藏照陽，張艷玲，王建偉，常乃杰，劉建利

1.中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)楓楊街2號 450001

2.中國煙葉公司，北京市廣安門外大街9號 100055

農業(yè)氣象風險是指大氣變化產生的不利氣象條件對農業(yè)生產和農作物等造成的直接和間接的損失［1-2］。我國每年因各種氣象災害造成的農作物受災面積達5×107hm2，經(jīng)濟損失達2 000 多億元［3］。因此，如何準確、定量地評估氣象災害對農業(yè)生產的影響，對國家糧食安全、農業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農業(yè)防災減害措施的制定具有重要意義。目前國內外關于農業(yè)氣象風險評估主要集中在以下3個方面：一是根據(jù)歷史氣象資料借助數(shù)理統(tǒng)計的方法，建立單一氣象災害風險概率模型［4-6］。二是根據(jù)自然災害致災機理，基于致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性和防災減災能力等指標的綜合評估［7-9］。三是借助作物模型和遙感等技術，實現(xiàn)農業(yè)氣象災害風險的動態(tài)評估［10-12］。

近年來，關于煙草農業(yè)氣象災害風險研究主要集中在兩方面：一是評價某一區(qū)域單一災害的風險［13-14］。王秀珍等［13］采用日平均氣溫、最低氣溫和日照時數(shù)等數(shù)據(jù)，借助GIS 平臺構建了玉溪烤煙低溫冷害風險評估模型；張澤中等［14］利用1951—2017 年逐日降水數(shù)據(jù)資料，分析了貴陽市煙草生長期旱澇急轉特征。二是基于自然災害系統(tǒng)理論，構建氣象風險綜合評估模型［15-16］。操筠［16］選取致災因子危險性、孕災環(huán)境敏感性、承災體易損性和防災減災能力4 個因子構建恩施烤煙氣象脅迫風險模型，并利用GIS 實現(xiàn)恩施煙區(qū)的氣象脅迫風險區(qū)劃。貴州作為我國主要優(yōu)質煙葉產區(qū)，全省地形地貌差異大，氣候變化復雜，不同產區(qū)間氣象條件差異大且面臨的災害種類多，是煙草農業(yè)生產的主要障礙因子之一［17-19］。但迄今為止，對貴州省煙葉種植所面臨的氣象風險研究較少。為此，擬通過對貴州煙葉生產過程中氣象風險指標的分析，明確不同氣象風險發(fā)生的時空分布特征，并采用聚類分析法對貴州烤煙種植氣象風險因素進行歸類，旨在為貴州省煙葉大田生產防災減災策略的制定提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

氣象數(shù)據(jù)來自貴州64 個植煙縣的國家氣象監(jiān)測站（圖1）。數(shù)據(jù)項目包括2008—2017 年4—9 月逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降雨量和日照時數(shù)等。

圖1 氣象數(shù)據(jù)收集區(qū)域Fig.1 Meteorological data collection areas

1.2 氣象風險指標

低溫、高溫、干旱等評價指標參考前人對烤煙生長發(fā)育規(guī)律及煙葉種植氣象風險因素評價的相關研究［20-25］，暴雨風險評價指標參考玉米風險評價［7］。根據(jù)貴州烤煙移栽期和烤煙生長發(fā)育進程，確定還苗-伸根期低溫、成熟期高溫、成熟后期低溫、旺長期干旱、生育期暴雨等氣象風險指標（表1）。

表1 氣象風險指標說明Tab.1 Meteorological risk indexes

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS 26 和Excel 2019 完成各項指標的基本統(tǒng)計分析。利用ArcGIS 10.7，采用反距離加權插值法（IDW）、柵格計算等方法完成空間分布分析［18］。通過聚類分析法完成氣象風險因素歸類。聚類分析法通過特定的算法（歐氏距離、平方歐式距離、馬氏距離等）計算個案之間的距離，根據(jù)個案間距離大小將其分為若干個簇，使簇內個案盡可能具有最大的相似性，通過繪制譜系圖確定聚類個數(shù)［27］。將氣象風險指標標準化處理后，采用平方歐式距離法［28］，對貴州烤煙種植風險區(qū)進行系統(tǒng)聚類分析［29］。生態(tài)區(qū)劃研究一般將聚類結果劃分為4～6 類［30-31］，本研究中根據(jù)貴州烤煙種植氣象風險特征并借鑒以往研究經(jīng)驗將貴州烤煙種植氣象風險劃分為6 類。

