烤烟移栽期干旱监测评估模型研究及在攀西地区的应用

张玉芳，刘琰琰，杜成勋，肖国杰

(1.中国气象局成都高原气象研究所/高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室，四川 成都 610072；2.成都信息工程大学高原大气与环境四川省重点实验室，四川 成都 610225；3.四川省农业气象中心，四川 成都 610072；4.攀枝花市气象局，四川 攀枝花 617000)

【研究意义】攀西地区地处四川省西南部，是典型的气候脆弱区，农业气象灾害多发、重发，抗灾能力弱[1]。气候因子作为影响烤烟生长及品质的重要因素之一[2-3]。异常天气条件下，如低温和高温、干旱、水涝、风害和冰雹[4-6]等气象灾害均会对烤烟生长造成损害，烤烟的适时移栽是获得较高产量和优良质量的基础[7-8]。抗旱栽烟是提高烟叶产量、质量的关键措施之一。【前人研究进展】近年来攀西地区烤烟播种面积大概有6×104hm2，稳定占据整个四川烤烟种植面积的60 %左右。攀西地区烤烟移栽后期正值干旱期，雨季开始前15 d左右的5月上、中旬移栽的烤烟，由于还苗期处于良好的光热环境里，有利烟苗蹲苗，茁壮生长和形成发达的根系，进入旺长期后迅速形成优质、丰产的群体结构，增强烟株对后期不利气候的抗逆性[9-10]。但多数烤烟种植区的水利设施较差，雨季开始偏迟的年份，由于干旱严重，烟苗移栽成活率低，常因缺苗严重而影响产、质量。如果等待进入雨季后移栽，烟苗成活率虽然高，但由于苗龄过长，易形成老苗、高脚苗，烟苗素质差。特别是干旱对烤烟在蹲苗伸根期的危害影响较大，移栽后无灌溉用水加之雨季未到来，出现移栽后苗干、苗死现象。有关干旱的指标前人已做了大量的研究[11-14]，在日常的气象业务服务工作中主要以降水量、降水距平、CI指数、干旱湿润指数作为干旱评估标准，从气候角度评判烤烟干旱发生情况，与实际情况常有出入。而具体针对烤烟移栽期，从土壤水分收支平衡方面考虑，适合四川省攀西地区农业生产情况，能在农业生产中应用的模型未见报道。【本研究切入点】本研究考虑攀西地区烤烟移栽后期至降水来临时段降水的综合影响，通过农田水分盈亏量与标准蒸散量之比值，作为评定烤烟移栽期干旱的指标，从烤烟移栽期干旱指数的变异系数、风险概率、风险指数等多方面分析烤烟移栽期的风险度。 【拟解决的关键问题】为相关部门制定烤烟生产计划及防旱减灾措施提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究收集了攀西地区15个县1990-2016年近27年的逐日平均温度、降水量、日照时数、风速及海拔高度等资料；《中国气象灾害大典(四川卷)》[15]对攀西地区历年干旱灾害的详细记载；攀西农区各县统计局从1990-2016年烤烟单产、总产及面积数据(图1)。

1.2 烤烟干旱生育时间界定

烤烟移栽期是全年的用水集中期，亦是农事关键期，就攀西地区而言，烤烟移栽期主要集中在4月下旬至5月中旬，该时期自然降水少，不能满足移栽用水，需依靠水窖及山区小水塘在秋冬春季集中的降水进行灌溉，在移栽过后(4月下旬)至雨季来临还有一段时间，该时段较易出现干旱，研究该时段烤烟土壤干旱状况，可为生产部门何时进行灌溉以及是否进行灌溉提供科学依据，后期攀西地区进入了雨季，依靠自然降水足以提供烤烟生产用水，干旱出现概率较小。 因此，就攀西地区实况而言，秋季(去年9月中旬到11月)蓄水状况对攀西烤烟在移栽期及后期灌溉生产中有巨大的影响，本文是在保证有水源完成烤烟移栽的情况下，分析烤烟在蹲苗伸根期干旱造成的危害影响，即移栽后到雨季来临前(从4月21日开始，第1个连续10 d总降水量≥30 mm，定义为雨季开始期，并且第1个降水日达到10 mm为开始日)时段干旱对其影响，为烤烟适时灌溉提供科学依据。

图1 攀西烤烟种植区气象台站分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in tobacco planting area of Panxi region

