近50年安徽省油菜涝渍灾害时空变化分析

刘瑞娜，杨太明，王晓东，陈金华（安徽省农业气象中心，合肥3003；农业气象灾害评估及风险转移实验室，合肥3003）

近50年安徽省油菜涝渍灾害时空变化分析

刘瑞娜1,2，杨太明1,2，王晓东1,2，陈金华1,2
（1安徽省农业气象中心，合肥230031；2农业气象灾害评估及风险转移实验室，合肥230031）

摘要：涝渍是影响油菜产量与质量的主要农业气象灾害之一。本研究利用行业标准(QX/T 107—2009)中油菜涝渍等级指标，分析了1961—2010年安徽省油菜涝渍时空变化特征。结果表明：时间上，油菜开花期和抽薹期涝渍指数值最大，此时期涝渍发生的次数占全生育期的70%～80%。近50年来，抽薹期涝渍指数值呈上升趋势，灌浆期呈下降趋势。从空间上看，油菜不同生育期涝渍指数均呈现自北向南递增的规律。安徽省涝渍害主要发生在江淮及其以南地区，江淮区涝渍发生的几率为5～6年1遇，沿江区油菜涝渍害为2年1遇，其中轻度涝渍发生的几率是3～4年1遇，中度涝渍的几率是5～6年1遇，重度涝渍的几率是15～16年1遇。皖南山区涝渍害为1～2年1遇，其中轻度和中度涝渍的几率均是3年1遇，重度涝渍的几率是5年1遇。

关键词：涝渍害；等级指标；油菜；时空变化

0　引言

涝渍主要由降水情况引起，因此气象学上的涝渍指标通常只考虑降水较常态偏多的程度[1-3]。而农业涝渍程度还与农作物生长发育有关，一般是由土壤过湿或受淹程度及其持续时间对农作物生长发育及产量的影响来决定[4]。关于涝渍害对作物生长的影响，前人已做过较多相关研究[5-11]。近年来，随着作物模型的发展和应用，提出了一些与作物生理过程相联系的农业旱涝指标。马晓群等[12-13]基于具有农业意义的相对湿润度指数，构建了含有前期旱涝信息的累积湿润度指数指标。盛绍学等[14-15]综合考虑降水量、雨日和日照的作用，构建了反映冬小麦、油菜涝渍程度的判别模型。霍治国等[16]选取降水量、降水日数、日照时数等气象因子，构建了涝渍指数，将冬小麦、油菜涝渍分为轻度、中度、重度3个等级，成立了冬小麦、油菜涝渍等级行业标准，该标准适用于中国南方地区（秦岭—淮河沿线及其以南）冬小麦、油菜涝渍灾害的统计和评估。

基于已有的作物涝渍指标，江丽等[17-18]针对粮食作物进行了涝渍害时空分布特征研究，并依据不同作物受灾面积和产量损失情况对涝渍害进行了风险评估[19-20]。但是，目前还没有相关研究针对安徽省油菜不同生育期的涝渍灾害时空变化规律。油菜作为安徽省主要的油料作物，主要分布在沿淮、江淮丘陵、沿江平原及皖南山区[21]，正处于秦岭—淮河沿线及其以南地区。因此，笔者拟依据油菜涝渍等级行业标准[16]对安徽省1961—2010年油菜不同生育期涝渍的时空变化特征进行分析，以期为安徽省开展油菜涝渍预警和制定减缓涝渍灾害的适应性对策提供依据。

图1　安徽省油菜种植面积分布图

表1　安徽省油菜种植区域分布

1　材料与方法

1.1资料来源

选取安徽省各个台站1961—2010年的逐旬气象要素资料（旬降水量、旬日照时数、旬降水日数）进行涝渍时空变化分析。气象资料来源于安徽省气象局各县气象台站。油菜历年种植面积资料来源于安徽省统计局。