2 結果與分析

2.1 貴州煙葉大田期氣溫風險分析

2.1.1 煙草大田期氣溫時空分布

貴州省烤煙生育期（4 月下旬—9 月上旬）平均溫度在16.7～25.4 ℃之間，自西向東北呈現(xiàn)逐漸升高趨勢（圖2A），畢節(jié)威寧最低，銅仁沿河最高。生育期內旬均溫呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢（圖2B），4 月下旬溫度最低，為16.7 ℃；7 月下旬溫度最高，為24.8 ℃；之后溫度不斷降低，9 月上旬降至22.3 ℃。4月下旬變異系數(shù)最大為10.17%，5 月中旬—8 月下旬在4%～6.4%之間，9 月上旬又上升至6.5%。進一步對不同生育階段平均溫度年際間變化分析（圖2C）可知，烤煙還苗-伸根期（4月下旬—5 月中旬）溫度最低且年際間變化較大，極值在17.2～20.6 ℃，變幅為3.4 ℃；成熟前期（7月中旬—8 月上旬）溫度最高，極值在23.6～25.7 ℃之間，變幅為2.1 ℃；成熟后期（8 月中旬—9 月上旬）溫度有所降低，極值在22.2～24.6 ℃之間，變幅為2.4 ℃。2013 年以來，烤煙旺長期和成熟前期平均氣溫有所升高，伸根期和成熟后期平均氣溫呈下降趨勢。西部地區(qū)在還苗-伸根期和成熟后期可能遭受低溫風險，東部地區(qū)在成熟期可能遭受高溫風險。

圖2 2008—2017 年4 月下旬—9 月上旬溫度分布Fig.2 Temperature distribution from late April to early September between 2008 and 2017

2.1.2 貴州煙葉大田期氣溫風險分析

2.1.2.1 還苗-伸根期低溫

烤煙大田生長前期最適溫度為20～22 ℃，低于13 ℃容易造成烤煙早花，從而影響產質量［20］。2008—2017 年貴州煙區(qū)4 月下旬—5 月中旬日平均氣溫≤13 ℃天數(shù)的分析結果（圖3A）顯示，煙株還苗-伸根期平均氣溫≤13 ℃天數(shù)整體呈西高東低趨勢，畢節(jié)威寧低溫日數(shù)最多，多年平均為12 d，其次是六盤水水城和畢節(jié)大方，多年平均為5～8 d；貴陽開陽、修文，遵義播州區(qū)（遵義縣）、習水，畢節(jié)赫章，六盤水盤州（盤縣），黔西南普安，黔南甕安等為3～5 d，其他縣區(qū)均在1 d 以下。對風險較高3 個縣區(qū)的進一步分析結果顯示（圖3B），多數(shù)年份還苗-伸根期低溫風險天數(shù)相對穩(wěn)定在4～5 d，僅2017 年畢節(jié)威寧、大方連續(xù)低溫天數(shù)明顯較高，達8～9 d。總體來看，貴州煙區(qū)還苗-伸根期低溫風險整體較低，畢節(jié)威寧、大方和六盤水水城的個別年份有一定風險。

圖3 還苗-伸根期低溫風險特征Fig.3 Characteristics of low temperature risk from shoot restoring stage to root extending stage

2.1.2.2 成熟期高溫

成熟期內溫度高于30 ℃，特別是大于35 ℃時烤煙內干物質的消耗大于積累，即使是短期的高溫，也會破壞葉綠素，不利于煙葉品質的形成［21］。對貴州煙區(qū)7 月中旬—8 月下旬日最高溫度≥35 ℃天數(shù)的年平均值分析得知（圖4A），高溫風險集中分布在貴州東北部，以銅仁沿河風險出現(xiàn)頻率最高，高溫風險天數(shù)高達27 d，其次是銅仁江口、思南、石阡、印江、松桃，黔東南錦屏、岑鞏為15～20 d，黔東南鎮(zhèn)遠、施秉，銅仁德江為10～15 d，其余區(qū)域高溫風險出現(xiàn)頻率相對較低。對高溫日數(shù)超過15 d 的8 個縣區(qū)進一步分析結果（圖4B）顯示，銅仁沿河、石阡、松桃，黔東南錦屏、岑鞏平均每年出現(xiàn)1 次持續(xù)天數(shù)5～10 d 的高溫脅迫；銅仁沿河平均每年出現(xiàn)1 次持續(xù)時間大于10 d 的高溫脅迫，而銅仁江口、思南、石阡、印江平均2年出現(xiàn)1 次?？傮w來看，貴州銅仁地區(qū)和黔東南錦屏、岑鞏煙葉成熟期高溫風險較高，中西部地區(qū)整體較低。

