烤煙移栽期干旱監(jiān)測(cè)評(píng)估模型研究及在攀西地區(qū)的應(yīng)用

張玉芳，劉琰琰，杜成勛，肖國(guó)杰

(1.中國(guó)氣象局成都高原氣象研究所/高原與盆地暴雨旱澇災(zāi)害四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610072；2.成都信息工程大學(xué)高原大氣與環(huán)境四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610225；3.四川省農(nóng)業(yè)氣象中心，四川 成都 610072；4.攀枝花市氣象局，四川 攀枝花 617000)

【研究意義】攀西地區(qū)地處四川省西南部，是典型的氣候脆弱區(qū)，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害多發(fā)、重發(fā)，抗災(zāi)能力弱[1]。氣候因子作為影響烤煙生長(zhǎng)及品質(zhì)的重要因素之一[2-3]。異常天氣條件下，如低溫和高溫、干旱、水澇、風(fēng)害和冰雹[4-6]等氣象災(zāi)害均會(huì)對(duì)烤煙生長(zhǎng)造成損害，烤煙的適時(shí)移栽是獲得較高產(chǎn)量和優(yōu)良質(zhì)量的基礎(chǔ)[7-8]。抗旱栽煙是提高煙葉產(chǎn)量、質(zhì)量的關(guān)鍵措施之一。【前人研究進(jìn)展】近年來(lái)攀西地區(qū)烤煙播種面積大概有6×104hm2，穩(wěn)定占據(jù)整個(gè)四川烤煙種植面積的60 %左右。攀西地區(qū)烤煙移栽后期正值干旱期，雨季開始前15 d左右的5月上、中旬移栽的烤煙，由于還苗期處于良好的光熱環(huán)境里，有利煙苗蹲苗，茁壯生長(zhǎng)和形成發(fā)達(dá)的根系，進(jìn)入旺長(zhǎng)期后迅速形成優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)的群體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)煙株對(duì)后期不利氣候的抗逆性[9-10]。但多數(shù)烤煙種植區(qū)的水利設(shè)施較差，雨季開始偏遲的年份，由于干旱嚴(yán)重，煙苗移栽成活率低，常因缺苗嚴(yán)重而影響產(chǎn)、質(zhì)量。如果等待進(jìn)入雨季后移栽，煙苗成活率雖然高，但由于苗齡過(guò)長(zhǎng)，易形成老苗、高腳苗，煙苗素質(zhì)差。特別是干旱對(duì)烤煙在蹲苗伸根期的危害影響較大，移栽后無(wú)灌溉用水加之雨季未到來(lái)，出現(xiàn)移栽后苗干、苗死現(xiàn)象。有關(guān)干旱的指標(biāo)前人已做了大量的研究[11-14]，在日常的氣象業(yè)務(wù)服務(wù)工作中主要以降水量、降水距平、CI指數(shù)、干旱濕潤(rùn)指數(shù)作為干旱評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，從氣候角度評(píng)判烤煙干旱發(fā)生情況，與實(shí)際情況常有出入。而具體針對(duì)烤煙移栽期，從土壤水分收支平衡方面考慮，適合四川省攀西地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況，能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的模型未見報(bào)道。【本研究切入點(diǎn)】本研究考慮攀西地區(qū)烤煙移栽后期至降水來(lái)臨時(shí)段降水的綜合影響，通過(guò)農(nóng)田水分盈虧量與標(biāo)準(zhǔn)蒸散量之比值，作為評(píng)定烤煙移栽期干旱的指標(biāo)，從烤煙移栽期干旱指數(shù)的變異系數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)概率、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)等多方面分析烤煙移栽期的風(fēng)險(xiǎn)度。 【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】為相關(guān)部門制定烤煙生產(chǎn)計(jì)劃及防旱減災(zāi)措施提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究收集了攀西地區(qū)15個(gè)縣1990-2016年近27年的逐日平均溫度、降水量、日照時(shí)數(shù)、風(fēng)速及海拔高度等資料；《中國(guó)氣象災(zāi)害大典(四川卷)》[15]對(duì)攀西地區(qū)歷年干旱災(zāi)害的詳細(xì)記載；攀西農(nóng)區(qū)各縣統(tǒng)計(jì)局從1990-2016年烤煙單產(chǎn)、總產(chǎn)及面積數(shù)據(jù)(圖1)。

