湖北烤煙低溫連陰雨災(zāi)害時(shí)空分布特征

關(guān)鍵詞 烤煙； 低溫連陰雨； 生育期； 災(zāi)害頻率； 時(shí)空分布

烤煙自20 世紀(jì)初引進(jìn)我國后，迅速成為國民經(jīng)濟(jì)的一大支柱，尤其在各主產(chǎn)區(qū)，其不僅是地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)力，更是農(nóng)戶收入的主要來源之一［1］。這種高價(jià)值作物對(duì)國內(nèi)煙草制造業(yè)至關(guān)重要，其產(chǎn)業(yè)鏈涵蓋了從種植、加工到銷售的各個(gè)環(huán)節(jié)，為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)帶來了活力和就業(yè)機(jī)會(huì)［2］。在全球煙草市場中，中國扮演著重要角色，對(duì)優(yōu)質(zhì)烤煙的需求持續(xù)不減，促進(jìn)了生產(chǎn)和國際貿(mào)易［3］。

農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害，即對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量構(gòu)成威脅的氣象條件，已成為威脅全球農(nóng)作物安全的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一［4-5］。隨著全球氣候變化的加劇，極端氣候事件愈發(fā)頻繁，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響日益顯著，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。在眾多氣象災(zāi)害中，季節(jié)性低溫連陰雨尤為突出［6］，如長江中下游的春季連陰雨以及華西秋雨，不僅導(dǎo)致作物因水分過剩而受損，還因缺乏光照引發(fā)一系列生長問題。劉雅星等［7］的研究進(jìn)一步證實(shí)了連陰雨對(duì)河南地區(qū)農(nóng)業(yè)的巨大危害，長時(shí)間、大面積的陰雨天氣易引起爛種、爛秧、赤霉病等。同樣，陳學(xué)芹等［8］也指出，在低溫連陰雨天氣下，農(nóng)作物所依賴的光、溫、水、氣等能量和物質(zhì)資源與正常時(shí)期存在顯著差異，這直接關(guān)系到農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。更為深入的研究還發(fā)現(xiàn)，煙葉品質(zhì)的提升不僅需要精細(xì)的培育技術(shù)和種植管理，還需要一個(gè)適宜的生態(tài)環(huán)境［9］。韓敏等［10］強(qiáng)調(diào)了云南地區(qū)特有的氣候條件，尤其是7 至8 月間陰雨寡照天氣對(duì)烤煙生長的不利影響，嚴(yán)重情況下甚至可能導(dǎo)致烤煙的死亡。而劉曉迎等［11］的分析則揭示了河南煙區(qū)濃香型烤煙的生長需求與該區(qū)域光溫水變化規(guī)律之間的緊密匹配關(guān)系，盡管該地區(qū)擁有“雨熱同期日照足”的氣候優(yōu)勢，但連陰雨及冰雹、大風(fēng)、高溫?zé)崂说葰庀鬄?zāi)害仍可能對(duì)煙葉的生長產(chǎn)生負(fù)面影響。陳英英等［12］研究表明，在氣候變暖的背景下，部分地區(qū)的低溫冷害風(fēng)險(xiǎn)有所緩解，而高溫?zé)岷Φ奈ｋU(xiǎn)性則普遍呈現(xiàn)出加劇的趨勢。

湖北省位于長江中游地區(qū)，已成為國內(nèi)著名的高品質(zhì)烤煙生產(chǎn)基地。通過國家數(shù)據(jù)網(wǎng)查詢結(jié)果顯示，2021 年湖北省的烤煙種植面積達(dá)到了51.2 萬hm2，總產(chǎn)量高達(dá)5.9 萬t。然而，湖北的烤煙種植業(yè)近年來頻繁受到低溫連陰雨災(zāi)害的沖擊，其中2016年超長梅雨、2017 年超長秋季連陰雨、2020 年超長梅雨及秋季連陰雨均對(duì)湖北煙葉生產(chǎn)造成嚴(yán)重的損失。針對(duì)這一問題，本研究利用現(xiàn)有的氣象數(shù)據(jù)深入分析了湖北烤煙在各個(gè)生長階段遭受低溫連陰雨災(zāi)害的時(shí)空差異特征，旨在為當(dāng)?shù)責(zé)熑~生產(chǎn)種植和管理提供科學(xué)依據(jù)，以期最大程度地規(guī)避或降低由此類災(zāi)害天氣帶來的不利影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