圖4 成熟期高溫風險特征Fig.4 Characteristics of high temperature risk during mature stage

2.1.2.3 成熟后期低溫

烤煙成熟期最適溫度為20～28 ℃，氣溫低于20 ℃，煙葉成熟緩慢，妨礙同化物的轉化和積累，不利于產質量的形成［19］。對8 月上旬—9 月上旬日平均氣溫≤20 ℃天數(shù)的多年均值分析（圖5A）可知，貴州多數(shù)區(qū)域烤煙成熟后期低溫風險天數(shù)在10 d 以下，僅畢節(jié)、六盤水和黔西南部分區(qū)域天數(shù)相對較多，其中畢節(jié)威寧高達40 d。對日平均氣溫≤20 ℃天數(shù)超過20 d 的3 個縣區(qū)進一步分析顯示（圖5B），畢節(jié)威寧日平均氣溫≤20 ℃最長持續(xù)天數(shù)最多，平均為27 d，六盤水水城、盤州在10 d 左右，且年際間變化較小。這說明，煙葉成熟后期畢節(jié)威寧遭受低溫風險概率最高，六盤水水城、盤州也有一定風險，其余縣區(qū)幾乎不會出現(xiàn)低溫風險。

圖5 成熟后期低溫風險特征Fig.5 Characteristics of low temperature risk during late mature stage

2.2 貴州煙葉大田期降雨風險分析

2.2.1 煙葉大田期降雨時空分布

貴州省各縣區(qū)烤煙生育期降雨量極值在607.5～995.1 mm 之間（圖6A），西南部和東部地區(qū)顯著多于中部地區(qū)。從時間分布特征上看，2008—2017 年貴州省植煙區(qū)降雨量總體呈上升趨勢，但年際間波動較大（圖6B）。2011 年和2013 年降雨量分別為483.8 mm 和617.0 mm，比2008—2017 年均值少37.64%和20.48%；2014 年降雨量為929.4 mm，比2008—2017 年均值多19.78%。生育期降雨量呈先增加后減少的變化趨勢（圖6C），還苗-伸根期雨量在80.0～177.2 mm 之間，均值為132.0 mm；旺長期降雨量在263.5～450.5 mm 之間，均值為343.5 mm；成熟前期雨量在46.0～287.9 mm之間，均值為163.7 mm；成熟后期雨量在45.9～240.8 mm 之間，均值為136.7 mm；還苗-伸根期和旺長期降雨量年際間差異較小，成熟期年際間差異較大，2014 年以來旺長期降雨量呈顯著增加趨勢。研究區(qū)域內煙葉不同生育期的降雨量與煙草需水規(guī)律基本吻合，但年際間差異大，在需水較多的旺長期，雨量相對較少的中部地區(qū)可能面臨干旱風險，雨量較多的西南地區(qū)和東部地區(qū)可能面臨暴雨風險。

圖6 2008—2017 年4 月下旬—9 月上旬降雨量分布Fig.6 Rainfall distribution from late April to early September between 2008 and 2017

2.2.2 貴州煙葉大田期降雨風險分析

2.2.2.1 旺長期干旱

旺長期是烤煙的需水臨界期，此時煙株生理活動旺盛，水量需求大，若水分供應不足，將會對煙葉的產量和品質的形成造成不可逆的影響［23-24］。對5 月下旬—7 月上旬最長連續(xù)無雨日數(shù)（圖7）的多年均值分析可知，貴州西部縣區(qū)大多數(shù)年份最長連續(xù)無雨日數(shù)在5 d 以下，東部縣區(qū)為5～10 d；2013 年，絕大多數(shù)縣區(qū)最長連續(xù)無雨日數(shù)為5～10 d，貴州中部地區(qū)最長連續(xù)無雨日數(shù)為10 d 以上，其中黔東南黃平最長連續(xù)無雨日數(shù)高達13 d。由此可見，除中部地區(qū)在個別年份發(fā)生干旱以外，貴州煙區(qū)煙葉旺長期干旱風險整體較低。

圖7 2008—2017 年5 月下旬—7 月上旬最長連續(xù)無雨日數(shù)Fig.7 Days of the longest consecutive period without rain from late May to early July between 2008 and 2017

