气候变化下新余市油菜涝渍灾害的时空特征分析

摘 要：涝渍灾害是影响油菜产量与质量的主要农业气象灾害之一。使用《冬小麦、油菜涝渍等级》（QX/T 107—2009）标准，以及新余市2个气象台站1961—2020年10月至翌年5月的降水量和日照资料，对新余市近60年油菜涝渍灾害随时空变化的特征进行了分析。结论表明：从时间层面来看，新余市油菜涝渍指数在灌浆期达到最大值，在生长发育阶段的抽薹期和开花期油菜涝渍指数低于灌浆期，播种期的油菜涝渍指数最小，约64%涝渍害发生在灌浆期。近60年来，播种期和灌浆期油菜涝渍指数呈明显下降趋势，抽薹期和开花期呈上升趋势。新余市油菜涝渍指数在20世纪70年代和21世纪10年代的周期信号较强，在20世纪60年代和20世纪80年代至21世纪00年代的周期信号较弱，新余市油菜涝渍灾害存在显著的周期为2～4年，即新余市油菜涝渍灾害为1～2年一遇。从空间上看，新余市油菜不同生育期涝渍指数随空间变化幅度小，不存在明显的空间差异。

关键词：涝渍灾害；油菜；时空变化；小波分析

中图分类号：P422 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）05–0-03

在我国油菜种植中，根据种植时间不同分为两种类型，其中以冬天种植的冬油菜为主，约占我国油菜种植面积的90%，其在南方长江流域气候条件优越的省份得以广泛种植，而春油菜的种植在全国范围内仅占约10%的份额。这些省份拥有充沛的降水、充足的日照、较长的无霜期、充足的热量和适宜的雨热季节，这为油菜的生长提供了良好的环境。然而，这些地区也容易受到各种气象灾害的影响，其中渍涝灾害是造成油菜产量严重受损的主要气象灾害之一。

涝渍灾害是发生在年降水量偏多的南方省份的一种常见农业气象灾害。当该地区出现连续长时间降雨的天气时，土壤含水量会增加，导致土壤处于饱和甚至达到过饱和状态。这会导致作物的根部长期处于缺氧环境，从而影响作物的正常生长发育，最终导致作物产量下降。很多专家对涝渍灾害如何影响油菜生长发育，以及在油菜生长各个阶段如何避免涝渍灾害的发生进行了深入研究。通常关于涝渍灾害影响的研究是试验建立在油菜其生理研究的条件下，采用渍水试验的方法，结果显示：角粒数、有效角果数、千粒重等关键要素均会随着油菜淹水时间的延长呈负相关关系[1]。当油菜长时间淹水时，可能会导致其减产幅度高达17.0%～42.4%[2]。也有学者通过试验表明通过在不同时段采取相应的防御措施可以显著减轻涝渍灾害的影响。新余市位于江西省西部地区的丘陵山地地带，气候属于亚热带湿润性气候，有利于油菜种植，新余市发展油菜产业对新余乡村振兴战略的实施具有重要意义。但因为油菜生长周期较长，其生长发育容易受到较多气象灾害的影响，尤其是春季连阴雨导致的渍害。春季新余市常常出现降水量偏多、光照不足、空气湿度大、田间易积水的情况，导致油菜花朵和豆荚发育不良，并且提高了油菜发生菌核病等病虫害的风险，进而严重影响了油菜的生长发育，并对新余油菜的最终产量造成了巨大影响[3]。

近年来，在涝渍灾害对油菜生长发育和其生理特性的影响研究取得了显著进展，尤其是在涝渍灾害指标和判别模型等方面取得了重要成果。通过进行油菜受渍试验的方式来研究油菜生长发育和生理特性随受渍程度的变化特点，张树杰等[4]对油菜苗期在不同渍水条件下的生产和生理特性进行了分析；李玲等[5]通过试验验证了渍水胁迫对油菜生长的复杂作用；尤慧等[6]通过分析油菜叶片光谱随着渍害胁迫程度不同的变化规律建立相应的判别条件；盛绍学等[7]通过模拟油菜生育期低光照及长期阴雨条件，建立了相应的涝渍等级标准。此外，还利用气象数据和数学模型，制定油菜涝渍灾害的评估标准。