1.2分析方法

1.2.1安徽省油菜种植面积分布利用近5年安徽省各市县油菜种植面积资料，得到安徽省近年来油菜种植面积分布图（见图1），可以看出全省各地均有种植油菜，其中江淮大部及沿江江南部分地区各县种植均在104hm2以上，是安徽省集中产区和优势区域，播种面积占全省的90%以上，淮河以北地区油菜种植面积仅占5%左右。因此，在本研究中仅研究安徽省淮河以南地区油菜涝渍害时空变化特征。

1.2.2分区依据安徽气候特点及油菜种植分布和产量情况，将安徽省淮河以南油菜主要种植区的56个市县分为4个区域（见表1）。

1.2.3油菜致灾因子及其量值计算利用行业标准(QX/T 107—2009)中油菜涝渍指数，进行油菜涝渍分析。油菜涝渍指数(Qw)计算见公式(1)[7]。

式中：Qw—涝渍指数；R—旬降水量(mm)；Rmax—旬最大降水量(mm)；DR—旬降水日数(d)；D—旬天数(d)；S—旬日照时数(h)；Smax—旬最大日照时数(h)；b1、b2、b3分别为降水量、降水日数和日照时数对涝渍灾害形成的影响系数，本研究采用主成分分析法，取值为：b1为1，b2为1，b3为0.5。

1.2.4油菜涝渍等级指标依据油菜的逐旬涝渍指数(Qw)，确定油菜涝渍等级指标，将油菜涝渍分为轻度、中度、重度3级（见表2）[7]。

1.2.5统计分析采用Excel软件对涝渍指数和涝渍等级时间分布进行分析，采用rcGIS作图软件绘制涝渍指数空间分布图。

表2　油菜涝渍等级指标

图2　1961—2010年安徽省油菜涝渍指数随时间变化特征

2　结果与分析

2.1油菜涝渍指数时空分布

2.1.1油菜涝渍指数(Qw)随时间分布从图2可以看出，1961—2010年淮河以南地区油菜不同生育期涝渍指数Qw年际变化趋势为：播种期Qw随时间变化不明显；抽薹期随时间而上升，上升速度为0.067/10 a，相关系数R2为0.0888，达到了0.05显著性水平；开花期Qw年际变化不明显；灌浆期Qw随时间而下降，下降速度为0.058/10 a，相关系数R2为0.3091，达到了0.01显著性水平。以上结果说明1961—2010年，油菜抽薹期涝渍发生程度有所加重，而灌浆期涝渍发生程度有所缓和。

采用平均值(x)、标准差(σ)和变异系数(ν=σ/χ)分析Qw的大小、绝对变率和相对变率（见表3）。分析结果表明，20世纪60—90年代涝渍指数的平均值均表现为开花期最大，抽薹期和灌浆期次之，播种期最小。2000年后，Qw平均值抽薹期最大，开花期和灌浆期次之，播种期最小。油菜不同生育期Qw的年代际变化表现出明显的时间特征。抽薹期涝渍指数随年代呈上升趋势，灌浆期呈明显下降趋势，播种期和开花期随年代变化不明显。综合平均值和标准差分析相对变率，油菜主要生育期（播种期、抽薹期、开花期、灌浆期）Qw相对变率随年代变化均呈倒抛物线形式，最低值出现在20世纪80年代，分别为平均值的71%、80%、76%和85%。以上结果表明，20世纪80年代是Qw变异较小的年代，80年代以后，尤其是在油菜抽薹期，Qw变异增大，涝渍灾害发生也处于上升阶段，这与马晓群等[22]利用累积湿润度指数研究安徽省涝渍灾害发生情况所得出的结论相一致。

