旱涝急转对贵州烟草生长的影响及减灾对策

张 永 婷，慎 东 方，张 泽 中，商 崇 菊，樊 华

(1.华北水利水电大学 水利学院，河南 郑州 450046； 2.贵州省水利科学研究院，贵州 贵阳 550002)

旱涝急转事件是指在前期无降水或降水偏少、且已出现旱情的情况下，紧接着在短期内发生高强度降水并形成洪涝的气象水文事件[1]。短期内遭遇干旱和洪涝灾害的急剧转变，区域受到的影响和损失成倍增加，对人民的生命安全和粮食生产安全造成了极大的影响[2]。我国的烟草种植面积和总产量均居世界首位[3]，烟叶生产在我国国民经济中占有重要的位置。贵州作为我国第二大产烟区，所产的烟叶深受市场的青睐，是贵州重点脱贫产业之一。但是，气候变化导致的旱涝急转灾害频繁发生，使得贵州烟叶品质和产量不稳定。

国内外学者对极端水文事件旱涝急转进行了卓有成效的研究。国外学者Vogel等[4]研究了圣路易斯异常降水的天气原因；Trenberth等[5]研究了美国北部1988年的极端干旱和1993年极端洪水的物理成因。国内学者封国林等[6]研究了长江中下游地区旱涝急转的成因；孙鹏等[7]研究了东江流域汛期旱涝急转的时空演变特征；邓艳、周西等[8-9]分别研究了旱涝急转对长江流域水稻花生产量的影响。以上针对旱涝急转事件的研究，仅分析了其成因、特征规律及造成的影响，对其应对措施鲜有报道。本课题组成员谷红梅、张泽中[10-11]等分别从不同角度分析了贵州兴仁县和贵阳市烟草生育期内旱涝急转特征，樊华[12]等研究了近50 a来旱涝急转的时空演变特征，但对烟草发生旱涝急转事件防灾减灾的应对措施没有报道。

本文根据烟草生育期的特性，结合该地区旱涝急转时空分布特征、演变规律及其造成的影响，考虑区域水利工程调控、灌区灌排系统布设、田间耕作和作物水肥气热综合管理等措施，从工程和非工程两方面提出因地制宜的防灾减灾对策，以期为减少贵州产烟区旱涝急转损失、科学防灾减灾提供支撑。

1 旱涝急转时空分布特征及演变规律

进入21世纪，贵州省多地发生了较为严重的干旱和洪涝灾害。干旱和洪涝灾害在较短时间内发生，呈现旱涝急转特性。旱涝急转不仅与降水有关，还受日照、气温、大气环流等因素的影响。由于贵州不同地区发生干旱和洪涝灾害的时间和特征不同，故旱涝急转发生的时间和特征也不相同。旱涝急转事件的频发和广发，对人民生命安全和粮食生产造成威胁，日益引起了人们的重视。为了减轻旱涝急转发生造成的各种不利影响，合理科学地提出防灾减灾对策，本课题组根据中国气象局国家气象信息中心提供的贵州省境内19个基本气象站1968～2017年的逐日降雨量资料，采用不同的方法识别并分析了贵州旱涝急转时空分布特征与演变规律。

在日尺度旱涝急转指数(IDWAAI)的基础上，对计算方法中的前、后期旱涝程度项进行修正改进，构建了适宜贵州实际情况的日尺度旱涝急转指数(IDWAI)，其基本表达式为

IDWAIi=[K+(SPA前i-SPA后i)×(|SPA前i|+|SPA后i|)]

×α-|SPA前i+SPA后i|

(1)

(2)

式中：SPA前、SPA后为前、后期的旱涝程度项；SAPIi和SAPI0分别代表涝期第i天和前期最后一天的SAPI值，SAPI为标准化前期降水指数，计算方法见文献[13]；n为涝期天数；α为权重系数，闪丽洁[14]等建议α取值范围为1.0<α≤1.4，本文根据贵州实际情况，并结合α各种取值计算结果的对比及其合理性分析，确定取α=1.1。