2.2.2.2 大田期暴雨

對暴雨發(fā)生頻率和暴雨降雨量的分析結果（圖8A、B）顯示，暴雨主要集中在西南部和東部部分地區(qū)，其中安順普定、西秀、平壩、紫云、關嶺，黔南長順，六盤水六枝，黔西南晴隆、興義，貴陽清鎮(zhèn)年均暴雨日數(shù)在4～5 d，暴雨發(fā)生頻率較高；其次是黔南獨山、平塘、惠水、都勻，銅仁松桃、印江，黔東南丹寨，黔西南貞豐，畢節(jié)織金等地，暴雨天數(shù)在3～4 d。暴雨降雨量的分布顯示出相似趨勢，安順普定、平壩、紫云、關嶺，黔南長順、都勻，黔西南晴隆，畢節(jié)織金，銅仁松桃，貴陽清鎮(zhèn)，六盤水六枝年均暴雨降雨量均在300 mm 以上，其中六盤水六枝，貴陽清鎮(zhèn)高達350 mm，暴雨降雨量最大。對暴雨降雨量最大的六盤水六枝和貴陽清鎮(zhèn)進一步分析可知（圖8C、D），兩縣年均暴雨降雨量和暴雨日數(shù)相近，分別為350 mm 和5 d，但六盤水六枝年際間差異較小，暴雨量極值為147.8～459.2 mm，貴陽清鎮(zhèn)年際間差異較大，2009 年和2016 年僅發(fā)生一次暴雨，暴雨降雨量分別為63.3 mm 和62.4 mm，而2014 年和2015 年暴雨降雨量高達645.0 mm，自2014 年以來貴陽清鎮(zhèn)暴雨降雨量和暴雨日數(shù)均明顯增加，極端暴雨風險頻率顯著增加。

圖8 大田期暴雨風險特征Fig.8 Characteristics of heavy rain risks during field growth stages

2.3 綜合氣象風險空間分布

貴州省烤煙種植區(qū)氣象風險聚類分析見圖9。第一類包含貴州西部畢節(jié)威寧，烤煙還苗-伸根期和成熟后期低溫風險最高；第二類包含貴州西部畢節(jié)大方，六盤水水城、盤州，黔西南普安，在烤煙還苗-伸根期或成熟后期面臨一定的低溫風險；第三類包含貴州東部銅仁沿河、江口、思南、石阡、印江，黔東南錦屏、岑鞏，在烤煙成熟期面臨高溫風險；第四類包含貴州西南部安順、普定、平壩、紫云、關嶺，黔南長順、都勻，黔西南晴隆、興義，黔東南丹寨，畢節(jié)織金，貴陽清鎮(zhèn)，六盤水六枝，暴雨發(fā)生頻率和暴雨降雨量較高，易受暴雨風險的影響；第五類包含銅仁松桃，成熟期面臨高溫和暴雨雙重風險；第六類為貴州中部大部分縣區(qū)，烤煙生育期內各類氣象風險概率較低。

圖9 貴州省氣象風險空間分布Fig.9 Spatial distribution of meteorological risks in Guizhou Province

3 討論

本研究中發(fā)現(xiàn)，貴州西部煙葉大田前后期低溫、東北部成熟期高溫、西南部暴雨等是近年貴州煙葉大田期的主要氣象風險。大田前后期低溫風險主要分布在畢節(jié)部分區(qū)域，這與張艷梅等［32］對1961—2008 年貴州的研究結果相一致，說明還苗-伸根期和成熟后期低溫是制約畢節(jié)煙區(qū)優(yōu)質煙葉生產的主要因子。與此同時還發(fā)現(xiàn)，2011 年以來貴州煙區(qū)旺長期干旱發(fā)生頻率較低，近10 年之中僅有1 年發(fā)生了嚴重干旱，主要分布在貴州中部貴陽及周邊部分縣區(qū)。這與張金鳳等［33］對1960—2011 年貴州省干旱的研究結果不完全一致，說明在全球氣候變暖的背景下［34-35］，貴州省植煙區(qū)近年降水增多，旺長期干旱發(fā)生頻率較低，對煙葉生長的威脅有所減輕。但雨量在時間和空間上變異較大，尤其自2014 年以來，貴州西南部安順及周邊縣區(qū)強降雨天氣出現(xiàn)頻率顯著增加，在煙葉生產中需給予更多關注。

4 結論

①對2008—2017 年貴州省氣象風險指標的分析表明，貴州煙區(qū)主要風險為還苗-伸根期低溫、成熟期高溫、成熟后期低溫和暴雨；②低溫風險主要發(fā)生在貴州西部地區(qū)，其中還苗-伸根期低溫風險主要發(fā)生在威寧、大方、水城，成熟后期低溫主要發(fā)生在威寧、水城、盤州；③高溫風險主要發(fā)生在東部銅仁和黔東南地區(qū)；④烤煙生育期內雨量充沛但年際間差異大，中部貴陽及周邊地區(qū)僅在少數(shù)年份發(fā)生干旱；⑤暴雨風險主要發(fā)生在西南部安順及周邊縣區(qū)；銅仁松桃面臨暴雨和高溫雙重風險。