表3　1961—2010年油菜不同生育期不同年代涝渍指数的大小、绝对变率和相对变率

2.1.2油菜涝渍指数空间分布由图3可知，安徽省淮河以南地区油菜不同生育期涝渍指数有明显的地域特点，均呈现自北向南递增的规律。

（1）播种期。除了沿淮和江淮之间东北部涝渍指数小于0.2外，其他大部分地区为0.2～0.4，大别山区和皖南局部大于0.4。

（2）抽薹期。沿淮和江淮之间大部涝渍指数为0.3～0.6，大别山区和沿江大部为0.6～0.9，皖南山区为高值区，涝渍指数为0.9～1.2。

（3）开花期。沿淮和江淮之间北部涝渍指数为0.3～0.6，大于0.9的高值区分界线较抽薹期北移，大别山区南部，沿江大部和皖南山区涝渍指数大于0.9，其中皖南西部达到1.2～1.5。

（4）灌浆期。沿淮大部为涝渍指数小于0.3的低值区，大于0.9的高值区主要分布在皖南南部，其他地区涝渍指数介于0.3和0.9之间。

2.2气象因子对油菜涝渍指数的影响分析

油菜涝渍的发生与降水、降水日数、日照时数密切相关，降水强度为单位时间内的降水量（降水强度=降水量/降水日数）。表4给出了1961—2010年各气象因子与时间的相关性，可以看出，近50年来，苗期和开花期各气象因子均无显著变化，抽薹期虽然降水日数和降水量变化不显著，但降水强度显著上升，数值达到0.5/10 a，说明抽薹期降水过程存在强化趋势，加之日照时数减少，油菜抽薹期涝渍指数呈现程度加重的趋势。灌浆期降水量和降水日数均呈现下降趋势，其中降水日数达到了显著性水平，下降速度达到0.22 d/10 a。这说明，近50年来，油菜灌浆期涝渍发生程度呈减弱趋势，主要是由于降水日数明显下降导致的。

图3　1961—2010年安徽省油菜涝渍指数(Qw)空间分布

表4　1961—2010年不同油菜生育期气象因子随时间变化特征

2.3油菜涝渍发生次数时空变化

依据表2，对1961—2010年安徽省不同区域油菜不同生育期涝渍发生次数进行统计，某个区域的某个市县的油菜某个生育期发生1次涝渍害记为该区域该生育期发生涝渍害1次。结果见图4。可以看出，沿淮区，油菜灌浆期无涝渍害发生，其他生育期涝渍害发生以轻度为主。江淮区，油菜播种和抽薹期出现轻度和中度涝渍害，开花期轻度、中度和重度涝渍均有发生，灌浆期仅有轻度涝渍害发生；江淮区涝渍害50%左右出现在开花期，播种期和抽薹期各占20%左右。沿江区和皖南山区，油菜播种期和抽薹期有轻度和中度渍害发生，开花期和灌浆期轻度、中度和重度涝渍害均有发生。沿江区和皖南山区涝渍灾害主要发生在抽薹—开花期，分别占全部发生次数的71%和74%。由此可以看出，近50年来，油菜不同生育期涝渍发生次数为：开花期>抽薹期>灌浆期>播种期，其中开花期—抽薹期涝渍发生的次数占全生育期的70%～80%。轻度涝渍开花期发生次数最多，中度涝渍抽薹期发生次数最多，重度涝渍仅发生在开花期和灌浆期，其中开花期发生次数占全部重度渍害发生次数的80%～90%。

图4　1961—2010年不同区域油菜不同生育期涝渍发生次数

根据以上结果可以看出，安徽省油菜涝渍害发生几率区域差异也较大，主要发生在江淮及以南地区，其中沿江区和皖南山区涝渍害发生次数最多。江淮区涝渍害发生的概率为5～6年1遇，其中轻度涝渍发生概率为8年1遇，中度涝渍为13～14年1遇，重度涝渍害基本未发生；沿江区油菜涝渍害为2年1遇，其中轻度涝渍发生的概率为3～4年1遇，中度涝渍的概率是5～6 年1遇，重度涝渍的概率是16～17年1遇。皖南山区涝渍害为1～2年1遇，其中出现轻度和中度涝渍的概率均是3年1遇，重度涝渍的概率是5年1遇。