指数中的SPA前和SPA后可表征旱涝急转事件中的“旱”、“涝”等级，其划分见表1。IDWAI值大于0，表明有旱涝转折现象发生；IDWAI值越大，表明旱涝转折的程度越大。“微度”的旱涝转折说明一定程度的降雨对前期干旱起到缓解作用，不能定义为旱涝急转事件，中度和重度旱涝急转事件称为高强度旱涝急转事件。根据计算结果和贵州的实际情况，IDWAI旱涝急转等级划分见表2。

表1 “旱”“涝”等级划分标准Tab.1 The classification standard of “drought” and “flood”

表2 IDWAI旱涝急转等级划分Tab.2 Classification of IDWAI drought-flood abrupt alternation

借鉴黄晚华等[15]构建的区域干旱评估指标，采用频次、站次比和强度来反映贵州省旱涝急转事件的时间分布特征，对贵州近50 a发生的旱涝急转数据进行分析研究，旱涝急转年内分布特征见图1，年际分布特征见图2；采用气候倾向率和 Mann-Kendall 法[16]进行趋势性分析，其中气候倾向率即线性倾向率，采用最小二乘法拟合长时间要素序列一元回归方程，并以回归系数的10倍表示；利用 Mann-Kendall法对变化趋势的显著性进行检验。

图1 1968～2017年贵州省旱涝急转年内分布Fig.1 Annual distribution of drought-flood abrupt alternation events in Guizhou Province form 1968 to 2017

图2 1968～2017年贵州省旱涝急转站次比和强度变化特征Fig.2 Variation characteristics of station proportion and intensity of drought-flood abrupt alternation over 1968～2017 in Guizhou province

采用ArcGIS反距离权重插值法分析空间演变特征，具体见图3。

图3 高强度旱涝急转事件频率分布Fig.3 Frequency distribution of high intensity drought-flood abrupt alternation events

采用旱期连续无有效降水时间和涝期累计有效降水量来对烟草的涝渍和干旱进行等级划分，根据此标准来研究烟草生育期内旱涝急转的特征。烟草对涝渍和干旱的等级划分见表3～4。

表3 基于累计有效降水量的烟草涝渍等级划分Tab.3 Tobacco waterlogging classification based on accumulative effective precipitation mm

表4 基于连续无有效降水时间的烟草干旱等级划分Tab.4 Tobacco drought classification based on continuous time without effective precipitation d

通过对研究成果[10-12]进行归纳分析总结，得出贵州省旱涝急转时空分布特性及其演变规律。① 贵州省主要在4～10月发生旱涝急转，占全部旱涝急转事件的96.59%，且贵州省易旱类型为夏旱和春夏连旱，年内降水主要分布在5～10月，极易发生旱涝急转，发生中度及以上的旱涝急转主要集中在7～9月，夏季旱涝急转最为严重，全省超过50%的区域发生旱涝急转频率在50%以上。② 2000年以后全域性旱涝急转发生频繁，自2010年以来有3 a旱涝急转发生的范围超过了70%。近50 a来，贵州省多以轻度旱涝急转为主，随着时间的推移，贵州省发生旱涝急转的站次比和强度均有增加趋势，其中站次比增加趋势更明显，表明未来发生大范围高强度的旱涝急转事件风险增加。季节特征上，春夏两季旱涝急转强度和夏季旱涝急转站次比增加趋势显著，秋季旱涝急转强度有减小趋势，站次比变化趋势不明显。③ 贵州省发生旱涝急转的频率和强度由西向东递增，旱涝急转发生最频繁且强度最大的地区是铜仁东南部及黔东南州东北部地区，中东部地区次之。由于季节的差异，旱涝急转空间分布也不同。总的来看，不同季节的旱涝急转强度均表现为西部低于东部，夏秋两季发生旱涝急转的范围和强度较高。④ 旱涝急转易发时段也是贵州产烟区的烟草生育期，不同的生育期发生的旱涝急转强度也不同。以贵阳为例，烟草伸根期多以涝渍为主，不利于扎根，不发生旱涝急转；旺长期为低强度的旱涝急转，急转强度大多为中旱转中涝，急转强度和频率都有增加趋势；成熟期降水多且波动大，极易发生旱涝急转，旱涝急转的强度波动较大，成熟前期的急转强度大多为重旱转重涝，成熟后期大多为重旱转中涝。贵阳市近50多a来发生的旱涝急转强度均为特旱转某种程度的涝，可见重度干旱对旱涝急转的发生影响较大。

