高淳油菜花期低溫連陰雨災害評估

狄嘯， 時冬頭， 夏曉敏， 陸一磊， 孔維財

(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，總產量51.2萬t[4]。近年來，受糧油價格上漲影響，外加油菜花觀光旅游經濟的發(fā)展，農民種植積極性提高。據(jù)統(tǒng)計，2015年以來高淳油菜花節(jié)期間國民經濟收入逐年增加，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。油菜生育期內氣象災害多發(fā)，主要氣象災害有凍害、干旱和漬害。花期是油菜生殖生長的關鍵時期，該時段的低溫連陰雨災害持續(xù)時間長、影響范圍大，對油菜危害尤為嚴重[5-7]。韓沁哲等[8]研究了湖南省油菜生長期連陰雨時空分布特征；劉熔熔等[9]分析了浙江省油菜花期降水風險；許孟會等[10]研究了春季連陰雨對油菜生長的影響；劉瑞娜等[11]分析了安徽省油菜花期連陰雨關鍵致災因子，建立了油菜花期連陰雨災害評估指標體系。雖然前期研究油菜花期連陰雨災害和漬害較多，但綜合考慮花期低溫和漬害對油菜的影響較少。本文通過分析1970—2019年高淳油菜花期低溫連陰雨災情和油菜產量數(shù)據(jù)，選取了適合本地區(qū)的連陰雨標準，建立了油菜花期低溫連陰雨指數(shù)評估方法，并構建了油菜氣候產量和花期低溫連陰雨指數(shù)的回歸模型，為預測花期低溫連陰雨對油菜產量的影響提供依據(jù)，為決策部門做好農業(yè)防災減災工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 資料來源

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

1.2 氣候產量的計算

油菜產量主要受農業(yè)生產水平和氣象條件的影響[12]，因此，可將產量分解為隨生產力變化的趨勢產量、隨氣象條件變化的氣候產量、隨機變量。

Yw=Y-Yt-ε。

(1)

式中，Yw為氣候產量，Y為實際產量，Yt為趨勢產量，趨勢產量由5 a滑動平均求得，ε為隨機變量，由政策等因素導致，占比小，可忽略。

1.3 連陰雨災害天氣選取標準

根據(jù)氣象觀測規(guī)范和實際情況，連陰雨災害的標準和分級指標選取如下[13-14]：

一次連陰雨最少為5 d；當連陰雨過程持續(xù)時間為5 d，期間不允許有無雨日；過程持續(xù)時間為6～7 d的，中間允許有1個無雨日；過程持續(xù)8～10 d的，中間允許有2個不相鄰的無雨日；持續(xù)時間≥11 d的，不嚴格規(guī)定非連續(xù)降水間隔天數(shù)；連續(xù)2 d無雨作為連陰雨結束。

1.4 低溫連陰雨指數(shù)及模型的構建

植物的生長離不開光、溫、水等條件，通過積溫學說可知，溫度對油菜花期的生長至關重要。油菜花期生長適宜溫度為14～18 ℃，低于10 ℃時生長緩慢，低于5 ℃時不開花[15]。高淳為丘陵地形，河網密布，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)，當花期雨水過多，會引起油菜濕害，造成根部新陳代謝受阻、功能減退，使產量下降[16]。綜合以上原理和相關文獻[11]，本文定義油菜花期低溫連陰雨指數(shù)L，計算公式：

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進行氣候產量和油菜花期低溫連陰雨指數(shù)的回歸分析，建立模型。

2 結果與分析

2.1 油菜產量變化規(guī)律

隨著農業(yè)現(xiàn)代化的推進和政策的支持，油菜產量呈現(xiàn)波動上升的趨勢，線性趨勢傾向率為43.54 kg·hm-2·a-1。1970—2019年油菜產量經歷了2個明顯的上升階段(圖1)，分別為20世紀80年代、20世紀90年代到21世紀10年代；同時也有3個明顯的波谷，1977、1988和2011年減產明顯。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，導致明顯減產；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 油菜年產量時間序列

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年花期氣溫呈波動升高的趨勢(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)對產量也有很大的影響，油菜花期低溫天數(shù)呈現(xiàn)波動下降的趨勢(圖3)，≤5 ℃的天氣每10 a線性趨勢傾向率為-2.0 d，≤10 ℃的天氣每10 a線性趨勢傾向率為-2.3 d，≤10 ℃的天氣每10 a下降趨勢更為明顯。≤5 ℃天數(shù)最多為27 d(1970年)，≤10 ℃天數(shù)最多為44 d(1970年)。花期平均氣溫的升高趨勢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量[17]。低溫天數(shù)下降趨勢，可能與全球氣候變暖背景有關。

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，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)及模型構建

為了客觀評估油菜花期低溫連陰雨災害的風險，根據(jù)式(2)計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。油菜花期低溫連陰雨災害明顯降低了油菜的產量，油菜花期低溫連陰雨指數(shù)與氣候產量存在明顯的反比關系(0.967)，與相關研究一致[18]。

圖5 油菜花期低溫連陰雨指數(shù)與氣候產量

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

圖6 油菜氣候產量與花期低溫連陰雨指數(shù)散點圖

S=0.041L+0.866

(3)

式中，S為氣候產量，L為油菜花期低溫連陰雨指數(shù)。通過回代2020年數(shù)據(jù)進行檢驗，基于回歸模型預測氣候產量為1.1 kg·hm-2，與實際計算結果較為接近。該模型只考慮了油菜花期的低溫連陰雨災害，但油菜整個生育期受各種氣象災害和氣象條件影響，導致模式預測效果一般。

3 小結與討論

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)評估方法，并構建了油菜氣候產量與花期低溫連陰雨指數(shù)的回歸模型。

1970—2019年高淳油菜產量呈現(xiàn)波動上升的趨勢，產量經歷了20世紀80年代、20世紀90年代到21世紀10年代兩個上升階段；油菜產量有兩個明顯的波谷，減產明顯。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升高的趨勢，油菜花期低溫天數(shù)對產量有很大的影響。油菜花期低溫天數(shù)呈現(xiàn)波動下降的趨勢，≤10 ℃天數(shù)下降趨勢更為明顯。油菜花期最低氣溫的升高趨勢及低溫天數(shù)下降趨勢，可能與全球氣候變暖背景有關，且有助于提高油菜產量。

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)連陰雨對油菜的生長有利。油菜花期連陰雨日數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，但趨勢不明顯。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)波動下降的趨勢。油菜花期低溫連陰雨指數(shù)與氣候產量存在明顯的反比關系，油菜花期低溫連陰雨明顯降低了油菜的產量，這與相關研究一致。通過回歸方法建立的油菜氣候產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害，但油菜整個生育期受各種氣象災害和氣象條件影響，導致模式預測效果一般，但該模型在實際氣象服務中服務效果良好，這是提升農業(yè)氣象服務工作的一種有益的探索。

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

油菜產量數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計年鑒，該數(shù)據(jù)為平均值，因地形等自然和氣象條件的差異，不能客觀反應局部小氣候的影響。本文通過產量來分析低溫連陰雨對油菜花期的影響，而低溫連陰雨災害導致的油菜品質變化、因油菜品種耐災性不同導致的差異性尚待進一步研究。