湖北省作為長江流域中一個(gè)關(guān)鍵的煙草種植區(qū)域，其煙葉產(chǎn)區(qū)劃分受到地理環(huán)境和歷史種植規(guī)模的影響。全省煙區(qū)分為4 個(gè)主要類別［13-14］：第1 類以十堰市為中心，涵蓋鄂西北地區(qū)；第2 類集中在恩施州，覆蓋鄂西南地區(qū)；第3 類僅包含神農(nóng)架林區(qū)；而第4 類則圍繞襄陽市和宜昌市，延展至鄂西北部。本研究根據(jù)湖北省煙草公司規(guī)劃了湖北西部的烤煙種植區(qū)域，該區(qū)域既包括現(xiàn)有的植煙區(qū)，也包含有潛力的新植煙區(qū)。為了深入研究，共選定了32 個(gè)國家氣象觀測站作為數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，站點(diǎn)分布情況如圖1 所示。圖1 中的地圖來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心（http：//www. ngcc/ngcc/）1∶100 萬中國矢量地圖。

1.2 氣象數(shù)據(jù)

湖北烤煙種植區(qū)共32 個(gè)國家氣象觀測站1975—2020 年逐日平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)，由湖北省氣象信息與技術(shù)保障中心提供，已進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.3 湖北烤煙生育期時(shí)段

經(jīng)過湖北烤煙農(nóng)業(yè)氣象試驗(yàn)站的詳細(xì)生育期觀測，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐囊圃詴r(shí)間、實(shí)際生長情況、終烤時(shí)間及生產(chǎn)氣候區(qū)劃的分析［15-16］，湖北烤煙整個(gè)大田生育期被劃分為4 個(gè)主要階段：伸根期、旺長期、成熟前期和成熟后期。整個(gè)生育期大約持續(xù)110 d。具體而言，伸根期從4 月下旬至5 月下旬，標(biāo)志著從移栽到團(tuán)棵期的生長發(fā)育；旺長期緊隨其后，從6 月上旬延續(xù)到7 月上旬，覆蓋了團(tuán)棵期至現(xiàn)蕾期的生長高峰；接下來是成熟前期，從7 月中旬至8 月上旬，此時(shí)烤煙從現(xiàn)蕾期過渡到最下部煙葉的成熟；最后，成熟后期從8 月中旬一直持續(xù)到9 月中旬，直至最上部煙葉的采收結(jié)束。

1.4 低溫連陰雨判別指標(biāo)

基于之前學(xué)者對(duì)烤煙生長發(fā)育受低溫連陰雨天氣影響的研究［17-20］，結(jié)合DB42/T 1374—2018《連陰雨等級(jí)》和DB41/T 2071—2020《連陰雨預(yù)警信號(hào)等級(jí)劃分》中河南、云南、貴州等主要烤煙產(chǎn)區(qū)對(duì)此類天氣的標(biāo)準(zhǔn)定義，并考慮烤煙不同發(fā)育階段生長特性以及湖北烤煙種植區(qū)的地域特點(diǎn)，本研究通過分析平均氣溫、日降水量、日照時(shí)數(shù)及低溫連陰雨持續(xù)的日數(shù)，綜合制定了湖北烤煙低溫連陰雨災(zāi)害指標(biāo)（表1）。