2 旱涝急转对烟草的影响

在烟草的生命活动中，水分参与烟株体内一切代谢过程和烟草的形态建成[17]。烟草对水分的敏感度很高，不同的生育期对水分的敏感程度也不同。水分过多或过少都会影响烟叶的质量和品质。水涝时因土壤水分过多，气体交换受阻，根系呼吸困难，使根系吸肥、吸水的能力降低，从而导致烟草体内的生理生化反应紊乱，容易形成“水烘”；受到水涝胁迫的烟草，叶片薄、水分多，调制时颜色难以固定，调制后色泽暗、油分少、弹性差、吸味淡[18]。蔺万煌等[19]的研究表明烟草受洪涝灾害后其净光合速率、蒸腾强度、根系活力和烟叶钾含量均随淹水时间的延长和淹水深度的增加呈极显著下降趋势。汪耀富[20]研究表明，在干旱胁迫下烟叶产量下降，上中等烟比例减少，特别是严重干旱胁迫对烟叶产量和上中等烟比例的影响更大。烟草叶片的生长和最终产量的形成主要依靠地上部叶片的光合作用，如果前期和中期受旱，烟草茎叶生长发育受到抑制，光合能力就会减弱，同化物向叶部的运输减少，致使其发育不良，产量基础变得薄弱，造成减产。

单一的旱涝胁迫都会诱导烟草的生理和农艺性状发生改变，当干旱和洪涝灾害积累到一定程度，交替出现旱涝急转时，造成的影响会叠加或加剧。烟草旺长期发生旱涝急转会增加病虫害，无论发生任何类型的旱涝急转都可能增加烟草病虫害的严重程度，病虫害直接对烟草产量和品质不利。磷元素作为评价烟叶外观质量的指标，它能够促进烟叶成熟，提升烟叶品质。烟草缺磷元素会导致叶片成熟度不够，叶片色泽不新鲜，但磷元素过多时，会引起烟柱贪青晚熟，烟叶过厚，燃烧性差，烘烤后油分缺乏等。烟草对磷元素的吸收与土壤微生物环境有关，长期干旱不利于微生物生长，淹水后土壤结构改善，促进了烟草对磷元素的吸收，故旱涝急转使烟草磷元素含量普遍较高，降低了烟叶的品质。烟草前期发生轻度的旱涝急转，可以改变土壤水分，促进烟草根系发展，但旺长期内不论发生任何类型、任何程度的旱涝急转，烟草产量均低于正常环境生长下的烟草产量。

3 贵州烟草旱涝急转防灾减灾对策

随着全球气候变化加剧，旱涝灾害发生的范围和频率均不断增大，防灾减灾工作得到各国政府前所未有的重视。我国各级政府历来重视自然灾害的防治与救助。习近平总书记指出“科学认识致灾规律，有效减轻灾害风险，实现人与自然和谐共处，……，坚持以防为主、防灾抗灾救灾相结合，全面提升综合防灾能力，为人民生命财产安全提供坚实保障。”新时代治水思路是“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”，水利工作改革发展总基调是“水利工程补短板，水利行业强监管”。我国新时代防灾减灾和治水总方针以及水利事业发展政策基调为贵州烟草旱涝急转防灾减灾对策制定提供了基本遵循。