1.2 烤煙干旱生育時(shí)間界定

烤煙移栽期是全年的用水集中期，亦是農(nóng)事關(guān)鍵期，就攀西地區(qū)而言，烤煙移栽期主要集中在4月下旬至5月中旬，該時(shí)期自然降水少，不能滿足移栽用水，需依靠水窖及山區(qū)小水塘在秋冬春季集中的降水進(jìn)行灌溉，在移栽過(guò)后(4月下旬)至雨季來(lái)臨還有一段時(shí)間，該時(shí)段較易出現(xiàn)干旱，研究該時(shí)段烤煙土壤干旱狀況，可為生產(chǎn)部門何時(shí)進(jìn)行灌溉以及是否進(jìn)行灌溉提供科學(xué)依據(jù)，后期攀西地區(qū)進(jìn)入了雨季，依靠自然降水足以提供烤煙生產(chǎn)用水，干旱出現(xiàn)概率較小。 因此，就攀西地區(qū)實(shí)況而言，秋季(去年9月中旬到11月)蓄水狀況對(duì)攀西烤煙在移栽期及后期灌溉生產(chǎn)中有巨大的影響，本文是在保證有水源完成烤煙移栽的情況下，分析烤煙在蹲苗伸根期干旱造成的危害影響，即移栽后到雨季來(lái)臨前(從4月21日開始，第1個(gè)連續(xù)10 d總降水量≥30 mm，定義為雨季開始期，并且第1個(gè)降水日達(dá)到10 mm為開始日)時(shí)段干旱對(duì)其影響，為烤煙適時(shí)灌溉提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 攀西烤煙種植區(qū)氣象臺(tái)站分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in tobacco planting area of Panxi region

1.3 移栽開始到大雨來(lái)臨前烤煙干旱監(jiān)測(cè)模型建立及等級(jí)劃分

1.3.1 移栽開始到大雨來(lái)臨前烤煙干旱監(jiān)測(cè)模型建立 本研究采用水分盈虧量與標(biāo)準(zhǔn)蒸散量之比值I表示農(nóng)田水分收支情況，其絕對(duì)值越大，水分失衡越嚴(yán)重[16]，第i個(gè)旬Ii為：

Ii=-(Pi-ETi)/ETi

式中:Pi為所計(jì)算移栽后第i個(gè)旬的降水量，ETi為該時(shí)期的標(biāo)準(zhǔn)蒸散量，Penman-Monteith公式[17-18]求得。

第1旬(4月下旬)干旱指數(shù)I(1)=-(P1-ET1)/ET1，第2旬進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)時(shí)干旱指數(shù)為I(2)=0.4I1+0.6I2，第3旬進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)時(shí)干旱指數(shù)為I(3)=0.4I2+0.6I3,第4旬進(jìn)行干旱監(jiān)測(cè)時(shí)干旱指數(shù)為I(4)=0.4I3+0.6I4……以此類推，計(jì)算到大雨來(lái)臨前期。

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

表1 烤煙干旱等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

因降水距離監(jiān)測(cè)時(shí)段越近，影響越大，即前一時(shí)段權(quán)重系數(shù)定義為0.4，后一時(shí)段為0.6。

1.3.2 干旱等級(jí)劃分 通過(guò)《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》[15](四川卷)對(duì)干旱記載，對(duì)比計(jì)算得出的攀西地區(qū)典型年份烤煙干旱指數(shù)，確定烤煙干旱等級(jí)指標(biāo)。將之分為無(wú)旱、偏旱、重旱3個(gè)級(jí)別。

1.4 烤煙移栽開始到大雨來(lái)臨前干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

1.4.1 變異系數(shù) 變異系數(shù)計(jì)算公式可參考李李世奎等在《中國(guó)農(nóng)業(yè)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與對(duì)策》書籍和薛昌穎等在文獻(xiàn)《華北北部冬小麥干旱和產(chǎn)量災(zāi)損的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估》中的詳細(xì)闡述[19-20]，其中將干旱指數(shù)大于0.5，定義為偏旱等級(jí)；干旱指數(shù)>0.9，定義為重旱等級(jí)。

1.4.2 正態(tài)分布函數(shù)風(fēng)險(xiǎn)概率 計(jì)算了攀西烤煙1990-2016年干旱指數(shù)的偏度和峰度，驗(yàn)證了其各站干旱指數(shù)基本服從正態(tài)分布規(guī)律，因此，可以用正態(tài)分布來(lái)求取偏旱和重旱界限下的風(fēng)險(xiǎn)概率[20-21]。

1.4.3 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù) 風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)把干旱強(qiáng)度和發(fā)生頻率有機(jī)結(jié)合，能客觀反應(yīng)干旱風(fēng)險(xiǎn)性大小[22]。

2 結(jié)果與分析

2.1 烤煙移栽期干旱分布特點(diǎn)及變異系數(shù)