3　结论与讨论

（1）本研究利用行业标准(QX/T 107—2009)中油菜涝渍等级指标，分析了1961—2010年安徽省油菜涝渍时空变化特征。时间上近50年来，油菜开花期涝渍指数值最大，抽薹期和灌浆期次之，播种期最小。油菜不同生育期Qw的年代际变化表现出明显的时间特征，抽薹期涝渍指数随年代呈上升趋势，灌浆期呈明显下降趋势，播种期和开花期随年代变化不明显。从空间上看，油菜不同生育期涝渍指数有明显的地域特点，均呈现自北向南递增的规律。

（2）时间上，油菜不同生育期涝渍发生次数为开花期>抽薹期>灌浆期>播种期。70%～80%涝渍害发生在开花—抽薹期，重度涝渍仅发生在开花期和灌浆期，其中开花期占全部发生次数的80%～90%。空间上，安徽省油菜涝渍害主要发生在江淮及以南地区。江淮区涝渍害发生的概率为5～6年1遇，其中轻度涝渍发生概率为8年1遇，中度涝渍为13～14年1遇，重度涝渍害基本没有发生；沿江区油菜涝渍害为2年1遇，其中轻度涝渍发生的概率为3～4年1遇，中度涝渍的概率是5～6年1遇，重度涝渍的概率是16～17年1遇。皖南山区涝渍害为1～2年1遇，其中出现轻度和中度涝渍的概率均是3年1遇，重度涝渍的概率是5年1遇。

本研究在分析油菜涝渍灾害时空变化特征时，采用了行业标准QX—T 107—2009中油菜的涝渍等级，该标准依据最新研究成果，选取降水量、降水日数、日照时数等因子，采用综合相对变化指标，构建涝渍指数，将油菜涝渍分为轻度、中度、重度3个等级。经与历史实况相比较，该涝渍分级指标总体效果较好，但是江淮南部利用这个分级指标评估危害程度偏轻[14]。安徽省油菜主产区在淮河以南地区，因此，在本研究中评估结果与实况存在一定的误差，有待进一步探讨。

参考文献

[1]鞠笑生,邹旭恺,张强.气候旱涝指标方法及其分析[J].自然灾害学报,1998,7(3):51-57.

[2]齐东梅,李跃清,陈永仁,等.近50年四川地区旱涝时空变化特征研究[J].高原气象,2011,30(5):1170-1178.

[3]陈莹,陈兴伟.福建省近50年旱涝时空特征演变—基于标准化降水指数分析[J].自然灾害学,2011,20(3):57-63.

[4]何方.应用生态学[M].北京:科学出版社,2003:163-169.

[5]潘旸,李建,廖捷,等.2009年2—3月我国南方连阴雨天气过程分析[J].气象,2010,36(3):39-46.

[6]张新萍,陈玉琪,陈若礼,等.濉溪县夏大豆生长发育与降水关系分析[J].中国农业气象,2006,27(3):233-236.

[7]杨太明,蒋跃林,刘瑞娜,等.开花期涝渍对油菜生物量和产量的影响研究[A].第30界中国气象学会年会[C].南京:中国气象学会, 2013:1-5.

[8]张建军,陈晓艺,马晓群.安徽油菜气候适宜度评价指标的建立与应用[J].中国农学通报,2012,28(13):155-159.

[9]吴利红,娄伟平,柳苗,等.油菜花期降水适宜度变化趋势及风险评估[J].中国农业科学,2011,44(3):620-626.

[10]汪贵斌,曹福亮,张晓燕,等.涝渍胁迫对不同树种生长和能量代谢酶活性的影响[J].应用生态学报,2010,21(3):590-596.

[11]李玲,张春雷,张树杰,等.渍水对冬油菜苗期生长及生理的影响[J].中国油料作物学报,2011,33(3):247-352.

[12]马晓群,陈晓艺,盛绍学.安徽省冬小麦渍涝灾害损失评估模型研究[J].自然灾害学报,2003,12(1):158-162.

[13]马晓群,吴文玉,张辉.农业旱涝指标及在江淮地区监测预警中的应用[J].应用气象学报,2009,20(2):186-194.