1.5 低溫連陰雨災(zāi)害指標(biāo)統(tǒng)計(jì)方法

統(tǒng)計(jì)湖北烤煙種植區(qū)各站歷年各個(gè)生育期低溫連陰雨過程的7 項(xiàng)指標(biāo)，即：

公式中，TL 為過程平均氣溫，℃；Ti 為低溫連陰雨過程發(fā)生期間每日平均氣溫，℃；n 為低溫連陰雨過程時(shí)間，d；PL 為過程日平均降水量，mm；Pi 為低溫連陰雨過程發(fā)生期間每日降水量，mm；PS 為過程平均總降水量，mm；PZ 為低溫連陰雨過程的總降水量，mm；FZ為低溫連陰雨過程的總次數(shù)；DL：過程平均日數(shù)，d；DZ為低溫連陰雨過程的總時(shí)間，d；FL：年平均過程次數(shù)；Z 為統(tǒng)計(jì)時(shí)間，a；NL為年平均過程日數(shù)，d；NZ 為發(fā)生低溫連陰雨過程的總時(shí)間，d；V 為災(zāi)害頻率，%；S 為發(fā)生低溫連陰雨過程的時(shí)間，a。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖北烤煙各生育期低溫連陰雨災(zāi)害時(shí)間變化規(guī)律

表2 展示了1975—2020 年湖北煙區(qū)在不同生育期遭受低溫連陰雨災(zāi)害的7 項(xiàng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。統(tǒng)計(jì)分析表明，湖北烤煙在不同生長階段表現(xiàn)出顯著的差異。前3 項(xiàng)指標(biāo)，即過程平均氣溫、過程日平均降水量和過程平均總降水量，呈現(xiàn)低—高—低的趨勢，其中成熟前期達(dá)到峰值，伸根期則處于最低點(diǎn)，氣溫差異可達(dá)10 ℃，降水量相差接近1 倍。各生育期的過程平均持續(xù)日數(shù)約為5 d，以成熟后期的5.7 d 為最長，旺長期的4.7 d 為最短。年平均過程次數(shù)（即發(fā)生頻率）和年平均過程日數(shù)均以成熟后期最多，旺長期最少，其年發(fā)生頻率分別為每10 年約發(fā)生6 次和1次，相差近6 倍。

圖2 展示了1975—2020 年間過程平均氣溫、過程日平均降水量和過程平均日數(shù)3 項(xiàng)指標(biāo)的年際變化曲線。由圖2 可知，上述指標(biāo)呈現(xiàn)出波動(dòng)性變化，但并沒有明顯的趨勢性變化。

2.2 湖北烤煙不同生育期低溫連陰雨過程平均氣溫空間分布

圖3 揭示了1975—2020 年湖北烤煙在不同生育期遭受低溫連陰雨災(zāi)害過程平均氣溫的空間分布情況。在伸根期，低溫連陰雨過程的平均氣溫為12.7～14.8 ℃，其中最嚴(yán)重的低溫區(qū)域位于十堰煙區(qū)北部以及神農(nóng)架煙區(qū)。旺長期時(shí)，除了恩施煙區(qū)的西南部外，其他煙區(qū)基本未受到低溫連陰雨災(zāi)害的影響，而恩施煙區(qū)西南部的日平均氣溫則為17.2～19.8 ℃。到了成熟前期，低溫連陰雨過程的平均氣溫升高至20.8～24.2 ℃，此時(shí)重低溫區(qū)主要分布在恩施煙區(qū)的利川站、宜昌煙區(qū)的五峰站以及神農(nóng)架煙區(qū)，而其他種植煙區(qū)的平均氣溫大多在22.9～23.7 ℃。最后，在成熟后期，平均氣溫介于17.5～21.5 ℃，重低溫區(qū)則位于十堰煙區(qū)、襄陽煙區(qū)西部及恩施煙區(qū)西南部。