從各地平均干旱指數(shù)來(lái)看：攀西農(nóng)區(qū)大部都處于偏旱范圍，其中值較小區(qū)域主要集中在攀西農(nóng)區(qū)的東北部，在0.5～0.7之間，較大區(qū)域集中在南部的大部區(qū)域，主要為鹽邊縣、會(huì)理縣、會(huì)東縣、仁和區(qū)的全部，寧南縣、鹽源縣的大部及米易縣的部分區(qū)域，干旱指數(shù)為0.8～0.9之間，說(shuō)明該區(qū)域干旱發(fā)生程度要重于攀西地區(qū)東北部(圖2)。

圖2 攀西烤煙移栽期平均干旱指數(shù)分布Fig.2 Drought index distribution during tobacco transplanting period in Panxi region

圖3 攀西烤煙移栽期偏旱界限下的變異指數(shù)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

從計(jì)算的偏旱界限上的變異系數(shù)來(lái)看，值大都在10 %～25 %之間，其中以攀西農(nóng)區(qū)東北部大部及南部局部區(qū)域?yàn)橹迪鄬?duì)大區(qū)域，尤以冕寧縣和米易縣最大，達(dá)20 %以上，說(shuō)明該區(qū)域干旱發(fā)生年份較多，風(fēng)險(xiǎn)較高；偏旱界限上變異系數(shù)值較小區(qū)域主要為南部的會(huì)理，會(huì)東、寧南、鹽邊以及北部的越西在10 %左右，說(shuō)明該區(qū)域干旱發(fā)生年份較少，風(fēng)險(xiǎn)較小(圖3)。

從重旱界限上的變異系數(shù)來(lái)看(圖4)，值大都小于5 %，值較大區(qū)域集中在西昌、德昌、寧南、普格、會(huì)東、美姑及雷波縣，說(shuō)明該區(qū)域重旱發(fā)生年份較多，風(fēng)險(xiǎn)較大，值較小區(qū)域?yàn)樵轿鳌⒏事蹇h，該分布與偏旱界限上的變異系數(shù)分布一致，說(shuō)明該區(qū)域干旱發(fā)生年份相對(duì)較少。

圖4 攀西烤煙移栽期重旱界限下的變異指數(shù)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

圖5 攀西烤煙移栽期偏旱界限下的風(fēng)險(xiǎn)概率分布Fig.5 Distribution of risk probability of slight drought during tobacco transplanting period in Panxi region

圖6 攀西烤煙移栽期重旱界限下的風(fēng)險(xiǎn)概率分布Fig.6 Distribution of risk probability of severe drought during tobacco transplanting period in Panxi region

圖7 攀西烤煙移栽期干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分布Fig.7 Distribution of risk index of tobacco drought during transplanting period in Panxi region

區(qū)號(hào)No.風(fēng)險(xiǎn)程度Risk level綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)Composite risk parameterⅠ高≥1.6Ⅱ較高1.4～1.6Ⅲ較低1.2～1.4Ⅳ低≤1.2

2.2 烤煙干旱風(fēng)險(xiǎn)概率

從風(fēng)險(xiǎn)概率的分布來(lái)看：偏旱界限上的風(fēng)險(xiǎn)概率自北向南逐步減小，重旱界限上的風(fēng)險(xiǎn)概率，中間區(qū)域最大，其余區(qū)域自南向北逐步減小。偏旱界限上的風(fēng)險(xiǎn)概率大都在18 %～24 %之間，其中以北部的部分區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)概率在20 %以上，出現(xiàn)偏旱的可能性相對(duì)大些，風(fēng)險(xiǎn)最大，南部攀枝花大部區(qū)縣出現(xiàn)偏旱的風(fēng)險(xiǎn)概率相對(duì)小些。重旱界限上的風(fēng)險(xiǎn)概率大都集中在5 %～20 %之間，其中北部的越西和甘洛10 %左右，中部的德昌、普格及寧南等縣在17 %以上，發(fā)生重旱的風(fēng)險(xiǎn)概率相對(duì)較大，其余大部區(qū)域都在10 %～17 %之間(圖5～6)。

2.3 烤煙干旱風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)及綜合風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃

如圖7所示，自東北向西南逐步增大的趨勢(shì)，其中攀枝花大部及涼山州的部分區(qū)域在60 %～85 %之間，尤以鹽邊、德昌、仁和區(qū)及會(huì)東縣的部分區(qū)域最大達(dá)70 %～85 %之間，值較小區(qū)域主要集中在攀西農(nóng)區(qū)的東北部，其中甘洛、越西及美姑縣在30 %左右。