3.1 加快建设水利工程，提高防洪抗旱标准

贵州是典型的山区省份，总体上水资源较丰富，但受地形地貌条件的限制，加上降雨时空分布不均和水利工程建设不足等原因，水资源利用率仅为8.9%[21]，耕地土壤层薄，容易发生旱灾，对烟草生产不利。因此，要加快水利工程建设，增强蓄水、提水和调水工程能力，进而提升烟草灌溉保证率。要加强小型水库、抗旱应急备用井、引调提水工程等抗旱应急水源工程建设，在旱期保障重点旱区乡镇居民的饮水安全和烟草生长关键期的用水需求，提高重点旱区抗旱应急供水能力；在涝期，水库、水井、水窖等小型水利工程蓄积多余的雨水，蓄积的雨水在干旱期用于缓解人们的饮水安全和烟草水分需求。在地形坡度较大的地区，尽可能建设以多水源为主的输配水工程，合理进行水资源优化配置，保障供水安全，确保旱能灌。同时，贵州农田水利工程最后一公里问题严重，农田灌溉以大田沟畦灌为主，深层渗漏严重，灌溉水利用率低，为了提高灌溉水利用效率，烟草生产区要补齐农田水利最后一公里输水工程短板和推广烟草节水灌溉技术。完善田间灌排工程，特别是管网配套设施，扩大喷灌、滴灌等烟草节水灌溉面积，提高烟草水分利用率，将节省下的多余水量储存起来，用于抗旱，降低干旱对烟草不利影响。

对旱涝急转高强度频发区，适当地建立大中型水库或形成水库群，提升蓄水和抗旱能力；对中小型病险水库进行除险加固、清淤疏浚，恢复水库的防洪和兴利库容。加强已有烟水配套工程的修护力度，提高防灾减灾能力，开展沟渠、塘坝、蓄水池等小型工程定期检查，发现问题及时解决，确保工程正常运行，间接减少旱涝急转灾害烟草损失。在地势低洼地区，建设完备的“长藤结瓜”式的雨洪蓄排体系，疏通排水沟渠；在蓄满储水工程后，通过排水系统顺利排洪防涝，确保涝能排。

3.2 加强田间水肥管理，增强防旱防涝能力

水分是烟草生长发育重要的因素，不同的生长期对水分的敏感程度也不同。烟草对水分的敏感程度为伸根期最大、旺长期次之、成熟期最小[22]。为防止水分胁迫影响烟草的产量及品质，田间管理措施必不可少。通过加强田间管理来改变水分胁迫下的烟草农艺性状，从而增强烟草的防旱防涝能力，达到防灾减灾的目的。

烤烟对肥料的施用非常敏感。研究发现，烤烟对营养元素的吸收量分别是钾>氮>钙>镁>磷。在干旱胁迫下，增加钾肥的施用量，会提高烟草对钾素的吸收利用率，烟株的超氧化物歧化酶活性会提高7%～42%，可减轻烟叶细胞膜因干旱胁迫而产生过多的活性氧自由基的损伤，烟株体内出现水分胁迫的时间推迟，从而增强烟株的抗旱性[23-24]。为了提高水肥利用率，利用水肥耦合技术，水钾耦合可提高钾肥的利用率。渗透胁迫下，施钾量越大，土壤中的钾向深层土壤运移量增加，而灌水促进了烟株对钾的吸收，提高了烟叶含钾量及产值，从而增强了烤烟的渗透调节能力，增强了烟株的抗旱性[25]。除了钾肥之外，其余种类的化肥也可提高烟草抗逆性，在施加磷肥的基础上施加钙肥可增加烤烟在逆境中叶片结构的稳定性，对提高烟株抗逆性有明显效果[26]。施肥量可根据贵州不同烟区土壤肥力情况而定。

