氣候變化下新余市油菜澇漬災害的時空特征分析

摘 要：澇漬災害是影響油菜產量與質量的主要農業氣象災害之一。使用《冬小麥、油菜澇漬等級》（QX/T 107—2009）標準，以及新余市2個氣象臺站1961—2020年10月至翌年5月的降水量和日照資料，對新余市近60年油菜澇漬災害隨時空變化的特征進行了分析。結論表明：從時間層面來看，新余市油菜澇漬指數在灌漿期達到最大值，在生長發育階段的抽薹期和開花期油菜澇漬指數低于灌漿期，播種期的油菜澇漬指數最小，約64%澇漬害發生在灌漿期。近60年來，播種期和灌漿期油菜澇漬指數呈明顯下降趨勢，抽薹期和開花期呈上升趨勢。新余市油菜澇漬指數在20世紀70年代和21世紀10年代的周期信號較強，在20世紀60年代和20世紀80年代至21世紀00年代的周期信號較弱，新余市油菜澇漬災害存在顯著的周期為2～4年，即新余市油菜澇漬災害為1～2年一遇。從空間上看，新余市油菜不同生育期澇漬指數隨空間變化幅度小，不存在明顯的空間差異。

關鍵詞：澇漬災害；油菜；時空變化；小波分析

中圖分類號：P422 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）05–0-03

在我國油菜種植中，根據種植時間不同分為兩種類型，其中以冬天種植的冬油菜為主，約占我國油菜種植面積的90%，其在南方長江流域氣候條件優越的省份得以廣泛種植，而春油菜的種植在全國范圍內僅占約10%的份額。這些省份擁有充沛的降水、充足的日照、較長的無霜期、充足的熱量和適宜的雨熱季節，這為油菜的生長提供了良好的環境。然而，這些地區也容易受到各種氣象災害的影響，其中漬澇災害是造成油菜產量嚴重受損的主要氣象災害之一。

澇漬災害是發生在年降水量偏多的南方省份的一種常見農業氣象災害。當該地區出現連續長時間降雨的天氣時，土壤含水量會增加，導致土壤處于飽和甚至達到過飽和狀態。這會導致作物的根部長期處于缺氧環境，從而影響作物的正常生長發育，最終導致作物產量下降。很多專家對澇漬災害如何影響油菜生長發育，以及在油菜生長各個階段如何避免澇漬災害的發生進行了深入研究。通常關于澇漬災害影響的研究是試驗建立在油菜其生理研究的條件下，采用漬水試驗的方法，結果顯示：角粒數、有效角果數、千粒重等關鍵要素均會隨著油菜淹水時間的延長呈負相關關系[1]。當油菜長時間淹水時，可能會導致其減產幅度高達17.0%～42.4%[2]。也有學者通過試驗表明通過在不同時段采取相應的防御措施可以顯著減輕澇漬災害的影響。新余市位于江西省西部地區的丘陵山地地帶，氣候屬于亞熱帶濕潤性氣候，有利于油菜種植，新余市發展油菜產業對新余鄉村振興戰略的實施具有重要意義。但因為油菜生長周期較長，其生長發育容易受到較多氣象災害的影響，尤其是春季連陰雨導致的漬害。春季新余市常常出現降水量偏多、光照不足、空氣濕度大、田間易積水的情況，導致油菜花朵和豆莢發育不良，并且提高了油菜發生菌核病等病蟲害的風險，進而嚴重影響了油菜的生長發育，并對新余油菜的最終產量造成了巨大影響[3]。

近年來，在澇漬災害對油菜生長發育和其生理特性的影響研究取得了顯著進展，尤其是在澇漬災害指標和判別模型等方面取得了重要成果。通過進行油菜受漬試驗的方式來研究油菜生長發育和生理特性隨受漬程度的變化特點，張樹杰等[4]對油菜苗期在不同漬水條件下的生產和生理特性進行了分析；李玲等[5]通過試驗驗證了漬水脅迫對油菜生長的復雜作用；尤慧等[6]通過分析油菜葉片光譜隨著漬害脅迫程度不同的變化規律建立相應的判別條件；盛紹學等[7]通過模擬油菜生育期低光照及長期陰雨條件，建立了相應的澇漬等級標準。此外，還利用氣象數據和數學模型，制定油菜澇漬災害的評估標準。

1 資料和方法

1.1 資料

氣象數據來源于中國氣象科學數據共享服務網。主要選用1961—2020年新余市（渝水區、分宜縣）2個臺站往年10月至翌年5月的每日降水量、每日日照時數數據。油菜各個生長階段的相關資料來源于當地政府統計年鑒。