[14]盛绍学,石磊,李彪.安徽省油菜涝渍灾害孕灾环境特征及其指标研究[J].安徽农业科学,2008,36(30):13099-13101.

[15]盛绍学,霍治国,石磊.江淮地区小麦涝渍灾害风险评估与区划[J].生态学杂志,2010,29(5):985-990.

[16]霍治国,盛绍学,贺楠,等.QX/T 107—2009,冬小麦、油菜涝渍等级[S].北京:气象出版社,2009:5-6.

[17]江丽,安萍莉.我国自然灾害时空分布及其粮食风险评估[J].灾害学,2011,26(1):48-59.

[18]陆魁东,彭莉莉,黄晚华,等.气候变化背景下湖南油菜气象灾害风险评估[J].中国农业气象,2013,34(2):191-196.

[19]赵辉,王媛,李刚,等.春季低温连阴雨灾害对农作物产量影响评估[J].气象科技,2011,39(1):102-104.

[20]李美荣,李星敏,李艳莉,等.基于连阴雨灾害指数的陕西省苹果生长风险分析[J].干旱气象,2011,29(1):106-108.

[21]王矿,王友珍,汤广民.油菜花荚期涝渍胁迫对产量要素的影响[J].中国农村水利水电,2010(8):83-84.

[22]马晓群,吴文玉,张辉.利用累积湿润指数分析江淮地区农业旱涝时空变化[J].资源科学,2008,30(3):371-377.

Spatial-temporal Variations of Waterlogging Disaster for Rape in Anhui Province in Recent 50 Years

Liu Rui’na1,2, Yang Taiming1,2, Wang Xiaodong1,2, Chen Jinhua1,2(1Anhui Agricultural Meteorological Center, Hefei 230031, Anhui, China;2Laboratory for Agri-meteorological Disaster Assessment & Risk Change of Anhui Province, Hefei 230031, Anhui, China)

Abstract:Waterlogging as one of the main agro-meteorological disaster affected the yield and quality of rape. The spatial-temporal features of waterlogging for rape in Anhui Province from 1961 to 2010 were analyzed based on the industrial standard (QX/T 107-2009). The result showed that the waterlogging index got the maximum value in blossom-bolting stage, when about 70%-80% waterlogging occurred. The index had a rising trend in bolting stage while decreased in filling stage. In the space, the value of waterlogging indexes showed a regularity of increasing from north to south. The waterlogging occurred mainly in the south of Huai River Valley. The occurrence of rape waterlogging was on a 5-6 years cycle in Jianghuai Region. In Yanjiang Region, the occurrence of waterlogging was on a 2 years cycle, among them, mild waterlogging was on a 3-4 years cycle, moderate waterlogging was on a 5-6 years cycle, severe waterlogging was on a 15-16 years cycle. In south region of Anhui, the occurrence of waterlogging was on a 1- 2 years cycle, among them, mild and moderate waterlogging were on a 3 years cycle, severe waterlogging was on a 5 years cycle.

Key words:Waterlogging Disaster; Grading Index; Rape; Spatial-temporal Distribution

中图分类号：S16

文献标志码：A论文编号：cjas15050016

基金项目：国家科技支撑计划“中部经济区农村信息化技术集成应用”(2014BAD10B05)；公益性行业（气象）科研专项“遥感技术在作物生长模式及农业气象预报中的应用研究”(GYHY201106027)。

第一作者简介：刘瑞娜，女，1986年出生，工程师，硕士，主要从事农业气象研究及业务服务工作。Tel：0551-62290427，E-mail：naxybz@sina.com。

通讯作者：杨太明，男，1966年出生，高级工程师，主要从事农业气象灾害风险评估研究。

通信地址：230031安徽省合肥市史河路16号安徽省农业气象中心，Tel：0551-62290191，E-mail：ytm0305@126.com。

收稿日期：2015-05-18，修回日期：2015-07-21。