不同的覆盖措施和起垄方式对烟草的抗逆性及产量也具有明显效果。地膜秸秆双覆盖具有明显的保水增肥效果，比单一秸秆覆盖产量提高13%～15%[27]。烟草发生干旱胁迫时，其丙二醛含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量均增加[28]。研究发现，旺长期秸秆覆盖处理的烤烟丙二醛含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量高于地膜处理，而旺长期后秸秆覆盖丙二醛含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量比地膜覆盖处理低，这说明前膜后秸秆处理有抗旱作用[29]。起垄栽培能提高地温，增加土壤的透气性，使土壤微生物活性增强，“高垄+覆膜”能够提高烟草的产量和质量[30]。当烟草发生洪涝灾害时，覆膜部分隔绝了雨水直接向烟草根部的运输，大部分雨水顺着垄沟流向沟渠进而流向储水设施或入渗到地下，既减少了洪涝灾害对烟草产生的影响，同时又储存了大量的雨水、补充了地下水，这些雨水和地下水可以用于旱期烟草的灌溉。此外，保水剂能有效提高土壤蓄水能力，改良土壤结构。营养型的抗旱保水剂具有保水和营养双重功能，吸水倍数为50～300倍[31]，有利于烟草的生长发育，对作物抗旱起到一定作用。

烟草作为典型的旱作经济作物，旺长期是需水关键期，也是旱涝急转易发期。采用起垄根系层间隔铺膜旱作物种植节水系统，垄沟底部设有节水结构和补水结构，涝期多余的降水可以通过垄沟入渗到节水结构储存起来，满足旱期烟草灌溉；在重干旱时，补水结构发生作用，根系通过吸取地下水来缓解旱情。在田间烟草水肥管理中，可采用插针式滴管，也可采用多芯渗灌系统及多芯渗灌带或具有储水功能的灌溉膜袋，来巧灌追肥水，实现水肥一体灌溉。

综合上述各类田间水肥措施减灾原理，贵州烟草旱涝急转田间水肥管理防灾减灾模式定为“五元底肥+移栽保水剂+起垄覆膜秸秆双覆盖+巧灌追肥水”。其中，五元底肥为钾肥、氮肥、钙肥、镁肥和磷肥。

3.3 完善农业保险体系，减少旱涝急转损失

贵州省素有“八山一水一分田”之说，其气候鲜明、冬无严寒、夏无酷暑、四季分明。绵延的高原山地、纯净的氧气、丰富的日照、充沛的降水、温和的气候环境成为贵州优质烟叶生长的绝佳环境，成就了贵州全国第二大优质烤烟生产基地。但特殊的喀斯特地形地貌影响，以及近年来“厄而尼诺”现象的连续发生，导致贵州产烟区降水时空分配不均，易出现旱涝急转灾害，难以在烟叶生长发育过程中实施科学合理的用水调配，对烟草的产量带来较大的影响，制约了贵州烟农的经济收入增加与生活水平提升。为了减轻烟农的经济损失，降低因为自然灾害等原因造成的风险，贵州省需要构建属于烟草地方特色农业保险。

农业保险是指农业生产者在农业遭受自然灾害、意外事故疫病、疾病等保险事故时为弥补经济损失所提供的一种保险。贵州省地方特色农业保险仅有烤烟和茶叶两种，保障程度不能满足农业多样化的要求[32]，而且在2008～2012年贵州农业保险的赔付率均超过60%，最高超过180%，支出收入远超过保险业公认的农业保险70%的损益平衡临界点，保险公司亏损严重，使其开展农业保险的积极性不高[33]。另外，贵州烟农收入不高，风险意识较差，故购买农业保险的意愿不强。农业保险保费高、风险大，保险公司与烟农均不能独立承担，所以农业保险的推广需要政策扶持和财政补贴。为了降低保险公司和烟农的损失，更好地开展农业保险业务，可以采取“三三制”制度。即在国家政策支持下，由政府、烟草公司和烟农3个烟草获益主体分别按一定的比例(即在烟叶生产经营的价值链中的价值分享的比例)出资，建立烟叶生产经营风险基金。当烟草生产过程中主要因遭受自然灾害影响其产量和烟农的经济收入时，保险公司需要对烟农进行一定的补贴，其补贴标准以烟农的收益不低于其机会成本、烟草公司的利润不为0为标准[34]，且补贴制度需要公开透明。

