高淳油菜花期低温连阴雨灾害评估

狄啸， 时冬头， 夏晓敏， 陆一磊， 孔维财

(南京市高淳区气象局，江苏 南京 211300)

我国油菜可分为春油菜和冬油菜，其中冬油菜种植面积占绝大多数，且主要集中在长江流域，占全国油菜产量的80%以上[1-3]。江苏气象条件优越，适宜油菜生长，是我国重要的油菜种植区域。2020年江苏省油菜种植面积17.3万hm2，总产量51.2万t[4]。近年来，受粮油价格上涨影响，外加油菜花观光旅游经济的发展，农民种植积极性提高。据统计，2015年以来高淳油菜花节期间国民经济收入逐年增加，增幅在20%以上。

高淳油菜通常约在9月22日播种，翌年5月21日成熟。油菜生育期内气象灾害多发，主要气象灾害有冻害、干旱和渍害。花期是油菜生殖生长的关键时期，该时段的低温连阴雨灾害持续时间长、影响范围大，对油菜危害尤为严重[5-7]。韩沁哲等[8]研究了湖南省油菜生长期连阴雨时空分布特征；刘熔熔等[9]分析了浙江省油菜花期降水风险；许孟会等[10]研究了春季连阴雨对油菜生长的影响；刘瑞娜等[11]分析了安徽省油菜花期连阴雨关键致灾因子，建立了油菜花期连阴雨灾害评估指标体系。虽然前期研究油菜花期连阴雨灾害和渍害较多，但综合考虑花期低温和渍害对油菜的影响较少。本文通过分析1970—2019年高淳油菜花期低温连阴雨灾情和油菜产量数据，选取了适合本地区的连阴雨标准，建立了油菜花期低温连阴雨指数评估方法，并构建了油菜气候产量和花期低温连阴雨指数的回归模型，为预测花期低温连阴雨对油菜产量的影响提供依据，为决策部门做好农业防灾减灾工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 资料来源

江苏的油菜农业气象观测普遍从20世纪80年代开始，高淳为最早开展观测的6个站之一，且观测记录至今未中断。本文选取高淳国家气象站和农气站1970—2019年油菜花期(3月1日至4月20日)的气象数据和农业气象观测数据；高淳油菜产量数据来源于南京市统计年鉴；低温连阴雨灾情数据来源于南京市高淳区气象局的历年灾情记录。

1.2 气候产量的计算

油菜产量主要受农业生产水平和气象条件的影响[12]，因此，可将产量分解为随生产力变化的趋势产量、随气象条件变化的气候产量、随机变量。

Yw=Y-Yt-ε。

(1)

式中，Yw为气候产量，Y为实际产量，Yt为趋势产量，趋势产量由5 a滑动平均求得，ε为随机变量，由政策等因素导致，占比小，可忽略。

1.3 连阴雨灾害天气选取标准

根据气象观测规范和实际情况，连阴雨灾害的标准和分级指标选取如下[13-14]：

一次连阴雨最少为5 d；当连阴雨过程持续时间为5 d，期间不允许有无雨日；过程持续时间为6～7 d的，中间允许有1个无雨日；过程持续8～10 d的，中间允许有2个不相邻的无雨日；持续时间≥11 d的，不严格规定非连续降水间隔天数；连续2 d无雨作为连阴雨结束。

1.4 低温连阴雨指数及模型的构建

植物的生长离不开光、温、水等条件，通过积温学说可知，温度对油菜花期的生长至关重要。油菜花期生长适宜温度为14～18 ℃，低于10 ℃时生长缓慢，低于5 ℃时不开花[15]。高淳为丘陵地形，河网密布，大部分耕地常年平均地下水位小于2 m，长期处于过湿状态，当花期雨水过多，会引起油菜湿害，造成根部新陈代谢受阻、功能减退，使产量下降[16]。综合以上原理和相关文献[11]，本文定义油菜花期低温连阴雨指数L，计算公式：

L=0.3D1+0.1D2+0.2D3+0.3|T1|-0.2T2。

(2)

式中，D1为花期最低气温≤5 ℃天数，D2为花期最低气温≤10 ℃天数，D3为花期连阴雨天数，T1为花期极端最低气温，T2为花期平均气温。

通过SPSS进行气候产量和油菜花期低温连阴雨指数的回归分析，建立模型。

2 结果与分析

2.1 油菜产量变化规律

随着农业现代化的推进和政策的支持，油菜产量呈现波动上升的趋势，线性趋势倾向率为43.54 kg·hm-2·a-1。1970—2019年油菜产量经历了2个明显的上升阶段(图1)，分别为20世纪80年代、20世纪90年代到21世纪10年代；同时也有3个明显的波谷，1977、1988和2011年减产明显。1977年可能是由于油菜越冬期出现了-12.2 ℃的极端最低气温，花期连阴雨日数33 d，为1970—2019年第4多，导致明显减产；1988年油菜花期最低气温为-3.7 ℃，为1970—2019年油菜花期最低气温，冻害明显；2011年油菜越冬期遭遇低温雨雪天气，极端最低气温为-8.3 ℃，0 ℃以下低温51 d，但油菜花期最低气温-0.2 ℃，冻害不明显。