2.3 湖北省烤煙不同生育期低溫連陰雨過程日平均降水量空間分布

圖4 展現(xiàn)了1975—2020 年湖北烤煙在不同生育期遭受低溫連陰雨災(zāi)害的過程日平均降水量的空間分布情況。在伸根期，日降水量介于4.8～14.3 mm，總降水量則在21.7～80.1 mm 區(qū)間內(nèi)（圖略），其中北部煙區(qū)的降水量較南部少，而降水量的高值區(qū)主要位于恩施煙區(qū)巴東站和鶴峰站，以及宜昌煙區(qū)秭歸站和五峰站。進(jìn)入旺長期，日降水量范圍為9.4～27.2 mm，總降水量為37.4～108.7 mm，此時(shí)降水量的高值區(qū)分布在恩施煙區(qū)利川站和咸豐站、宜昌煙區(qū)秭歸站，以及襄陽煙區(qū)棗陽站。成熟前期的日降水量為13.7～31.3 mm，總降水量為76.7～168.7 mm；而在成熟后期，日降水量則為9.6～18.6 mm，總降水量為48.3～100.9 mm。在這2 個(gè)階段，北部煙區(qū)的降水量同樣比南部少，而降水量的高值區(qū)則位于恩施煙區(qū)建始站、恩施站和鶴峰站。

2.4 湖北烤煙不同生育期低溫連陰雨過程平均日數(shù)空間分布

圖5 顯示了1975—2020 年湖北烤煙在不同生育期遭受低溫連陰雨災(zāi)害過程平均日數(shù)的空間分布情況。在伸根期，低溫連陰雨過程平均持續(xù)時(shí)間為4.0～6.7 d，北部煙區(qū)的持續(xù)時(shí)間普遍短于南部，宜昌煙區(qū)秭歸站過程持續(xù)時(shí)間最長。旺長期時(shí)，恩施煙區(qū)西南部的低溫連陰雨過程平均持續(xù)時(shí)間為4.0～6.0 d。進(jìn)入成熟前期，這一過程的平均持續(xù)時(shí)間為4.6～6.8 d，其中宜昌煙區(qū)興山站和襄陽煙區(qū)棗陽站持續(xù)時(shí)間最長，而其他煙區(qū)大部分持續(xù)時(shí)間集中在5.0～5.5 d。最后，在成熟后期，過程平均持續(xù)時(shí)間為5.0～6.4 d，此時(shí)北部煙區(qū)的持續(xù)時(shí)間長于南部，特別是十堰煙區(qū)鄖西站和丹江口站過程持續(xù)時(shí)間最長。

2.5 湖北烤煙不同生育期低溫連陰雨災(zāi)害頻率空間分布

圖6 展示了1975—2020 年湖北烤煙在不同生育期遭受低溫連陰雨災(zāi)害的頻率空間分布情況。在伸根期、旺長期和成熟前期，恩施煙區(qū)西部是低溫連陰雨過程的重災(zāi)區(qū)。特別是在伸根期，利川站和咸豐站的災(zāi)害頻率分別高達(dá)93.5%、73.9%；而在成熟前期，鶴峰站和咸豐站的災(zāi)害頻率也分別達(dá)到63.0%、52.2%。進(jìn)入成熟后期，重災(zāi)區(qū)則轉(zhuǎn)移到十堰煙區(qū)和恩施煙區(qū)，災(zāi)害頻率均超過了50%，尤其是恩施煙區(qū)咸豐站和利川站，以及十堰煙區(qū)竹溪站，其災(zāi)害頻率分別高達(dá)95.7%、93.5%、91.3%。

3 討論

本研究基于1975—2020 年湖北烤煙種植區(qū)32個(gè)國家氣象觀測站逐日平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)等數(shù)據(jù)，結(jié)合低溫連陰雨判別指標(biāo)，分析了湖北烤煙生育期低溫連陰雨災(zāi)害的時(shí)空分布特征。本研究結(jié)果表明，湖北烤煙在不同生育期遭受的低溫連陰雨災(zāi)害程度不均，過程平均氣溫、日平均降水量及平均總降水量等3 個(gè)指標(biāo)均為低—高—低演變過程，以成熟前期最高、伸根期最低；過程平均日數(shù)均在5 d 左右；年平均過程次數(shù)、年平均過程日數(shù)、災(zāi)害頻率均以成熟后期最多、旺長期最少，其中災(zāi)害頻率2 個(gè)生育期相差近6 倍。湖北烤煙的氣溫、降水在不同生育期南北差異一致，北部煙區(qū)氣溫低，南部煙區(qū)降水多、強(qiáng)度大；過程平均日數(shù)在伸根期、旺長期南部大于北部，成熟后期則反之。湖北烤煙災(zāi)害頻率空間差異顯著，伸根期、旺長期和成熟前期南部煙區(qū)較北部煙區(qū)發(fā)生頻率更高，成熟后期十堰、恩施煙區(qū)發(fā)生頻率相當(dāng)，均高達(dá)56% 以上，過程平均持續(xù)5.7 d。

