氣候變化下新余市油菜澇漬災(zāi)害的時(shí)空特征分析

摘 要：澇漬災(zāi)害是影響油菜產(chǎn)量與質(zhì)量的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一。使用《冬小麥、油菜澇漬等級(jí)》（QX/T 107—2009）標(biāo)準(zhǔn)，以及新余市2個(gè)氣象臺(tái)站1961—2020年10月至翌年5月的降水量和日照資料，對(duì)新余市近60年油菜澇漬災(zāi)害隨時(shí)空變化的特征進(jìn)行了分析。結(jié)論表明：從時(shí)間層面來(lái)看，新余市油菜澇漬指數(shù)在灌漿期達(dá)到最大值，在生長(zhǎng)發(fā)育階段的抽薹期和開花期油菜澇漬指數(shù)低于灌漿期，播種期的油菜澇漬指數(shù)最小，約64%澇漬害發(fā)生在灌漿期。近60年來(lái)，播種期和灌漿期油菜澇漬指數(shù)呈明顯下降趨勢(shì)，抽薹期和開花期呈上升趨勢(shì)。新余市油菜澇漬指數(shù)在20世紀(jì)70年代和21世紀(jì)10年代的周期信號(hào)較強(qiáng)，在20世紀(jì)60年代和20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)00年代的周期信號(hào)較弱，新余市油菜澇漬災(zāi)害存在顯著的周期為2～4年，即新余市油菜澇漬災(zāi)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(shù)隨空間變化幅度小，不存在明顯的空間差異。

關(guān)鍵詞：澇漬災(zāi)害；油菜；時(shí)空變化；小波分析

中圖分類號(hào)：P422 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）05–0-03

在我國(guó)油菜種植中，根據(jù)種植時(shí)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(guó)油菜種植面積的90%，其在南方長(zhǎng)江流域氣候條件優(yōu)越的省份得以廣泛種植，而春油菜的種植在全國(guó)范圍內(nèi)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(zhǎng)的無(wú)霜期、充足的熱量和適宜的雨熱季節(jié)，這為油菜的生長(zhǎng)提供了良好的環(huán)境。然而，這些地區(qū)也容易受到各種氣象災(zāi)害的影響，其中漬澇災(zāi)害是造成油菜產(chǎn)量嚴(yán)重受損的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一。

澇漬災(zāi)害是發(fā)生在年降水量偏多的南方省份的一種常見農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害。當(dāng)該地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間降雨的天氣時(shí)，土壤含水量會(huì)增加，導(dǎo)致土壤處于飽和甚至達(dá)到過飽和狀態(tài)。這會(huì)導(dǎo)致作物的根部長(zhǎng)期處于缺氧環(huán)境，從而影響作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降。很多專家對(duì)澇漬災(zāi)害如何影響油菜生長(zhǎng)發(fā)育，以及在油菜生長(zhǎng)各個(gè)階段如何避免澇漬災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行了深入研究。通常關(guān)于澇漬災(zāi)害影響的研究是試驗(yàn)建立在油菜其生理研究的條件下，采用漬水試驗(yàn)的方法，結(jié)果顯示：角粒數(shù)、有效角果數(shù)、千粒重等關(guān)鍵要素均會(huì)隨著油菜淹水時(shí)間的延長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[1]。當(dāng)油菜長(zhǎng)時(shí)間淹水時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致其減產(chǎn)幅度高達(dá)17.0%～42.4%[2]。也有學(xué)者通過試驗(yàn)表明通過在不同時(shí)段采取相應(yīng)的防御措施可以顯著減輕澇漬災(zāi)害的影響。新余市位于江西省西部地區(qū)的丘陵山地地帶，氣候?qū)儆趤啛釒駶?rùn)性氣候，有利于油菜種植，新余市發(fā)展油菜產(chǎn)業(yè)對(duì)新余鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施具有重要意義。但因?yàn)橛筒松L(zhǎng)周期較長(zhǎng)，其生長(zhǎng)發(fā)育容易受到較多氣象災(zāi)害的影響，尤其是春季連陰雨導(dǎo)致的漬害。春季新余市常常出現(xiàn)降水量偏多、光照不足、空氣濕度大、田間易積水的情況，導(dǎo)致油菜花朵和豆莢發(fā)育不良，并且提高了油菜發(fā)生菌核病等病蟲害的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而嚴(yán)重影響了油菜的生長(zhǎng)發(fā)育，并對(duì)新余油菜的最終產(chǎn)量造成了巨大影響[3]。