1 资料和方法

1.1 资料

气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网。主要选用1961—2020年新余市（渝水区、分宜县）2个台站往年10月至翌年5月的每日降水量、每日日照时数数据。油菜各个生长阶段的相关资料来源于当地政府统计年鉴。

1.2 涝渍指数的计算

降雨量和日照时数是影响油菜涝渍灾害发生的主要气象影响因子，因此计算涝渍指数需要考虑降雨量和日照时数，但阴雨天气日数同样可能导致油菜出现涝渍灾害，因此采用的涝渍指数（Qw）计算公式应该综合考量这3个指标，得出公式如下：

（1）

式（1）中，Qw代表油菜涝渍指数；R表示每旬的降水量，单位为mm；Rmax表示旬最大降水量，单位是mm；DR则表示一旬中的降水日数，单位是d；D则表示一旬中的天数，单位为d；S表示一旬中的日照时数，单位为小时；Smax表示旬最大日照时数，单位为h。而降水量、降水日数和日照时数对涝渍灾害形成的影响系数分别为b1、b2、b3，文中取值分别为：b1=1，b2=1，b3 =0.5。

通过气象资料，计算1961—2020年新余市2个站点范围内不同生长发育期油菜的涝渍指数，并对照《冬小麦、油菜涝渍等级》（QX/T 107—2009）标准等指标进行统计（表1），划分出近60年新余市油菜在各个生长发育期所遭受的不同级别涝渍灾害的数量。

1.3 油菜涝渍时间序列周期变化分析方法

小波分析法直到20世纪80年代初期才逐步被用于数据分析。它是一种时域—频域分析方法，特点是能够进行多分辨率分析。这种分析方法能对一段时间序列中的局部周期性进行研究，能够更清晰地观察到不同周期随时间的变化情况[8-10]，其计算公式如下：

（2）

式（2）中，ωf为小波系数，R为实数域，a、b分别为频率参数与时间参数，用于体现小波的周期长短和其在时间尺度上的平移，f（t）是时间序列，t是时间，φ（t）为φ（t）的共轭复数。

2 结果与分析

2.1 油菜各生育期受灾程度分析

通过按照《冬小麦、油菜涝渍等级》（QX/T 107—2009）标准中的油菜涝渍灾害等级指标标准以及计算得出的新余市近60年间的油菜涝渍指数Qw，统计出新余市1961—2020年各个生育阶段遭受不同程度涝渍灾害的次数，如表2所示。

从表2中可以看出，60年间新余市油菜在灌浆期受涝渍灾害影响最大，远超其他时期涝渍灾害对油菜生长发育的影响，油菜生长发育在开花期至抽薹期受到涝渍灾害的影响次之，播种期涝渍灾害对油菜生长发育影响不大。

2.2 油菜涝渍指数（Qw）的时空分布

2.2.1 油菜涝渍指数（Qw）的时间分布

1961—2020年新余市油菜各个生育期涝渍指数Qw年际变化趋势为：播种期Qw变化范围为-0.471～0.914，60年间播种期平均涝渍指数为0.157，以约0.034/10年的速率呈现下降趋势；抽薹期Qw变化范围为-0.054～1.502，近60年间抽薹期平均涝渍指数为0.637，以约0.022/10年的速率呈现上升趋势；开花期Qw变化范围为-0.060～1.356，近60年间开花期平均涝渍指数为0.568，以约0.024/10年的速率呈现上升趋势；灌浆期Qw变化范围为0.368～1.517，近60年间灌浆期平均涝渍指数为0.885，以约0.053/10年的速率呈现下降趋势。结果表明：1961—2020年，新余市油菜涝渍灾害在抽薹期和开花期产生的影响逐年严重，但在播种期和灌浆期油菜涝渍灾害产生的影响逐渐缓和。