為了反映攀西地區(qū)烤煙干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)，本研究將偏旱界限上的干旱指數(shù)變異系數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)3種指標(biāo)進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化后相加，得到綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并參考《中國(guó)氣象災(zāi)害大典》[15](四川卷)對(duì)干旱記載，劃分為如下4個(gè)等級(jí)(圖8)。

圖8 攀西烤煙移栽期干旱綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布Fig.8 Distribution of composite drought risk grades during tobacco transplanting period in Panxi region

由圖8可以看出，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于涼山州的冕寧縣大部，昭覺德昌局部、米易縣東北的大部分地區(qū)，主要涉及米易縣的攀蓮鎮(zhèn)、草場(chǎng)鄉(xiāng)、白馬鎮(zhèn)、丙谷鎮(zhèn)、新山鄉(xiāng)、普威鎮(zhèn)等鄉(xiāng)(鎮(zhèn))，這些地區(qū)氣溫高，蒸發(fā)量大，雨季開始前，降水量較少。

較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于涼山州大部及米易縣高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周邊以及鹽邊縣北部少部分地方，主要涉及攀枝花市的白坡鄉(xiāng)、麻隴鄉(xiāng)、得石鎮(zhèn)、紅寶鄉(xiāng)等鄉(xiāng)(鎮(zhèn))。這些地區(qū)大部分處于山區(qū)，氣溫略低，蒸發(fā)量略小，雨季開始前，降水量相對(duì)較少。

較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)包括涼山州北部的甘洛和越西及攀枝花南部的仁和區(qū)、東區(qū)、西區(qū)、鹽邊縣南部，以及鹽邊縣北部低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)周邊地方。主要涉及攀枝花市的平地鎮(zhèn)、大田鎮(zhèn)、仁和鎮(zhèn)、銀江鎮(zhèn)、同德鎮(zhèn)、格里坪鎮(zhèn)、紅格鎮(zhèn)、格薩拉鄉(xiāng)等鄉(xiāng)(鎮(zhèn))。這些地區(qū)處于金沙江河谷、南部中高山區(qū)，以及西北部的山區(qū)，雨季開始前，空氣干燥，蒸發(fā)量大，降水量少。中高山區(qū)的人工灌溉條件略差，金沙江河谷區(qū)人工灌溉條件較好。

低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)大部位于攀枝花鹽邊縣北部二灘水庫(kù)尾水的部分地方。主要涉及漁門鎮(zhèn)、永興鎮(zhèn)、惠民鄉(xiāng)等鄉(xiāng)(鎮(zhèn))。這些地區(qū)處于河谷和中山區(qū)，雨季開始前，降水量少，蒸發(fā)量略小，人工灌溉條件相對(duì)較好。

3 結(jié) 論

(1)從各地平均干旱指數(shù)來(lái)看：攀西農(nóng)區(qū)大部都處于偏旱范圍，其中南部發(fā)生干旱程度要明顯重于東北部；重旱界限上的變異系數(shù)值較大區(qū)域主要集中在中部、東北部及西南部局部，說(shuō)明該區(qū)域重旱發(fā)生年份較多，風(fēng)險(xiǎn)較大。從風(fēng)險(xiǎn)概率的分布來(lái)看：偏旱界限上的風(fēng)險(xiǎn)概率自北向南逐步減小，重旱界限上的風(fēng)險(xiǎn)概率值以攀西農(nóng)區(qū)中部區(qū)域最大，其余地區(qū)自南向北逐步減小。

(2)從綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來(lái)看：高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)位于涼山州的冕寧縣大部，昭覺德昌局部、米易縣東北的大部分地區(qū)，該地區(qū)氣溫高，蒸發(fā)量大，雨季開始前，降水量較少。

4 討 論

本文挑選了攀西地區(qū)烤煙移栽到雨季來(lái)臨受干旱影響最為嚴(yán)重的這段時(shí)期，考慮農(nóng)業(yè)氣象情報(bào)實(shí)際服務(wù)需要，以旬為單位，并對(duì)逐旬設(shè)定權(quán)重的方法，計(jì)算該時(shí)段農(nóng)田水分盈虧指數(shù)。該模型能較為客觀反應(yīng)攀西地區(qū)烤煙干旱時(shí)空分布特征。建立的攀西烤煙移栽期干旱監(jiān)測(cè)模型，利用了攀西烤煙歷年災(zāi)情數(shù)據(jù)和災(zāi)害大典中的記載，對(duì)烤煙干旱等級(jí)進(jìn)行劃分，與近年實(shí)況對(duì)比，得到了較為一致的結(jié)果。