近年來(lái)，在澇漬災(zāi)害對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育和其生理特性的影響研究取得了顯著進(jìn)展，尤其是在澇漬災(zāi)害指標(biāo)和判別模型等方面取得了重要成果。通過進(jìn)行油菜受漬試驗(yàn)的方式來(lái)研究油菜生長(zhǎng)發(fā)育和生理特性隨受漬程度的變化特點(diǎn)，張樹杰等[4]對(duì)油菜苗期在不同漬水條件下的生產(chǎn)和生理特性進(jìn)行了分析；李玲等[5]通過試驗(yàn)驗(yàn)證了漬水脅迫對(duì)油菜生長(zhǎng)的復(fù)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(guī)律建立相應(yīng)的判別條件；盛紹學(xué)等[7]通過模擬油菜生育期低光照及長(zhǎng)期陰雨條件，建立了相應(yīng)的澇漬等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。此外，還利用氣象數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型，制定油菜澇漬災(zāi)害的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

1 資料和方法

1.1 資料

氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。主要選用1961—2020年新余市（渝水區(qū)、分宜縣）2個(gè)臺(tái)站往年10月至翌年5月的每日降水量、每日日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)。油菜各個(gè)生長(zhǎng)階段的相關(guān)資料來(lái)源于當(dāng)?shù)卣y(tǒng)計(jì)年鑒。

1.2 澇漬指數(shù)的計(jì)算

降雨量和日照時(shí)數(shù)是影響油菜澇漬災(zāi)害發(fā)生的主要?dú)庀笥绊懸蜃?，因此?jì)算澇漬指數(shù)需要考慮降雨量和日照時(shí)數(shù)，但陰雨天氣日數(shù)同樣可能導(dǎo)致油菜出現(xiàn)澇漬災(zāi)害，因此采用的澇漬指數(shù)（Qw）計(jì)算公式應(yīng)該綜合考量這3個(gè)指標(biāo)，得出公式如下：

（1）

式（1）中，Qw代表油菜澇漬指數(shù)；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(shù)，單位是d；D則表示一旬中的天數(shù)，單位為d；S表示一旬中的日照時(shí)數(shù)，單位為小時(shí)；Smax表示旬最大日照時(shí)數(shù)，單位為h。而降水量、降水日數(shù)和日照時(shí)數(shù)對(duì)澇漬災(zāi)害形成的影響系數(shù)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(jì)算1961—2020年新余市2個(gè)站點(diǎn)范圍內(nèi)不同生長(zhǎng)發(fā)育期油菜的澇漬指數(shù)，并對(duì)照《冬小麥、油菜澇漬等級(jí)》（QX/T 107—2009）標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1），劃分出近60年新余市油菜在各個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育期所遭受的不同級(jí)別澇漬災(zāi)害的數(shù)量。

1.3 油菜澇漬時(shí)間序列周期變化分析方法

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

（2）

式（2）中，ωf為小波系數(shù)，R為實(shí)數(shù)域，a、b分別為頻率參數(shù)與時(shí)間參數(shù)，用于體現(xiàn)小波的周期長(zhǎng)短和其在時(shí)間尺度上的平移，f（t）是時(shí)間序列，t是時(shí)間，φ（t）為φ（t）的共軛復(fù)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜各生育期受災(zāi)程度分析

通過按照《冬小麥、油菜澇漬等級(jí)》（QX/T 107—2009）標(biāo)準(zhǔn)中的油菜澇漬災(zāi)害等級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)以及計(jì)算得出的新余市近60年間的油菜澇漬指數(shù)Qw，統(tǒng)計(jì)出新余市1961—2020年各個(gè)生育階段遭受不同程度澇漬災(zāi)害的次數(shù)，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(zāi)害影響最大，遠(yuǎn)超其他時(shí)期澇漬災(zāi)害對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育的影響，油菜生長(zhǎng)發(fā)育在開花期至抽薹期受到澇漬災(zāi)害的影響次之，播種期澇漬災(zāi)害對(duì)油菜生長(zhǎng)發(fā)育影響不大。