1.2 澇漬指數的計算

降雨量和日照時數是影響油菜澇漬災害發生的主要氣象影響因子，因此計算澇漬指數需要考慮降雨量和日照時數，但陰雨天氣日數同樣可能導致油菜出現澇漬災害，因此采用的澇漬指數（Qw）計算公式應該綜合考量這3個指標，得出公式如下：

（1）

式（1）中，Qw代表油菜澇漬指數；R表示每旬的降水量，單位為mm；Rmax表示旬最大降水量，單位是mm；DR則表示一旬中的降水日數，單位是d；D則表示一旬中的天數，單位為d；S表示一旬中的日照時數，單位為小時；Smax表示旬最大日照時數，單位為h。而降水量、降水日數和日照時數對澇漬災害形成的影響系數分別為b1、b2、b3，文中取值分別為：b1=1，b2=1，b3 =0.5。

通過氣象資料，計算1961—2020年新余市2個站點范圍內不同生長發育期油菜的澇漬指數，并對照《冬小麥、油菜澇漬等級》（QX/T 107—2009）標準等指標進行統計（表1），劃分出近60年新余市油菜在各個生長發育期所遭受的不同級別澇漬災害的數量。

1.3 油菜澇漬時間序列周期變化分析方法

小波分析法直到20世紀80年代初期才逐步被用于數據分析。它是一種時域—頻域分析方法，特點是能夠進行多分辨率分析。這種分析方法能對一段時間序列中的局部周期性進行研究，能夠更清晰地觀察到不同周期隨時間的變化情況[8-10]，其計算公式如下：

（2）

式（2）中，ωf為小波系數，R為實數域，a、b分別為頻率參數與時間參數，用于體現小波的周期長短和其在時間尺度上的平移，f（t）是時間序列，t是時間，φ（t）為φ（t）的共軛復數。

2 結果與分析

2.1 油菜各生育期受災程度分析

通過按照《冬小麥、油菜澇漬等級》（QX/T 107—2009）標準中的油菜澇漬災害等級指標標準以及計算得出的新余市近60年間的油菜澇漬指數Qw，統計出新余市1961—2020年各個生育階段遭受不同程度澇漬災害的次數，如表2所示。

從表2中可以看出，60年間新余市油菜在灌漿期受澇漬災害影響最大，遠超其他時期澇漬災害對油菜生長發育的影響，油菜生長發育在開花期至抽薹期受到澇漬災害的影響次之，播種期澇漬災害對油菜生長發育影響不大。

2.2 油菜澇漬指數（Qw）的時空分布

2.2.1 油菜澇漬指數（Qw）的時間分布

1961—2020年新余市油菜各個生育期澇漬指數Qw年際變化趨勢為：播種期Qw變化范圍為-0.471～0.914，60年間播種期平均澇漬指數為0.157，以約0.034/10年的速率呈現下降趨勢；抽薹期Qw變化范圍為-0.054～1.502，近60年間抽薹期平均澇漬指數為0.637，以約0.022/10年的速率呈現上升趨勢；開花期Qw變化范圍為-0.060～1.356，近60年間開花期平均澇漬指數為0.568，以約0.024/10年的速率呈現上升趨勢；灌漿期Qw變化范圍為0.368～1.517，近60年間灌漿期平均澇漬指數為0.885，以約0.053/10年的速率呈現下降趨勢。結果表明：1961—2020年，新余市油菜澇漬災害在抽薹期和開花期產生的影響逐年嚴重，但在播種期和灌漿期油菜澇漬災害產生的影響逐漸緩和。

通過運用小波分析將2個臺站60年間的油菜澇漬指數代入計算得出新余市油菜澇漬災害的周期變化。從圖1可以看出，Q1（渝水區）在20世紀70年代和21世紀10年代的周期信號尤其顯著，其中在20世紀70年代出現了2～4年周期，周期中心大值為3年，20世紀60年代和20世紀80年代至21世紀00年代的年的周期信號較弱；Q2（分宜縣）在20世紀70年代、1995年和21世紀10年代尤其顯著，其中在20世紀70年代出現了2～4年周期，周期中心大值為3年，在20世紀60年代、20世紀80年代至20世紀90年代初、20世紀90年代末至21世紀00年代的周期信號較弱。由此可以看出，新余市范圍內的縣區小波信號波動普遍以2～4年為一個周期。

