溫連陰雨指數(shù)評(píng)估方法，并構(gòu)建了油菜氣候產(chǎn)量與花期低溫連陰雨指數(shù)的回歸模型。

1970—2019年高淳油菜產(chǎn)量呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，產(chǎn)量經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代、20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)10年代兩個(gè)上升階段；油菜產(chǎn)量有兩個(gè)明顯的波谷，減產(chǎn)明顯。氣溫是影響油菜花期生長發(fā)育的重要因子，年極端最低氣溫呈波動(dòng)升高的趨勢(shì)，油菜花期低溫天數(shù)對(duì)產(chǎn)量有很大的影響。油菜花期低溫天數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì)，≤10 ℃天數(shù)下降趨勢(shì)更為明顯。油菜花期最低氣溫的升高趨勢(shì)及低溫天數(shù)下降趨勢(shì)，可能與全球氣候變暖背景有關(guān)，且有助于提高油菜產(chǎn)量。

1970—2019年高淳油菜花期連陰雨平均日數(shù)為14.9 d，1970—2019年中有1/5的年份未出現(xiàn)連陰雨，花期未出現(xiàn)連陰雨對(duì)油菜的生長有利。油菜花期連陰雨日數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但趨勢(shì)不明顯。每10年代際平均低溫連陰雨指數(shù)分別為10.5、10.3、8.9、5.3和6.5，呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢(shì)。油菜花期低溫連陰雨指數(shù)與氣候產(chǎn)量存在明顯的反比關(guān)系，油菜花期低溫連陰雨明顯降低了油菜的產(chǎn)量，這與相關(guān)研究一致。通過回歸方法建立的油菜氣候產(chǎn)量與低溫連陰雨指數(shù)的模型只考慮了油菜花期的低溫連陰雨災(zāi)害，但油菜整個(gè)生育期受各種氣象災(zāi)害和氣象條件影響，導(dǎo)致模式預(yù)測(cè)效果一般，但該模型在實(shí)際氣象服務(wù)中服務(wù)效果良好，這是提升農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)工作的一種有益的探索。

油菜花期出現(xiàn)低溫連陰雨對(duì)初花期油菜影響較小，對(duì)盛花期油菜影響較大，可通過災(zāi)后追肥緩解災(zāi)害的影響。有研究表明，合理利用氮肥能增強(qiáng)油菜抵御災(zāi)害的能力，緩解災(zāi)害的影響。

油菜產(chǎn)量數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計(jì)年鑒，該數(shù)據(jù)為平均值，因地形等自然和氣象條件的差異，不能客觀反應(yīng)局部小氣候的影響。本文通過產(chǎn)量來分析低溫連陰雨對(duì)油菜花期的影響，而低溫連陰雨災(zāi)害導(dǎo)致的油菜品質(zhì)變化、因油菜品種耐災(zāi)性不同導(dǎo)致的差異性尚待進(jìn)一步研究。