1.3 移栽开始到大雨来临前烤烟干旱监测模型建立及等级划分

1.3.1 移栽开始到大雨来临前烤烟干旱监测模型建立 本研究采用水分盈亏量与标准蒸散量之比值I表示农田水分收支情况，其绝对值越大，水分失衡越严重[16]，第i个旬Ii为：

Ii=-(Pi-ETi)/ETi

式中:Pi为所计算移栽后第i个旬的降水量，ETi为该时期的标准蒸散量，Penman-Monteith公式[17-18]求得。

第1旬(4月下旬)干旱指数I(1)=-(P1-ET1)/ET1，第2旬进行干旱监测时干旱指数为I(2)=0.4I1+0.6I2，第3旬进行干旱监测时干旱指数为I(3)=0.4I2+0.6I3,第4旬进行干旱监测时干旱指数为I(4)=0.4I3+0.6I4……以此类推，计算到大雨来临前期。

I(i)=0.4Ii-1+0.6Ii

表1 烤烟干旱等级划分标准

因降水距离监测时段越近，影响越大，即前一时段权重系数定义为0.4，后一时段为0.6。

1.3.2 干旱等级划分 通过《中国气象灾害大典》[15](四川卷)对干旱记载，对比计算得出的攀西地区典型年份烤烟干旱指数，确定烤烟干旱等级指标。将之分为无旱、偏旱、重旱3个级别。

1.4 烤烟移栽开始到大雨来临前干旱风险评估

1.4.1 变异系数 变异系数计算公式可参考李李世奎等在《中国农业灾害风险评价与对策》书籍和薛昌颖等在文献《华北北部冬小麦干旱和产量灾损的风险评估》中的详细阐述[19-20]，其中将干旱指数大于0.5，定义为偏旱等级；干旱指数>0.9，定义为重旱等级。

1.4.2 正态分布函数风险概率 计算了攀西烤烟1990-2016年干旱指数的偏度和峰度，验证了其各站干旱指数基本服从正态分布规律，因此，可以用正态分布来求取偏旱和重旱界限下的风险概率[20-21]。

1.4.3 风险指数 风险指数把干旱强度和发生频率有机结合，能客观反应干旱风险性大小[22]。

2 结果与分析

2.1 烤烟移栽期干旱分布特点及变异系数

从各地平均干旱指数来看：攀西农区大部都处于偏旱范围，其中值较小区域主要集中在攀西农区的东北部，在0.5～0.7之间，较大区域集中在南部的大部区域，主要为盐边县、会理县、会东县、仁和区的全部，宁南县、盐源县的大部及米易县的部分区域，干旱指数为0.8～0.9之间，说明该区域干旱发生程度要重于攀西地区东北部(图2)。

图2 攀西烤烟移栽期平均干旱指数分布Fig.2 Drought index distribution during tobacco transplanting period in Panxi region

图3 攀西烤烟移栽期偏旱界限下的变异指数分布Fig.3 Distribution of coefficient of variation of drought index at the level of slight drought during tobacco transplanting period in Panxi region

从计算的偏旱界限上的变异系数来看，值大都在10 %～25 %之间，其中以攀西农区东北部大部及南部局部区域为值相对大区域，尤以冕宁县和米易县最大，达20 %以上，说明该区域干旱发生年份较多，风险较高；偏旱界限上变异系数值较小区域主要为南部的会理，会东、宁南、盐边以及北部的越西在10 %左右，说明该区域干旱发生年份较少，风险较小(图3)。

从重旱界限上的变异系数来看(图4)，值大都小于5 %，值较大区域集中在西昌、德昌、宁南、普格、会东、美姑及雷波县，说明该区域重旱发生年份较多，风险较大，值较小区域为越西、甘洛县，该分布与偏旱界限上的变异系数分布一致，说明该区域干旱发生年份相对较少。

图4 攀西烤烟移栽期重旱界限下的变异指数分布Fig.4 Distribution of coefficient of variation of drought index at the level of severe drought during tobacco transplanting period in Panxi region

图5 攀西烤烟移栽期偏旱界限下的风险概率分布Fig.5 Distribution of risk probability of slight drought during tobacco transplanting period in Panxi region

图6 攀西烤烟移栽期重旱界限下的风险概率分布Fig.6 Distribution of risk probability of severe drought during tobacco transplanting period in Panxi region

图7 攀西烤烟移栽期干旱风险指数分布Fig.7 Distribution of risk index of tobacco drought during transplanting period in Panxi region