2.2 油菜澇漬指數(shù)（Qw）的時(shí)空分布

2.2.1 油菜澇漬指數(shù)（Qw）的時(shí)間分布

1961—2020年新余市油菜各個(gè)生育期澇漬指數(shù)Qw年際變化趨勢(shì)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(shù)為0.157，以約0.034/10年的速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；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(shù)為0.637，以約0.022/10年的速率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；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(shù)為0.568，以約0.024/10年的速率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；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(shù)為0.885，以約0.053/10年的速率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。結(jié)果表明：1961—2020年，新余市油菜澇漬災(zāi)害在抽薹期和開花期產(chǎn)生的影響逐年嚴(yán)重，但在播種期和灌漿期油菜澇漬災(zāi)害產(chǎn)生的影響逐漸緩和。

通過運(yùn)用小波分析將2個(gè)臺(tái)站60年間的油菜澇漬指數(shù)代入計(jì)算得出新余市油菜澇漬災(zāi)害的周期變化。從圖1可以看出，Q1（渝水區(qū)）在20世紀(jì)70年代和21世紀(jì)10年代的周期信號(hào)尤其顯著，其中在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了2～4年周期，周期中心大值為3年，20世紀(jì)60年代和20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)00年代的年的周期信號(hào)較弱；Q2（分宜縣）在20世紀(jì)70年代、1995年和21世紀(jì)10年代尤其顯著，其中在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了2～4年周期，周期中心大值為3年，在20世紀(jì)60年代、20世紀(jì)80年代至20世紀(jì)90年代初、20世紀(jì)90年代末至21世紀(jì)00年代的周期信號(hào)較弱。由此可以看出，新余市范圍內(nèi)的縣區(qū)小波信號(hào)波動(dòng)普遍以2～4年為一個(gè)周期。

2.2.2 油菜澇漬指數(shù)的空間分布

1961—2020年新余市2個(gè)臺(tái)站不同生育期澇漬指數(shù)Qw相關(guān)性為：2個(gè)臺(tái)站播種期澇漬指數(shù)Qw相關(guān)系數(shù)R2為0.897 7，認(rèn)為2個(gè)臺(tái)站在播種期澇漬指數(shù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性；2個(gè)臺(tái)站抽薹期澇漬指數(shù)Qw相關(guān)系數(shù)R2為0.931 9，認(rèn)為2個(gè)臺(tái)站在播種期澇漬指數(shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性；2個(gè)臺(tái)站開花期澇漬指數(shù)Qw相關(guān)系數(shù)R2為0.937 2，認(rèn)為2個(gè)臺(tái)站在播種期澇漬指數(shù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性；2個(gè)臺(tái)站灌漿期澇漬指數(shù)Qw相關(guān)系數(shù)R2為0.879 7，認(rèn)為2個(gè)臺(tái)站在播種期澇漬指數(shù)具有很強(qiáng)的相關(guān)性。上述結(jié)果表明，1961—2020年，新余市2個(gè)臺(tái)站油菜澇漬指數(shù)Qw相關(guān)性很強(qiáng)，油菜澇漬指數(shù)Qw在新余市范圍空間差異小。

3 結(jié)論

使用《冬小麥、油菜澇漬等級(jí)》（QX/T 107—2009）標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)出1961—2020年新余市油菜各生育期出現(xiàn)澇漬的次數(shù)，并分析了新余市1961—2020年油菜澇漬災(zāi)害在時(shí)空變化方面的特點(diǎn)。

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

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

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

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基金項(xiàng)目：吉安市生態(tài)氣象重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室面上項(xiàng)目（2022JEM210）。

作者簡(jiǎn)介：廖欣（1999—），男，江西新余人，助理工程師，主要從事縣站綜合業(yè)務(wù)和預(yù)報(bào)服務(wù)工作。#通信作者：廖園（1988—），男，工程師，主要從事縣站綜合業(yè)務(wù)和預(yù)報(bào)服務(wù)工作，E-mail：250116231@qq.com。