图1 油菜年产量时间序列

2.2 油菜花期低温连阴雨年变化

气温是影响油菜花期生长发育的重要因子。高淳1970—2019年花期气温呈波动升高的趋势(图2)，气候倾向率为0.07 ℃·a-1(R2=0.488 2)，花期极端最低气温变化趋势与平均气温一致，气候倾向率为0.04 ℃·a-1(R2=0.120 7)，花期极端最低气温为-3.7 ℃(1988年)。油菜花期低温天数对产量也有很大的影响，油菜花期低温天数呈现波动下降的趋势(图3)，≤5 ℃的天气每10 a线性趋势倾向率为-2.0 d，≤10 ℃的天气每10 a线性趋势倾向率为-2.3 d，≤10 ℃的天气每10 a下降趋势更为明显。≤5 ℃天数最多为27 d(1970年)，≤10 ℃天数最多为44 d(1970年)。花期平均气温的升高趋势及油菜花期平均气温的升高和低温天数的持续下降有助于提高油菜产量[17]。低温天数下降趋势，可能与全球气候变暖背景有关。

图2 油菜花期平均和极端最低气温年变化

图3 油菜花期低温天数

春季是低温连阴雨的多发季节。高淳1970—2019年油菜花期连阴雨平均日数为14.9 d(图4)，连阴雨最多为40 d(2003年)，1970—2019年中有1/5的年份未出现连阴雨。油菜花期连阴雨日数呈现下降趋势，但不明显，10 a气候倾向率为0.4 d(R2=0.120 7)。

图4 油菜花期连阴雨天数

2.3 油菜花期低温连阴雨指数及模型构建

为了客观评估油菜花期低温连阴雨灾害的风险，根据式(2)计算油菜花期低温连阴雨指数(图5)，其中，从1970—2019年每10年代际指数分别为10.5、10.3、8.9、5.3和6.5，呈下降趋势。油菜花期低温连阴雨灾害明显降低了油菜的产量，油菜花期低温连阴雨指数与气候产量存在明显的反比关系(0.967)，与相关研究一致[18]。

图5 油菜花期低温连阴雨指数与气候产量

通过SPSS进行回归分析(图6)，得出气候产量与油菜花期低温连阴雨指数的关系模型：

图6 油菜气候产量与花期低温连阴雨指数散点图

S=0.041L+0.866

(3)

式中，S为气候产量，L为油菜花期低温连阴雨指数。通过回代2020年数据进行检验，基于回归模型预测气候产量为1.1 kg·hm-2，与实际计算结果较为接近。该模型只考虑了油菜花期的低温连阴雨灾害，但油菜整个生育期受各种气象灾害和气象条件影响，导致模式预测效果一般。

3 小结与讨论

本文通过分析高淳1970—2019年油菜花期低温连阴雨气象数据，建立了油菜花期低温连阴雨指数评估方法，并构建了油菜气候产量与花期低温连阴雨指数的回归模型。

1970—2019年高淳油菜产量呈现波动上升的趋势，产量经历了20世纪80年代、20世纪90年代到21世纪10年代两个上升阶段；油菜产量有两个明显的波谷，减产明显。气温是影响油菜花期生长发育的重要因子，年极端最低气温呈波动升高的趋势，油菜花期低温天数对产量有很大的影响。油菜花期低温天数呈现波动下降的趋势，≤10 ℃天数下降趋势更为明显。油菜花期最低气温的升高趋势及低温天数下降趋势，可能与全球气候变暖背景有关，且有助于提高油菜产量。

1970—2019年高淳油菜花期连阴雨平均日数为14.9 d，1970—2019年中有1/5的年份未出现连阴雨，花期未出现连阴雨对油菜的生长有利。油菜花期连阴雨日数呈现下降趋势，但趋势不明显。每10年代际平均低温连阴雨指数分别为10.5、10.3、8.9、5.3和6.5，呈现波动下降的趋势。油菜花期低温连阴雨指数与气候产量存在明显的反比关系，油菜花期低温连阴雨明显降低了油菜的产量，这与相关研究一致。通过回归方法建立的油菜气候产量与低温连阴雨指数的模型只考虑了油菜花期的低温连阴雨灾害，但油菜整个生育期受各种气象灾害和气象条件影响，导致模式预测效果一般，但该模型在实际气象服务中服务效果良好，这是提升农业气象服务工作的一种有益的探索。

油菜花期出现低温连阴雨对初花期油菜影响较小，对盛花期油菜影响较大，可通过灾后追肥缓解灾害的影响。有研究表明，合理利用氮肥能增强油菜抵御灾害的能力，缓解灾害的影响。

油菜产量数据来源于统计年鉴，该数据为平均值，因地形等自然和气象条件的差异，不能客观反应局部小气候的影响。本文通过产量来分析低温连阴雨对油菜花期的影响，而低温连阴雨灾害导致的油菜品质变化、因油菜品种耐灾性不同导致的差异性尚待进一步研究。