通过运用小波分析将2个台站60年间的油菜涝渍指数代入计算得出新余市油菜涝渍灾害的周期变化。从图1可以看出，Q1（渝水区）在20世纪70年代和21世纪10年代的周期信号尤其显著，其中在20世纪70年代出现了2～4年周期，周期中心大值为3年，20世纪60年代和20世纪80年代至21世纪00年代的年的周期信号较弱；Q2（分宜县）在20世纪70年代、1995年和21世纪10年代尤其显著，其中在20世纪70年代出现了2～4年周期，周期中心大值为3年，在20世纪60年代、20世纪80年代至20世纪90年代初、20世纪90年代末至21世纪00年代的周期信号较弱。由此可以看出，新余市范围内的县区小波信号波动普遍以2～4年为一个周期。

2.2.2 油菜涝渍指数的空间分布

1961—2020年新余市2个台站不同生育期涝渍指数Qw相关性为：2个台站播种期涝渍指数Qw相关系数R2为0.897 7，认为2个台站在播种期涝渍指数具有很强的相关性；2个台站抽薹期涝渍指数Qw相关系数R2为0.931 9，认为2个台站在播种期涝渍指数有很强的相关性；2个台站开花期涝渍指数Qw相关系数R2为0.937 2，认为2个台站在播种期涝渍指数具有很强的相关性；2个台站灌浆期涝渍指数Qw相关系数R2为0.879 7，认为2个台站在播种期涝渍指数具有很强的相关性。上述结果表明，1961—2020年，新余市2个台站油菜涝渍指数Qw相关性很强，油菜涝渍指数Qw在新余市范围空间差异小。

3 结论

使用《冬小麦、油菜涝渍等级》（QX/T 107—2009）标准，统计出1961—2020年新余市油菜各生育期出现涝渍的次数，并分析了新余市1961—2020年油菜涝渍灾害在时空变化方面的特点。

（1）从时间变化上看，油菜生育期涝渍指数，1961—2020年新余市油菜在不同生育期，涝渍灾害在播种期发生次数最少，灌浆期涝渍灾害发生的次数最多，抽薹期和开花期发生涝渍灾害次数较少。其中，约有64%的涝渍灾害发生在灌浆期，并且仅在灌浆期出现过重度涝渍灾害的情况。相对应的是新余市油菜涝渍指数在灌浆期达到最大值，在生长发育阶段的抽薹期和开花期油菜涝渍指数低于灌浆期，播种期的油菜涝渍指数最小，即不易受到涝渍灾害的影响。此外，新余市油菜在不同生育阶段油菜涝渍指数的年代际变化具有较为清晰的时间特征，新余市油菜涝渍指数在生长发育阶段的播种期和灌浆期呈较为明显的下降趋势，在抽薹期和开花期表现出较明显的随时间变化并呈现上升趋势。

（2）从空间变化上看，油菜生育期涝渍指数，新余市油菜不同生育期涝渍指数随着种植区域不同且差异不明显，相反涝渍指数具有很强的相关性，即新余市不同生育期的油菜涝渍指数不具有明显的地域特点，为全区域一致型。

（3）从年际变化上看，油菜生育期涝渍指数，新余市油菜涝渍指数在20世纪70年代和21世纪10年代周期信号较强，在20世纪60年代、20世纪80年代至21世纪00年代的年周期信号较弱。新余市油菜涝渍灾害发生的周期为2～4年，进而得出新余市范围内的油菜涝渍灾害为1～2年一遇。但因涝渍灾害的发生在很大程度上取决于天气条件，当今全球气候变暖等情况导致天气的不稳定出现，因此还需进一步探讨涝渍灾害在这种复杂气候变化的发生周期。

参考文献

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基金项目：吉安市生态气象重点实验室面上项目（2022JEM210）。

作者简介：廖欣（1999—），男，江西新余人，助理工程师，主要从事县站综合业务和预报服务工作。#通信作者：廖园（1988—），男，工程师，主要从事县站综合业务和预报服务工作，E-mail：250116231@qq.com。