2.2.2 油菜澇漬指數的空間分布

1961—2020年新余市2個臺站不同生育期澇漬指數Qw相關性為：2個臺站播種期澇漬指數Qw相關系數R2為0.897 7，認為2個臺站在播種期澇漬指數具有很強的相關性；2個臺站抽薹期澇漬指數Qw相關系數R2為0.931 9，認為2個臺站在播種期澇漬指數有很強的相關性；2個臺站開花期澇漬指數Qw相關系數R2為0.937 2，認為2個臺站在播種期澇漬指數具有很強的相關性；2個臺站灌漿期澇漬指數Qw相關系數R2為0.879 7，認為2個臺站在播種期澇漬指數具有很強的相關性。上述結果表明，1961—2020年，新余市2個臺站油菜澇漬指數Qw相關性很強，油菜澇漬指數Qw在新余市范圍空間差異小。

3 結論

使用《冬小麥、油菜澇漬等級》（QX/T 107—2009）標準，統計出1961—2020年新余市油菜各生育期出現澇漬的次數，并分析了新余市1961—2020年油菜澇漬災害在時空變化方面的特點。

（1）從時間變化上看，油菜生育期澇漬指數，1961—2020年新余市油菜在不同生育期，澇漬災害在播種期發生次數最少，灌漿期澇漬災害發生的次數最多，抽薹期和開花期發生澇漬災害次數較少。其中，約有64%的澇漬災害發生在灌漿期，并且僅在灌漿期出現過重度澇漬災害的情況。相對應的是新余市油菜澇漬指數在灌漿期達到最大值，在生長發育階段的抽薹期和開花期油菜澇漬指數低于灌漿期，播種期的油菜澇漬指數最小，即不易受到澇漬災害的影響。此外，新余市油菜在不同生育階段油菜澇漬指數的年代際變化具有較為清晰的時間特征，新余市油菜澇漬指數在生長發育階段的播種期和灌漿期呈較為明顯的下降趨勢，在抽薹期和開花期表現出較明顯的隨時間變化并呈現上升趨勢。

（2）從空間變化上看，油菜生育期澇漬指數，新余市油菜不同生育期澇漬指數隨著種植區域不同且差異不明顯，相反澇漬指數具有很強的相關性，即新余市不同生育期的油菜澇漬指數不具有明顯的地域特點，為全區域一致型。

（3）從年際變化上看，油菜生育期澇漬指數，新余市油菜澇漬指數在20世紀70年代和21世紀10年代周期信號較強，在20世紀60年代、20世紀80年代至21世紀00年代的年周期信號較弱。新余市油菜澇漬災害發生的周期為2～4年，進而得出新余市范圍內的油菜澇漬災害為1～2年一遇。但因澇漬災害的發生在很大程度上取決于天氣條件，當今全球氣候變暖等情況導致天氣的不穩定出現，因此還需進一步探討澇漬災害在這種復雜氣候變化的發生周期。

參考文獻

[1] 楊威，朱建強，吳啟俠.油菜受漬對產量的影響及排水指標研究[J].灌溉排水學報，2013，32（6）：31-33，49.

[2] 程倫國，劉德福，郭顯平，等.油菜排漬指標試驗研究[J].湖北農業科學，2003（1）：37-39.

[3] 黃錦法，俞慧明，范俊方，等.油菜壟作治理漬害技術研究初報[J].浙江農業科學，1993（2）：72-73，84.

[4] 張樹杰，廖星，胡小加，等.漬水對油菜苗期生長及生理特性的影響[J].生態學報，2013，33（23）：7382-7389.

[5] 李玲，張春雷，張樹杰，等.漬水對冬油菜苗期生長及生理的影響[J].中國油料作物學報，2011，33（3）：247-252.

[6] 尤慧，劉凱文，李鑫川，等.漬害脅迫對油菜葉片光譜的影響及識別指標研究[J].江蘇農業科學，2019，47（16）：71-77.

[7] 盛紹學，石磊，李彪.安徽省油菜澇漬災害孕災環境特征及其指標研究[J].安徽農業科學，2008（30）：13099-13101，13189.

[8] 范雨嫻，霍治國，楊宏毅，等.湖南省油菜春季澇漬過程災變判別指標[J].應用氣象學報，2018，29（2）：141-153.

[9] 范雨嫻，霍治國，尚瑩.湖南油菜春季澇漬災變等級指標與災損評估[J].中國農業資源與區劃，2019，40（9）：37-47.

[10] 鞠英芹，楊霏云，馬德栗，等.江淮地區油菜漬害的時空分析[J].自然災害學報，2017，26（6）：136-146.

基金項目：吉安市生態氣象重點實驗室面上項目（2022JEM210）。

作者簡介：廖欣（1999—），男，江西新余人，助理工程師，主要從事縣站綜合業務和預報服務工作。#通信作者：廖園（1988—），男，工程師，主要從事縣站綜合業務和預報服務工作，E-mail：250116231@qq.com。