当烟农没有能力或不愿投入保险时，烟草公司可以与烟农签署《交卖足量合格烟叶协议》后为烟农购买保险，逐步增加烟农的忧患和保险意识。另外要加快创新财政促进金融支农方式，将产业政策、财政政策同金融政策结合使用，充分发挥农业保险对烟草产业的支持作用，提升农业风险保障水平，增加农业保险覆盖率。目前贵州地方特色农业保险品种达到34个，为了更好地提升烟草旱涝急转防灾减灾能力，根据贵州山地气候条件的特殊性，烟草的保险方案可以针对不同海拔种植地区，设计阶梯式的赔偿方案。

3.4 建立灾害预警机制，防范旱涝急转的发生

旱涝急转主要受大尺度大气环流因素的影响。东北风的水汽输送为贵州带来高纬度地区的干冷空气，使贵州受下沉气流控制不易产生降水，而东南风的水汽输送为贵州带来热带地区的湿暖空气，为贵州出现持续性降水提供充足的水汽和能量[35]。为了减少旱涝急转事件的发生，需要建立一套符合经济社会发展且具有“灾前准备-紧急防御-灾后处理”的灾害预警机制，全面提升防灾减灾能力和综合管理水平。利用互联网、GIS、云管理等先进技术对各地区气象因素和土壤墒情的变化加强监测，加强气象、水文站点的监测，增加监测点的数据统计，提高监测精度，建立完善的监测体系。各地区形成数据共享机制，为识别旱涝急转作前期准备。当旱涝急转即将发生时，要做好紧急防御工作，避免带来较大影响。灾害一旦发生，需要立刻启动灾后处理机制，最大可能减少对烟草的影响和烟农的损失。为了更好地管理灾害预警机制，实行分级指挥管理，每个人站好自己的一班岗，做到井条有序，不慌不乱。

3.5 提升烟农参与意识，增强抵御风险能力

通过各种类型的宣传教育，提升烟农参与维护防灾减灾工程设施。建立并完善旱涝急转灾害管理模式，建立地表水和地下水联合调度机制；优化水资源配置，建立抗旱与防洪排涝统筹应对的水利工程联合运行调度机制，确保水利工程旱能灌、涝能排。加强烟水工程的管理，做好防灾减灾最后一公里。相对而言烟农对维护水利工程的意识差，没有领会“谁管护谁受益”政策，造成烟区水利工程进行维护现状较差，当旱涝急转发生时，发挥不出应有的效益。因此各烟区政府应分别成立由烟草、水利、财政、审计等部门组成的烟水配套工程运行管护委员会，制定考核对象、考核内容、考核标准、考核结果运用，并将考核结果与福利待遇挂钩，提高其管护工作的责任性、积极性、主动性，从而提高烟水工程防灾减灾、增强抵御风险的能力。同时，加大宣传教育力度，要大力向烟农普及管护政策的真正含义，提高管理保护意识，使其真正明白“谁管护谁受益”。

4 结 语

贵州作为自然灾害易发区，极端水文事件旱涝急转的发生影响了当地烟草的生产和人民群众的生活，阻碍了当地的可持续发展。在烟草生育期内，尤其旺长期，发生旱涝急转对烟草产量和质量影响最大。基于我国新时代防灾减灾和治水总方针，提出了贵州旱涝急转防灾减灾方案，包括建设水利工程、加强田间管理、完善农业保险、建立预警机制和提升烟农参与意识五大综合措施。加快水利工程建设，增强蓄水、提水和调水工程减灾能力是贵州烟草旱涝急转对策第一要务；贵州有效应对烟草旱涝急转的田间水肥管理模式是“五元底肥+移栽保水剂+起垄覆膜秸秆双覆盖+巧灌追肥水”；农业保险制度的实施可以分散烟草受灾风险；建立预警机制和提升烟农参与意识是贵州旱涝急转防灾减灾高效管理的重要基础。该旱涝急转应对方案可有效地削弱旱涝急转对贵州烟草造成的不利影响，减少烟草因灾损失，为提升贵州农业旱涝急转灾害管理水平提供科学参考。