区号No.风险程度Risk level综合风险指数Composite risk parameterⅠ高≥1.6Ⅱ较高1.4～1.6Ⅲ较低1.2～1.4Ⅳ低≤1.2

2.2 烤烟干旱风险概率

从风险概率的分布来看：偏旱界限上的风险概率自北向南逐步减小，重旱界限上的风险概率，中间区域最大，其余区域自南向北逐步减小。偏旱界限上的风险概率大都在18 %～24 %之间，其中以北部的部分区域风险概率在20 %以上，出现偏旱的可能性相对大些，风险最大，南部攀枝花大部区县出现偏旱的风险概率相对小些。重旱界限上的风险概率大都集中在5 %～20 %之间，其中北部的越西和甘洛10 %左右，中部的德昌、普格及宁南等县在17 %以上，发生重旱的风险概率相对较大，其余大部区域都在10 %～17 %之间(图5～6)。

2.3 烤烟干旱风险指数及综合风险区划

如图7所示，自东北向西南逐步增大的趋势，其中攀枝花大部及凉山州的部分区域在60 %～85 %之间，尤以盐边、德昌、仁和区及会东县的部分区域最大达70 %～85 %之间，值较小区域主要集中在攀西农区的东北部，其中甘洛、越西及美姑县在30 %左右。

为了反映攀西地区烤烟干旱综合风险，本研究将偏旱界限上的干旱指数变异系数、风险概率和风险指数3种指标进行极差标准化后相加，得到综合风险指数，并参考《中国气象灾害大典》[15](四川卷)对干旱记载，划分为如下4个等级(图8)。

图8 攀西烤烟移栽期干旱综合风险等级分布Fig.8 Distribution of composite drought risk grades during tobacco transplanting period in Panxi region

由图8可以看出，高风险区位于凉山州的冕宁县大部，昭觉德昌局部、米易县东北的大部分地区，主要涉及米易县的攀莲镇、草场乡、白马镇、丙谷镇、新山乡、普威镇等乡(镇)，这些地区气温高，蒸发量大，雨季开始前，降水量较少。

较高风险区位于凉山州大部及米易县高风险区周边以及盐边县北部少部分地方，主要涉及攀枝花市的白坡乡、麻陇乡、得石镇、红宝乡等乡(镇)。这些地区大部分处于山区，气温略低，蒸发量略小，雨季开始前，降水量相对较少。

较低风险区包括凉山州北部的甘洛和越西及攀枝花南部的仁和区、东区、西区、盐边县南部，以及盐边县北部低风险区周边地方。主要涉及攀枝花市的平地镇、大田镇、仁和镇、银江镇、同德镇、格里坪镇、红格镇、格萨拉乡等乡(镇)。这些地区处于金沙江河谷、南部中高山区，以及西北部的山区，雨季开始前，空气干燥，蒸发量大，降水量少。中高山区的人工灌溉条件略差，金沙江河谷区人工灌溉条件较好。

低风险区大部位于攀枝花盐边县北部二滩水库尾水的部分地方。主要涉及渔门镇、永兴镇、惠民乡等乡(镇)。这些地区处于河谷和中山区，雨季开始前，降水量少，蒸发量略小，人工灌溉条件相对较好。

3 结 论

(1)从各地平均干旱指数来看：攀西农区大部都处于偏旱范围，其中南部发生干旱程度要明显重于东北部；重旱界限上的变异系数值较大区域主要集中在中部、东北部及西南部局部，说明该区域重旱发生年份较多，风险较大。从风险概率的分布来看：偏旱界限上的风险概率自北向南逐步减小，重旱界限上的风险概率值以攀西农区中部区域最大，其余地区自南向北逐步减小。

(2)从综合风险指数来看：高风险区位于凉山州的冕宁县大部，昭觉德昌局部、米易县东北的大部分地区，该地区气温高，蒸发量大，雨季开始前，降水量较少。

4 讨 论

本文挑选了攀西地区烤烟移栽到雨季来临受干旱影响最为严重的这段时期，考虑农业气象情报实际服务需要，以旬为单位，并对逐旬设定权重的方法，计算该时段农田水分盈亏指数。该模型能较为客观反应攀西地区烤烟干旱时空分布特征。建立的攀西烤烟移栽期干旱监测模型，利用了攀西烤烟历年灾情数据和灾害大典中的记载，对烤烟干旱等级进行划分，与近年实况对比，得到了较为一致的结果。