低溫連陰雨天氣對(duì)煙葉生長和品質(zhì)的影響不容忽視。陳雪芹等［8］研究指出，長時(shí)間低溫冷害會(huì)嚴(yán)重干擾煙葉的生長周期，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降。湖北烤煙種植區(qū)，特別是恩施和神農(nóng)架煙區(qū)，因地理位置和氣候條件，成為重低溫災(zāi)區(qū)。對(duì)此，保溫防寒措施和適宜的播種、移植時(shí)機(jī)選擇成為關(guān)鍵。劉曉迎等［11］研究發(fā)現(xiàn)，連陰雨天氣伴隨的日照不足、低溫、高濕等條件，對(duì)煙葉的生長發(fā)育極為不利。湖北煙區(qū)因地理和氣候差異，連陰雨持續(xù)時(shí)間和影響程度不同。因此，針對(duì)不同生育期和區(qū)域，應(yīng)采取不同的措施，如排水防漬澇和病害預(yù)防治理，以確保煙葉的正常生長和品質(zhì)穩(wěn)定。

8—9 月是湖北烤煙種植區(qū)低溫連陰雨災(zāi)害頻發(fā)時(shí)期，對(duì)烤煙成熟后期生長影響顯著。翟治國等［6］研究表明，過多低溫連陰雨會(huì)限制植物生長、阻礙營養(yǎng)吸收并增加病蟲害風(fēng)險(xiǎn)。因此，需及時(shí)排水、噴施葉面營養(yǎng)液肥，以增強(qiáng)抗性；同時(shí)，選用抗病品種，結(jié)合農(nóng)業(yè)和藥劑防治，減少化學(xué)防治次數(shù)。綜合考慮氣候和作物特性，合理調(diào)整烤煙種植，以優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，提升煙葉品質(zhì)。

隨著全球氣候變化和人類活動(dòng)的影響，氣候變暖可能擴(kuò)大湖北適宜種植烤煙的區(qū)域，但同時(shí)也提高了低溫連陰雨災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。韓敏等［10］研究表明，高風(fēng)險(xiǎn)災(zāi)害的發(fā)生頻率將上升，而中等及以下風(fēng)險(xiǎn)則會(huì)下降。特別是在湖北烤煙成熟后期，十堰和恩施煙區(qū)遭遇重災(zāi)，咸豐站、利川站和竹溪站的災(zāi)害頻率分別高達(dá)95.7%、93.5% 和91.3%。因此，在風(fēng)險(xiǎn)較低的區(qū)域增加烤煙種植面積是可行的，而在高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，則需要調(diào)整種植結(jié)構(gòu)以規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

本研究僅考慮了氣溫、降水量和日照時(shí)數(shù)這3 個(gè)氣象要素，其他自然和社會(huì)因素對(duì)烤煙品質(zhì)的影響尚未得到充分探究。此外，氣象數(shù)據(jù)站點(diǎn)分布的不均勻性也可能導(dǎo)致結(jié)果中氣象因素的誤差。為了更準(zhǔn)確地評(píng)估湖北煙區(qū)的氣候風(fēng)險(xiǎn)并優(yōu)化烤煙生產(chǎn)，未來研究應(yīng)致力于獲取更精細(xì)的氣象數(shù)據(jù)，并結(jié)合具體煙區(qū)情況進(jìn)行分析，以提供更科學(xué)的決策支持。